高阈值长脉宽响应的微流体惯性开关

为了实现智能武器电源管理，针对正常发射和勤务跌落两种典型的加速度信号，提出了一种高阈值长脉宽响应的微流体惯性开关。该开关主要由环形微通道和三级毛细阀组成，具有识别两种典型加速度的能力，并在正常发射后坐加速度的作用下实现可靠接通。首先，介绍了开关的设计概念及工作原理。然后，采用湿法刻蚀和磁控溅射金属技术制作了样机。最后，结合有限元仿真和样机实验验证了开关的功能。有限元仿真分析表明：该开关在幅值为12000g，脉宽为300 μs的勤务跌落载荷下保持断开，在幅值为20000g，脉宽为4 ms的后坐载荷下可靠接通，开关阈值为3300g。实验结果表明：该开关在幅值为12800g，脉宽为219 μs的勤务跌落载荷下保持断开，开关的静态阈值为3257.2g~3317.3g,开关的理论阈值为3590.9g，理论公式能较好地预测开关的阈值。     

抗高过载微流体惯性开关

基于微连通器结构,提出了一种使用盐水(Na Cl溶液)作为工作流体且具有高的抗过载能力的微流体惯性开关。分析了液滴的分离机理,设计了开关的流道结构。然后,对开关进行了理论分析,建立了开关模型。最后,利用流体动力学仿真和样机实验相结合的方法,对开关结构和功能进行了验证。验证结果显示:在幅值为30 000 g阶跃型加速度作用下,开关的工作流体仍未发生分离,加速度的幅值与开关响应时间相关。另外,开关样机能够使盐水液面形成高度差,样机的静态加速度阈值为134.6 g~152.3 g,非常接近其理论计算的加速度阈值142.7 g。得到的结果表明,采用的微连通器结构能够极大地增强微流体惯性开关的抗液体分离能力,能够对加速度幅值进行区分,并实现闭锁功能,同时显示了高的抗过载能力。     

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Micro electro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关.该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作.通过对弹簧一质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8 m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10-4s量级,与有限元仿真结果吻合较好.     

基于阿基米德螺旋线的低g值微惯性开关

低g值惯性开关是一种对线加速度敏感并在施加的加速度作用下完成闭合的惯性装置。由于微小尺寸的限制,低g值(1-30 g)惯性开关只能设计为微质量块和低刚度支撑梁的结构。为了获得低刚度,设计了基于阿基米德螺旋线的平面螺旋梁结构。微开关由一个带触点的基座、一个惯性敏感单元以及框架和封盖组成。惯性敏感单元则由一个居中的质量块和支撑它的螺旋梁组成。在加速度作用下可动的质量块发生位移,与其下的触点接触,实现开关的闭合。惯性敏感单元采用有限元软件ANSYS进行分析,采用UV-LIGA工艺制作。进行了离心试验以获得低g值惯性开关的闭合门限。经3次测试,闭合门限值分别为21.22,21.39和21.20g,平均值为21.27g。测试结果表明,低g值惯性开关具有0.5g的闭合精度,多次测试重复性较好。     

MEMS加速度开关的冲击失效仿真分析与试验

针对微机电系统(MEMS)器件的低可靠性问题,以MEMS加速度开关为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件,采用"扭梁-悬臂梁-质量块"结构作为MEMS加速度开关主要作用部分,建立了开关的有限元模型。对MEMS加速度开关3个方向上的跌落冲击情况进行了有限元分析;通过仿真计算分析,得到了器件在冲击载荷作用下的最大量级,分析了导致加速度开关不能作用的主要失效模式;利用马歇特锤击实验平台进行了冲击试验,得到了加速度开关冲击失效的极限量级,证明了MEMS加速度开关的主要失效模式为断裂失效。研究结果表明:针对MEMS加速度开关主要失效模式的仿真分析结果可靠,与试验验证结论相符。     

刷片式微过载开关的设计

设计了一种刷片式微过载开关,其结构由绝缘基底、检测质量块、折叠梁、电刷臂、导电片及盖板组成;电刷臂上施加了预压力使之与导电片可靠接触.在外界加速度作用下,检测质量块发生位移,带动电刷臂在导电片上滑动,可实现常开状态的接通,也可实现常闭状态的断开.利用有限元软件ANSYS对开关结构进行了仿真分析,确定了合适的结构参数,提出了加工方案.     

一种加速度开关设计

加速度开关又称G开关,是感受加速度并完成致动的一类惯性器件.文中回顾了Rolamite机构的发明过程以及Rolamite机构的用途;介绍了Rolamite开关的工作原理;分析了Rolamite开关的力学特性;详细论述了Rolamite开关的结构设计以及装配工艺;对Rolamite开关原理样机进行了振动、冲击、离心试验;试验表明Rolamite开关具备较高的精度(5 g±0.5 g)和接触可靠性,能够负载较强电流(＞0.5 A),接触电阻小于1 Ω,具备一定的抗冲击 (20 g/8 ms不闭合)能力.     

微机电系统惯性电学开关的设计与制作

基于非硅表面微加工技术,给出了微机电系统惯性电学开关的一种新式设计,该设计采用两端悬空固定的多孔弹性梁作为固定电极,由连体蛇形弹簧连接悬空的质量块作为可动电极,可动电极位于支撑层和弹性梁之间,该结构在保证微开关具有足够灵敏度的同时,可有效提高两电极间的接触效果和器件的抗冲击保护。使用成本较低的多次叠层电镀镍的方法制作了设计的微型惯性开关,并对其元器件进行了试验测试,结果表明：开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.40ms和12μs,与有限元动力学仿真结果吻合较好,表现出较高的灵敏度和良好接触效果。     

基于正交试验方法的永磁微加速度开关结构参数对接触可靠性影响分析

基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,设计了一种新型磁力微加速度开关。选取微加速度开关的三个结构参数悬臂梁宽度、质量块质量和永磁铁体积作为关键因素,基于正交试验方法设计了该开关9种不同结构参数的水平组合,给出了影响开关动作的永磁力和表面接触力计算公式。建立了该开关系统的动力学方程,采用四阶Runge-Kutta法对加速度激励下开关工作过程中永磁力、质量块与触点接触压力等参数的变化规律进行了仿真,对接触压力进行了极差分析和方差分析。结果表明:永磁铁体积对开关接触可靠性影响最大,其次是悬臂梁宽度W,最后是质量块质量G;可靠性最高的最佳结构参数水平组合为W 3G3V1,即悬臂梁宽度0.70 mm、质量块质量2.00 g、永磁铁体积5.05 mm3;在置信度为99%的情况下,悬臂梁宽度W、永磁铁体积V和质量块质量G对微加速度开关接触可靠性均具有高度显著的影响。     

基于全面析因试验设计的永磁微加速度开关接触可靠性分析

针对一种新型磁力微加速度开关设计方案,建立了该开关系统的动力学方程,给出了影响开关动作的永磁力、表面接触力计算公式。采用四阶Runge-Kutta法对加速度激励下开关工作过程中永磁力、质量块与触点接触压力等参数的变化规律进行了仿真,对接触压力进行了极差分析和方差分析。选取微加速度开关的3个结构参数（悬臂梁宽度、质量块质量和永磁铁体积）作为关键因素,基于全面析因试验方法设计了该开关27种不同结构参数的水平组合,结果表明：微加速度开关3个结构参数中对接触可靠性影响大小的顺序为永磁铁体积V、悬臂梁宽度w、质量块质量m;可靠性最高的最佳结构参数水平组合为W3m3V1,即W=0．70mm、m=2．00g、V=5．38mm^3;在置信度为99％的情况下,悬臂梁宽度W、永磁铁体积V和质量块质量m对微加速度开关接触可靠性均有显著的影响。     

基于柔性止动的MEMS惯性开关冲击可靠性强化

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)α=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。     

一种高g值大脉宽冲击试验装置的设计与仿真

为对侵彻弹引信机构进行加速度幅值大于5 000 g,脉宽大于2ms的冲击检测,设计了一种带储能弹簧的冲击试验装置。给出了冲击试验装置的机械实现原理,根据半正弦波机械模拟的理论及计算方法,对主要结构参数进行了设计。应用ANSYS/LS-DYNA软件,对冲击过程进行了有限元建模仿真,证明了该试验装置的设计原理上是可行的。     

基于可靠度仿真的MEMS加速度开关结构优化

基于MEMS加速度开关的结构与作用原理,利用ANSYS对悬臂梁进行有限元分析,获得在冲击载荷作用下悬臂梁的受力情况以及位移的大小; 采用蒙特卡罗方法产生伪随机数,模拟不同样本变量的随机分布情况,以解决试验样本不足的问题,对MEMS加速度开关的可靠度进行了分析计算; 采取改进结构以优化设计,降低开关的潜在危险和失效概率,提升可靠度。     

An Analysis of Excitation Pulse Adjustable Signal of Ultrasonic Flaw Detection

This research focuses on the influence of the ultrasonic flaw detection circuit on the ultrasonic emission. A software simulation and the super-exploration test are adopted. The characteristics of the transmitting circuit, the spike wave pulse generator and the square wave pulse generator are analyzed by simulating the pulse amplitude, the square wave pulse width and the transmitting pulse damping of the pulse generator. On the basis of simulations and experiments the fact that the best pulse effect relies on a reasonable coordination of pulse width and damping resistance is further verified. By using double-high-speed output power switch, appropriate adjustments on square wave pulse generator help to excite twice the charge voltage than the spike pulse generator can stimulate.     

Novel application-oriented transient fuel model of a port fuel injection S. I. engine

Most researches on transient fuel control of port fuel injection S.I. engine are carried out from the perspective of advanced mathematical theories. When it comes to practical control, there exist many limitations although they are more intelligent. In order to overcome the fuel wetting effect of PFI engine, the application-oriented transient fuel control is studied by analyzing the key parameters which are closely related with the engine transient characteristics. Both validity and simplicity are taken into consideration. Based on the fuel wall-wetting theory and popular fuel compensation strategy, short-term transient fuel（STF） and long-term transient fuel（LTF）, as well as their individual decay approaches, are introduced. STF is to compensate the drastic fuel film loss caused by sudden throttle change, while the function of LTF is to compensate the fuel film loss by manifold air pressure（p） fluctuation. Each of them has their respective pros and cons. The engine fuel mass and air mass are also calculated for air-fuel ratio（AFR） according to ideal gas state equation and empirical equations. The vehicle acceleration test is designed for model validation. The engine experiences several mild and heavy accelerations corresponding to the gear change during vehicle acceleration. STF and LTF control are triggered reliably. The engine transient fuel control simulation adopts the same inputs as the test to ensure consistency. The logged test data are used to check the model output. The results show that the maximum fuel pulse width（FPW） error reaches 2 ms, and it only occurs under engine heavy acceleration condition. The average FPW error is 0.57 ms. The results of simulation and test are close overall, which indicates the accuracy of steady and transient fuel. The proposed research provides an efficient approach not only suitable for practical engineering application, but also for AFR prediction, fuel consumption calculation, and further studies on emission control.     

Contact analysis of impact in magnetic head disk interfaces

Three-dimensional finite element analysis of head and disk contact effects induced by impact in magnetic head disk interface (HDI) are presented. Elastic–plastic contact simulations are performed using . The entire contact–impact procedures during head disk collision under the dynamic loading of half-sine pulse acceleration with profiles of 300 and 500 g amplitude and 1.0 ms in duration are described in detail. Simulation results for the contact pressure distribution at HDI, von Mises equivalent stress, and equivalent plastic strain fields are examined and interpreted in terms of impact history. A comprehensive history of head disk relative displacement and von Mises equivalent stresses within contact region are provided and the evolution of plasticity are discussed. It is shown that finite element method can provide the simulation of the contact behavior resulting from the dynamic loading.     

用于金属拔丝的调频调幅大电流窄脉冲电源

介绍了一种将电流脉冲的电塑性效应应用于金属拔丝的调频调幅大电流窄脉冲电源系统。电源初级储能环节采用常规三相桥式整流和LC滤波;中间二次储能电路采用Buck变换器,利用全控型功率开关器件IGBT调节电热电容的充电电压,进而控制输出脉冲电流的幅值;而窄脉冲的形成则由电热电容、输出回路电感和等效负载电阻决定,由高频晶闸管进行控制。电源输出脉冲电流的频率和幅值可实时调节、数字显示。运行及测试结果表明,电源系统工作稳定,脉冲电流幅值和频率调节方便,控制准确。     

PWM数字微小型加速度计脉宽突变研究

根据机电分析动力学原理，建立了PWM悬臂电容式数字微小型加速度计摆片的机电分析动力学模型；在不同的参数下，经过对其进行大量仿真和计算，发现脉冲宽度产生突变，不再同激励加速度呈线性比例现象；分析了产生突变的原因，提出脉宽同激励加速度保持线性比例关系的必要条件，并最终调制出脉宽同激励加速度的线性关系。