引信安全系统中高G值双稳态微加速度开关研究与设计

论文摘要

微机电系统(MEMS)技术极大促进了引信安全系统微型化的发展。本文以用于引信后座保险机构中的高G值微加速度开关为研究对象。对高G值折叠梁式微加速度开关性能分析后，主要研究设计了高G值双稳态微加速度开关。首先从流体阻尼、微摩擦、折叠梁和锁座的刚度三方面分析它们对折叠梁式微开关性能的影响，分析后认为流体阻尼对该开关能否正常触发不造成影响，而微摩擦、折叠梁和锁座的刚度对该开关能否正常触发有重要影响，这与试验结果相符。其次，根据上述分析，本文选择了核心结构为无需施加预应力、双余弦梁式的双稳态微开关作为设计对象，对其工作原理和数学模型作了阐述和推导。通过理论计算和有限元静态分析，确定了该开关的尺寸；针对由于微尺度效应而导致的粘附现象，提出了有关结构、工艺等解决方案。由动力学分析知该开关具有较高的谐振频率，以及良好的抗机械冲击性和抗振动性，这将保证开关的安全性和作用可靠性。在完成双稳态微开关结构设计之后，采用MEMS Pro进行了版图设计，制定出加工工艺流程，详细阐述了其中的关键性工艺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 MEMS简介
• 1.2 MEMS技术在引信中的应用
• 1.3 典型的双稳态微开关
• 1.3.1 磁驱动双稳态开关
• 1.3.2 热驱动双稳态开关
• 1.3.3 分子基电双稳器件
• 1.3.4 电场驱动双稳态开关
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 高G值折叠梁式微加速度开关试验结果理论分析
• 2.1 折叠梁式微加速度开关工作原理
• 2.2 折叠梁式微加速度开关参数分析
• 2.3 流体阻尼
• 2.3.1 阻尼类型
• 2.3.2 理论计算
• 2.4 微摩擦
• 2.4.1 微摩擦简介
• 2.4.2 摩擦系数的影响因素及其控制
• 2.4.3 仿真分析
• 2.5 折叠梁和锁座对微开关性能的影响
• 2.6 小结
• 第三章 高G值双稳态微加速度开关结构设计
• 3.1 双稳态微加速度开关原理
• 3.2 双稳态微加速度开关结构设计
• 3.2.1 双稳态理论推导
• 3.2.2 余弦梁设计
• 3.2.3 敏感质量块设计
• 3.2.4 锁座设计
• 3.2.5 粘附现象预防
• 3.3 双稳态微加速度开关Visual Basic程序设计
• 3.4 小结
• 第四章 高G值双稳态微加速度开关版图设计
• 4.1 关键工艺的选择
• 4.1.1 键合
• 4.1.2 刻蚀
• 4.2 双稳态微加速度开关版图设计
• 4.2.1 划片道设计
• 4.2.2 掩膜版图设计
• 4.2.3 逻辑电路设计
• 4.3 小结
• 第五章 高G值双稳态微加速开关仿真
• 5.1 双稳态微加速开关静力学分析
• 5.1.1 余弦梁校核
• 5.1.2 锁座位置的确定及强度校核
• 5.1.3 微开关的量程和抗高过载能力
• 5.1.4 辅助梁的设计
• 5.1.5 横向效应分析
• 5.2 双稳态微加速开关动力学分析
• 5.2.1 微开关模态分析
• 5.2.2 微开关谐响应分析
• 5.2.3 微开关瞬态动力学分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 总结
• 创新点
• 展望
• 致谢
• 附录
• 参考文献