閾值可調(diào)慣性開關(guān)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、慣性開關(guān)作為一種將傳感、判斷及執(zhí)行于一體的慣性器件，是對(duì)加速度敏感并在加速度超過某一閾值時(shí)，提供開關(guān)閉合動(dòng)作的器件。MEMS慣性開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕功耗低等鮮明特點(diǎn)，尤其適用于彈藥環(huán)境。
　　為了適合不同種彈藥類型、打擊不同作戰(zhàn)目標(biāo)和滿足通用性的要求，使慣性開關(guān)能夠安全、穩(wěn)定可靠地工作，本文提出一種利用靜電調(diào)節(jié)加速度閾值的MEMS慣性開關(guān)。研究了開關(guān)的多物理場效應(yīng)，分析了靜電場、加速度場以及阻尼場對(duì)懸臂梁開關(guān)性能的影響

2、，得出懸臂梁開關(guān)在靜電場中的吸合電壓及系統(tǒng)剛度表達(dá)，并從理論上分析了“負(fù)”彈簧效應(yīng)。建立了開關(guān)在多物理場作用下運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，得出開關(guān)的加速度閾值和偏置電壓的關(guān)系，證明了開關(guān)的閾值加速度可調(diào)性。
　　應(yīng)用CoventorWare軟件對(duì)MEMS慣性開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)分析和有限元分析。分析結(jié)果表明，系統(tǒng)級(jí)分析吸合電壓結(jié)果為24V，有限元分析吸合電壓結(jié)果為26.5625V，二者結(jié)果幾乎相同，說明系統(tǒng)級(jí)分析快速準(zhǔn)確可靠。主要對(duì)所設(shè)計(jì)的MEMS

3、慣性開關(guān)模型進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真分析，包括吸合電壓分析、響應(yīng)角度分析、頻域分析、參數(shù)分析、靈敏度分析和蒙特卡洛分析等。
　　本文設(shè)計(jì)的MEMS閾值可調(diào)慣性開關(guān)的設(shè)計(jì)閾值加速度調(diào)節(jié)范圍在500g~2500g之間，500g正弦加速度作用時(shí)響應(yīng)時(shí)間為141.61μs，電路導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間為258.39μs，滿足設(shè)計(jì)所需要求?？蓪?duì)所設(shè)計(jì)的開關(guān)進(jìn)行陣列布局，有效的工作角度范圍可擴(kuò)大到120度，實(shí)現(xiàn)多方向的感應(yīng)閾值加速度，解決彈丸大著角碰撞目標(biāo)不易