閾值可調(diào)慣性開關設計與分析.pdf

1、慣性開關作為一種將傳感、判斷及執(zhí)行于一體的慣性器件，是對加速度敏感并在加速度超過某一閾值時，提供開關閉合動作的器件。MEMS慣性開關具有結構簡單，體積小，質(zhì)量輕功耗低等鮮明特點，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)目標和滿足通用性的要求，使慣性開關能夠安全、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。研究了開關的多物理場效應，分析了靜電場、加速度場以及阻尼場對懸臂梁開關性能的影響

2、，得出懸臂梁開關在靜電場中的吸合電壓及系統(tǒng)剛度表達，并從理論上分析了“負”彈簧效應。建立了開關在多物理場作用下運動的數(shù)學模型，得出開關的加速度閾值和偏置電壓的關系，證明了開關的閾值加速度可調(diào)性。
　　應用CoventorWare軟件對MEMS慣性開關進行系統(tǒng)級分析和有限元分析。分析結果表明，系統(tǒng)級分析吸合電壓結果為24V，有限元分析吸合電壓結果為26.5625V，二者結果幾乎相同，說明系統(tǒng)級分析快速準確可靠。主要對所設計的MEMS

3、慣性開關模型進行系統(tǒng)級仿真分析，包括吸合電壓分析、響應角度分析、頻域分析、參數(shù)分析、靈敏度分析和蒙特卡洛分析等。
　　本文設計的MEMS閾值可調(diào)慣性開關的設計閾值加速度調(diào)節(jié)范圍在500g~2500g之間，500g正弦加速度作用時響應時間為141.61μs，電路導通的持續(xù)時間為258.39μs，滿足設計所需要求?？蓪λO計的開關進行陣列布局，有效的工作角度范圍可擴大到120度，實現(xiàn)多方向的感應閾值加速度，解決彈丸大著角碰撞目標不易