本發(fā)明屬于MEMS的微機(jī)械領(lǐng)域，為MEMS慣性開關(guān)的測試系統(tǒng)。涉及到MEMS加工技術(shù)。

背景技術(shù)：

在國防現(xiàn)代化的進(jìn)程中，武器朝著小型化、智能化發(fā)展，這促進(jìn)了引信的發(fā)展。為了滿足引信小型化的需求，基于電容器的原理，集成傳感器和執(zhí)行器功能的慣性開關(guān)被提出。電容式開關(guān)無論作為一種傳感器還是執(zhí)行器，其相應(yīng)的測試方法和設(shè)備已經(jīng)被提出。然而，集成后的慣性開關(guān)卻沒有相應(yīng)的測試方法和設(shè)備。為推動國防的現(xiàn)代化和產(chǎn)業(yè)的批量化，該測試系統(tǒng)被首次提出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是設(shè)計(jì)閾值可調(diào)MEMS慣性開關(guān)的測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)模擬MEMS慣性開關(guān)受到的慣性力，并獲取MEMS慣性開關(guān)的輸出信號。

采用的技術(shù)方案是。

本發(fā)明的技術(shù)方案是在MEMS慣性開關(guān)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立測試系統(tǒng)即信號的輸入系統(tǒng)和信號的輸出系統(tǒng)。

信號的輸入系統(tǒng)，包括沖擊滑塊、沖擊桿和緩沖裝置。

沖擊桿可為鋼制。沖擊桿提供單調(diào)遞增的速度，實(shí)現(xiàn)動能轉(zhuǎn)化為緩沖裝置中空氣彈簧的彈性勢能。

緩沖裝置提供先單調(diào)遞增后單調(diào)遞減的加速度信號輸入。

加速度傳感器識別加速度信號，并為校準(zhǔn)提供參考。

信號的輸出系統(tǒng)，包括測試電路、檢流計(jì)和示波器。測試電路包括MEMS慣性開關(guān)。

測試電路是利用慣性開關(guān)的自鎖功能，實(shí)現(xiàn)信號的輸出。

檢流計(jì)和示波器是為了測量測試電路的輸出信號，這為驗(yàn)證慣性開關(guān)的設(shè)計(jì)和加工提供參考。

其優(yōu)點(diǎn)在于：

將國內(nèi)的微機(jī)電領(lǐng)域在引信上研究的概念階段推向了實(shí)用階段，彌補(bǔ)了國內(nèi)對MEMS慣性開關(guān)測試系統(tǒng)的空缺。

附圖說明

圖1是閾值可調(diào)MEMS慣性開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是閾值可調(diào)MEMS慣性開關(guān)慣性參數(shù)表。

圖3是慣性開關(guān)整體測試系統(tǒng)的原理圖。

圖4是模擬彈丸的加速度曲線圖。

圖5是沖擊系統(tǒng)的俯視圖。

圖6是沖擊系統(tǒng)的主視圖。

圖7是第一下接觸電極、第二下接觸電極、檢流計(jì)、示波器和第二直流電源的電路圖。

具體實(shí)施方式

閾值可調(diào)MEMS慣性開關(guān)的測試系統(tǒng)：包括測試電路和沖擊系統(tǒng)。測試電路包括MEMS慣性開關(guān)17。

對于附圖1所示的MEMS慣性開關(guān)17結(jié)構(gòu)，采用LIGA技術(shù)按照附圖2所示的結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料進(jìn)行加工。

慣性開關(guān)17，包括可動電極1、驅(qū)動電極2、介質(zhì)層8、第一下接觸電極3、第二下接觸電極4、上接觸電極5和基板6。

可動電極1通過彈性支撐部支撐在基板6上方。

所述的彈性支撐部為與可動電極1為一體結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)梁7，本實(shí)施例中可選用兩個(gè)，兩個(gè)梁7的外側(cè)端部（錨區(qū)）固定在基板6左側(cè)凸臺部分。

可動電極1右側(cè)通過至少一個(gè)連接梁9連接上連接部24，本實(shí)施例中連接梁9為兩個(gè)，梁7、可動電極1、連接梁9和上連接部24為一體結(jié)構(gòu)，實(shí)施例中均為硅。

梁7、可動電極1、連接梁9和上連接部24的下表面設(shè)有介質(zhì)層8，起到絕緣作用。

上連接部24下方的介質(zhì)層8下方設(shè)有上接觸電極5。

驅(qū)動電極2固定設(shè)置在基板6上表面，位于可動電極1的下方。

第一下接觸電極3和第二下接觸電極4固定設(shè)置在基板6上表面，位于上接觸電極5下方。

介質(zhì)層8與驅(qū)動電極2之間為犧牲層。

可動電極1、驅(qū)動電極2、第一下接觸電極3和第二下接觸電極4引出四個(gè)引腳，分別為可動電極引腳、驅(qū)動電極引腳、第一下接觸電極引腳和第二下接觸電極引腳。

第一下接觸電極引腳和第二下接觸電極引腳沒有區(qū)別。

慣性開關(guān)17焊接固定在電路板18上，按照附圖7所示的電路圖接線，第一下接觸電極引腳連接第一直流電源21一端，第二下接觸電極引腳通過電阻R_a連接第一直流電源21另一端。

第一下接觸電極引腳和第二下接觸電極引腳分別與檢流計(jì)對應(yīng)連接。電阻R_a兩端并連有示波器。R_a的阻值可為3歐姆。

沖擊系統(tǒng)包括沖擊滑塊11。沖擊滑塊11下方固定有沖擊桿23。

電路板18通過至少一個(gè)夾具固定在木塊10上，本實(shí)施例中夾具為四個(gè)，木塊10固定在沖擊滑塊11上，沖擊滑塊11套設(shè)在導(dǎo)向柱12上，導(dǎo)向柱12固定在底座13上表面。沖擊滑塊11上設(shè)有加速度傳感器19。

可動電極引腳連接第二直流電源的正極，驅(qū)動電極引腳連接第二直流電源的負(fù)極。

附圖3所示的電路圖中電阻R_b為可動電極1和驅(qū)動電極2形成的電容器之間的內(nèi)阻。

底座13上表面中部設(shè)有波形發(fā)生器16，上方為沖擊桿23。波形發(fā)生器16為橡膠波形發(fā)生器。

底座13下方設(shè)有緩沖裝置。底座13為鋼制底座。

所述的緩沖裝置為設(shè)置在底座13下方的至少一個(gè)空氣彈簧14。本實(shí)施例中空氣彈簧14為兩個(gè)。

底座13側(cè)面連接有阻尼器15。本實(shí)施例中的阻尼器15為四個(gè)，兩兩分布在底座13兩側(cè)，阻尼器15下部和空氣彈簧14下部，連接在底板20上。

所述的加速度傳感器19為DL112傳感器。示波器為泰克MSO2024B示波器。

對MEMS慣性開關(guān)17進(jìn)行封裝，鐵制外殼封裝后的MEMS慣性開關(guān)17（鐵制外殼長：3mm；寬：3mm；高：1mm）。焊接在電路板18上。

如圖1所示，MEMS慣性開關(guān)17剛開始沒有工作，接觸電極沒有導(dǎo)通，相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)。

通過長的引線把檢流計(jì)、電阻R_a、示波器安置在沖擊系統(tǒng)周邊一定距離處，方便觀察和測量，進(jìn)而減小沖擊系統(tǒng)對測量結(jié)果的影響。再用四個(gè)M6的螺釘把電路板18固定在木塊10上，木塊10通過夾具固定在沖擊滑塊11上。

兩個(gè)直流電源由吉時(shí)利2036B元表提供直流0~9000v的電壓。

在接線完成后，首先用電源吉時(shí)利2036B元表提供的第二直流電源22從0V開始供電，在本技術(shù)方案的整個(gè)過程中第一直流電源21始終保持6V。

第二直流電源22對該測試系統(tǒng)每隔10min施加一次電壓，施加的電壓按照單調(diào)線性的方式增加，當(dāng)增大到一定值時(shí)，檢流計(jì)有示數(shù)同時(shí)示波器也有示數(shù)，記錄元表的電壓值V₁和示波器的電壓值V₂。

然后繼續(xù)增大第二直流電源22提供的電壓值，在超過所述的剛才記錄的元表電壓值V₁值10V~15V，檢流計(jì)和示波器依然都有示數(shù)時(shí)，停止增大電壓值。比較6V的電壓和從示波器上讀到電阻Ra兩端電壓值V_R的相對誤差，（如果V_R低于6V的電壓不超過15%），確定V₁是MEMS慣性開關(guān)的吸合電壓。

在確定吸合電壓后，第一直流電源21依然保持6V，對該測試系統(tǒng)的第二直流電源22施加多個(gè)小于V₁的電壓值V₃。

針對每個(gè)V_3，沖擊滑塊11可以沿著導(dǎo)向柱12升到的不同的高度，沖擊桿23垂直自由下落撞擊橡膠波形發(fā)生器（共三種不同的布氏硬度：30~40；60~70；90~100），加速度傳感器15把撞擊過程中沖擊滑塊11的不同加速度的變化傳輸給電腦，通過這種方式模擬附圖4所示的彈丸的加速度曲線（正弦曲線的上半段），同時(shí)觀測檢流計(jì)和示波器，當(dāng)都有示數(shù)，確定此時(shí)的加速度為V₃相對應(yīng)的閾值加速度。

沖擊滑塊11的上升和放開，可以采用常規(guī)的提升和釋放裝置完成。