JJF 2306-2025 微机电系统(MEMS)惯性冲击开关校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2306—2025微机电系统(MEMS)惯性冲击开关校准规范CalibrationSpecificationforMicro-electromechanicalSystems(MEMS)InertialShockSwitches2025-09-08发布2025-12-08实施国家市场监督管理总局发布JJF2306—2025微机电系统(MEMS)惯性冲击开关校准规范CalibrationSpecificationforMicro-electromechanicalSystems(MEMS)InertialShockSwitches→→→→→→→→→→→→→→→→JJF2306—2025归口单位:全国惯性技术计量技术委员会主要起草单位:北京大学安徽京芯传感科技有限公司广东省计量科学研究院北京智芯传感科技有限公司参加起草单位:北京空间机电研究所本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释JJF2306—2025本规范主要起草人:张威(北京大学)张亚婷(安徽京芯传感科技有限公司)杨德俊(广东省计量科学研究院)李宋(北京智芯传感科技有限公司)参加起草人:周浩楠(北京智芯传感科技有限公司)白先民(北京空间机电研究所)陈得民(北京大学)JJF2306—2025Ⅰ引言 1范围 (1)2引用文件 (1)3术语和定义 (1)4概述 (1)5计量特性 (2)6校准条件 (2)6.1校准环境条件 (2)6.2仪器及设备 (3)7校准项目及方法 (3)7.1校准项目 (3)7.2校准方法 (3)8校准结果表达 (5)9复校时间间隔 (6)附录A校准证书内页格式 (7)附录BMEMS惯性冲击开关测量不确定度评估示例 (8)JJF2306—2025ⅡJJF1001—2011《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量标准规范编号规则》、JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成制定本规范的基础性系列规范。本规范在参考GJB8154—2013《低阈值冲击加速度开关通用规范》和IEC62047—40《半导体器件微机电器件第40部分:微机电惯性冲击开关阈值测试方法》(Sem-iconductordevices—Micro-electromechanicaldevices—Part40:TestmethodsofMicro-electromechanicalinertialshockswitchthreshold)中3.1和的基础上,并结合微机电系统(MEMS)惯性冲击开关的自身特性编制。本规范为首次发布。JJF2306—20251微机电系统(MEMS)惯性冲击开关校准规范1范围本规范规定了微机电系统(MEMS)惯性冲击开关的校准项目和校准方法。本规范适用于量程为490m/s2~98000m/s2的常开型和常闭型冲击开关的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG1174—2021冲击、碰撞试验台检定规程JJF1156—2006振动冲击转速计量术语及定义JJF1675—2017惯性技术计量术语及定义IEC62047-40半导体器件微机电器件第40部分:微机电惯性冲击开关阈值测试方法(Semiconductordevices—Micro-electromechanicaldevices—Part40:Testmeth-odsofMicro-electromechanicalinertialshockswitchthreshold)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语和定义JJF1675—2017、JJF1156—2006和IEC62047-40界定的以及下列术语和定义适用于本规范。3.1MEMS惯性冲击开关MEMSinertialshockswitch采用MEMS技术加工制作,并在规定大小的加速度作用下通过固定电极和可动电极的接触、分离实现闭合、断开功能的器件。注:也称为阈值开关、加速度开关或者g值开关。3.2动作act冲击加速度开关动作是指开关闭合(常开型)或断开(常闭型)。3.3静态阈值staticthreshold在恒定加速度作用下,使MEMS惯性冲击开关动作的最小加速度值。3.4动态阈值dynamicthreshold在冲击脉冲加速度作用下,使MEMS惯性冲击开关动作的冲击加速度值。4概述MEMS惯性冲击开关(简称开关)按常态下的开关闭合、断开状态可分为常闭型和常开型。开关的工作原理:可动电极(质量块)在敏感方向加速度的作用下,偏离平衡位置JJF2306—20252向固定电极运动或远离固定电极运动,实现可动电极与固定电极接触或分离,使开关闭合或断开。开关的基本模型是质量块弹簧阻尼系统,即质量为m的质量块与弹性系数为k的弹簧构成的系统,阻尼系数为c,如图1所示。当质量块在外界加速度产生的惯性力作用下产生一定位移,该位移与输入加速度相关,其简化的物理模型可由公式(1)表示:式中:m—质量块质量,kg;c—阻尼系数,N·s/m;k—弹簧刚度,N/m;x—质量块的相对位移,m;a—输入加速度,m/s2。12 2 5a)常开型冲击开关图11a23 23 5开关的物理模型a1—弹簧;2—质量块;3—可动电极;4—固定电极;5—衬底5计量特性开关的计量特性见表1。表1计量特性序号计量特性推荐指标1静态阈值示值相对误差±10%2动态阈值示值相对误差±10%注:以上指标不作为合格性判定条件,仅供参考。6校准条件6.1校准环境条件6.1.1温度:15℃~35℃。6.1.2相对湿度:20%~80%。6.1.3周围无强电磁场,无腐蚀性气体或液体,无强震源。36.2仪器及设备校准用仪器设备及其推荐技术指标见表2。表2仪器设备及其推荐技术指标序号仪器设备技术指标校准参数1冲击试验台(含标准传感器)a)标准传感器最大允许误差:±3%;b)半正弦冲击脉冲波:符合JJG1174—2021半正弦冲击脉冲波形的容差;c)冲击台加速度范围:498m/s2~147000m/s2动态阈值示值相对误差2离心机a)加速度不确定度:1%;b)加速度范围:498m/s2~98000m/s2静态阈值示值相对误差7校准项目及方法7.1校准项目校准项目见表3。表3校准项目一览表序号校准项目校准方法1静态阈值示值相对误差7.2.12动态阈值示值相对误差校准方法7.2.1静态阈值示值相对误差校准程序1)开关安装到离心机转盘上,按照测试电路(如图2所示)连接,使开关敏感方向与离心机向心加速度方向平行。Ua'li 'liUR<UR图2测试电路U—直流电源;K—冲击开关;R—负载电阻;a—施加加速度;U—R两端电压2)离心机发生与开关给定静态阈值S相同的加速度值St,采集负载电阻两端a)若负载电阻电压未变化,开关没有动作,则按照递增幅度为St的1%,将St递增至St,观察并记录负载电阻电压。依次增加加速度值,直至负载电阻电压发生变化(如图3所示),开关动作(如表4步骤1所示),则加速度St为测试静态阈值St;JJF2306—20254负载电阻电压开关闭合时间负载电阻电压开关断开开关断开时间a)负载电阻电压(常开型开关)b)负载电阻电压(常闭型开关)图3负载电阻电压曲线b)若负载电阻电压发生变化,开关动作,则按照递减幅度为St的1%,将St递减至St,记录负载电阻电压。依次减小加速度值,直至负载电阻电压未发生变化,则前一个加速度值为开关静态阈值,如表4步骤2所示,St即为测试静态阈值St。表4静态阈值测试开关动作表步骤1步骤2加速度开关状态加速度开关状态St11×St11√St12×St21√St13×St31√St14×St41√St15×St51√︙×︙√St1(i-1)×St(i-1)1√St1i√Sti1×注:×表示未动作,√表示动作。数据处理通过公式(2)计算静态阈值示值相对误差。(2)式中:St—测试静态阈值,m/s2;S—给定静态阈值,m/s2;Es—静态阈值示值相对误差。7.2.2动态阈值示值相对误差校准程序1)将开关与标准加速度计背靠背装配到冲击试验台上,使开关和标准加速度计的敏感方向与冲击加速度方向平行。开关外接入测试电路,采集设备记录标准加速度计和测试电路中负载电阻RL电压输出波形。2)根据开关给定动态阈值D,施加峰值加速度大小为1.5倍动态阈值D的半正弦冲击脉冲波,对应的冲击脉宽可参考表5中的推荐值。5表5冲击加速度与脉宽推荐值对应表序号加速度/(m/s2)脉宽/ms149011.029806.0349001.0498000.75147000.56294000.37490000.38980000.291470000.13)标准加速度计和测试电路中负载电阻RL电压输出波形如图4所示,得到开关动作时对应的加速度即为动态阈值Dt。a)常开型开关b)常闭型开关图4输出波形数据处理通过公式(3)计算动态阈值示值相对误差。(3)式中:Dt—测试动态阈值,m/s2;D—给定动态阈值,m/s2;Ds—动态阈值示值相对误差。8校准结果表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告至少应包括以下信息:b)实验室名称和地址;c)进行校准地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;JJF2306—20256g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)校准装置的溯源性及有效性标识;j)校准环境的描述;k)校准结果及测量不确定度的说明;l)校准证书或报告签发人的签名、职务或等效标识;m)校准结果仅对被校对象有效的说明;n)未经实验室书面批准,不准部分复制证书的声明。9复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。送检单位可根据实际使用情况自主决定。JJF2306—20257附录A校准证书内页格式证书编号:校准环境条件温度:℃相对湿度:%地点:其他:序号校准项目校准结果1静态阈值示值相对误差2动态阈值示值相对误差测量不确定度:校准员:核检员:8附录BMEMS惯性冲击开关测量不确定度评估示例B.1静态阈值示值相对误差测量不确定度评估B.1.1测量模型测量模型为式(B.1):(B.1)式中:St—测试静态阈值,m/s2;S—给定静态阈值,m/s2;Es—静态阈值示值相对误差。静态阈值示值相对误差测量不确定度传播模型为式(B.2):(B.2)B.1.2测量不确定度来源1)测试静态阈值引入的不确定度分量u(St);2)给定静态阈值引入的不确定度分量u(S)。B.1.3标准不确定度评定B.1.3.1测试静态阈值引入的不确定度分量u(St)测试静态阈值引入的不确定度分量包括:测量重复性引入的不确定度u(as1)、离心加速度离散引入的不确定度u(as2)。1)测量重复性引入的不确定度u(as1)对静态阈值为9800m/s2的冲击开关进行测量,测量10次结果见表B.1。表B.1测量结果测量次序静态阈值/(m/s2)198982980039800498985970269702798988980099898109702测得值实验标准偏差为式(B.3):JJF2306—20259(B.3)由此得到式(B.4):2)离心加速度离散引入的不确定度u(as2)u(as1)=85.8m/2)离心加速度离散引入的不确定度u(as2)由于加速度值的递增(减)幅度为1%,则离心加速度离散误差为1%,以测量静态阈值为9800m/s2的冲击开关为例,按均匀分布考虑,得到式(B.5):(B.5)测试静态阈值各不确定度分量互相独立,则测试静态阈值引入的不确定分量u(St)为式(B.6):B.1.3.2给定静态阈值引入的不确定度分量u(S)B.1.3.2给定静态阈值引入的不确定度分量u(S)通过计量部门校准证书可以得到,某离心机的加速度测量不确定度为Urel=1%,9800m/s2,则不确定度分量为式(B.7):k=2,以测量静态阈值为9800m/s2(1000g)的冲击开关为例9800m/s2,则不确定度分量为式(B.7):(B.7)B.1.4合成标准不确定度静态阈值示值相对误差的合成标准不确定度按照式(B.8)计算:(B.8)给定静态阈值S为9800m/s2,测试静态阈值St为9898m/s2,u(S)=49m/s2,B.1.5扩展不确定度u(St)=102.8m/s2,可得u(Es)=1.2×10-2B.1.5扩展不确定度U1=k×u(Es)=2.4×10-2U1=k×u(Es)=2.4×10-2(B.9)B.2动态阈值示值误差测量不确定度评估B.2.1测量模型测量模型为式(B.10):(B.10)式中:Dt—测试动态阈值,m/s2;D—给定动态阈值,m/s2;Ds—动态阈值示值相对误差。动态阈值示值相对误差测量不确定度传播模型为式(B.11):JJF2306—202510(B.11)B.2.2测量不确定度来源1)测试动态阈值引入的不确定度分量u(Dt);2)给定动态阈值引入的不确定度分量u(D)。B.2.3标准不确定度评定B.2.3.1测试动态阈值引入的不确定度分量u(Dt)测试动态阈值引入的不确定度分量u(Dt)包括:测量重复性引入的不确定度u(ad1),采集同步性引入的不确定度u(ad2)。1)测量重复性引入的不确定度u(ad1)对动态阈值为9800m/s2的冲击开关进行测量,测量10次结果见表B.2。表B.2测量结果测量次序动态阈值