微机电系统的国防应用及其制造技术发展述评(上)

微机电系统技术是国际上８０年代后期以来发展迅速的一项新兴高技术。现在和潜在的应用说明它将对国防武器装备产生重大影响。微机械制造技术和封装、组装、测试技术是微机电系统赖以发展的基础。目前，许多工业发达国家已将微机电系统及其制造技术列为本世纪末和２１世纪初国家重点支持和发展的关键技术。本文集中探讨对国防应用有重要意义的微机电系统及其制造技术。     

精密超精密加工技术在微机械制造中的应用

随着微机电系统的发展,微机械零件的材料应用领域不断扩大,结构形状也从二维、准三维提高到三维复杂结构,相应的微机械制造技术也随之发展,并在微机械零件制造中得到了应用。     

新型微光机电系统惯性测量技术研究进展

微惯性测量单元(MIMU)是惯性导航系统(INS)的核心组件，亦是构建微定位导航授时（μ-PNT）系统的重要组成部分。当前成熟的微惯性测量单元主要基于微机电系统（MEMS）实现，其性能逐渐难以满足新型无人驾驶车、无人飞行器以及制导弹药、航空航天器等军民用领域对高精确惯性导航的需求。近年来,各种新型微惯性测量技术相继被提出，以期望突破微惯性测量单元的性能与尺寸、质量、功耗（SWaP）之间相互制约的关键技术难题。系统总结了近年来国内外在常规MEMS惯性测量技术以及新型微光机电系统（MOEMS）惯性测量、微腔光力惯性测量、量子精密测量等几类新型惯性测量技术方面的研究进展，展望了未来新型高精度惯性测量技术的发展趋势，并提出了一种基于腔光力系统的量子增强型惯性测量技术构想。     

微机电系统的国防应用及制造技术发展述评（上）

微机电系统技术是国示上８０年代后期以来发展迅速的一项新兴高技术，现在和潜在应用说明它将对国防武器装备产生重大影响，微机机械制造技术和封装，组装，测试技术是微机电系统赖以发展的基础，目前，许多工业发展发达国家已将微机电系统及其制造技术列为本世纪末和２１世纪初国家重点支持和发展的关键技术，本文集中对国防应用有重要意义的微机电系统及其制造技术。     

低成本多传感器组合导航系统在小型无人机自主飞行中的研究与应用

为了满足小型无人机自主控制系统对导航系统性能的要求,研究低成本的基于微机电系统的捷联惯性导航系统(MEMS-SINS)/全球定位系统(GPS)/磁强计组合导航系统。提出一种利用磁强计辅助MEMS-SINS的静基座初始姿态确定方法,采用四元数误差模型对MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航系统进行信息融合的建模,采用基于正交三角(QR)分解的平方根无色卡尔曼滤波(UKF)非线性估计方法对组合导航系统进行数据融合,克服由于计算机舍入误差引起的状态协方差阵的计算值失去非负定性甚至对称性,通过小型无人机的自主飞行试验,证实MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航算法满足小型无人机自主控制系统的要求。     

旋转调制微机电惯性系统方案研究

微机电惯性系统具备小体积优势，但现阶段系统精度仍在消费级与战术级之间。研究了旋转调制技术在微机电惯性系统中的应用，探讨了基于PCB小型化电机的微旋转方案，并开展了单轴旋转调制验证试验，以探索旋转调制技术对微机电惯性系统性能的提升作用。结果表明，在微机电陀螺精度约为2(°)/h的条件下，该方案能够实现约0.2n mile/10min的导航精度，相较于同等惯性器件条件下的捷联式系统，精度提高了不止1个数量级，证明了该方案能够有效提高微机电惯性系统的精度。     

具有集成光学敏感的微机电振动惯性传感器

设计和制造微机电系统（ＭＥＭＳ）是全球日益关注的新技术。这一新兴的工程领域的技术目的是实现有微机电相关集成的微机械系统。在众多的新颖应用中,惯性敏感器件成为一个倍受关注的领域和研发热点。大多数的工作集中于振动惯性敏感器件,其中,传感器的动态运动依惯性测量参数的不同而变化。     

静电MEMS器件的力电耦合分析与模拟

分析了微机电系统中静电-结构耦合的拉入(pull-in)特性,比较了牛顿迭代法、松弛法、有限元/边界元混合法等方法求解静电-结构耦合问题的各自特点。     

基于微机电系统技术的分立式微变形镜

从光学性能仿真和结构版图设计两方面对基于微机电系统技术的分立式微变形镜进行了研究。以符合柯尔莫哥洛夫湍流统计理论的大气随机波前作为被校正对象,对方形排列、砖形排列和蜂窝形排列的三种分立式微变形镜进行了面形函数构建与波前校正仿真;从单元数量、控制电极、释放孔、弹性支撑梁和寻址线等方面给出了分立式微变形镜的结构、版图设计准则;最终采用两层多晶硅表面牺牲层工艺完成了一种方形排列37单元分立式微变形镜的制备,并对其镜面光学质量和电压-位移曲线进行了测试。     

微扑翼飞行器驱动机构的设计与动态特性研究

微扑翼飞行器是一种新概念的飞行器,在应用技术上它超出了传统的飞机设计和气动力的研究范畴,同时开创了微机电系统技术(MEMS)在航空领域的应用。微扑翼驱动机构的设计、制作及其动态特性研究是飞行器设计中的关键环节。本文的研究对象是一个静电驱动的胸腔式微扑翼机构,由于这种结构存在着强烈的静电和机械两个物理场的非线性耦合,因此系统的动态特性是非常复杂的。本文从理论上分析了系统奇点的存在与稳定性;在相空间中分析了无阻尼及有阻尼系统的非线性动态特性;研究了初始条件和阻尼对临界拉入电压的影响;最后分析了在不同激励电压信号下系统的响应。所得研究结论对微扑翼驱动机构的设计、制作和应用提供了一定的理论依据。      

微光机电系统制造工艺综述

重点阐述了微光机电系统(MOEMS)的基本制造工艺:硅微机械加工技术和LIGA技术,并介绍了几种典型的工艺应用。最后对其发展进行了展望。     

航空机电系统测试性建模与分析新方法

针对航空机电系统测试性设计(DFT)需求,提出基于面向对象的贝叶斯网络(OOBN)与状态-测试关联灵敏度指标的系统测试性建模与分析的新方法。该建模方法能清晰地刻画系统故障与测试间的关联程度,反映复杂系统的层次结构关系。基于信息论的交叉熵原理提出状态-测试关联灵敏度指标,并给出计算方法。该指标反映复杂机电系统测试中的不确定性影响,克服了基于香农熵的测点评判分析方法的缺点,结合测试性建模获得的模型信息进行推理计算,可用于测试性的定量分析。运用该综合分析方法对飞机燃油系统进行测试性建模与分析,结果表明所提出的方法与指标在航空机电系统DFT中具有实用性。     

微小型飞行器的MIMU系统结构设计方法

针对微小型飞行器安装空间小、承载能力弱的特点,提出一种“T”型结构的微惯性测量单元（MIMU）系统设计方法,采用基于微机电系统（MEMS）技术的新一代微型惯性器件,在深入分析MIMU结构设计基本原则和方法的基础上,设计加工了“T”型支撑结构并组成了实际系统。该MIMU系统充分利用了空间,大大地减小了体积和重量。有限元分析表明：该MIMU力学性能较高,所研制的实际系统实现了微小型飞行器的自主飞行,各性能参数满足要求,是一款适用于微小型飞行器的MIMU。     

微冲量测量的建模误差分析

微冲量测量是脉冲微推力器推进性能研究的关键问题之一。利用摆等动力学结构,将冲量测量转化为摆角(位移)测量是微冲量测量的主要研究方法。基于二阶系统模型,在摆无阻尼振动及冲量瞬间耦合的条件下,定量研究了冲量测量的建模误差。研究结果表明,不管作用力的脉冲波形如何,只要作用力时间与摆的振动周期之比足够小且阻尼比足够小,建模误差完全可以忽略。     

基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究

针对新一代飞机机电系统功能高度集成、系统架构和接口设计复杂等特点,基于LMS Imagine.Lab仿真平台,开展了基于模型的机电系统多物理域仿真技术应用研究。采用系统建模软件AMEsim构建了某型飞机机电系统不同层次(架构层、功能层、性能层)的系统仿真模型,实现了多物理域仿真模型联合仿真与调试的关键技术过程,应用结果证明该方法可以为机电系统的综合权衡提供一种有效的实施途径。     

桌面式微型工厂的装配方法

在桌面式微型工厂建模的基础上,开展了以微机械为产品对象的桌面式微型工厂装配方法研究,提出了桌面式微型工厂的装配原理、结构及系统的组成,并讨论了装配仿真方法。     

飞机环控温控系统的半物理仿真及在机电综合管理技术研究中的应用

机载机电系统综合控制管理(简称公管系统)是机载机电设备发展的必然趋势,为了研究公管系统对机电子系统的控制、管理功能,需要对子系统进行建模仿真。本文针对某型飞机环控温度控制系统工作过程对环控温度控制系统关键附件进行了数学建模,同时针对某课题研究内容的需要,研究如何采用半物理仿真的方法对飞机环控温度控制系统进行系统建模和环境仿真并进行了系统仿真验证试验,最后给出结论。     

大行程高精度微驱动系统的建模研究

通过模块化方法,分别对某压电陶瓷驱动的新型大行程、高精度微驱动器驱动部分、传动部分进行物理、数学建模,得到系统的传递函数,并通过matlab软件进行仿真计算,得出系统的开环伯德图,进行稳定性分析,为微驱动系统闭环控制研究提供理论基础。     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现,惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展,以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间,有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量,提高了集成度,符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

微机电系统的国防应用及其制造技术发展述评（下）

微机电系统的国防应用及其制造技术发展述评（下）中国航空信息中心饶勤４微机械制造技术的发展及应用１．微机械制造技术及其应用（１）辅助加工技术包括金刚石微细切削、电火花加工和化学铣削等工艺，这类工艺能以较大的灵活性和较快的速度加工出形状多样的、尺寸在１０...