微加速度計在溫度、濕度、振動三綜合環境下的失效機理分析

通過上述分析可知：當微加速度計不受外界環境條件影響時，器件的內部應力僅有殘余應力；而當微加速度計受到溫度應力作用的時候，由于構成器件的不同材料的熱膨脹系數不同而產生了新的內部應力。所以溫度應力在一定程度上劣化了殘余應力對微加速度計的影響，增加了微加速度計的內部應力。

2.2 振動對微加速度計失效的影響

引起加速度計發生失效的主要失效機理是振動產生的應力大于加速度計的屈服強度和長時間的振動使結構產生疲勞而斷裂[3]。

隨著隨機振動頻率的增大，加速度計的響應越來越大，加速度計的輸出越大，短時間的隨機振動幾乎沒有對微加速度計造成損傷，當振動的時間延長之后，微加速度計的懸臂梁處發生了斷裂失效，如圖3所示。

圖3 振動導致加速度計的結構發生破壞

2.3 濕度對微加速度計的影響

微平面表面水氣的冷凝會導致結構的殘余應力的增加[4]。如果這兩個表面相互接近的話，它們之間相對濕度的增大將導致毛細力的增大，進而導致結構發生變形，最終導致結構發生粘附。如圖4

圖4 加速度計粘附的示意圖

2.4 施加溫度、濕度、振動三綜合應力對微加速度計的影響

在進行溫度、濕度、振動3種應力同時施加的綜合試驗時，從故障發生的機理來說，進行溫度循環的產品內部由于材料熱膨脹系數的差異發生伸縮,在結合部位發生松動分離[5]，這時如果施加濕度，潮氣就會從縫隙間侵入，使結合部和連接處的摩擦系數降低，使接合面的作用能增大，因為表面互作用能與兩表面之間的距離有關，因此，兩表面的表面粗糙度很大程度地影響著表面互作用能的大小。表面互作用能隨著表面粗糙度的增大而快速減少。同時，研究還發現，溫度和相對濕度對黏附的產生以及表面互作用能的大小也有很大的影響。從圖5可以看到，對應著不同的相對濕度，表面互作用能隨著溫度的升高有所減少。從圖6中可以看到在高、低溫度時，表面互作用能隨著相對濕度對增大而增大。與此同時施加振動應力，相對于特定的頻率，產品的共振現象還會發生。像這樣通過運動吸濕、凍結、共振的反復過程，使新的失效模式（由大幅度加速的單獨因子失效模式和3種因子綜合的相疊加效果引起的）的出現成為可能。

圖5 溫度對表面互作用能的影響