MEMS平面S型锥形弹簧的特性分析研究

针对MEMS平面S型等直梁弹簧压杆稳定性及抗共振性能较差等问题,提出了一种MEMS平面S型锥形弹簧,推导出平面锥形弹簧y向刚度系数公式,并通过仿真实验对理论公式进行验证,发现在集中力作用下,弹簧刚度系数的理论值与仿真值的平均误差小于1.58%。进一步分析了各结构参数对弹簧刚度系数的影响。结果表明,锥形弹簧刚度系数随着弹簧线宽B及弹簧高度H的增加而增加,随着弹簧弯半径R、段数n、弹簧直梁增量λ,以及弹簧首段直梁长度L1的增加而减小。通过对两种S型弹簧的性能对比,得到锥形弹簧在相同刚度下,轴向空间利用率、压杆稳定性以及抗共振性能方面均优于等直梁弹簧。

多层UV-LIGA电铸镍材料的抗冲击性能

为研究采用UV-LIGA（Ultraviolet Lithography,Galvanoformung,Abformung）技术制作的多层电铸镍的机械可靠性,对其进行了抗冲击性能分析。利用冲击试验台及信号采集系统测试了UV-LIGA多层电铸镍的抗冲击性能。实验分析得到其累积失效概率-加速度峰值曲线近似拟合于韦布尔统计分布,韦布尔系数γ=7.6,参考加速度为21 300g。当加速度为12 000~18 000g时,可靠性相对较高;当加速度为12 000~18 000 g时,累计失效概率增加较快;当加速度大于24 000g时,可靠性下降迅速。利用扫描电子显微镜（SEM）观察了试样,得到其主要的失效形式有分层、断裂、塑性变形以及黏连等。初步分析了失效原因,并提出了相应的优化设计方法,为UV-LIGA多层结构的设计提供实验依据。

引信用MEMS开关的设计技术(英文)

简要地介绍了常见MEMS开关的工作原理,并根据不同的驱动方式和工作频率范围对MEMS开关进行分类。根据引信可靠性要求,强调了能够保证引信电源内部接电回路MEMS开关性能的3个关键参数:开关闭合时间、接触可靠性以及接电性能。最后,列出了部分能够有效改善这些参数性能的解决方案。如通过沿着悬臂梁方向采用韧窝结构、提高有效刚度以及在驱动极板上穿孔等措施来减少开关的闭合时间;此外,采用合适的软着陆电压波形、软金属材料以及闭锁机构等措施来提高接触可靠性;同时选择合适的材料、特殊的设计结构以及控制适当的粗糙度等来实现良好的接电性能。

新型双阈值高g值MEMS惯性开关（英文）

在保证引信勤务安全性和正常发射可靠性前提下,为实现引信小型化而设计了一种新型无源双阈值高g值MEMS惯性开关,其主要包括能够识别两种典型加速度环境(载荷1∶15 000g-300μs,载荷2∶3000g-3ms)的环境识别模块M1和为后续电路可靠供电的通电模块M2。环境识别模块M1主要通过控制带有Z型齿的质量块与对应L型挡块之间的碰撞来确定质量块的运动位移,进而控制通电模块M2的工作情况。基于两种典型加速度环境对MEMS惯性开关进行了动力学仿真并优化,仿真结果表明所设计的开关在载荷1环境下保持断开,而在载荷2环境下可靠闭合。

基于柔性止动的MEMS惯性开关冲击可靠性强化

为了提高MEMS惯性开关的冲击可靠性,提出了一种柔性止动结构。首先,利用连续接触力理论建立了止动碰撞模型,通过Simulink对模型进行仿真,研究开关在不同止动形式下的响应特性。接着,从空间占用和应力集中的角度对悬臂梁和平面微弹簧两种止动形式进行讨论,设计止动结构。最后,利用UV-LIGA工艺制作开关样机,通过落锤冲击系统对样机进行测试。碰撞接触力对于冲击可靠性至关重要,Simulink仿真结果表明柔性止动结构能够极大的延长碰撞接触时间,从而降低接触力。同时,采用柔性止动还改善了碰撞后的弹跳现象,提高闭锁稳定性。冲击试验表明,开关累积失效分布函数符合韦布尔分布,标度参数(参考加速度)α=29 600、形状参数β=8.2。相比无柔性止动的MEMS开关,提出的柔性止动明显改善了开关的抗冲击性能。对柔性止动的建模、仿真与试验为MEMS惯性开关的抗冲击设计提供了有益参考。

齿形结构的长脉冲敏感型微加速度开关

针对智能武器电源管理系统对开关闭锁和断开的要求,提出了一种长脉冲敏感型微加速度开关。该开关带有齿形结构的悬空质量块和齿形导杆,通过质量块和导杆在运动过程中相互碰撞实现能量耗散,从而具有在高幅值窄脉冲加速度作用下保持断开,在低幅值长脉冲加速度作用下可靠闭锁的功能。介绍了开关结构和工作原理,对开关进行了理论分析和有限元分析,并对开关模型进行了简化。采用UV-LIGA技术制作了开关样机,利用样机试验和有限元分析相结合的方法验证了开关的功能。有限元仿真结果表明,该开关在3 000 g/3ms半正弦加速度作用下可靠闭锁。旋转台离心试验显示,开关的静态闭锁阈值为2 385.3 g^2 475.6 g。落锤冲击试验和有限元仿真结果均表明,开关在15 000 g/0.3ms半正弦加速度作用下没有闭锁。得到的结果表明该开关满足设计要求,能够应用于对加速度脉宽有区分要求的场合。

平面S型微弹簧多轴向弹性系数分析

针对在集中力作用下S型弹簧弹性系数理论公式不完善以及惯性力环境下弹簧弹性系数理论公式缺乏,推导了弹簧横向、纵向以及垂直方向弹性系数理论公式。利用仿真软件验证理论计算公式的正确性,分析得到在集中力作用下弹簧的弹性系数理论值与仿真值相对误差小于0.3%,惯性力作用下的弹簧弹性系数理论值与仿真值相对误差小于2%。分析表明,弹簧横向弹性系数随着环境力的增大而减小;在纵向惯性力作用下,与锚点相连弹簧U单元弹性系数最小以及最大正应力最大;在垂直方向惯性力作用下,弹簧垂直方向弹性系数随质量块体积增大而减小。

小口径弹药引信远距离解除保险控制电路设计

为实现引信安全保险系统具有远距离解除保险状态的功能,分析小口径弹药引信结构特征和发射内外弹道环境,结合几类不同环境探测传感器的适用特点与范围,选择基于地磁环境信息的磁阻传感器,并针对磁阻传感器芯片的使用特性,设计了芯片的复位开关电路。弹丸发射出炮口后,磁阻传感器输出微弱电压信号,经信号调理后作为延时控制电路的控制开关指令信息。延时控制电路是实现远距离解除保险状态的关键部件,控制电路通过检测信息并延时后,输出电压信号指令给火工品拔销器,拔销器执行隔爆板限位销的拔销动作,解除保险系统的最后一道保险,实现了引信远距离解除保险的目的。

微惯性开关L型闭锁梁分析

分析了目前微惯性开关中3种闭锁机构的基本工作原理。利用力学能量方法对L型闭锁机构的闭锁梁在主电极惯性力作用下的打开状态与闭锁状态的位移比,以及闭锁梁的动态位移进行了理论推导,进一步完善了此类闭锁机构的数学模型。在闭锁梁理论公式的推导过程中,利用ANSYS仿真软件对理论公式进行验证,并明确了理论公式的适用条件。分析结果表明,仿真值与理论值之间的相对误差小于5%,证明了理论公式的准确性。为提高L型闭锁梁的闭锁稳定性,分析主要结构参数对闭锁梁结构稳定性的影响,所得结果为L型闭锁机构的设计提供了重要的理论依据。

平面微弹簧性能比较研究

针对平面微弹簧性能比较方法的缺乏,提出了弹簧柔度性能比较系数,通过在相等的弹簧占用结构面积情况下,分析C型、S型以及W型弹簧中任意两种弹簧柔度系数比的对数值分布情况。利用仿真软件验证了公式正确性,分析表明弹簧柔度性能比较系数理论值与仿真值相对误差小于5%。分析表明在S型弹簧与C型弹簧柔度性能比较系数以及C型弹簧与W型弹簧柔度性能比较系数为零情况下,弯梁夹角和弯半径与直粱(弯梁等效直粱长度)比值无关;在S型弹簧与C型弹簧柔度性能比较系数为零情况下,随夹角增大,弯半径与直粱比值先增大后减小。弯半径与直粱比值大小影响C型、S型、W型弹簧单位结构面积柔度系数顺序排列。

平面S型等线宽与渐变线宽微弹簧弹性系数分析

针对微惯性器件中平面S型等线宽弹簧的弹性系数理论计算公式尚未完善,利用力学能量法,推导出了弹性系数理论公式。在平面S型等线宽弹簧基础上,提出了S型渐变线宽弹簧并推导出了弹性系数理论计算公式。利用ANSYS仿真软件验证公式的正确性。分析得到在集中力作用下,弹性系数相对误差小于3%;在惯性力作用下,其平均相对误差小于5%。分析表明,S型渐变线宽弹簧具有变形量与应力分布均匀、抗高过载的特性。研究结果为微惯性器件的优化设计提供了一定的理论参考。

多层UV-LIGA惯性开关温度可靠性评估研究

为了评估采用UV-LIGA技术制作的多层MEMS惯性开关的温度可靠性,进行了可靠性强化试验。介绍了开关的结构特征、工作原理和制作工艺。建立了试验系统,对开关进行温度循环和振动冲击试验。利用扫描电子显微镜观察开关失效模式,并利用公式进行热应力分析。试验结果表明,开关主要失效模式为位错和分层。开关热应力分析结果表明,种子层为开关薄弱位置。结合可靠性强化实验和热应力分析结果,从结构设计和制作工艺角度提出了可靠性强化方法。该研究为应用于极限温度环境下的多层UV-LIGA惯性器件的设计与制作提供了试验依据。

平面曲折槽机构参数与结构阻尼系数关系模型

针对传统曲折槽研究过分依靠仿真的问题,提出了曲折槽机构参数与结构阻尼系数关系模型。该模型建立了弹簧-质量-阻尼系统,分析了结构阻尼系数与载荷区分性能的关系,并根据结构阻尼系数与上升时间的关系推导出了曲折槽参数对于结构阻尼系数的影响趋势。通过ANSYS仿真与MATLAB曲线拟合,验证了以上推导的正确性。结果表明,当曲折槽倾角或锚槽间隙较小时(槽倾角2α<82.5°,锚槽间隙h<0.02mm),结构阻尼系数c随槽倾角、锚槽间隙增大呈递减趋势;当2α趋近于90°、h趋近于0.05时,阻尼系数c随着参数的增大而逐渐递增;当槽倾角或锚槽间隙进一步增大时,阻尼系数c随着参数的增大而持续减小。

高冲击下微悬臂梁动态响应特性

针对高冲击下微构件动态响应特性的经典理论值与实验结果存在较大误差的问题,提出了高冲击下微悬臂梁尺寸效应模型并分析了其动态响应特性。该方法可描述微悬臂梁的弯曲特性、固有特性、动态响应特性的尺寸效应现象。实例分析表明,当微悬臂梁特征尺寸和内禀特征尺寸处于同一量级时,高冲击下微悬臂梁的弯曲挠度、固有频率、动态位移响应均表现出明显的尺寸效应现象,合理地解释了实验结果与经典理论值存在误差较大的问题。

共面薄膜电极表面放电冷却技术

为研究一种可用于雷达领域的新型冷却技术,本文研究了高电压下共面薄膜电极之间的DC表面放电现象。设计制作了一系列具有不同参数且带有一个阳极针尖以及两个对称布置阴极的样机,通过改变基底表面粗糙度以及不同的结构参数(如凹槽深度、凹槽宽度以及阴极长度等)进行实验测试。结果表明:主要受到基底表面离子迁移率的影响,凹槽深度对于共面薄膜平面电极的表面放电现象影响最大;表面放电的电流稳定性随着深度的增加而增加;而放电起始电压则随着深度的增加而减小;离子与平面基底之间的流体阻力影响相对较小。共面薄膜电极表面放电的研究对于推动电冷却技术在雷达技术领域的应用具有重要意义。

基于激光封焊与胶接的大封闭腔体气密技术

分析并指出了常规气密性焊接技术的缺陷,提出了一种基于激光封焊与胶接的大封闭腔体气密性密封技术。通过气密性试验、对比试验和高低温冲击试验可知,试验件的气密性能为8.6×10^(-3)Pa·cm^3/s。采用新型组合工艺的腔体盖板在外界气压变化较大时几乎不发生变形,未出现凹陷、鼓包、焊缝裂纹或漏气等失效形式。该技术还具有可扩展性,可显著提高大封闭腔体的耐压性和气密性,有利于未来电子设备的集成化设计。

一种弹载低剖面高集成雷达结构设计

针对弹载平台严苛的空间尺寸和重量设计要求,提出了一种前端天线阵面采用一体化片式可扩充天线模块,后端综合射频单元、综合处理单元以及电源单元采用模块高集成化设计,模块间采用射频和低频连接器混合盲配互连的结构设计方法。一体化片式可扩充天线模块的应用使得天线阵面具备二维拓展功能,同时结合高低频混频盲配互联技术,可有效降低天线阵面的剖面高度,满足18.5g高量级振动使用要求,并可在50℃初始温度下可靠工作2100 s。模块高集成设计在实现系统轻量化的同时,可满足系统结构对刚强度的设计要求。