CN109029137A - 一种双向驱动mems安保装置 - Google Patents

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Abstract

一种双向驱动MEMS安保装置，包括盖板层和安保装置层，二者通过涂胶的方式黏贴，装配完成后，盖板层的横向绝热槽与安保装置层的横向绝热腔分别位于安保装置层的横向V型电热执行器的两面，安保装置层的硅隔板位于盖板层的滑道观察窗内，安保装置层的硅通孔以及硅加速膛通孔呈同轴布局；安保装置层整体结构呈轴对称布局，安保装置层的中央设有可动隔板，可动隔板置于限位滑道中，可动隔板的两端通过T型梁与安保装置层连接，可动隔板四周对称设有四组驱动单元；制作完成后，T型梁通过外力折断，可动隔板只受驱动单元限制；本发明对硅隔板进行双向驱动，实现器件工作状态的相互转换，具有高强度、抗过载、大位移输出、结构自锁等特点。

Description

一种双向驱动MEMS安保装置
技术领域
本发明涉及安保装置技术领域，具体涉及一种双向驱动MEMS安保装置。
背景技术
安保装置是起爆系统中重要的部件，其主要功能是实现传爆序列的安全以及可靠解保控制。为了保证己方安全，要求在特定的条件下，传爆序列的发火程序才可以正常启动，因此，在开展相关器件的设计时，需要引入隔断机械机构来实现对爆轰能量传递的控制。
常规安保装置多以惯性驱动或者烟火驱动为主，通过自身惯性力或起爆药产生的推力使隔板产生特定位移变形，从而实现安保装置状态的改变，此种驱动方式只能实现器件状态的单向改变，即由安全状态变为解保状态，对于具有状态反复、可双向驱动要求的智能武器来说，传统的结构方式将无法满足相关需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种双向驱动MEMS安保装置，利用硅棘爪与硅齿条等机构，对硅隔板进行双向驱动，实现器件工作状态的相互转换，具有高强度、抗过载、大位移输出、结构自锁等特点。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种双向驱动MEMS安保装置，包括盖板层100和安保装置层200，二者通过涂胶的方式黏贴在一起，装配完成后，盖板层100的横向绝热槽102与安保装置层200的横向绝热腔222分别位于安保装置层200的横向V型电热执行器226的两面，安保装置层200的硅隔板230位于盖板层100的滑道观察窗104内，安保装置层200的硅通孔231以及硅加速膛通孔232呈同轴布局。
所述的盖板层100整体结构呈轴对称布局，包括滑道观察窗104，滑道观察窗104位于盖板层100的中央位置，延滑道观察窗104的长度两个方向分别依次设有棘爪观察窗105以及支撑梁观察窗106，盖板层100的长度方向两侧设有横向电极槽103，横向电极槽103与滑道观察窗104的中间设有横向绝热槽102，盖板层100的宽度方向两侧设有纵向电极槽107，纵向电极槽107与滑道观察窗104的中间设有纵向绝热槽101。
所述的安保装置层200整体结构呈轴对称布局，安保装置层200的中央设有可动隔板II，可动隔板II置于限位滑道234中，可动隔板II的两端通过T型梁233与安保装置层200连接，可动隔板II四周对称设有四组驱动单元I；制作完成后，T型梁233将通过外力折断，可动隔板II只受驱动单元I限制。
所述的驱动单元I包括硅衬底层201，硅衬底层201上制作有绝缘层202，硅衬底层201上连接的下电极锚点204、中间电极锚点205、上电极锚点211穿过绝缘层202，下电极锚点204上连接有下电极203，中间电极锚点205上连接有中间电极206，上电极锚点211上连接有上电极212；
下电极锚点204与中间电极锚点205之间连接有横向V型电热执行器226，横向V型电热执行器226的下方设有横向绝热腔222，横向V型电热执行器226通过横中间梁227和由横向锚点225、横左连接梁224、横右连接梁223以及横向杠杆221组成的横向杠杆机构连接，横向杠杆221通过横柔性梁218与横棘爪217连接；
上电极锚点211与中间电极锚点205之间连接有纵向V型电热执行器209，纵向V型电热执行器209的下方设有纵向绝热腔213，纵向V型电热执行器209通过纵中间梁210和由纵向锚点207、纵左连接梁208、横右连接梁220以及纵向杠杆219组成的纵向杠杆机构连接，纵向杠杆219通过纵柔性梁214与纵棘爪216连接，纵棘爪216上制作有动棘齿215。
所述的可动隔板II包括硅隔板230，硅隔板230的中央设有圆形硅通孔231，硅隔板230的两端和硅齿条229连接，硅齿条229上设有定棘齿228，硅齿条229和上棘爪机构5、下棘爪机构6配合。
所述的上棘爪机构5由上纵棘爪4与上横棘爪3组成，下棘爪机构6由下横棘爪2与下纵棘爪1组成，上纵棘爪4、下纵棘爪1构成纵棘爪216，上横棘爪3、下横棘爪2构成横棘爪217。
与传统安保装置相比，本发明的有益效果为：利用现有的成熟的IC工艺，可以实现大规模制造，降低了生产成本；每层结构可以单独制作，降低了加工难度，提高了器件的成品率；利用电热效应来产生相应的输出，克服了传统安保装置受使用环境约束的缺陷，由电信号控制，智能化程度更高；棘爪机构为双向驱动以及结构自锁与自持功能的实现提供基础，提高了器件整体的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明盖板层的结构示意图。
图4为本发明安保装置层的结构示意图。
图5为本发明安保装置层中驱动单元的结构示意图。
图6为本发明安保装置层中可动隔板的结构示意图。
图7为本发明驱动原理图，其中图a为初始状态图，图b、c、d、e、f、g为驱动子步分解图，图h为驱动前后对比图。
图8为本发明驱动信号图，其中图a为信号加载方式图，图b为正向驱动信号图，图c为反向驱动信号图。
图9为本发明的状态图，其中图a为解保状态图，图b为安全状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
参照图1，一种双向驱动MEMS安保装置，包括盖板层100和安保装置层200，二者通过涂胶的方式黏贴在一起；参照图2，装配完成后，盖板层100的横向绝热槽102与安保装置层200的横向绝热腔222分别位于安保装置层200的横向V型电热执行器226的两面，安保装置层200的硅隔板230位于盖板层100的滑道观察窗104内，安保装置层200的硅通孔231以及硅加速膛通孔232呈同轴布局。
参照图3，所述的盖板层100整体结构呈轴对称布局，包括滑道观察窗104，滑道观察窗104位于盖板层100的中央位置，延滑道观察窗104的长度两个方向分别依次设有棘爪观察窗105以及支撑梁观察窗106，盖板层100的长度方向两侧设有横向电极槽103，横向电极槽103与滑道观察窗104的中间设有横向绝热槽102，盖板层100的宽度方向两侧设有纵向电极槽107，纵向电极槽107与滑道观察窗104的中间设有纵向绝热槽101。
参照图4，所述的安保装置层200整体结构呈轴对称布局，安保装置层200的中央设有可动隔板II，可动隔板II置于限位滑道234中，可动隔板II的两端通过T型梁233与安保装置层200连接，可动隔板II四周对称设有四组驱动单元I；当器件制作完成后，T型梁233将通过外力折断，此时可动隔板II将只受驱动单元I限制。
参照图5，所述的驱动单元I包括硅衬底层201，硅衬底层201上制作有绝缘层202，硅衬底层201上连接的下电极锚点204、中间电极锚点205、上电极锚点211穿过绝缘层202，下电极锚点204上连接有下电极203，中间电极锚点205上连接有中间电极206，上电极锚点211上连接有上电极212；
下电极锚点204与中间电极锚点205之间连接有横向V型电热执行器226，横向V型电热执行器226的下方设有横向绝热腔222，横向V型电热执行器226通过横中间梁227和由横向锚点225、横左连接梁224、横右连接梁223以及横向杠杆221组成的横向杠杆机构连接，横向杠杆221通过横柔性梁218与横棘爪217连接；
上电极锚点211与中间电极锚点205之间连接有纵向V型电热执行器209，纵向V型电热执行器209的下方设有纵向绝热腔213，纵向V型电热执行器209通过纵中间梁210和由纵向锚点207、纵左连接梁208、横右连接梁220以及纵向杠杆219组成的纵向杠杆机构连接，纵向杠杆219通过纵柔性梁214与纵棘爪216连接，纵棘爪216上制作有动棘齿215。
参照图6，所述的可动隔板II包括硅隔板230，硅隔板230的中央设有圆形硅通孔231，硅隔板230的两端和硅齿条229连接，硅齿条229上设有定棘齿228，硅齿条229和上棘爪机构5、下棘爪机构6配合。
参照图7(a)，所述的上棘爪机构5由上纵棘爪4与上横棘爪3组成，下棘爪机构6由下横棘爪2与下纵棘爪1组成，上纵棘爪4、下纵棘爪1构成纵棘爪216，上横棘爪3、下横棘爪2构成横棘爪217，上棘爪机构5、下棘爪机构6以及硅齿条229处于初始位置；
参照图7(b)，驱动电压加载到横向V型电热执行器226上，在热膨胀效应的作用下，横向V型电热执行器226通过横向杠杆221拉动上横棘爪3横向运动，上棘爪机构5与硅齿条229脱啮合，下棘爪机构6与硅齿条229保持初始状态；
参照图7(c)，上棘爪机构5保持之前工作做状态，驱动电压加载到纵向V型电热执行器209上，在热膨胀效应的作用下，纵向V型电热执行器209通过纵向杠杆219拉动下纵棘爪1纵向运动，由于上棘爪机构5与硅齿条229保持脱啮合状态，下棘爪机构6拉动硅齿条229纵向移动一个齿距的位移；
参照图7(d)，下棘爪机构6保持上一工作做状态，去除加载到横向V型电热执行器226上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，横向V型电热执行器226通过横向杠杆221推动上横棘爪3横向运动，此时上棘爪机构5与硅齿条229重新啮合保持；
参照图7(e)，加载在纵向V型电热执行器209上的驱动电压保持不变，驱动电压加载到横向V型电热执行器226上，在热膨胀效应的作用下，横向V型电热执行器226通过横向杠杆221拉动下横棘爪2横向运动，下棘爪机构6与硅齿条229脱啮合；
参照图7(f)，加载在横向V型电热执行器226上的驱动电压保持不变，去除加载到纵向V型电热执行器209上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，纵向V型电热执行器209通过纵向杠杆219推动下纵棘爪1纵向运动，此时下棘爪机构6与硅齿条229重新对准，但仍保持脱啮合状态；
参照图7(g)，去除加载到横向V型电热执行器226上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，横向V型电热执行器226通过横向杠杆221推动下横棘爪2横向运动，此时下棘爪机构6与硅齿条229重新啮合；
参照图7(h)，上棘爪机构5、下棘爪机构6均与硅齿条229重新啮合，上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1均回到初始位置，而硅齿条229在纵向实现一个齿距的位移驱动。
参照图8(a)，按照驱动原理，将加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1的驱动信号依次命名为U4、U3、U2、U1；
参照图8(b)，将相对应的驱动信号按照特定的时序分别加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1上，可以实现硅齿条229的纵向向下方向运动；
参照图8(c)，将相对应的驱动信号按照特定的时序分别加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1上，可以实现硅齿条229的纵向向上方向运动。
参照图9(a)，所述的硅齿条229位于器件中央位置，硅隔板230上的硅通孔231与硅加速膛通孔232同轴对正，此时器件处于解保状态；
参照图9(b)，所述的硅隔板230随硅齿条229在纵向完成驱动，硅通孔231与硅加速膛通孔232呈错位布局，硅加速膛通孔232被硅隔板230遮蔽，此时器件处于安全状态。
本发明利用了硅材料在通电时的焦耳热效应与热膨胀效应，当电压信号加载在驱动单元I上时，纵向V型电热执行器209会拉动纵棘爪216纵向移动，横向V型电热执行器226会拉动横棘爪217横向移动，通过特定驱动信号的控制，纵棘爪216、横棘爪217以及硅齿条229会依次完成拉动、脱啮合、对准以及再啮合等动作，逐步拉动硅齿条229产生移动，纵棘爪216上的动棘齿215与硅齿条229上的定棘齿228形成啮合关系，实现了器件的自锁功能。

Claims (6)

1.一种双向驱动MEMS安保装置，包括盖板层(100)和安保装置层(200)，其特征在于：二者通过涂胶的方式黏贴在一起，装配完成后，盖板层(100)的横向绝热槽(102)与安保装置层(200)的横向绝热腔(222)分别位于安保装置层(200)的横向V型电热执行器(226)的两面，安保装置层(200)的硅隔板(230)位于盖板层(100)的滑道观察窗(104)内，安保装置层(200)的硅通孔(231)以及硅加速膛通孔(232)呈同轴布局。
2.根据权利要求1所述的一种双向驱动MEMS安保装置，其特征在于：所述的盖板层(100)整体结构呈轴对称布局，包括滑道观察窗(104)，滑道观察窗(104)位于盖板层(100)的中央位置，延滑道观察窗(104)的长度两个方向分别依次设有棘爪观察窗(105)以及支撑梁观察窗(106)，盖板层(100)的长度方向两侧设有横向电极槽(103)，横向电极槽(103)与滑道观察窗(104)的中间设有横向绝热槽(102)，盖板层(100)的宽度方向两侧设有纵向电极槽(107)，纵向电极槽(107)与滑道观察窗(104)的中间设有纵向绝热槽(101)。
3.根据权利要求1所述的一种双向驱动MEMS安保装置，其特征在于：所述的安保装置层(200)整体结构呈轴对称布局，安保装置层(200)的中央设有可动隔板(II)，可动隔板(II)置于限位滑道(234)中，可动隔板(II)的两端通过T型梁(233)与安保装置层(200)连接，可动隔板(II)四周对称设有四组驱动单元(I)；制作完成后，T型梁(233)将通过外力折断，可动隔板(II)只受驱动单元(I)限制。
4.根据权利要求3所述的一种双向驱动MEMS安保装置，其特征在于：所述的驱动单元(I)包括硅衬底层(201)，硅衬底层(201)上制作有绝缘层(202)，硅衬底层(201)上连接的下电极锚点(204)、中间电极锚点(205)、上电极锚点(211)穿过绝缘层(202)，下电极锚点(204)上连接有下电极(203)，中间电极锚点(205)上连接有中间电极(206)，上电极锚点(211)上连接有上电极(212)；
下电极锚点(204)与中间电极锚点(205)之间连接有横向V型电热执行器(226)，横向V型电热执行器(226)的下方设有横向绝热腔(222)，横向V型电热执行器(226)通过横中间梁(227)和由横向锚点(225)、横左连接梁(224)、横右连接梁(223)以及横向杠杆(221)组成的横向杠杆机构连接，横向杠杆(221)通过横柔性梁(218)与横棘爪(217)连接；
上电极锚点(211)与中间电极锚点(205)之间连接有纵向V型电热执行器(209)，纵向V型电热执行器(209)的下方设有纵向绝热腔(213)，纵向V型电热执行器(209)通过纵中间梁(210)和由纵向锚点(207)、纵左连接梁(208)、横右连接梁(220)以及纵向杠杆(219)组成的纵向杠杆机构连接，纵向杠杆(219)通过纵柔性梁(214)与纵棘爪(216)连接，纵棘爪(216)上制作有动棘齿(215)。
5.根据权利要求3所述的一种双向驱动MEMS安保装置，其特征在于：所述的可动隔板(II)包括硅隔板(230)，硅隔板(230)的中央设有圆形硅通孔(231)，硅隔板(230)的两端和硅齿条(229)连接，硅齿条(229)上设有定棘齿(228)，硅齿条(229)和上棘爪机构(5)、下棘爪机构(6)配合。
6.根据权利要求5所述的一种双向驱动MEMS安保装置，其特征在于：所述的上棘爪机构(5)由上纵棘爪(4)与上横棘爪(3)组成，下棘爪机构(6)由下横棘爪(2)与下纵棘爪(1)组成，上纵棘爪(4)、下纵棘爪(1)构成纵棘爪(216)，上横棘爪(3)、下横棘爪(2)构成横棘爪(217)。
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