针对高过载环境下制导弹药内部空间约束及运动参数难以精确测量的问题，该文设计了一种框架式嵌入结构型的微惯性测量单元(MIMU)结构。MIMU由三轴微机械陀螺仪和三轴微机械加速度传感器组成，通过合理配置传感器的安装方式和优化内部空间布局，极大地减小了MIMU的质量和体积。整体结构采用高强度金属材料和特殊的灌封工艺，保证了MIMU抗高过载性能。通过有限元仿真与分析表明，所设计的MIMU结构可满足不小于20 000g(g=9, 8 m/s2)的过载冲击。最后在靶场通过搭载某型号试验弹进行炮射过载实验，其实验结果表明，该文所设计的MIMU具备抗高过载能力，满足制导弹药高过载要求。

近年来, 高新科技在**领域迅速发展。对于未来的局部战争、炮弹射程、打击精度及机动速度等均是取得快速胜利的重要指标。因此, 现在研究炮弹的制导化很有必要。在弹载制导系统中, 弹体姿态测量系统是重要部分。该文对炮弹在高过载情况下的可靠性问题进行了研究, 并针对高过载环境提出了一种基于微机电系统(MEMS)惯性器件弹载测量系统的抗高过载方法, 通过有限元分析仿真和马歇特试验, 对其抗高过载性能的设计进行了可行性分析与验证。试验结果表明, 该文的抗高过载技术方案降低了在高过载环境下对弹载姿态测量系统的影响, 能抵抗高冲击, 达到了MEMS惯性姿态测量系统抗高过载特性的要求。

针对近年来常规弹药制导化改造对经历高动态环境的加速度传感器的迫切需求, 该文设计了一种抗高过载、低量程的微机电系统(MEMS)电容式加速度传感器。该加速度传感器使用4组折叠梁组对可动结构进行支撑, 并带动其在敏感方向移动, 同时敏感结构采用差分式电容检测结构和叉齿止档限位结构方案, 降低了结构受冲击时的区域应力, 提高了输出信号增益及传感器灵敏度。理论计算和有限元分析结果表明, 传感器轴向灵敏度为0.22 pF/g(g=9.8 m/s2), 可承受轴向幅值为3×104g、脉宽约8 ms的加速度冲击。

基于微连通器结构, 提出了一种使用盐水(NaCl溶液)作为工作流体且具有高的抗过载能力的微流体惯性开关。分析了液滴的分离机理, 设计了开关的流道结构。然后, 对开关进行了理论分析, 建立了开关模型。最后, 利用流体动力学仿真和样机实验相结合的方法, 对开关结构和功能进行了验证。验证结果显示：在幅值为30 000 g阶跃型加速度作用下, 开关的工作流体仍未发生分离, 加速度的幅值与开关响应时间相关。另外, 开关样机能够使盐水液面形成高度差, 样机的静态加速度阈值为134.6 g~152.3 g, 非常接近其理论计算的加速度阈值142.7 g。得到的结果表明, 采用的微连通器结构能够极大地增强微流体惯性开关的抗液体分离能力, 能够对加速度幅值进行区分, 并实现闭锁功能, 同时显示了高的抗过载能力。