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    引信作为武器系统中的一个重要组成部分,它主要由目标探测与发火控制系统、安全系统、爆炸序列、能源等组成[1]。现在引信的微型化、智能化、灵巧化的发展方向要求引信的成本更加低廉而性能特性更加优秀。

    引信惯性开关是一种应用在武器系统中、作用在引信电源及其后续供电电路之间、实现引信电源对后续供电电路供电控制的装置。它要求在储存及勤务处理环境下不能闭合,处于断开状态;在正常发射环境下能够可靠闭合,处在接通状态。为了实现该功能,惯性开关需要具备区分两种环境的能力。在勤务处理环境中,弹药从高处坠落到钢板或水泥地上,引信收到作用时间短,峰值大的冲击下能需保证开关处于断开状态;在发射环境下,引信收到后坐力的作用,其峰值比跌落峰值小,但是作用时间比跌落时长得多。开关在此环境作用下实现闭合并保持闭合状态。

    MEMS技术具有微型化、集成化、智能化等特点,可将多种器件集成一体,不仅能感知和处理信息,还能通过机构的动作对系统进行控制,体积小,重量轻。这些特点恰恰适应了引信的要求,使得引信最能显示MEMS技术的独特优越性,引信中应用MEMS技术,不仅可以减小引信系统的重量和体积,还可以提高引信系统的功能,减小设计难度,MEMS技术给引信带来了广阔的发展空间[2]。

    1.2  MEMS技术介绍

    微机电系统是(micro Electro Mechanical Systens,MEMS)是利用集成电路制造技术与微加工制造技术把微结构、微执行器、微传感器、控制处理电路甚至把通讯、接口和电源等制造在一块或几块芯片上的微型集成系统[3]。近年来,MEMS技术在一些工业领域,包括汽车、工业、医疗甚至军事的应用中已经获得广泛的认可。

    MEMS与传统的没有运动部件的半导体电子器件不同,MEMS面临几个严峻的技术挑战。比较而言,MEMS利用不同的材料,在微米尺度下,创造不同的3D结构和高复杂的形状。MEMS的另一独特的挑战是目标产品的功能常常与其制造工艺密切相关,导致了“一种产品,一种工艺”。这些都与普通IC工艺有所不同。

    同时,MEMS与传统宏观机械又许多差异。首先,MEMS在尺寸上在毫米到微米范围内,区别与传统的尺寸大于1cm的机械。但并非进入物理上的微观层次。其次,MEMS在加工工艺上基于微加工技术制造,与传统的机械的加工工艺如车、铣、磨等有非常大的区别。再者,MEMS中的机械已不限于狭义的力学中的机械,它代表一切具有能量转化、传输等功能的效应,包括力、热、光、磁,乃至化学生物等效应。

    因此,MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务,也可嵌入大尺寸系统中,把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。二十一世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化,对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响[4]。

    1.3  国内外研究现状

    2  理论分析

    2.1  系统理论模型

    本MEMS开关采用微弹簧质量系统。其模型如图2.1所示。

    微弹簧质量系统示意图

    图2.1 微弹簧质量系统示意图

    在受到惯性驱动力F(t)的作用下,系统的运动微分方程为:

    该式中,m为质量块质量,c为阻尼系数,k为微弹簧刚度系数。

    首先考虑简单的自由振动系统的情况,再考虑强迫振动系统的情况。同时,先考虑无阻尼情况,再考虑有阻尼的情况。

    2.2  自由振动系统推导

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