CN114784932A - 一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统及其实现方法。本发明的温差自发电机构,利用弹药发射时弹药的内外存在温差,由于塞贝克效应产生电势差构成电压源;当无线通信模块接收到待自毁指令时,控制逻辑芯片控制开关单元,使得温差自发电机构为储能电容存储电能;当无线通信模块接收到自毁指令时,控制逻辑芯片控制开关单元,使得储能电容将存储的电能释放至含能自毁模的各个金属膜桥,起爆含能装药,含能装药产生爆轰波,实现核心电子芯片自毁;本发明将温差自发电机构和自发电储能电路与含能自毁模块进行集成,实现了自毁微系统的自供电,提高信息自毁微系统的适用性;本发明可集成度高、适用性强、响应时间短且可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及弹药信息安全防护领域,具体涉及一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统及其实现方法。
背景技术
弹药武器的信息安全起到至关重要的作用。弹上信息存储设备自毁是避免武器信息机密、硬件工艺泄露的关键核心技术。各领域信息存储设备自毁往往利用外部电信号、激光脉冲及电化学等方式实现存储设备的物理自毁需求,周期往往在10~100s内。但是上述方案均依靠外界电学信号输入,并且输入的信号功率很高,除此之外,很多信息泄露手段往往是通过低能的电学信号或者是非电学信号实现。例如:错误ID访问,物理拆除存储设备等。因此,为了提升弹药信息安全,利用武器弹药在工作过程中壳体内外的温度差(壳体外部高温、壳体内部温度较低),增加弹药自毁的环境适应性、大幅降低响应时间及驱动能量,成为武器弹药信息安全领域的主流发展方向。本发明提出一种面向弹药内外环境温度差进行自发电的能量输入微系统,通过与含能自毁模块进行电气互连,形成应用于弹药信息安全领域的自发电自毁微系统设计。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题,本发明提出了一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统及其实现方法;利用武器弹药在工作过程中壳体内外的温度差,将温差自发电微系统与含能自毁模块进行集成的方式,实现了自毁系统的自供电,提高信息自毁微系统的适用性。
弹药的核心电子芯片设置在位于弹药的壳体内部的电路板上。
本发明的一个目的在于提出一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统。
本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统包括:温差自发电机构、自发电储能电路、含能自毁模块、控制逻辑芯片和无线通信模块;无线通信模块连接至控制逻辑芯片;控制逻辑芯片和无线通信模块位于弹药的壳体内部的电路板上,由电路板为控制逻辑芯片和无线通信模块提供工作电压;
温差自发电机构包括:公共端、冷端电极、内部热端电极、外部热端电极、冷端金属焊盘、热端金属焊盘和热端电极板;其中,公共端位于弹药的壳体内部,为平板状;在公共端的边缘伸出多个呈中心对称的辐射状分布的冷端电极和内部热端电极,冷端电极和内部热端电极交错排列,并且冷端电极和内部热端电极成对出现;在每一个冷端电极的顶端设置冷端金属焊盘;在弹药的壳体外表面设置有热端电极板;与每一个内部热端电极相对应,在热端电极板上设置有多个外部热端电极和多个热端金属焊盘,每一个内部热端电极通过导线连接至每一个外部热端电极,每一个外部热端电极连接一个热端金属焊盘;内部热端电极和外部热端电极共同构成热端电极;内部热端电极与外部热端电极的材料一致,热端电极的塞贝克系数大于冷端电极的塞贝克系数;各个冷端金属焊盘并联作为温差自发电机构的负输出端,并且各个热端金属焊盘并联作为温差自发电机构的正输出端;
自发电储能电路包括:多个储能电容和开关单元;其中,开关单元包括多个开关;储能电容通过开关单元连接至控制逻辑芯片;温差自发电机构的正输出端和负输出端分别通过开关单元连接至多个储能电容;
含能自毁模块包括:封装壳、装药凹槽、含能装药和多个金属膜桥;其中,在封装壳上设置有装药凹槽;在装药凹槽的底部设置有传爆孔,在装药凹槽内设置含能装药;在含能装药的表面设置多个金属膜桥,每一个金属膜桥位于正多边形的一条边上,正多边形的中心位于含能装药表面的中心;各个金属膜桥通过导线并联,并联的多个金属膜桥的两端通过开关单元连接至多个储能电容;封装壳安装在核心电子芯片的表面,装药凹槽的底部的传爆孔正对核心电子芯片;
弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;弹药发射时,壳体的外表面与空气发生摩擦产生热,使得弹药的内外存在温差,外部热端电极与冷端电极存在温差,从而由于塞贝克效应,在热端电极与冷端电极之间产生电势差,每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源;当无线通信模块接收到待自毁指令时,无线通信模块将接收到的待自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的多个储能电容的两端连通,且多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为多个储能电容存储电能;当无线通信模块接收到自毁指令时,无线通信模块将接收到的自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容串联,并且串联的多个储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的多个储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开;多个储能电容将存储的电能释放至各个金属膜桥;金属膜桥起爆含能装药,含能装药产生爆轰波,通过传爆孔传输至核心电子芯片,实现核心电子芯片自毁;不需要自毁时,由于多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,金属膜桥不会被起爆,核心电子芯片安全。
自发电储能电路中包括第一至第N储能电容以及由(3N-1)个开关构成的开关单元;其中,N为≥2的自然数,温差自发电机构的正输出端通过N个正端开关分别连接至第一至第N储能电容的正极板,第二至第N储能电容的负极板通过(N-1)个负端开关分别连接至温差自发电机构的负输出端;第i储能电容的正极板通过一个连接电容连接至第(i+1)储能电容的负极板,i=1,2…N-1,共(N-1)个连接开关;释能开关的一端连接至温差自发电机构的负输出端,释能开关的另一端连接至并联的多个金属膜桥的一端,第N储能电容的正极板连接至并联的多个金属膜桥的另一端;第一储能电容的负极板连接至温差自发电机构的负输出端;弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;无线通信模块接收到待自毁指令时,控制逻辑芯片控制N个正端开关和(N-1)个负端开关闭合,同时(N-1)个连接开关和释能开关断开,使得第一至第N储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的第一至第N储能电容的两端连通,且并联的第一至第N储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为第一至第N储能电容存储电能;无线通信模块接收到自毁指令时,控制逻辑芯片控制(N-1)个连接开关和释能开关闭合,同时N个正端开关和(N-1)个负端开关断开,第一至第N储能电容串联,并且串联的第一至第N储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的第一至第N储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开,将存储的电能传输至金属膜桥。
温差自发电机构的公共端的材料采用半导体材料,石墨烯或多晶硅;公共端的尺寸为直径200~500μm。冷端电极采用纳米导电材料,石墨烯或者碳纳米管,厚度为0.23nm~0.69nm,冷端电极的宽度为5~10μm,长度为100~250μm;内部和外部热端电极采用半导体材料或金属材料,例如多晶硅或金属镍,厚度为4~8nm,内部和外部热端电极的宽度为5~10μm,长度为100~250μm。热端电极板的材料采用印制电路板PCB或硅基材料。冷端和热端金属焊盘采用镍或金,厚度为1~4μm。热端电极和冷端电极的对数为2~10。
含能自毁模块的封装壳的材料采用高分子材料或金属基壳体,高分子材料如树脂,金属基壳体如镍或不锈钢;含能装药采用叠氮化物,如叠氮化铜或叠氮化银;含能装药的直径为0.8~1.2mm,高度为0.5~1mm。含能自毁模块的装药凹槽底部的传爆孔的直径为0.2~0.5mm。
本发明的另一个目的在于提出一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统及其实现方法。
本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的实现方法,包括以下步骤:
1) 自发电自毁微系统的组装:
a) 提供平板状的公共端,公共端位于弹药的壳体内部;在公共端的边缘伸出多个呈中心对称的辐射状分布的冷端电极和内部热端电极,冷端电极和内部热端电极交错排列,并且冷端电极和内部热端电极成对出现;在每一个冷端电极的顶端设置冷端金属焊盘;在弹药的壳体外表面设置有热端电极板;与每一个内部热端电极相对应,在热端电极板上设置有多个外部热端电极和多个热端金属焊盘,每一个内部热端电极通过导线连接至每一个外部热端电极,每一个外部热端电极连接一个热端金属焊盘;内部热端电极和外部热端电极共同构成热端电极;内部热端电极与外部热端电极的材料一致,热端电极的塞贝克系数大于冷端电极的塞贝克系数;各个冷端金属焊盘并联作为温差自发电机构的负输出端,并且各个热端金属焊盘并联作为温差自发电机构的正输出端;
b) 储能电容通过开关单元连接至控制逻辑芯片;温差自发电机构的正输出端和负输出端分别通过开关单元连接至多个储能电容;
c) 在封装壳上设置装药凹槽;在装药凹槽的底部开设传爆孔,在装药凹槽内设置含能装药;在含能装药的表面设置多个金属膜桥,每一个金属膜桥位于正多边形的一条边上,正多边形的中心位于含能装药表面的中心;各个金属膜桥通过导线并联,并联的多个金属膜桥的两端通过开关单元连接至多个储能电容;封装壳安装在核心电子芯片的表面,装药凹槽的底部的传爆孔正对核心电子芯片;
2) 弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;
3) 弹药发射时,壳体的外表面与空气发生摩擦产生热,使得弹药的内外存在温差,外部热端电极与冷端电极存在温差,从而由于塞贝克效应,在热端电极与冷端电极之间产生电势差,每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源;
4) 当无线通信模块接收到待自毁指令时,无线通信模块将接收到的待自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的多个储能电容的两端连通,且多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为多个储能电容存储电能;
5) 不需要自毁时,由于多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,金属膜桥不会被起爆,核心电子芯片安全;
6) 当无线通信模块接收到自毁指令时,无线通信模块将接收到的自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容串联,并且串联的多个储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的多个储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开;多个储能电容将存储的电能释放至各个金属膜桥;金属膜桥起爆含能装药,含能装药产生爆轰波,通过传爆孔传输至核心电子芯片,实现核心电子芯片自毁。
本发明的优点:
本发明利用弹药在发射过程中壳体内外的温度差,将温差自发电机构和自发电储能电路与含能自毁模块进行集成,实现了自毁系统的自供电,提高信息自毁微系统的适用性;本发明可集成度高、适用性强、响应时间短且可靠性高。
附图说明
图1为本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的一个实施例的示意图;
图2为本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的一个实施例的结构框图;
图3为本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的自发电储能电路的实施例一的示意图;
图4为本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的自发电储能电路的实施例二的示意图;
图5为本发明的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的温差自发电机构的实施例一的示意图。
具体实施方式
下面结合附图,通过具体实施例,进一步阐述本发明。
如图1和图2所示,弹药的核心电子芯片0设置在位于弹药的壳体02内部的电路板01上。本实施例的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统包括:温差自发电机构、自发电储能电路、含能自毁模块、控制逻辑芯片4和无线通信模块5;无线通信模块5连接至控制逻辑芯片4;控制逻辑芯片4和无线通信模块5位于弹药的壳体02内部的电路板01上,由电路板01为控制逻辑芯片4和无线通信模块5提供工作电压;
如图5所示,温差自发电机构包括:公共端11、冷端电极12、内部热端电极13、外部热端电极14、冷端金属焊盘15、热端金属焊盘16和热端电极板17;其中,公共端11位于弹药的壳体内部,为平板状;在公共端11的边缘伸出十对呈中心对称的辐射状分布的冷端电极12和内部热端电极13,冷端电极12和内部热端电极13交错排列,并且冷端电极12和内部热端电极13成对出现;在每一个冷端电极12的顶端设置冷端金属焊盘15;在弹药的壳体外表面设置有热端电极板17;与每一个内部热端电极13相对应,在热端电极板17上设置有多个外部热端电极14和多个热端金属焊盘16,每一个内部热端电极13通过导线连接至每一个外部热端电极14,每一个外部热端电极14连接一个热端金属焊盘16;内部热端电极13和外部热端电极14共同构成热端电极;内部热端电极13与外部热端电极14的材料一致,外部热端电极14的塞贝克系数大于冷端电极12的塞贝克系数;各个冷端金属焊盘15并联作为温差自发电机构的负输出端,并且各个热端金属焊盘16并联作为温差自发电机构的正输出端;
自发电储能电路包括:多个储能电容21和开关单元;其中,储能电容21通过开关单元连接至控制逻辑芯片4;温差自发电机构的正输出端和负输出端分别通过开关单元连接至多个储能电容21;
含能自毁模块包括:封装壳31、装药凹槽32、含能装药33和多个金属膜桥34;其中,在封装壳31上设置有圆柱形的装药凹槽32;在装药凹槽32的底部设置有传爆孔,在装药凹槽32内设置含能装药33;在含能装药33的表面设置三个金属膜桥34,每一个金属膜桥34位于正三角形的一条边上,正三角形的中心位于圆形的含能装药表面的中心,正三角形的三个顶点分别位于圆柱形的含能装药33的上表面边缘;各个金属膜桥34通过导线并联,并联的多个金属膜桥34的两端通过开关单元连接至多个储能电容;封装壳31安装在核心电子芯片的表面,装药凹槽32的底部的传爆孔正对核心电子芯片0。
在本实施例中,温差自发电机构的公共端的材料采用石墨烯。冷端电极采用石墨烯则热端电极采用多晶硅,或者冷端电极采用碳纳米管则热端电极采用金属镍,冷端电极的厚度为0.4nm,热端电极的厚度为6nm;冷端和热端金属焊盘采用镍,厚度为2μm。热端电极和冷端电极的对数为10。含能自毁模块的封装壳的材料采用树脂;含能装药采用叠氮化物;含能装药的1mm,高度为0.7mm。含能自毁模块的装药凹槽底部的传爆孔的直径为0.4mm。金属桥膜采用贴片电阻0402封装形式;储能电容采用钽电容;开关采用快响应开关。
实施例一
如图3所示,自发电储能电路中包括两个储能电容以及由五个开关构成的开关单元,即自发电储能电路中包括第一和第二储能电容C1和C2以及第一至第五开关S1~S5;其中,第一和第二开关为正端开关,第四开关为负端开关,第三开关为连接开关,第五开关为释能开关;每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源,十对热端电极与冷端电极构成十个电压源,分别为V1~V10;温差自发电机构的正输出端分别连接至第一和第二开关的一端,第二开关的另一端连接至第二储能电容的正极板;第二储能电容的负极板连接至第四开关的一端;第四开关的另一端连接至温差自发电机构的负输出端;第一开关的另一端连接至第一储能电容的正极板,第一储能电容的负极板连接温差自发电机构的负输出端;第三开关的一端连接至第一储能电容的正极板,第三开关的另一端连接至第二储能电容的负极板;第五开关的一端连接至温差自发电机构的负输出端,第五开关的另一端连接至并联的多个金属膜桥的一端,第二储能电容的正极板连接至并联的多个金属膜桥的另一端,每一个金属膜桥作为一个电阻,三个金属膜桥构成三个电阻分别为R1、R2和R3;弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的第一至第五开关均断开;无线通信模块接收到待自毁指令时,控制逻辑芯片控制第一、第二和第四开关闭合,同时第三和第五开关断开,使得第一和第二储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的第一和第二储能电容的两端连通,且并联的第一和第二储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为第一和第二储能电容存储电能;无线通信模块接收到自毁指令时,控制逻辑芯片控制第三和第五开关闭合,同时第一、第二和第四开关断开,第一和第二储能电容串联,并且串联的第一和第二储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的第一和第二储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开,将存储的电能传输至金属膜桥。
本实施例的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的实现方法,包括以下步骤:
1) 自发电自毁微系统的组装,如图1所示;
2) 弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;
3) 弹药发射时,壳体的外表面与空气发生摩擦产生热,使得弹药的内外存在温差,外部热端电极与冷端电极存在温差,从而由于塞贝克效应,在热端电极与冷端电极之间产生电势差,每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源;
4) 当无线通信模块接收到待自毁指令时,无线通信模块将接收到的待自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得第一和第二储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的第一和第二储能电容的两端连通,且第一和第二储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为第一和第二储能电容存储电能;
5) 不需要自毁时,由于多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,金属膜桥不会被起爆,核心电子芯片安全;
6) 当无线通信模块接收到自毁指令时,无线通信模块将接收到的自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得第一和第二储能电容串联,并且串联的第一和第二储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的第一和第二储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开,将存储的电能传输至各个金属膜桥;金属膜桥起爆引起含能装药爆炸,实现核心电子芯片自毁。
实施例二
如图4所示,自发电储能电路中包括三个储能电容以及由八个开关构成的开关单元,即自发电储能电路中包括第一至第三储能电容C1~C3以及第一至第八开关S1~S8;其中,第一、第二和第六开关为正端开关,第四和第八开关为负端开关,第三和第七开关为连接开关,第五开关为释能开关;每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源,十对热端电极与冷端电极构成十个电压源,分别为V1~V10;温差自发电机构的正输出端分别连接至第一、第二和第六开关的一端,第二开关的另一端连接至第二储能电容的正极板;第二储能电容的负极板连接至第四开关的一端;第四开关的另一端连接至温差自发电机构的负输出端;第一开关的另一端连接至第一储能电容的正极板,第一储能电容的负极板连接温差自发电机构的负输出端;第三开关的一端连接至第一储能电容的正极板,第三开关的另一端连接至第二储能电容的负极板;第六开关的另一端连接至第三储能电容的正极板,第三储能电容的负极板连接至第八开关的一端,第八开关的另一端连接至温差自发电机构的负输出端;第三储能电容的负极板通过第七开关连接至第二储能电容的正极板;第五开关的一端连接至温差自发电机构的负输出端,第五开关的另一端连接至并联的多个金属膜桥的一端; 第三储能电容的正极板连接至并联的多个金属膜桥的另一端,每一个金属膜桥作为一个电阻,三个金属膜桥构成三个电阻分别为R1、R2和R3;弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的第一至第八开关均断开;无线通信模块接收到待自毁指令时,控制逻辑芯片控制第一、第二、第四、第六和第八开关闭合,同时第三、第五和第七开关断开,使得第一至第三储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的第一至第三储能电容的两端连通,且并联的第一至第三储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为第一至第三储能电容存储电能;无线通信模块接收到自毁指令时,控制逻辑芯片控制第三、第五和第七开关闭合,同时第一、第二、第四、第六和第八开关断开,第一至第三储能电容串联,并且串联的第一至第三储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的第一至第三储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开,将存储的电能传输至金属膜桥。
最后需要注意的是,公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内,各种替换和修改都是可能的。因此,本发明不应局限于实施例所公开的内容,本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,弹药的核心电子芯片设置在位于弹药的壳体内部的电路板上,其特征在于,所述用于弹药信息安全的自发电自毁微系统包括:温差自发电机构、自发电储能电路、含能自毁模块、控制逻辑芯片和无线通信模块;无线通信模块连接至控制逻辑芯片;控制逻辑芯片和无线通信模块位于弹药的壳体内部的电路板上,由电路板为控制逻辑芯片和无线通信模块提供工作电压;
温差自发电机构包括:公共端、冷端电极、内部热端电极、外部热端电极、冷端金属焊盘、热端金属焊盘和热端电极板;其中,公共端位于弹药的壳体内部,为平板状;在公共端的边缘伸出多个呈中心对称的辐射状分布的冷端电极和内部热端电极,冷端电极和内部热端电极交错排列,并且冷端电极和内部热端电极成对出现;在每一个冷端电极的顶端设置冷端金属焊盘;在弹药的壳体外表面设置有热端电极板;与每一个内部热端电极相对应,在热端电极板上设置有多个外部热端电极和多个热端金属焊盘,每一个内部热端电极通过导线连接至每一个外部热端电极,每一个外部热端电极连接一个热端金属焊盘;内部热端电极和外部热端电极共同构成热端电极;内部热端电极与外部热端电极的材料一致,热端电极的塞贝克系数大于冷端电极的塞贝克系数;各个冷端金属焊盘并联作为温差自发电机构的负输出端,并且各个热端金属焊盘并联作为温差自发电机构的正输出端;
自发电储能电路包括:多个储能电容和开关单元;其中,开关单元包括多个开关;储能电容通过开关单元连接至控制逻辑芯片;温差自发电机构的正输出端和负输出端分别通过开关单元连接至多个储能电容;
含能自毁模块包括:封装壳、装药凹槽、含能装药和多个金属膜桥;其中,在封装壳上设置有装药凹槽;在装药凹槽的底部设置有传爆孔,在装药凹槽内设置含能装药;在含能装药的表面设置多个金属膜桥,每一个金属膜桥位于正多边形的一条边上,正多边形的中心位于含能装药表面的中心;各个金属膜桥通过导线并联,并联的多个金属膜桥的两端通过开关单元连接至多个储能电容;封装壳安装在核心电子芯片的表面,装药凹槽的底部的传爆孔正对核心电子芯片;
弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;弹药发射时,壳体的外表面与空气发生摩擦产生热,使得弹药的内外存在温差,外部热端电极与冷端电极存在温差,从而由于塞贝克效应,在热端电极与冷端电极之间产生电势差,每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源;当无线通信模块接收到待自毁指令时,无线通信模块将接收到的待自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的多个储能电容的两端连通,且多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为多个储能电容存储电能;当无线通信模块接收到自毁指令时,无线通信模块将接收到的自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容串联,并且串联的多个储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的多个储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开;多个储能电容将存储的电能释放至各个金属膜桥;金属膜桥起爆含能装药,含能装药产生爆轰波,通过传爆孔传输至核心电子芯片,实现核心电子芯片自毁;不需要自毁时,由于多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,金属膜桥不会被起爆,核心电子芯片安全。
2.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述自发电储能电路中包括第一至第N储能电容以及由(3N-1)个开关构成的开关单元;其中,N为≥2的自然数,温差自发电机构的正输出端通过N个正端开关分别连接至第一至第N储能电容的正极板,第二至第N储能电容的负极板通过(N-1)个负端开关分别连接至温差自发电机构的负输出端;第i储能电容的正极板通过一个连接电容连接至第(i+1)储能电容的负极板,i=1,2…N-1,共(N-1)个连接开关;释能开关的一端连接至温差自发电机构的负输出端,释能开关的另一端连接至并联的多个金属膜桥的一端,第N储能电容的正极板连接至并联的多个金属膜桥的另一端;第一储能电容的负极板连接至温差自发电机构的负输出端;弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;无线通信模块接收到待自毁指令时,控制逻辑芯片控制N个正端开关和(N-1)个负端开关闭合,同时(N-1)个连接开关和释能开关断开,使得第一至第N储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的第一至第N储能电容的两端连通,且并联的第一至第N储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为第一至第N储能电容存储电能;无线通信模块接收到自毁指令时,控制逻辑芯片控制(N-1)个连接开关和释能开关闭合,同时N个正端开关和(N-1)个负端开关断开,第一至第N储能电容串联,并且串联的第一至第N储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的第一至第N储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开,将存储的电能传输至金属膜桥。
3.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述冷端电极采用纳米导电材料,厚度为0.23nm~0.69nm。
4.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述内部和外部热端电极采用半导体材料或金属材料,厚度为4~8nm。
5.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述冷端和热端金属焊盘采用镍或金,厚度为1~4μm。
6.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述含能自毁模块的封装壳的材料采用高分子材料或金属基壳体。
7.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述含能装药采用叠氮化物,直径为0.8~1.2mm,高度为0.5~1mm。
8.如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统,其特征在于,所述含能自毁模块的装药凹槽底部的传爆孔的直径为0.2~0.5mm。
9.一种如权利要求1所述的用于弹药信息安全的自发电自毁微系统的实现方法,其特征在于,所述实现方法包括以下步骤:
1) 自发电自毁微系统的组装:
a) 提供平板状的公共端,公共端位于弹药的壳体内部;在公共端的边缘伸出多个呈中心对称的辐射状分布的冷端电极和内部热端电极,冷端电极和内部热端电极交错排列,并且冷端电极和内部热端电极成对出现;在每一个冷端电极的顶端设置冷端金属焊盘;在弹药的壳体外表面设置有热端电极板;与每一个内部热端电极相对应,在热端电极板上设置有多个外部热端电极和多个热端金属焊盘,每一个内部热端电极通过导线连接至每一个外部热端电极,每一个外部热端电极连接一个热端金属焊盘;内部热端电极和外部热端电极共同构成热端电极;内部热端电极与外部热端电极的材料一致,热端电极的塞贝克系数大于冷端电极的塞贝克系数;各个冷端金属焊盘并联作为温差自发电机构的负输出端,并且各个热端金属焊盘并联作为温差自发电机构的正输出端;
b) 储能电容通过开关单元连接至控制逻辑芯片;温差自发电机构的正输出端和负输出端分别通过开关单元连接至多个储能电容;
c) 在封装壳上设置装药凹槽;在装药凹槽的底部开设传爆孔,在装药凹槽内设置含能装药;在含能装药的表面设置多个金属膜桥,每一个金属膜桥位于正多边形的一条边上,正多边形的中心位于含能装药表面的中心;各个金属膜桥通过导线并联,并联的多个金属膜桥的两端通过开关单元连接至多个储能电容;封装壳安装在核心电子芯片的表面,装药凹槽的底部的传爆孔正对核心电子芯片;
2) 弹药发射前,控制逻辑芯片控制开关单元中的所有开关均断开;
3) 弹药发射时,壳体的外表面与空气发生摩擦产生热,使得弹药的内外存在温差,外部热端电极与冷端电极存在温差,从而由于塞贝克效应,在热端电极与冷端电极之间产生电势差,每一对热端电极与冷端电极构成一个电压源;
4) 当无线通信模块接收到待自毁指令时,无线通信模块将接收到的待自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容并联,并且温差自发电机构的正输出端和负输出端与并联的多个储能电容的两端连通,且多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,温差自发电机构为多个储能电容存储电能;
5) 不需要自毁时,由于多个储能电容的两端与并联的多个金属膜桥的两端断开,金属膜桥不会被起爆,核心电子芯片安全;
6) 当无线通信模块接收到自毁指令时,无线通信模块将接收到的自毁指令传输至控制逻辑芯片,控制逻辑芯片控制开关单元,使得多个储能电容串联,并且串联的多个储能电容与并联的多个金属膜桥的两端连通,串联的多个储能电容的两端与温差自发电机构的正输出端和负输出端断开;多个储能电容将存储的电能释放至各个金属膜桥;金属膜桥起爆含能装药,含能装药产生爆轰波,通过传爆孔传输至核心电子芯片,实现核心电子芯片自毁。
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