CN107830773B - 一种薄型mems运动控制一体化装置及火药作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种薄型MEMS运动控制一体化装置及火药作动器，属于安全系统解保领域。本发明公开一种薄型MEMS运动控制一体化装置，主要由第二作动器、基板、拨杆、隔爆滑块、第一作动器、MEMS加速度传感器、微控制器、硬件电路板和闭锁机构等部分组成；要解决的技术问题为：实现安全系统安全可靠解除保险，具有下述优点：(1)结构尺寸小、原理简单；(2)解保信号提取容易、稳定性好。本发明还公开用于一种薄型MEMS运动控制一体化装置的一种微小型火药作动器，要解决的技术问题为：用于保证作动器存储时的安全性以及工作完成后可动部件的可靠定位，具有尺寸小、结构简单、易于储存、动作迅速、工作稳定可靠等优点，被广泛应用于卫星、火箭、导弹等领域。

Description

一种薄型MEMS运动控制一体化装置及火药作动器
技术领域
本发明涉及一种用于卫星、火箭、导弹等领域微小型火药作动器，还涉及一种便携式导弹用引信MEMS安全系统解保、发火控制技术，具体涉及一种薄型MEMS运动控制一体化装置，属于安全系统解保领域。
背景技术
随着武器超低空战术技术的发展，为了有效地对付高速低空目标，对便携式导弹的性能指标提出了更高的要求。为了提高便携式导弹的杀伤概率，不仅要求导弹直接命中目标时触发引信起作用，而且要求导弹不能直接命中时，在近炸引信的作用下仍能给予目标杀伤。因此，要求便携式导弹具备碰炸加近炸的复合功能。无线电引信和激光引信等具备近炸功能的引信，可以有效提高便携式导弹的毁伤效能。然而，无线电或激光等智能化控制模块通常具有较大的体积，需要占据较大的弹上空间。为了保证战斗部的毁伤效果，需要减小引信安全系统的体积以实现引信的智能化。传统便携式导弹安全系统需要蛇形槽、Z型齿等复杂的机械结构，其轴向尺寸较大，已很难满足引信智能化的发展趋势对安全系统提出的要求。MEMS技术作为一门新兴技术，能将微尺度的机械、流体、光学及其他一些器件与微电子电路集成在一起完成传感、信号处理、计算、控制和执行等功能。将MEMS技术应用于引信中，为实现引信信息化、智能化及微小型化提供了一条有效的技术途径。国内一些科研机构在引信MEMS安全系统的研究上取得了一些成果，提出了很多具有参考意义的安全系统控制思想和方法，特别是在榴弹用机械式MEMS安全系统上，制作出了原理样机并开展了靶试试验。但国内对基于弹道环境信息的机电式MEMS安全系统研究多处于理论阶段，仅对安全系统控制部分进行了设计，未考虑具体尺寸限制，有些虽制造出的原理样机，但还是类似于美国研制的机电式安全系统或稍加改进，并未从根本上解决结构尺寸较大、原理复杂、解保信号提取困难、稳定性较差等缺点。微小型火药作动器是以发火药为动力源的能量转换装置，具有尺寸小、结构简单、易于储存、动作迅速、工作稳定可靠等优点，被广泛应用于卫星、火箭、导弹等领域。然而，常见作动器需要设计滑动销定位结构，增加了作动器加工难度，不利于作动器的工程化实现。
发明内容
针对上述问题，本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，要解决的技术问题为：利用薄型MEMS运动控制一体化装置实现安全系统安全可靠解除保险，具有下述优点：(1)结构尺寸小、原理简单；(2)解保信号提取容易、稳定性好。
同时本发明还公开用于一种薄型MEMS运动控制一体化装置的一种微小型火药作动器，要解决的技术问题为：用于保证作动器存储时的安全性以及工作完成后可动部件的可靠定位，具有尺寸小、结构简单、易于储存、动作迅速、工作稳定可靠等优点，被广泛应用于卫星、火箭、导弹等领域。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，主要由第二作动器、基板、拨杆、隔爆滑块、第一作动器、MEMS加速度传感器、微控制器、硬件电路板和闭锁机构等部分组成。其中，第一作动器用于解除隔爆滑块的第一道保险。第二作动器为一种双功能作动器，用于在解除隔爆滑块的第二道保险的同时驱动隔爆滑块运动。拨杆用于在第二作动器向上动作的驱动下形成对隔爆滑块向闭锁机构一侧运动的外力。解保前第二作动器与拨杆相接触，拨杆另一侧悬空，解保时在第二作动器向上动作的驱动下形成对隔爆滑块向闭锁机构一侧运动的外力。隔爆滑块位于基板轴线上，隔爆滑块一侧布置第一作动器，隔爆滑块另一侧布置第二作动器，在沿隔爆滑块运动方向前侧对称设有闭锁机构。MEMS加速度传感器、微控制器安放在硬件电路板上，位置无具体要求，根据基板空间布置。硬件电路板位于基板边沿处，与基板配合安装。
本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置的工作方法为：微控制器检测导弹出筒信号，经过逻辑分析判断，发出解保信号给第一作动器，使第一作动器动作，解除第一道保险。采用MEMS加速度传感器检测导弹发射过载环境，输出加速度信号给微控制器，微控制器经过积分运算得到飞行距离信息，再经过逻辑分析判断后，发出解保信号给第二作动器，使第二作动器动作，解除第二道保险。解除第二道保险时拨杆在第二作动器向上动作的驱动下形成对隔爆滑块向闭锁机构一侧运动的外力，并驱动隔爆滑块运动到位。在隔爆滑块运动到位后，由闭锁机构实现对隔爆滑块解保位置的锁定。一种薄型MEMS运动控制一体化装置过载作用时间及幅值超过预设值时微控制器发出指示信号，指示信号可用于后续引信发火。
本发明还公开用于一种薄型MEMS运动控制一体化装置的一种微小型火药作动器，是一种重要的能量控制输出装置，用于保证作动器存储时的安全性以及工作完成后可动部件的可靠定位。一种微小型火药作动器主要由盖板、点火具、滑动销和作动器基板等部分组成。滑动销与作动器基板之间采用过盈配合，通过控制过盈量与装药量实现作动器动作前后的定位。点火具上的发火药位于盖板、滑动销与作动器基板之间形成的空腔内。
本发明公开的一种微小型火药作动器的工作方法为：当控制电路发出发火信号后，点火电路给点火具提供点火电流，点火具的电阻丝升温并引燃发火药，发火药在作动器基板、滑动销、点火具与盖板构成的有限密闭空间内迅速燃烧并产生巨大压力，推动滑动销克服过盈配合的阻碍运动到位，完成滑动销拔销或驱动功能，即实现将发火药中的化学能转换为滑动销的动能。
本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置的第一作动器、第二作动器优选所述的一种微小型火药作动器。
有益效果：
1、相比于现有引信中的安全系统需要平面及轴向运动，本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，由于采用微小型火药作动器，实现薄型MEMS运动控制一体化装置只存在平面运动，能够减小轴向尺寸，因此，结构尺寸小、原理简单；此外，选用MEMS加速度传感器能够进一步减小结构尺寸。
2、本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，采用微控制器结合MEMS加速度传感器的环境检测方法能够简化解保信号的提取、提高安全系统稳定性。
3、常见作动器需要设计滑动销定位结构，增加了作动器加工难度，不利于作动器的工程化实现，本发明公开的一种微小型火药作动器，采用作动器基板与滑动销过盈配合的定位方式，不需要设计滑动销定位结构，因此，具有尺寸小、结构简单、动作迅速、工作稳定可靠等优点。
4、本发明公开的一种微小型火药作动器，用于保证作动器存储时的安全性以及工作完成前后可动部件的可靠定位，被广泛应用于卫星、火箭、导弹等领域。
附图说明
图1为本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置解保前结构示意图。
其中：1-第二作动器、2-基板、3-拨杆、4-隔爆滑块、5-第一作动器、6-MEMS加速度传感器、7-微控制器、8-硬件电路板、9-闭锁机构。
图2为本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置解保后结构示意图；
其中：1-第二作动器、2-基板、3-拨杆、4-隔爆滑块、5-第一作动器、6-MEMS加速度传感器、7-微控制器、8-硬件电路板、9-闭锁机构。
图3为本发明公开的一种微小型火药作动器结构示意图。
其中：10—盖板、11—点火具、12—滑动销、13—作动器基板。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
本实施例公开一种薄型MEMS运动控制一体化装置实施方式如图1所示。本发明公开的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，主要由第二作动器1、基板2、拨杆3、隔爆滑块4、第一作动器5、MEMS加速度传感器6、微控制器7、硬件电路板8和闭锁机构9等部分组成。其中，第一作动器5用于解除隔爆滑块4的第一道保险。第二作动器1为一种双功能作动器，用于在解除隔爆滑块4的第二道保险的同时驱动隔爆滑块4运动。拨杆3用于在第二作动器1向上动作的驱动下形成对隔爆滑块4向闭锁机构9一侧运动的外力。解保前第二作动器1与拨杆3相接触，拨杆3另一侧悬空，解保时在第二作动器1向上动作的驱动下形成对隔爆滑块4向闭锁机构9一侧运动的外力。隔爆滑块4位于基板2轴线上，隔爆滑块4一侧布置第一作动器5，隔爆滑块4另一侧布置第二作动器1，在沿隔爆滑块4运动方向前侧对称设有闭锁机构9。MEMS加速度传感器6、微控制器7安放在硬件电路板8上，位置无具体要求，根据基板2空间布置。硬件电路板8位于基板2边沿处，与基板2配合安装。
图1所示的实施方案中，MEMS加速度传感器6量程范围为±400g；隔爆滑块4材料为结构钢，厚度为0.9mm，运动位移为4mm；第一作动器1和第二作动器5运动位移均为1mm。
本实施例公开一种微小型火药作动器实施方式如图3所示。本发明还公开用于一种薄型MEMS运动控制一体化装置的一种微小型火药作动器，主要由盖板10、点火具11、滑动销12和作动器基板13等部分组成。滑动销12与作动器基板13之间采用过盈配合，通过控制过盈量与装药量实现作动器动作前后的定位。点火具11上的发火药位于盖板10、滑动销12与作动器基板13之间形成的空腔内。当控制电路发出发火信号后，点火电路给点火具11提供点火电流，点火具11的电阻丝升温并引燃发火药，发火药在作动器基板13、滑动销12、点火具11与盖板10构成的有限密闭空间内迅速燃烧并产生巨大压力，推动滑动销12克服过盈配合的阻碍运动到位，完成滑动销12拔销或驱动功能，即实现将发火药中的化学能转换为滑动销12的动能。
图3所示的实施方案中，点火具11所用桥丝为直径0.01mm的镍铬丝；发火药为斯蒂芬酸铅，药量为2mg；滑动销12与作动器基板13过盈量为0.05mm。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种薄型MEMS运动控制一体化装置，其特征在于：主要由第二作动器(1)、基板(2)、拨杆(3)、隔爆滑块(4)、第一作动器(5)、MEMS加速度传感器(6)、微控制器(7)、硬件电路板(8)和闭锁机构(9)部分组成；其中，第一作动器(5)用于解除隔爆滑块(4)的第一道保险；第二作动器(1)为一种双功能作动器，用于在解除隔爆滑块(4)的第二道保险的同时驱动隔爆滑块(4)运动；拨杆(3)用于在第二作动器(1)向上动作的驱动下形成对隔爆滑块(4)向闭锁机构(9)一侧运动的外力，解保前第二作动器(1)与拨杆(3)相接触，拨杆(3)另一侧悬空，解保时在第二作动器(1)向上动作的驱动下形成对隔爆滑块(4)向闭锁机构(9)一侧运动的外力；隔爆滑块(4)位于基板(2)轴线上，隔爆滑块(4)一侧布置第一作动器(5)，隔爆滑块(4)另一侧布置第二作动器(1)，在沿隔爆滑块(4)运动方向前侧对称设有闭锁机构(9)；MEMS加速度传感器(6)、微控制器(7)安放在硬件电路板(8)上，位置无具体要求，根据基板(2)空间布置；硬件电路板(8)位于基板(2)边沿处，与基板(2)配合安装；
所述的第一作动器(5)、第二作动器(1)选用一种微小型火药作动器；
所述的一种微小型火药作动器主要由盖板(10)、点火具(11)、滑动销(12)和作动器基板(13)部分组成；滑动销(12)与作动器基板(13)之间采用过盈配合，通过控制过盈量与装药量实现作动器动作前后的定位；点火具(11)上的发火药位于盖板(10)、滑动销(12)与作动器基板(13)之间形成的空腔内。
2.如权利要求1所述的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，其特征在于：工作方法为，微控制器(7)检测导弹出筒信号，经过逻辑分析判断，发出解保信号给第一作动器(5)，使第一作动器(5)动作，解除第一道保险；采用MEMS加速度传感器(6)检测导弹发射过载环境，输出加速度信号给微控制器(7)，微控制器(7)经过积分运算得到飞行距离信息，再经过逻辑分析判断后，发出解保信号给第二作动器(1)，使第二作动器(1)动作，解除第二道保险；解除第二道保险时拨杆(3)在第二作动器(1)向上动作的驱动下形成对隔爆滑块(4)向闭锁机构(9)一侧运动的外力，并驱动隔爆滑块(4)运动到位；在隔爆滑块(4)运动到位后，由闭锁机构(9)实现对隔爆滑块(4)解保位置的锁定；一种薄型MEMS运动控制一体化装置过载作用时间及幅值超过预设值时，微控制器发出指示信号，指示信号用于后续引信发火。
3.如权利要求2所述的一种薄型MEMS运动控制一体化装置，其特征在于：所述的一种微小型火药作动器的工作方法为，当控制电路发出发火信号后，点火电路给点火具(11)提供点火电流，点火具(11)的电阻丝升温并引燃发火药，发火药在作动器基板(13)、滑动销(12)、点火具(11)与盖板(10)构成的有限密闭空间内迅速燃烧并产生巨大压力，推动滑动销(12)克服过盈配合的阻碍运动到位，完成滑动销(12)拔销或驱动功能，即实现将发火药中的化学能转换为滑动销(12)的动能。
4.一种微小型火药作动器，其特征在于：主要由盖板(10)、点火具(11)、滑动销(12)和作动器基板(13)部分组成；滑动销(12)与作动器基板(13)之间采用过盈配合，通过控制过盈量与装药量实现作动器动作前后的定位；点火具(11)上的发火药位于盖板(10)、滑动销(12)与作动器基板(13)之间形成的空腔内。
5.如权利要求4所述的一种微小型火药作动器，其特征在于：工作方法为，当控制电路发出发火信号后，点火电路给点火具(11)提供点火电流，点火具(11)的电阻丝升温并引燃发火药，发火药在作动器基板(13)、滑动销(12)、点火具(11)与盖板(10)构成的有限密闭空间内迅速燃烧并产生巨大压力，推动滑动销(12)克服过盈配合的阻碍运动到位，完成滑动销(12)拔销或驱动功能，即实现将发火药中的化学能转换为滑动销(12)的动能。
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