国外高g值加速度传感器研究起步较早，结构也比较经典。1995年加拿大Alberta电子中心研制成功一种悬臂梁式硅微机械加速度传感器[5]，其敏感元件支撑梁和质量块采用等厚结构，该结构能显著减轻被测质量块质量，拓宽传感器频响；美国Sandia公司设计了一种电容式MEMS机械传感器，主要用于弹药侵彻研究；美国Draper公司发明了“跷跷板”硅MEMS加速传感器[6]，通过电容摆动，利用差动电容来计算测量。

国内也提出了很多新型结构的高g值加速度传感器，如上海微系统与信息技术研究所传感器技术国家重点实验室用体硅微机械技术制作了一种双等质量块的等宽薄板结构的冲击加速度传感器[7]，保证了传感器具备符合要求的强度和刚度，兼具了极高的固有频率，并优化了工艺流程；上海中科院与浙江大学联合研发制造的曲面过载保护MEMS压阻型加速度传感器[8-9]有效地提高悬臂梁过载保护的能力，同时能调节压膜阻尼，使加速度传感器的阻尼接近临界阻尼来抑制悬臂梁的自由振动模态。

高g值加速度传感器具有如下特征[10]：

①传感器的测量环境:能承受剧烈冲击、高温等工作环境条件；

②抗干扰能力强，谐振频率高、响应时间短，量程大；

③可靠性高、功耗低、易于安装。

针对高g值加速度传感器的以上特点，我们的采样电路必须要满足频率高、信号带宽广、采样速度快、保持能力强、存储容量大等特点。同时制作出的PCB板也要合理布板，满足电磁兼容性原则。

本课题主要针对于引信领域里的冲击测试，以常用的压阻式高g值加速度传感器作为前端，着重于后续信号采样电路的设计。主要内容包括采样电路的元器件选型及分析，采样电路的原理图设计，其中包括放大、滤波、采样、存储、电平转换等几部分的设计与连接，元器件的封装设计，采样电路的PCB设计，PCB板的抗干扰设计，采样和存储过程的程序设计，抗冲击电路外壳结构的选择等几大方面。

2 加速度传感器动态特性基本分析

以下所设计的采样电路，前端采用的是压阻式加速度传感器。该传感器是根据压敏电阻的压阻效应进行工作的。压阻效应是指，当力施加于某固体材料时，材料的电阻率改变的现象。利用这种现象，我们可以实现对加速度信号的测量和控制。

2.1 压阻式传感器的力学模型

 压阻式传感器是常见的一种加速度传感器。它具有良好的线性度，微型化，测量范围大，信号处理较为简单是它的几大特点。不同于压电式、应变式等加速度传感器，压阻式加速度传感器的结构，能被概括为单自由度二阶振荡系统，其力学模型[11]如图2.1，仅由质量块、阻尼和弹簧构成。其中 ——弹簧弹性系数， ——气体阻尼，  ——块质量。

图 2.1  压阻式传感器的力学结构图

当加速度  施加在加速计时，惯性力 会施加在质量块上，它的大小为：

在应力 的作用下，质量块会发生位移  ，导致梁弯曲，生成一个弹性力  ，该弹性力与惯性力  的方向相反，  ，由此可以推断，系统处于平衡状态，质量块此刻产生的位移为:

由牛顿第二定律得，力的平衡方程为

该平衡方程中，m表示块的质量，y为块对应的位移，k表示弹性系数，  表示惯性加速度，  是阻尼力， 是悬臂梁的弹性力。

测试过程中，让传感器稳定在被测的物体上，当被测量物的加速度为a时，惯性力ma施加在质量块上，使之形成一个位移。如果所测物体的运动频率远低于传感器的固有频率，其位移与加速度成正比，通过测量质量块位移，我们便能够得出被测物体的加速度。