高过载环境下微惯性开关的可靠性技术研究

摘要

在现代战争中，武器的杀伤力是影响战争形势的一个及其重要的因素。武器杀伤力除了与武器弹药本身的威力有关以外，引信引爆时机是否准确有效也是制约武器杀伤力的重要原因。引信引爆时机影响着武器是否能在规定时间规定地点及时引爆，偏离了预定地点预定时间会使得武器杀伤力大打折扣。在引信上，最能够影响引爆时机的器件应当是微惯性开关的性能。
　　微惯性开关是一种特殊的惯性器件。微惯性开关本身就是一种传感器与执行器相结合的器件。微惯性开关不仅能够感知加速度的变化，而且还能通过自身处理电路将加速度变化引起的电信号变化转换为控制通断的开关信号。在微惯性开关中，最重要的是开关能否准确地判断加速度信号是否达到开关响应的阈值条件，包括加速度幅值和加速度脉宽的判断。本文首先设计了一种能够准确判断加速度变化的微惯性开关，频响范围5~150Hz，响应阈值加速度为10g，响应时间为18ms。除此之外，开关还能承受最大为60V的负载电压以及高达1A的负载电流。然后在外壳封装设计时，利用ANSYS对外壳进行了静力学分析以及模态分析，得到了外壳受力是的最小位移点以及外壳的固有频率。在工程测试实验中，我们不仅对微惯性开关的输出灵敏度进行了测试，还标定了微惯性开关的响应阈值条件，测试了微惯性开关的响应时间以及针对微惯性开关在非正常运输，装卸的情况下的误触发情况。
　　鉴于微惯性开关的工作环境相当恶劣，不仅要承受各种温度应力的损害，还要承受高冲击高过载加速度的破坏，本文设计了一系列可靠性实验来检验微惯性开关的可靠性参数。通过可靠性实验，获取微惯性开关可靠性的影响因素以及这些因素的影响程度，建立了微惯性开关的故障树，定性与定量地分析了微惯性开关的可靠度等参数。为微惯性开关在电路设计和封装设计方面的优化奠定了一定的基础。

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1.绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2国内外微惯性开关技术研究

1.3国内外可靠性分析技术研究

1.4本文工作安排

2微惯性开关设计

2.1信号调理部分电路设计

2.2信号判别电路设计

2.3继电器输出电路

2.4微惯性开关外壳封装设计

2.5 本章小结

3微惯性开关功能验证及误触发试验

3.1过载信号检测输出灵敏度标定试验

3.2微惯性开关触发功能验证试验以及响应测试试验

3.3微惯性开关响应时间测试

3.4微惯性开关误触发验证试验

3.5本章小结

4微惯性开关可靠性试验及分析

4.1. 微惯性开关高低温应力试验

4.2. 振动应力试验

4.3抗高过载测试

4.4 微惯性开关故障模式、影响及严重性分析

4.5 本章小结

5总结与展望

5.1研究工作总结

5.2研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果

致谢