摘要：针对低gn值微惯性开关对微弹簧系统刚度的要求（0．1～1N／m数量级），设计了一种基于平面矩形螺旋梁结构的平面微弹簧。假设材料均匀、连续且具各向同性，根据材料力学的卡氏定理和线弹性理论，推导得到了微弹簧的弹性系数计算公式，并根据ANSYS有限元仿真分析结果对其进行了修正。基于多层高深宽比硅台阶刻蚀方法，采用MEMS体硅加工工艺，完成了微弹簧的制备，划片后微弹簧芯片尺寸为7mm×7mm×0．3mm。分析结果表明，完善后的弹性系数计算公式与ANSYS仿真结果更为接近，可直接应用于微弹簧的结构优化设计以简化设计过程。纳米压痕法的测试结果表明，微弹簧样品的弹性系数约为0．554N／m，满足设计要求。该微弹簧具有体积小、结构简单、加工容易实现等特点，其成功研制为实现低gn值微惯性开关的工程实用化奠定了基础。

摘要：针对低g值微惯性开关对微弹簧的系统刚度达到(0.1~10)N/m数量级的要求,设计了一种阿基米德平面螺旋梁结构的微惯性开关。根据材料力学中的卡氏定理和线弹性理论,推导了阿基米德平面螺旋梁的弹性系数计算公式,并与ANSYS有限元仿真分析结果进行了对比。基于推导的弹性系数计算公式设计了一种三根阿基米德平面螺旋梁支撑的动作阈值5.5gn的微惯性开关,并采用SOI硅片以及玻璃-硅-玻璃键合技术进行了加工,在离心转台上对开关实际动作阈值进行测试,并将测试值与设计值进行对比。结果表明,采用推导到的阿基米德平面螺旋梁弹性系数计算公式计算结果与ANSYS仿真结果相近,基于推导的弹性系数计算公式设计的三根阿基米德平面螺旋梁支撑的微惯性开关动作阈值设计值与实测值相近,单根阿基米德平面螺旋梁弹性系数约0.8 N/m,能够满足低g值微惯性开关低刚度的要求,推导的弹性系数计算公式能够用于基于阿基米德平面螺旋梁的低g值微惯性开关的设计。

摘要：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。

摘要：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。

摘要：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,其设计目的包括减小体积、提高抗振性和产品间闭合阈值一致性等综合性能。针对一种基于平面矩形螺旋梁的低g值微惯性开关,在给定条件下以增大螺旋梁厚度为目标进行优化建模,运用复合形法的MATLAB语言程序进行优化设计。结果表明,经优化设计后,管芯"弹簧-质量"结构面积为0.09cm2,与初始设计相比减少了约46.5%,满足应用环境的要求。优化模型梁厚度为36.3μm,比初始设计增大了约21%,验证了优化算法的有效性。与传统设计方法相比,复合形法具有较高的实用性和优化效率。为实现对螺旋梁厚度的精确控制,提出了基于双埋层SOI硅片的管芯"弹簧-质量"结构加工工艺方案,并进行了初步的工艺流片。

摘要：针对原有微惯性接电开关载荷识别机构的设计中无法解释单次碰撞和特征参数影响的局限性,提出微惯性接电开关载荷识别机构设计中的能量分析法。该方法基于载荷识别机构的工作原理,通过不同类型载荷下碰撞的能量损失的差异来实现载荷识别,从开关系统的能量得失角度,即惯性力正功和碰撞动能损失两方面对开关对于发射载荷和勤务跌落载荷的识别能力进行分析。仿真验证结果表明,该方法可以更好地描述单次碰撞过程,并且在载荷识别机构的设计中可以作为辅助设计方法以得到设计参数的优选值。

摘要：传统机械式引信"固-固"接触型微机械惯性开关存在触点接触压力小、接触电阻大、易磨损退化以及抗振动干扰差等缺点,且"固-固"接触方式闭合或者断开瞬间会产生电火花,从而产生瞬时电磁干扰。采用一种新型超低温导电液作为流体介质,利用其惯性流动导通触点,此液体不仅作为惯性力的执行部件,且作为保证开关导通及保证闭合状态的部件。该微流体开关具有区分正常发射环境和勤务跌落环境的性能,利用Fluent软件进行仿真分析液体在上述两种情况下的运动状态,得到液体在勤务状态无法接通触点而在正常发射情况可以稳定接通的结果。仿真还分析了开关的闭锁能力,通过改进结构解决了触点处液体松散或附着气泡的问题。

摘要：针对目前微机电系统(Micro Electromechanical Systems,MEMS)惯性开关设计知识和经验逐步扩大和提高,但没有一套设计系统可以对以往知识和经验进行高效利用的状况,提出一种微机电惯性开关智能设计系统的开发方案。通过将知识工程引入到微机电惯性开关设计,开发出一套包含知识库、实例库、综合数据库、推理机制和虚拟试验5大模块的设计系统。系统测试表明,基于实例和知识的智能设计系统,能够实现经验与实例的有效重新利用。

摘要：设计了一种阈值为5g的低g值磁自锁微机电系统(MEMS)惯性开关,具有阈值可调和自回复功能。该惯性开关的惯性敏感单元由1个方形质量块、1块固定在质量块下的方形棋盘状磁铁和4根支撑它的方形阿基米德螺旋梁组成。磁铁和4块位于移动电极下方的铁磁性固定电极、双层平面线圈一起共同实现磁自锁和阈值调节功能。通过有限元仿真软件ANSYS对其进行仿真分析,利用激光加工和PCB工艺制造样片机,并通过离心机对样品进行性能测试。测试结果显示,制作的MEMS惯性开关在垂直敏感方向上的阈值加速度为5.27g,通过施加−0.5~0.5 A范围的电流,阈值的调整范围为6g~3.75g。结果表明此结构能够在实现闭锁功能的同时,在无外力作用的情况下实现自回复,且在一定范围内阈值可调。