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基于贝叶斯网络的MEMS安全系统可靠性分析

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北京理工大学学报 2021年第9期41卷 952-960页

作者：娄文忠赵悦岑冯恒振孙毅北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

随着MEMS技术的不断发展,对于引信中MEMS安全系统的可靠性提出了更高要求.为了解决目前MEMS安全可靠性分析中存在着各机构可靠度数据不全面,主要依赖于大量实验或专家经验的现状,对MEMS安全系统的失效状况进行分析,构建了MEMS安全系统... 详细信息

随着MEMS技术的不断发展,对于引信中MEMS安全系统的可靠性提出了更高要求.为了解决目前MEMS安全可靠性分析中存在着各机构可靠度数据不全面,主要依赖于大量实验或专家经验的现状,对MEMS安全系统的失效状况进行分析,构建了MEMS安全系统的故障树,并计算了各重点机构的可靠度功能函数.以此为基础,提出了一种将故障树与贝叶斯网络进行转化的可靠性分析方法.同时针对各失效机理进行了概率重要度和结构重要度计算,从可靠性重要度角度提出了MEMS安全系统设计中的重点优化机构,并进行了计算实例分析.借助于MEMS加工工艺,实现了MEMS安全系统的加工,通过可靠性测试实验,证明了本方法计算的快速准确性.

关键词： MEMS安全系统可靠性分析故障树分析法可靠性功能函数贝叶斯网络

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基于弱环境力微型引信低压驱动固态保险设计

北京理工大学学报 2021年第3期41卷 231-236页

作者：冯恒振娄文忠孙毅赵悦岑北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

为解决传统机电引信在弱环境力条件下无法实现保险解除及传统固态开关无法实现低压驱动(5~35 V)的问题,提出了基于硅基MEMS加工工艺与电晕放电效应的微型引信固态保险设计.结构采用微米尺度设计思想,实现固态保险与引信控制系统能量与... 详细信息

为解决传统机电引信在弱环境力条件下无法实现保险解除及传统固态开关无法实现低压驱动(5~35 V)的问题,提出了基于硅基MEMS加工工艺与电晕放电效应的微型引信固态保险设计.结构采用微米尺度设计思想,实现固态保险与引信控制系统能量与信息联通.通过建立电晕放电数学模型,借助COMSOL等有限元分析方法,完成基于低电压驱动的固态保险控制层设计,并结合实验室静态测试实现控制层平均驱动电压(33.1 V)设计.结合电容放电模式与电学与焦耳热仿真,其中,电容储能指标(10 V,10μF).完成执行层在不同电流强度环境下结构设计.借助MEMS加工工艺,最终实现弱环境力微型引信固态保险设计与制备.

关键词：微型引信弱环境力解保电晕放电固态保险低压驱动

基于半导体桥和含能材料的信息储存介质自毁模块研究

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北京理工大学学报 2024年第6期44卷 579-587页

作者：娄文忠李志鹏冯恒振李明愉北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性... 详细信息

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性能,搭建了试验平台并进行SCB与含能材料发火性能测试的试验.仿真和试验结果表明:含能自毁模块具有优良的发火性能,能在5 V充电电压的激励下,起爆SCB桥区并使桥区温度能在18μs内达到2700 K,从而激发0.43 mg叠氮化铜在50μs内起爆产生爆轰波.含能自毁模块能够完成能量的传递并摧毁目标信息储存介质,有效避免信息储存介质关键信息被窃取,保证了信息储存介质的安全性.

关键词：信息安全技术自毁模块半导体桥含能材料数值模拟

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

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中国惯性技术学报 2015年第4期23卷 555-560页

作者：秦丽于丽霞石云波王孟美冯恒振中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学信息与通信工程学院太原030051

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大... 详细信息

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。

关键词：高量程MEMS加速度计阻值漂移热应力仿真加速试验可靠度评估

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反无人机图像导引头远距空中目标探测技术

兵工学报 2023年第4期44卷 1023-1033页

作者：赵飞娄文忠冯恒振苏子龙汪金奎宣炜琨北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆400000

以低成本反无人机制导弹药为研究背景,开展针对远距无人机目标探测的研究工作,并设计一种局部视觉显著聚类测量算法。将局部对比测量思想引入可见光图像中,通过度量局部成像域的光谱聚类性实现对目标的检测,更具体的是度量局部像域的平... 详细信息

以低成本反无人机制导弹药为研究背景,开展针对远距无人机目标探测的研究工作,并设计一种局部视觉显著聚类测量算法。将局部对比测量思想引入可见光图像中,通过度量局部成像域的光谱聚类性实现对目标的检测,更具体的是度量局部像域的平均光谱值与相邻像素光谱值的最小距离。为解决多尺度目标问题,设计相应的多尺度滑窗测量方法。对原始RGB图像帧进行分频中值滤波,将滤波后的RGB图像转换到Lab颜色空间;通过滑窗模型进行无人机成像域搜索;使用显著性检测方法度量光谱差异性,得到显著测量图;利用阈值化算法获得潜在无人机目标的像素位置。根据无人机目标成像条件,开展远距无人机图像数据集的实地拍摄和人工合成工作。定性实验结果表明局部视觉显著聚类测量算法可在复杂背景下将小尺度无人机辨识,定量实验结果表明该算法的检测准确率可达到100%。

关键词：反无人机技术图像导引头显著性检测像素聚类

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快速烤燃引信安全性分析与等效试验方法

兵工学报 2024年

作者：娄文忠阚文星冯恒振范晨阳吕斯宁卢奕北京理工大学机电学院西安机电信息技术研究所

引信热防护技术与等效试验技术是提升引信快速烤燃安全性与热防护多轮优化设计效率的关键。根据引信一维热传导模型，构建炸药及引信壳体径向温度分布方程，建立基于铝-硅气凝胶的航空炸弹引信热防护模型，通过引信快速烤燃仿真模拟研... 详细信息

引信热防护技术与等效试验技术是提升引信快速烤燃安全性与热防护多轮优化设计效率的关键。根据引信一维热传导模型，构建炸药及引信壳体径向温度分布方程，建立基于铝-硅气凝胶的航空炸弹引信热防护模型，通过引信快速烤燃仿真模拟研究，获得引信内部炸药经历20 min 800 ℃烤燃环境的温度变化曲线。隔铝-硅气凝胶的临界厚度为3 mm，炸药最终温度比其5 s爆发点（280 ℃）低87.8 ℃，可以保证引信的热安全性。以铝-硅气凝胶包覆的引信为验证主体，结合快速烤燃标准试验方法建立基于仿真分析-高温火焰喷射试验平台的引信快速烤燃等效试验方法。试验结果表明，标准试验的引信易损点测温数据与仿真数据对比，精度优于91%；等效试验下引信易损点测量温度与标准试验测量结果对比，精度优于95%。研究结果表明，等效试验方法可准确模拟并实现快速烤燃环境，可等效替代标准快速烤燃标准试验。

关键词：引信快速烤燃热防护仿真分析等效试验

现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火机构响应特性研究

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北京理工大学学报 2023年第2期43卷 118-125页

作者：娄文忠何博秦进杨庭琪冯恒振吕斯宁苏文亭张明荣北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 重庆长安望江工业(集团)有限责任公司重庆401120 中北大学机电学院山西太原030051

针对现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火率偏低、未爆弹存在隐患的可靠性与安全性问题,开展现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火机构响应特性研究.建立了大着角碰靶发火机构的动力学模型,得到了发火机构作用的简易判据,基于有限元数值模拟... 详细信息

针对现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火率偏低、未爆弹存在隐患的可靠性与安全性问题,开展现役小口径炮弹引信大着角碰靶发火机构响应特性研究.建立了大着角碰靶发火机构的动力学模型,得到了发火机构作用的简易判据,基于有限元数值模拟方法,模拟了不同着速、着角、滚转角度及靶板厚度多工况下大着角碰靶发火机构的动态响应过程,数值模型有效性通过实弹试验对比验证.分析结果表明,着发球珠随机滚转角度为大着角碰靶时影响发火机构功能可靠的重要因素之一;随滚转角度增大,发火击针感受到轴向合力的幅值越小、时间越滞后,不利于大着角碰靶发火机构可靠作用;同时研究发现随着角、靶板厚度的增加,出现了导套“卡住”发火击针的故障模式.

关键词：小口径炮弹引信大着角发火机构响应特性动力学模型数值模拟

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SiC高温高量程MEMS加速度传感器的仿真与分析

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传感技术学报 2015年第10期28卷 1471-1475页

作者：陈艳香石云波智丹杨志才冯恒振中北大学电子测试技术国家重点实验室太原030051 仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,Si C作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器。基于Si C提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案。根据悬臂梁的相关力学理论知识... 详细信息

加速度传感器材料的特性对传感器的性能影响很大,Si C作为新一代半导体材料具有优良的力学温度特性,适用于高温、高过载加速度传感器。基于Si C提出了一种可用于高温、高过载环境的加速度传感器设计方案。根据悬臂梁的相关力学理论知识,对传感器结构、尺寸进行了设计,并利用ANSYS有限元仿真软件对Si C材料传感器敏感结构进行模态分析、静力学分析、热分析。仿真结果表明,6H-Si C材料表现出了比Si材料更优异的抗高温、抗过载特性,为应用于高量程、高温环境下的加速度传感器研究提供了可靠的理论基础。

关键词：高量程加速度计 SiC 高温抗过载 Ansys

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基于4H-SiC压敏电阻的同质外延工艺

微纳电子技术 2017年第2期54卷 131-135页

作者：孙亚楠石云波冯恒振王华韩兴宇中北大学电子测试技术重点实验室太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

提出了SiC基MEMS压敏电阻的制造工艺,在4英寸(1英寸=2.54 cm)偏向的4H-SiC晶片同质外延生长了高质量的n型和p型外延层,并且利用激光喇曼光谱、X射线衍射(XRD)和二次离子质谱(SIMS)三种测试方法对样品的结晶质量、掺杂浓度及外延厚度进... 详细信息

提出了SiC基MEMS压敏电阻的制造工艺,在4英寸(1英寸=2.54 cm)偏向的4H-SiC晶片同质外延生长了高质量的n型和p型外延层,并且利用激光喇曼光谱、X射线衍射(XRD)和二次离子质谱(SIMS)三种测试方法对样品的结晶质量、掺杂浓度及外延厚度进行了分析测试。在同质外延2μm的n型外延层后,通过对比衬底与外延膜的喇曼光谱图可知,外延膜很好地延续了衬底的晶型。用二次离子质谱对最外层的n型外延层的掺杂元素N元素的浓度进行了测试,结果表明N元素在掺杂范围内分布均匀,达到中等浓度的水平,并且测出掺杂厚度为1.98μm。掺杂浓度的喇曼测试结果与二次离子质谱的实验数据一致。最后,通过四探针测量方块电阻的方法得出其最大电阻率与最小电阻率,径向不均匀度为26.27%,表现出良好的电学特性。

关键词：同质外延 4H—SiC 喇曼光谱 X射线衍射(XRD) 二次离子质谱(SIMS)

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