《高g值硅微加速度计的结构设计与分析》属于现代微机电系统设计理论和设计方法应用技术研究领域,课题源于国防科工委MEMS高过载传感器在引信中的应用研究。 本文在对各种硅微传感器特点进行比较的基础上,选择了适用于高冲击环境,有较高抗过载性能的电容式硅微加速度传感器作为研究对象。对其工作原理和数学模型进行了阐述和研究。 在详细阐述了电容式加速度计工作原理的基础上,选择扭摆式加速度传感器作为设计对象,根据高g值加速度计的性能要求,设计计算了加速度计的结构尺寸,并对结构尺寸对其性能的影响进行了分析。找到了影响高g值加速度计性能的关键尺寸因素,例如支承轴宽度和长度尺寸。 使用有限元方法,对计算得到的高g值加速度计结构进行了静力学和动力学仿真,以验证该结构的抗高过载能力、在高g值环境下结构的应力分布情况,验证结构的谐振频率和对高冲击信号的响应情况;同时使用ANSYS的压膜阻尼分析功能,对扭摆式高g值加速度计中的压膜阻尼进行了分析计算,得到一套计算压膜阻尼的方法,根据计算结果,发现在扭摆式高g值电容加速度计中压膜阻尼对结构影响甚微,可以忽略。 确定加速度计结构尺寸以后,采用MEMS专业软件MEMS Pro4.0进行了版图设计,制定了适用于高g值加速度计的加工工艺流程。对加工出来的硅微加速度计进行了高冲击下的试验测试,得到了正确的响应曲线,进一步验证其性能。 实验表明,设计和加工好的高g值硅微加速度传计基本达到引信使用环境要求。通过对硅微加速度传感器的结构设计和分析,掌握了硅微机构设计的基本步骤和方法,对今后将微结构应用于引信安全机构上奠定了基础。