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基于柔性止动的MEMS惯性开关冲击可靠性强化
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:《光学精密工程》
  • 时间:0
  • 分类:TH703[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:南京理工大学机械工程学院,江苏南京210096
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.51475245)
中文摘要:

为了提高MEMS惯性开关的冲击可靠性,提出了一种柔性止动结构.首先,利用连续接触力理论建立了止动碰撞模型,通过Simulink对模型进行仿真,研究开关在不同止动形式下的响应特性.接着,从空间占用和应力集中的角度对悬臂梁和平面微弹簧两种止动形式进行讨论,设计止动结构.最后,利用UV-LIGA工艺制作开关样机,通过落锤冲击系统对样机进行测试.碰撞接触力对于冲击可靠性至关重要,Simulink仿真结果表明柔性止动结构能够极大的延长碰撞接触时间,从而降低接触力.同时,采用柔性止动还改善了碰撞后的弹跳现象,提高闭锁稳定性.冲击试验表明,开关累积失效分布函数符合韦布尔分布,标度参数(参考加速度)a=29 600、形状参数β=8.2.相比无柔性止动的MEMS开关,提出的柔性止动明显改善了开关的抗冲击性能.对柔性止动的建模、仿真与试验为MEMS惯性开关的抗冲击设计提供了有益参考.

英文摘要:

To improve the shock reliability of the MEMS inertial switch,a flexible stop structure was proposed.Firstly,the stop collision model was established using the theory of continuous contact force,and the response characteristics of the switch in different stop modes were researched conducting simulation on the model through Simulink.Then,from the perspectives of space-efficient and the stress concentration,the cantilever type and plane micro-spring type stops were discussed and the stop structure was designed.Finally,the switch prototypes were fabricated using the UV-LIGA technology,and the prototypes were tested by the drop hammer shock system.Collision contact force was critical for shock reliability,Simulink simulation result shows that the flexible stop structure can greatly prolong the collision contact time,thus reducing the contact force.At the same time,it also improves the contact bounce phenomenon using flexible stop after collision and the stability of latching.The shock test shows that the cumulative failure distribution function (CDF) of the switch accords with Weibull distribution,with scale parameter (reference acceleration) a=29 600,shape parameter β=8.2.Compared with the MEMS switch without flexible stop,the proposed flexible stop improves the shock resistance of the switch significantly.Modeling,simulation and test of flexible stop provide beneficial reference resources for anti-shock design of MEMS inertial switch.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699