基于螺旋弹簧的引信用低g值MEMS惯性开关

微机电系统(MEMS)惯性开关在引信领域有广阔的应用前景,但可用于引信工作环境的低g值型MEMS惯性开关较少。对此,为低发射过载的弹药引信提出一种低闭合阈值的MEMS惯性开关设计方案,满足引信识别低g值冲击信号的功能需求,实现稳定接通引信电源的功能,同时具备抵抗引信工作环境中高过载的能力,提高引信可靠性。依据触发信号特征和引信工作环境提出设计要求,对惯性开关的振荡模型进行理论分析,阐明惯性开关结构尺寸对开关性能的影响规律,给出开关整体设计方案,并应用ANSYS有限元软件对设计结果进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的惯性开关能够监测幅值为20g、脉宽为1 ms的冲击信号,开关响应时间小于1 ms,电极接触时间长于30μs,抗过载性能达到12 000g,满足性能指标要求。

基于阿基米德螺旋线的低g值微惯性开关(英文)

低g值惯性开关是一种对线加速度敏感并在施加的加速度作用下完成闭合的惯性装置。由于微小尺寸的限制,低g值(1-30g)惯性开关只能设计为微质量块和低刚度支撑梁的结构。为了获得低刚度,设计了基于阿基米德螺旋线的平面螺旋梁结构。微开关由一个带触点的基座、一个惯性敏感单元以及框架和封盖组成。惯性敏感单元则由一个居中的质量块和支撑它的螺旋梁组成。在加速度作用下可动的质量块发生位移,与其下的触点接触,实现开关的闭合。惯性敏感单元采用有限元软件ANSYS进行分析,采用UV-LIGA工艺制作。进行了离心试验以获得低g值惯性开关的闭合门限。经3次测试,闭合门限值分别为21.22 ,21 .39和21.20g,平均值为21.27g。测试结果表明,低g值惯性开关具有0.5g的闭合精度,多次测试重复性较好。

应用双埋层SOI工艺制备低g值微惯性开关

采用双埋层SOI(Silicon-On-Insulator)材料,结合KOH腐蚀工艺、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺、阳极键合以及喷雾式涂胶工艺,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关。利用二氧化硅KOH腐蚀/ICP刻蚀自停止的特点,平面矩形螺旋梁厚度的精度为±0.46μm。分析了双埋层SOI材料的电学特性,采用等电位技术,实现了双埋层SOI与上下两层硼硅玻璃的阳极键合。采用玻璃无掩模湿法腐蚀技术,在玻璃封盖底部设计制作了大小为200μm×200μm的防粘连凸台,解决了芯片在清洗干燥过程中的粘连问题。采用ICP刻蚀用硅衬片方法,解决了ICP刻蚀工艺中高温导致的金硅共晶合金问题。实验验证显示,提出的方法效果较好,芯片成品率得到较大提高,为大批量地研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置。选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn^30gn)微惯性开关。惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7 mm×7 mm×1.5 mm。经离心实验测试,微惯性开关的闭合阈值约为4.28gn,导通电阻约为9.3Ω。多次测试结果表明,微惯性开关具有0.5gn的闭合精度,多次测试重复性较好,具有体积小,结构简单,加工容易实现等特点。

低g值冲击加速度的激光绝对法校准

低g值冲击加速度是表征人体冲击耐受程度的一个重要参数，低g值冲击加速度的准确校准直接关系到量值溯源的有效性和可靠性。分析了落锤式、上抛式和碰撞式3种类型冲击激励源的特点，介绍了ISO 16063—13国际标准推荐的激光绝对法冲击校准的测量原理和系统构成，研究了采用精密空气轴承的碰撞式冲击激励源和信号解调算法。校准结果表明，基于ISO标准方法的碰撞式冲击校准系统，能够实现高精度的激光绝对法校准，冲击加速度范围20～10000 m／s^2，冲击脉宽0．5～10ms，校准不确定度1％（南=2）。

亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性国际比对

2013年8月至2014年12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织4个实验室参加了亚太计量规划组织低g值冲击加速度研究性比对。这次比对参比的测量装置包括2种基本类型的低g值冲击激励方式的激光绝对法测量系统。第一类基于半正弦冲击加速度波形比对的加速度范围为500 m/s^2至5000 m/s^2,冲击脉宽为0.5 ms至5 ms;第二类基于正弦冲击加速度波形比对的加速度为1000 m/s^2,冲击脉宽为0.03 ms至0.2 ms。比对结果表明,各参比实验室测量结果与比对参考值的偏差小于相应的等效不确定度。

基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关的研制

以弹性材料单晶硅为结构材料,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1 g～30 g)微惯性开关.根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导得到了惯性开关闭合阈值的计算公式,其计数结果与ANSYS有限元分析结果的相对误差小于3%.为提高低g值微惯性开关的环境适应能力,提出双触点和低频弹簧-质量的结构设计方案.为提高结构尺寸的加工精度,提出基于双埋层SOI的低g值微惯性开关加工工艺方案.采用KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备,划片后芯片尺寸为7mm×7mm×1.3mm.经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值为6.45 g,具有优于±0.5 g的闭合精度.通过随机振动和高温等环境试验后,2只微惯性开关样品闭合阈值的变化量小于0.5 g,表明微惯性开关具有较好的环境适应能力和机械性能.

低g值微惯性开关单向敏感性设计与分析

选用典型的"弹簧-质量"系统,基于平面矩形螺旋梁结构,研制了一种具有良好单向敏感性的低g值微惯性开关。采用ANSYS有限元软件,对惯性开关的单向敏感性进行了静力学仿真分析。分析结果表明,横向加速度对惯性开关闭合阈值的影响较小。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀、ICP刻蚀和喷涂工艺等关键工艺技术,完成了微惯性开关的制备。经离心试验测试,微惯性开关的闭合阈值约为12.26g,具有约±0.2g的闭合精度。当横向惯性加速度小于15g时,对其闭合阈值的影响小于0.5g。测试结果表明,微惯性开关具有较好的单向敏感性,多次测试重复性好,具有体积小、结构简单、加工容易实现、环境适应性好等特点。

基于双稳态机制的低g值微加速度开关

设计了一种包含双稳态机制的低g值加速度开关,并采用了MEMS中的多层微电铸技术进行加工。该微加速度开关具有体积小,响应阈值精确,响应速度快,具有闭合保持功能等优点。微加速度开关的结构包括双稳态柔性悬臂梁,可移动质量块和固定触点,其中双稳态柔性悬臂梁的宽度、厚度和长度分别是28.0μm、25.0μm和5 150.0μm.由于使用了非线性双稳态机制,因此可以通过更加精确的模型来设计加速度开关的触发阈值。经过多次试验表明:器件的触发的加速度阈值是(32.6±0.2)g,可移动质量块的行程距离是530μm,并且开关在闭合后具有保持功能。

低g值硅压阻式加速度传感器的设计与分析

本文介绍一种低ｇ值双悬臂梁式硅压阻式加速度传感器新结构，通过理论分析与计算，说明该结构的硅压阻式加速度传感器具有良好的输出性能。

低g值微惯性开关防粘连结构的设计与制作

低g值微惯性开关是一种感受惯性加速度、执行开关机械动作的精密惯性装置。为了解决开关芯片在清洗干燥过程中的粘连问题,提高器件的成品率,提出了防粘连的梯形凸台结构。该结构尺寸约为135μm×135μm×20μm,采用玻璃无掩膜湿法腐蚀技术在深约85μm的玻璃封盖底部实现。通过减小质量块与玻璃封盖底部的接触面积,弱化液体表面张力和范德华力的影响,避免了粘连现象的发生,使得低g值微惯性开关芯片在清洗干燥环节的合格率约达95%。采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,完成了带有防粘连凸台结构的低g值微惯性开关的制作。玻璃无掩膜湿法腐蚀技术具有工艺简单、便于操作等优点,它的成功应用较好地满足了器件产业化的要求,为批量研制低g值微惯性开关提供了可靠的工艺基础。

中灰低G值瘦煤资源的开发与利用

为扩大炼焦煤资源、降低配煤成本,太钢开展了配用中灰低G值瘦煤的研究及生产实践,利用300 kg试验焦炉进行配合煤炼焦实验,筛选出SM5与SM6,并在7.63 m焦炉进行工业化试验和生产实践。结果表明:配用13%和15%的中灰低G值瘦煤后,焦炭冷、热态强度略有所提高,焦炭灰分可控制在12.10%以内,配煤成本可降低7.38元/t,具有良好的经济效益和社会效益。

低G值惯性延时MEMS火工品一体化设计

开展了具备低G值惯性延时解保功能的MEMS火工品的研究工作,提出了MEMS火工品一体化设计的技术方案,通过ADAMS软件与ANSYS软件分析了MEMS火工品中电热锁销机构以及延时机构的动力学模型。结果表明:所设计的锁销机构可以在10V直流电压的控制下输出57.2μm的位移,满足相应的解锁要求;所设计的延时机构可以在10g环境力的作用下,实现560ms的延时输出,输出位移为1.5mm;MEMS火工品的整体尺寸为10mm×10mm×0.28mm。

低g值惯性延时电热MEMS安全与解除保险装置

针对MEMS安全与解除保险装置解除保险方式单一且不易感知低过载环境力的技术难点,将微尺度下电热力与惯性力结合,提出了低g值惯性延时电热MEMS安全与解除保险装置。该装置主要由硅隔断、齿轮组、平面扭簧以及电热锁销机构组成。分别建立了电热锁销机构以及延时机构的动力学模型,并通过ADAMS软件与ANSYS软件对相应模型进行了仿真验证。结果表明,所设计的锁销机构可以在10 V直流电压的控制下输出57.2μm的位移,满足相应的解锁要求;延时机构可以在10 g环境力(持续时间约700 ms)的作用下,实现560 ms的延时输出。

低g值冲击加速度国际关键比对

2017年5月至2018年12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织了五大国际计量区域组织共9家代表实验室参加的低g值冲击加速度国际关键比对,作为冲击加速度国际计量领域的首个关键比对,参比的测量装置为基于半正弦加速度波形激励的低g值冲击激光绝对法国家基准,加速度范围为500~5000m/s^2,冲击脉宽为0.5~3ms。比对结果表明7家参比实验室全部测量结果与比对参考值的偏差小于相应的等效不确定度,取得了满意的结果,另外2家参比实验室部分测量结果为不满意。

一种结构新颖的地震动加速度计

对比典型的差动电容结构,设计了一种新的折叠梁电容式MEMS低g(g=9.8m/s^2,当地重力加速度)值加速度计,指标为量程0～±2g,横向灵敏度<3%。利用有限元分析软件对模型进行了静态应力分析和模态分析,并给出了接口电路和自检测功能原理。最后设计了一套可行的加工工艺。