CN109855488B - 一种moems引信安全系统 - Google Patents
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Abstract
一种MOEMS引信安全系统，采取微机械后坐保险机构和微驱动电保险机构相结合的一体化设计，在一块SOI基板上加工而成；微机械后坐保险机构是第一道保险，包括弹簧‑质量块模块，弹簧‑质量块模块和其下方的闭锁机构配合，通过后坐缓冲机构对弹簧‑质量块模块实现缓冲，弹簧‑质量块模块上方连接有弹性梁齿型延时机构；微驱动电保险机构是第二道保险，包括能量输入光纤，能量输入光纤和能量输出光纤配合，能量输入光纤的下端左侧连接的弹簧‑梭结构和微机械后坐保险机构形成时序保险结构；能量输入光纤的下端右侧通过V型电热驱动器和第二闭锁机构连接；本发明提高引信电子安全系统状态控制的安全性，增强其抵抗引信内、外强电磁干扰的能力。
Description
技术领域
本发明涉及引信安全系统技术领域，具体涉及一种MOEMS引信安全系统。
背景技术
引信被誉为弹药的“大脑”，其安全系统用于确保弹药在平时勤务处理和使用过程中的安全，并利用环境信息、目标信息或指令信息，按规定的时间和程序解除保险，使弹药处于待发火状态，是保证弹药安全性的核心部件。随着弹药武器系统的发展，对引信技术提出了许多更高的要求，如微小型化、智能化和灵巧化等，使得电子逻辑器件和电路被大量应用于引信安全系统中。尽管电子逻辑器件被认为是比较适合安全应用的产品，但在对安全性有严格要求的弹药引信中，任何电子逻辑器件都可能以不安全的方式运行。一旦系统逻辑器件出现故障，就可能引起安全系统中动态、静态电保险件的意外动作或失效，进而可能导致弹药误起爆或弹药失效，造成严重后果。
在现代作战模式条件下，随着各种电子装备的大量运用，以及交战双方为提高对敌作战效果所运用的各种高功率电磁脉冲武器和电磁网络空间对抗系统，使得整个战场始终笼罩在复杂恶劣的电磁环境之下，而引信内部电子元器件也会产生大量的电磁脉冲，这些电磁脉冲等都可以经电引线耦合引入电子安全系统内部，引起电子逻辑器件以不安全的方式运行，从而严重影响引信的安全性。
现有的引信电子安全系统存在控制安全性低，抵抗引信内、外强电磁干扰的能力差的缺点。
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MOEMS引信安全系统，提高引信电子安全系统状态控制的安全性，增强其抵抗引信内、外强电磁干扰的能力，实现了微小体积条件下引信安全系统更好的功能性与更高的集成度，提高引信的智能化和灵巧化水平。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种MOEMS引信安全系统，采取微机械后坐保险机构100和微驱动电保险机构200相结合的一体化设计方案，在一块SOI基板上加工而成。
所述的微机械后坐保险机构100是MOEMS引信安全系统的第一道保险，通过敏感弹丸后坐发射环境信息解除保险；微机械后坐保险机构100包括弹簧-质量块模块101、弹性梁齿型延时机构102、闭锁机构103和后坐缓冲机构104，弹簧-质量块模块101和其下方的第一闭锁机构103配合连接，并通过后坐缓冲机构104对弹簧-质量块模块101实现缓冲，弹簧-质量块模块101的上方连接有弹性梁齿型延时机构102。
所述的弹簧-质量块模块101包括后坐质量块106，后坐质量块106两侧通过弹簧105和SOI基板连接，弹簧-质量块模块101采用多根弹簧105并联结构支撑后坐质量块106，使后坐质量块106处于悬空可动状态，后坐质量块106的下方设有第一卡头110。
所述的第一闭锁机构103包括第一卡头110和与之配合的第一卡座111。
所述的弹性梁齿型延时机构102包括弹性梁107，弹性梁107两侧设有齿牙108，齿牙108和SOI基板上的齿槽109相互配合，齿牙108与齿槽109为三角形齿型结构；弹性梁齿型延时机构102能够实现后坐保险机构的机械延时功能，保证了引信在勤务跌落高过载、短脉冲时间条件下的安全性，使之不能解除保险，同时保证了在发射环境下高过载、长脉冲时间条件下的作用可靠性。
在弹丸发射瞬间，微机械后坐保险机构100的弹簧-质量块模块101感受后坐力作用向下运动，经过弹性梁齿型延时机构102的短暂延时后，第一卡头110进入第一卡座111，第一闭锁机构103实现闭锁，弹性梁后坐缓冲机构104对后坐质量块106进行缓冲，实现“软着陆”，同时限制后坐质量块106和弹簧105的行程。
所述的微驱动电保险机构200是MOEMS引信安全系统的第二道保险，包括能量输入光纤201、能量输出光纤202、V型电热驱动器203、弹簧-梭结构204、U型电热驱动器205、第二闭锁机构206，能量输入光纤201的下端和能量输出光纤202的上端配合，能量输入光纤201的下端左侧连接有弹簧-梭结构204，弹簧-梭结构204左侧和微机械后坐保险机构100形成时序保险结构，只有当微机械后坐保险机构100运动到闭锁位置后，弹簧-梭结构204才能向左运动；能量输入光纤201的下端右侧通过V型电热驱动器203和第二闭锁机构206连接，第二闭锁机构206两侧连接有U型电热驱动器205。
所述的第二闭锁机构206包括第二卡座207和与之配合的第二卡头208；第二闭锁机构206采用悬臂梁式闭锁机构来实现闭锁信息反馈功能，采用基于掩模镂空技术的金属侧壁磁控溅射工艺，在第二卡头208后侧和第二卡座207内侧侧壁上分别溅射第一金属层209和第二金属层210，并在第二卡座207连接的悬臂梁上溅射金属引线211，形成“闭锁电开关”，使第二卡头208运动到闭锁位置后实现电路导通，从而使引信控制系统能够识别光纤对准的到位闭锁信息。
引信控制系统利用传感器敏感弹道飞行环境信息，向微驱动电保险机构200发出解除保险电信号，V型电热驱动器203推动能量输入光纤201和能量输出光纤202由光路错位状态运动至光路对准状态，第二闭锁机构206闭锁，解除保险，使引信处于待发火状态；第二闭锁机构206具有闭锁信息反馈功能，将闭锁信息反馈给引信控制系统，停止向V型电热驱动器203供电；当引信控制系统向微驱动电保险机构200发出恢复保险信号时，U型电热驱动器205拉开第二卡座207，能量输入光纤201在自身弹性和弹簧-梭结构204回复力的共同作用下运动至光路错位状态，恢复保险功能。
本发明的有益效果：
本发明基于MOEMS一体化设计思想，提出了采用微机械后坐保险机构100和微驱动电保险机构200相结合的一体化设计方案，建立了引信MOEMS安全系统的安全控制策略和动作时序逻辑，利用两种不同的弹道环境信息控制光纤光路的错位与对准，实现对引信安全状态的控制，具有冗余保险功能、时序保险功能和故障保险功能；采用直接耦合式光路控制方式，具有光路错位时光隔离度高、光路对准时光能传输效率高等特点，由于MOEMS引信安全系统中“过程能量”的传输形式是具有特殊时域波形的高能激光脉冲序列，与引信内部电子元器件产生的电磁脉冲能量以及外部静电、闪电、射频、高空电磁脉冲能量等在能量形式上不具备兼容性，因此可以有效降低甚至消除这些因素对引信安全性的威胁，使其具有本征安全性。同时，该系统实现了微小体积条件下引信安全系统更好的功能性与更高的集成度，其逻辑控制关系简单可靠，极大地提高了系统的作用可靠性，与引信整体功能具有较好的匹配性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中图1(a)为安全状态，图1(b)为解除保险状态。
图2为微机械后坐保险机构结构示意图。
图3为微驱动电保险机构结构示意图。
图4为第二闭锁机构结构示意图。
图5为本发明的工作逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明进行进一步说明。
参照图1，一种MOEMS引信安全系统，采取微机械后坐保险机构100和微驱动电保险机构200相结合的一体化设计方案，在一块SOI基板上加工而成。
所述的微机械后坐保险机构100是MOEMS引信安全系统的第一道保险，通过敏感弹丸后坐发射环境信息解除保险；微机械后坐保险机构100包括弹簧-质量块模块101、弹性梁齿型延时机构102、闭锁机构103和后坐缓冲机构104，弹簧-质量块模块101和其下方的第一闭锁机构103配合连接，并通过后坐缓冲机构104对弹簧-质量块模块101实现缓冲，弹簧-质量块模块101的上方连接有弹性梁齿型延时机构102。
参照图2，所述的弹簧-质量块模块101包括后坐质量块106，后坐质量块106两侧通过弹簧105和SOI基板连接，弹簧-质量块模块101采用多根弹簧105并联结构支撑后坐质量块106，使后坐质量块106处于悬空可动状态，同时降低了每根弹簧105的刚度，提高了其抗过载能力；后坐质量块106的下方设有第一卡头110。
所述的第一闭锁机构103包括第一卡头110和与之配合的第一卡座111。
所述的微机械后坐保险机构100采用柔性抗过载技术对后坐保险机构进行结构设计，提高其抗过载能力；弹丸发射时，经过弹性梁齿型延时机构102的短暂延时后，第一卡头110进入第一卡座111，第一闭锁机构103实现闭锁，弹性梁后坐缓冲机构104对后坐质量块106进行缓冲，实现“软着陆”；同时限制后坐质量块106和弹簧105的行程，避免弹簧由于行程过大而折断。
所述的弹性梁齿型延时机构102用于实现微机械后坐保险机构的机械延时功能，区分弹丸发射后坐环境和勤务跌落环境。由于弹丸发射后坐环境和勤务跌落环境的主要区别在于弹丸发射后坐过载脉冲时间长，而勤务跌落环境的过载脉冲时间短，因此通过延时作用可对两种环境进行区分。参照图2，所述的弹性梁齿型延时机构102包括弹性梁107，弹性梁107两侧设有齿牙108，齿牙108和SOI基板上的齿槽109相互配合，齿牙108与齿槽109为三角形齿型结构，当后坐质量块106感受后坐力作用向下运动过程中，弹性梁上的齿牙108与齿槽109逐渐脱离啮合，接触面积逐渐减小，相应地摩擦力也逐渐减小；弹性梁齿型延时机构102使后坐质量块106在受冲击前期由于抗力较大而位移较小，而随着时间延长抗力逐渐变小，保证了引信在勤务跌落高过载、短脉冲时间条件下的安全性，使之不能解除保险，同时保证了在发射环境下高过载、长脉冲时间条件下的作用可靠性，较好地区分了弹丸发射环境和勤务跌落环境。
参照图1和图3，所述的微驱动电保险机构200是MOEMS引信安全系统的第二道保险，包括能量输入光纤201、能量输出光纤202、V型电热驱动器203、弹簧-梭结构204、U型电热驱动器205、第二闭锁机构206，能量输入光纤201的下端和能量输出光纤202的上端配合，能量输入光纤201的下端左侧连接有弹簧-梭结构204，弹簧-梭结构204左侧和微机械后坐保险机构100形成时序保险结构，只有当微机械后坐保险机构100运动到闭锁位置后，弹簧-梭结构204才能向左运动；能量输入光纤201的下端右侧通过V型电热驱动器203和第二闭锁机构206连接，第二闭锁机构206两侧连接有U型电热驱动器205；所述的V型电热驱动器203和弹簧-梭结构204共同作用驱动能量输入光纤201与能量输出光纤202实现错位与对准，从而控制光纤光路的“通”和“断”，并夹持能量输入光纤201，实现在水平方向上的精确定位；当MOEMS引信保险机构接收到恢复保险信号时，U型电热驱动臂205拉开第二卡座207，在弹簧-梭结构204回复力和能量输入光纤201弹力的共同作用下，恢复光纤错位保险状态。
参照图4，所述的第二闭锁机构206包括第二卡座207和与之配合的第二卡头208。第二闭锁机构206采用悬臂梁式闭锁机构来实现闭锁信息反馈功能；采用基于掩模镂空技术的金属侧壁磁控溅射工艺，在第二卡头208后侧和第二卡座207内侧侧壁上分别溅射第一金属层209和第二金属层210，并在第二卡座207连接的悬臂梁上溅射金属引线211，形成“闭锁电开关”，使第二卡头208运动到闭锁位置后实现电路导通，从而使引信控制系统能够识别光纤对准的到位闭锁信息；当闭锁后停止向V型电热驱动器203供电，实现“闭锁断电”功能，从而降低功耗。
引信控制系统利用传感器敏感弹道飞行环境信息，向微驱动电保险机构200发出解除保险电信号，V型电热驱动器203推动能量输入光纤201和能量输出光纤202由光路错位状态运动至光路对准状态，第二闭锁机构206闭锁，解除保险，使引信处于待发火状态；第二闭锁机构206具有闭锁信息反馈功能，将闭锁信息反馈给引信控制系统，停止向V型电热驱动器203供电，节省功耗；当引信控制系统向微驱动电保险机构200发出恢复保险信号时，U型电热驱动器205拉开第二卡座207，能量输入光纤201在自身弹性和弹簧-梭结构204回复力的共同作用下运动至光路错位状态，恢复保险功能。
参照图1，图1(a)为安全状态，能量输入光纤201与能量输出光纤202呈错位状态，即能量传输路径处于“断”的状态；图1(b)为解除保险状态，能量输入光纤201与能量输出光纤202呈对准状态，即能量传输路径处于“通”的状态。在MOEMS引信安全系统中，微机械后坐保险机构100是系统的第一道保险，通过敏感弹丸后坐发射环境信息解除保险；微驱动电保险机构200是MOEMS引信安全系统的第二道保险，引信控制系统利用传感器敏感弹道飞行环境信息，如旋转离心力、弹道爬行过载等，向微驱动电保险机构200发出解除保险电信号，V型电热驱动器203推动能量输入光纤201由光路错位状态运动至光路对准状态，第二闭锁机构206闭锁，解除保险。微机械后坐保险机构100与微驱动电保险机构200形成时序保险结构，只有当后坐保险机构100运动到闭锁位置后，微驱动电保险机构200才能推动能量输入光纤201对准。
参照图5，所述的一种MOEMS引信安全系统，其工作逻辑为：弹丸发射时，微机械后坐保险机构100的弹簧-质量块模块101感受后坐力作用向下运动，经过弹性梁齿型延时机构102的短暂延时后运动至闭锁位置，使第一闭锁机构103闭锁，解除对弹簧-梭204的约束，从机械结构上实现时序保险功能；引信控制系统中的传感器敏感弹道飞行环境信息，当达到设定的阈值时，向微驱动电保险机构200发出解除保险信号；获得解除保险信息后，V型电热驱动器203推动能量输入光纤201由光路错位状态运动至光路对准状态，并使第二闭锁机构206闭锁；第二闭锁机构206具有闭锁信息反馈功能，将闭锁信息反馈给引信控制系统，停止向V型电热驱动器203供电，节省功耗；闭锁后能量输入光纤201和能量输出光纤202对准，解除保险，使引信处于待发火状态；当接收到恢复保险信号时，引信控制系统向微驱动电保险机构200发出恢复保险信号，U型电热驱动臂205拉开第二闭锁机构206，能量输入光纤201在自身弹性和弹簧-弹性梭203回复力的共同作用下运动至光路错位状态，恢复保险功能。
Claims (4)
1.一种MOEMS引信安全系统，其特征在于：采取微机械后坐保险机构(100)和微驱动电保险机构(200)相结合的一体化设计方案，在一块SOI基板上加工而成；
所述的微机械后坐保险机构(100)是MOEMS引信安全系统的第一道保险，通过敏感弹丸后坐发射环境信息解除保险；微机械后坐保险机构(100)包括弹簧-质量块模块(101)、弹性梁齿型延时机构(102)、闭锁机构(103)和后坐缓冲机构(104)，弹簧-质量块模块(101)和其下方的第一闭锁机构(103)配合连接，并通过后坐缓冲机构(104)对弹簧-质量块模块(101)实现缓冲，弹簧-质量块模块(101)的上方连接有弹性梁齿型延时机构(102)；
所述的弹簧-质量块模块(101)包括后坐质量块(106)，后坐质量块(106)两侧通过弹簧(105)和SOI基板连接，弹簧-质量块模块(101)采用多根弹簧(105)并联结构支撑后坐质量块(106)，使后坐质量块(106)处于悬空可动状态，后坐质量块(106)的下方设有第一卡头(110)；
所述的弹性梁齿型延时机构(102)包括弹性梁(107)，弹性梁(107)两侧设有齿牙(108)，齿牙(108)和SOI基板上的齿槽(109)相互配合，齿牙(108)与齿槽(109)为三角形齿型结构；弹性梁齿型延时机构(102)能够实现后坐保险机构的机械延时功能，保证了引信在勤务跌落高过载、短脉冲时间条件下的安全性，使之不能解除保险，同时保证了在发射环境下高过载、长脉冲时间条件下的作用可靠性；
所述的微驱动电保险机构(200)是MOEMS引信安全系统的第二道保险，包括能量输入光纤(201)、能量输出光纤(202)、V型电热驱动器(203)、弹簧-梭结构(204)、U型电热驱动器(205)、第二闭锁机构(206)，能量输入光纤(201)的下端和能量输出光纤(202)的上端配合，能量输入光纤(201)的下端左侧连接有弹簧-梭结构(204)，弹簧-梭结构(204)左侧和微机械后坐保险机构(100)形成时序保险结构，只有当微机械后坐保险机构(100)运动到闭锁位置后，弹簧-梭结构(204)才能向左运动；能量输入光纤(201)的下端右侧通过V型电热驱动器(203)和第二闭锁机构(206)连接，第二闭锁机构(206)两侧连接有U型电热驱动器(205)；
所述的第二闭锁机构(206)包括第二卡座(207)和与之配合的第二卡头(208)；第二闭锁机构(206)采用悬臂梁式闭锁机构来实现闭锁信息反馈功能，采用基于掩模镂空技术的金属侧壁磁控溅射工艺，在第二卡头(208)后侧和第二卡座(207)内侧侧壁上分别溅射第一金属层(209)和第二金属层(210)，并在第二卡座(207)连接的悬臂梁上溅射金属引线(211)，形成“闭锁电开关”，使第二卡头(208)运动到闭锁位置后实现电路导通，从而使引信控制系统能够识别光纤对准的到位闭锁信息。
2.根据权利要求1所述的一种MOEMS引信安全系统，其特征在于：所述的第一闭锁机构(103)包括第一卡头(110)和与之配合的第一卡座(111)。
3.根据权利要求1所述的一种MOEMS引信安全系统，其特征在于：在弹丸发射瞬间，微机械后坐保险机构(100)的弹簧-质量块模块(101)感受后坐力作用向下运动，经过弹性梁齿型延时机构(102)的短暂延时后，第一卡头(110)进入第一卡座(111)，第一闭锁机构(103)实现闭锁，后坐缓冲机构(104)对后坐质量块(106)进行缓冲，实现“软着陆”，同时限制后坐质量块(106)和弹簧(105)的行程。
4.根据权利要求1所述的一种MOEMS引信安全系统，其特征在于：引信控制系统利用传感器敏感弹道飞行环境信息，向微驱动电保险机构(200)发出解除保险电信号，V型电热驱动器(203)推动能量输入光纤(201)和能量输出光纤(202)由光路错位状态运动至光路对准状态，第二闭锁机构(206)闭锁，解除保险，使引信处于待发火状态；第二闭锁机构(206)具有闭锁信息反馈功能，将闭锁信息反馈给引信控制系统，停止向V型电热驱动器(203)供电；当引信控制系统向微驱动电保险机构(200)发出恢复保险信号时，U型电热驱动器(205)拉开第二卡座(207)，能量输入光纤(201)在自身弹性和弹簧-梭结构(204)回复力的共同作用下运动至光路错位状态，恢复保险功能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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