专利摘要

专利摘要

一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，包括单晶硅衬底，在单晶硅衬底依次制作二氧化硅绝缘层以及单晶硅结构层，单晶硅衬底制作有矩形加速膛孔，在单晶硅结构层中制作两个锁死电热执行器、四个推动电热执行器以及一个隔断机构，其中隔断机构中的隔板将加速膛孔遮挡，在对两个锁死电热执行器施加电压解锁的状态下，先后分别对四个推动电热执行器施加电压，在相应的工作电压下杠杆放大机构将电热执行器产生的热变形放大并以此推动隔断机构中的驱动块完成相应的位移动作，经过先后四次的位移累加，最终使隔板与加速膛孔完全错开，完成引信的解除保险动作，本发明具有低成本、高智能、易集成的特点。

权利要求

1.一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，包括单晶硅衬底(7)，在单晶硅衬底(7)依次制作二氧化硅绝缘层(8)以及单晶硅结构层(9)，单晶硅衬底(7)的厚度为400～500um，单晶硅衬底(7)上制作有长宽分别为300～400um的矩形加速膛孔(10)，二氧化硅绝缘层(8)的厚度为2～3um，单晶硅结构层(9)的厚度为50～100um，在单晶硅结构层(9)中制作隔断机构(5)，隔断机构(5)将矩形加速镗孔(10)完全遮挡，其特征在于：在隔断机构(5)的隔板(51)的左右两侧分别制作第一导轨块(6a)和第二导轨块(6b)，第一导轨块(6a)、第二导轨块(6b)起到限制隔断机构(5)上下方向移动的作用，在隔断机构(5)的上方制作第一级锁死电热执行器(S1)，使第一级锁死电热执行器(S1)的第一中间连接杆(S13)能够伸入隔断机构(5)的第一锁死条(58)的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构(5)的下方制作第二级锁死电热执行器(S2)，使第二级锁死电热执行器(S2)的第二中间连接杆(S23)能够伸入隔断机构(5)中第二锁死条(59)的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构(5)的上方制作第一V型电热执行器(1)，使第一V型电热执行器(1)中第一放大杠杆(15)的下端低于隔断机构(5)中第一驱动块(54)的最高端，在隔断机构(5)的上方制作第二V型电热执行器(2)，使第二V型电热执行器(2)中第二放大杠杆(21)的下端略高于隔断机构(5)中第二驱动块(55)的最高端，在隔断机构(5)的下方制作第三V型电热执行器(3)，使第三V型电热执行器(3)中第三放大杠杆(31)的上端略低于隔断机构(5)中第三驱动块(56)的最低端，在隔断机构(5)的下方制作第四V型电热执行器(4)，使第四V型电热执行器(4)中第四放大杠杆(41)的上端略低于隔断机构(5)中第四驱动块(57)的最低端，第一导轨块(6a)、第二导轨块(6b)、第一级锁死电热执行器(S1)、第二级锁死电热执行器(S2)、第一V型电热执行器(1)、第二V型电热执行器(2)、第三V型电热执行器(3)以及第四V型电热执行器4()均制作在单晶硅结构层(9)中。

2.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的第一级锁死电热执行器(S1)包括第一电极锚点(S12a)与第二电极锚点(S12b)，第一电极(S11a)和第二电极(S11b)分别制作在第一电极锚点(S12a)与第二电极锚点(S12b)上，并联的第一V型结构的两端分别与第一电极锚点(S12a)和第二电极锚点(S12b)相连，第一V型结构中部和第一中间连接杆(S13)的一端连接，第一中间连接杆(S13)的另一端伸入第一锁死条(58)的卡槽内起到锁死的作用，第一电极锚点(S12a)和第二电极锚点(S12b)与二氧化硅绝缘层(8)相连，第一V型结构、第一中间连接杆(S13)、第一电极(S11a)和第二电极(S11b)均为悬空可动结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的第二级锁死电热执行器(S2)的结构与第一级锁死电热执行器(S1)的相同，第二级锁死电热执行器(S2)和第一级锁死电热执行器(S1)相对设置。

4.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的隔断机构(5)包括隔板(51)，隔板(51)将下方的加速膛膛孔(10)完全遮挡，第一驱动块(54)以及第二驱动块(55)的下端与隔板(51)的上侧相连，第三驱动块(56)以及第四驱动块(57)的上端与隔板(51)的下侧相连，第一锁死条(58)的下端与隔板(51)的上侧相连，第二锁死条(59)的上端与隔板(51)的下侧相连，隔板(51)的右端与S型硅弹簧(52)的左端相连，S型硅弹簧(52)的右端与固定锚点(53)连接，固定锚点(53)与二氧化硅绝缘层(8)相连，隔板(51)、S型弹簧(52)、四个驱动块(54-57)以及两个锁死条(58-59)均为悬空可动结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的第一V型电热执行器(1)包括第三电极锚点(12a)和第四电极锚点(12b)，第三电极(11a)和第四电极(11b)分别制作在第三电极锚点(12a)和第四电极锚点(12b)上，并联的第二V型结构的两端分别与第三电极锚点(12a)和第四电极锚点(12b)相连，第二V型结构和第三中间连接杆(13)连接，第三中间连接杆(13)的一端通过第一柔性弯曲梁(14)与第一放大杠杆(15)相连，第一放大杠杆(15)的上端通过第二柔性弯曲梁(16)与第五固定锚点(17)相连，第一放大杠杆(15)的下端为三角状，并且三角状触头的最低端低于第一驱动块(54)的最高端，保证第一V型电热执行器(1)能够推动隔断机构(5)，第三电极锚点(12a)、第四电极锚点(12b)以及第五固定锚点(17)与二氧化硅绝缘层(8)相连，第二V型结构、第三中间连接杆(13)、第一柔性弯曲梁(14)、第一放大杠杆(15)以及第二柔性弯曲梁(16)均为悬空可动结构。

6.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的第二V型电热执行器(2)与第一V型电热执行器(1)结构类似，唯一不同点是第二V型电热执行器(2)中第二放大杠杆(21)为折线型，同时第二放大杠杆(21)底部的三角状触头的最低端高于第二驱动块(55)的最高端，保证隔断机构(5)在第一V型电热执行器(1)推动期间的向左移动不被第二放大杠杆(21)的触头阻挡。

7.根据权利要求1所述的一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，其特征在于：所述的第三V型电热执行器(3)、第四V型电热执行器(4)的结构与第二V型电热执行器(2)相同。

说明书

技术领域

本发明涉及引信技术领域，具体涉及一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置。

背景技术

引信是武器系统中的重要部件，它利用目标和环境信息，在预定条件下引爆或引燃弹药战斗部装药的控制装置(系统)，通常安装在火箭、导弹弹头和炮/坦克/迫击炮弹药等上。引信中的安全保险装置是引信系统的重要组成部分，它的一个基本功能是通过消除达到主装药的潜在能量，阻止意外爆轰，主要是阻止整个爆炸序列的能量传递来实现。针对这个目标，安保装置常常通过同轴机械装置阻止意外解除保险，从而“隔断”爆炸序列。当处于安全模式时隔板将加速膛孔挡住，阻止飞片材料通过，从而阻止爆炸序列的意外爆轰。当武器所处环境满足起爆条件时，隔板移开，为飞片材料打开通道，保证飞片材料能够到达高能炸药装药。

传统引信存在体积大、难集成等缺点。随着弹药技术的发展，要求引信功能不断的加强与扩展，而引信的体积又制约了其功能的扩展。将MEMS技术应用到引信的设计中，可以很好的解决这个矛盾。MEMS引信安全保险装置具有体积小、可靠性高、可批量化等诸多优势，使得常规弹药有更多的空间容纳多传感器探测电路与主装药，提高弹药的精确度和杀伤力，使引信的智能化和灵巧化成为可能。

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出一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，利用刻蚀技术制作可动结构层，具有低成本、高智能、易集成的特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，包括单晶硅衬底7，在单晶硅衬底7上依次制作二氧化硅绝缘层8以及单晶硅结构层9，单晶硅衬底7的厚度为400～500um，单晶硅衬底7上制作有长宽分别为300～400um的矩形加速膛孔10，二氧化硅绝缘层8的厚度为2～3um，单晶硅结构层9的厚度为50～100um，在单晶硅结构层9中制作隔断机构5，隔断机构5将矩形加速镗孔10完全遮挡，在隔断机构5的隔板51的左右两侧分别制作第一导轨块6a和第二导轨块6b，第一导轨块6a、第二导轨块6b起到限制隔断机构5上下方向移动的作用，在隔断机构5的上方制作第一级锁死电热执行器S1，使第一级锁死电热执行器S1的第一中间连接杆S13能够伸入隔断机构5的第一锁死条58的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构5的下方制作第二级锁死电热执行器S2，使第二级锁死电热执行器S2的第二中间连接杆S23能够伸入隔断机构5中第二锁死条59的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构5的上方制作第一V型电热执行器1，使第一V型电热执行器1中第一放大杠杆15的下端低于隔断机构5中第一驱动块54的最高端，在隔断机构5的上方制作第二V型电热执行器2，使第二V型电热执行器2中第二放大杠杆21的下端略高于隔断机构5中第二驱动块55的最高端，在隔断机构5的下方制作第三V型电热执行器3，使第三V型电热执行器3中第三放大杠杆31的上端略低于隔断机构5中第三驱动块56的最低端，在隔断机构5的下方制作第四V型电热执行器4，使第四V型电热执行器4中第四放大杠杆41的上端略低于隔断机构5中第四驱动块57的最低端，第一导轨块6a、第二导轨块6b、第一级锁死电热执行器S1、第二级锁死电热执行器S2、第一V型电热执行器1、第二V型电热执行器2、第三V型电热执行器3以及第四V型电热执行器4均制作在单晶硅结构层9中。

所述的第一级锁死电热执行器S1包括第一电极锚点S12a与第二电极锚点S12b，第一电极S11a和第二电极S11b分别制作在第一电极锚点S12a与第二电极锚点S12b上，并联的第一V型结构的两端分别与第一电极锚点S12a和第二电极锚点S12b相连，第一V型结构中部和第一中间连接杆S13的一端连接，第一中间连接杆S13的另一端伸入锁死条58的卡槽内起到锁死的作用，第一电极锚点S12a和第二电极锚点S12b与二氧化硅绝缘层8相连，第一V型结构、第一中间连接杆S13、第一电极S11a和第二电极S11b均为悬空可动结构。

所述的第二级锁死电热执行器S2的结构与第一级锁死电热执行器S1的相同，第二级锁死电热执行器S2和第一级锁死电热执行器S1相对设置。

所述的隔断机构5包括隔板51，隔板51将下方的加速膛膛孔10完全遮挡，第一驱动块54以及第二驱动块55的下端与隔板51的上侧相连，第三驱动块56以及第四驱动块57的上端与隔板51的下侧相连，第一锁死条58的下端与隔板51的上侧相连，第二锁死条59的上端与隔板51的下侧相连，隔板51的右端与S型硅弹簧52的左端相连，S型硅弹簧52的右端与固定锚点53连接，固定锚点53与二氧化硅绝缘层8相连，隔板51、S型弹簧52、四个驱动块54-57以及两个锁死条58-59均为悬空可动结构。

所述的第一V型电热执行器1包括第三电极锚点12a和第四电极锚点12b，第三电极11a和第四电极11b分别制作在第三电极锚点12a和第四电极锚点12b上，并联的第二V型结构的两端分别与第三电极锚点12a和第四电极锚点12b相连，第二V型结构和第三中间连接杆13连接，第三中间连接杆13的一端通过第一柔性弯曲梁14与第一放大杠杆15相连，第一放大杠杆15的上端通过第二柔性弯曲梁16与第五固定锚点17相连，第一放大杠杆15的下端为三角状，并且三角状触头的最低端低于第一驱动块54的最高端，保证第一V型电热执行器1能够推动隔断机构5，第三电极锚点12a、第四电极锚点12b以及第五固定锚点17与二氧化硅绝缘层8相连，第二V型结构、第三中间连接杆13、第一柔性弯曲梁14、第一放大杠杆15以及第二柔性弯曲梁16均为悬空可动结构。

所述的第二V型电热执行器2与第一V型电热执行器1结构类似，唯一不同点是第二V型电热执行器2中第二放大杠杆21为折线型，同时第二放大杠杆21底部的三角状触头的最低端高于第二驱动块55的最高端，保证隔断机构5在第一V型电热执行器1推动期间的向左移动不被第二放大杠杆21的触头阻挡。

所述的第三V型电热执行器3、第四V型电热执行器4的结构与第二V型电热执行器2相同。

与传统引信安保装置相比，本发明的优点为：低成本化，利用现有的成熟的IC工艺，可以实现大规模制造，有效地降低了产品的成本；智能化，与依靠环境力(如加速度)来产生激励的传统引信安保装置相比，本发明利用了电热效应来驱动器件产生相应动作，由电信号控制，智能化程度更高；集成化，利用MEMS相关工艺制作的器件体积小，与传统引信安保装置相比，在相同面积内，可以与更多的传感器集成，提高器件在复杂环境下的适应力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，其中图(a)为结构的俯视图，图(b)为图(a)的A-A截面的剖视图。

图2为第一级锁死电热执行器S1和第二级锁死电热执行器S2解锁后的示意图。

图3为第一V型电热执行器1推动隔断机构5的示意图。

图4为第二V型电热执行器2推动隔断机构5的示意图。

图5为第三V型电热执行器3推动隔断机构5的示意图。

图6为第四V型电热执行器4推动隔断机构5的示意图。

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1，一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置，包括单晶硅衬底7，在单晶硅衬底7依次制作二氧化硅绝缘层8以及单晶硅结构层9，单晶硅衬底7的厚度为400～500um，单晶硅衬底7上制作有长宽分别为300～400um的矩形加速膛孔10，二氧化硅绝缘层8的厚度为2～3um，单晶硅结构层9的厚度为50～100um，在单晶硅结构层9中制作隔断机构5，隔断机构5将矩形加速镗孔10完全遮挡，在隔断机构5的隔板51的左右两侧分别制作第一导轨块6a和第二导轨块6b，第一导轨块6a、第二导轨块6b起到限制隔断机构5上下方向移动的作用，在隔断机构5的上方制作第一级锁死电热执行器S1，使第一级锁死电热执行器S1的第一中间连接杆S13能够伸入隔断机构5的第一锁死条58的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构5的下方制作第二级锁死电热执行器S2，使第二级锁死电热执行器S2的第二中间连接杆S23能够伸入隔断机构5中第二锁死条59的卡槽内起到锁死的作用，在隔断机构5的上方制作第一V型电热执行器1，使第一V型电热执行器1中第一放大杠杆15的下端低于隔断机构5中第一驱动块54的最高端，在隔断机构5的上方制作第二V型电热执行器2，使第二V型电热执行器2中第二放大杠杆21的下端略高于隔断机构5中第二驱动块55的最高端，在隔断机构5的下方制作第三V型电热执行器3，使第三V型电热执行器3中第三放大杠杆31的上端略低于隔断机构5中第三驱动块56的最低端，在隔断机构5的下方制作第四V型电热执行器4，使第四V型电热执行器4中第四放大杠杆41的上端略低于隔断机构5中第四驱动块57的最低端，第一导轨块6a、第二导轨块6b、第一级锁死电热执行器S1、第二级锁死电热执行器S2、第一V型电热执行器1、第二V型电热执行器2、第三V型电热执行器3以及第四V型电热执行器4均制作在单晶硅结构层9中。

所述的第一级锁死电热执行器S1包括第一电极锚点S12a与第二电极锚点S12b，第一电极S11a和第二电极S11b分别制作在第一电极锚点S12a与第二电极锚点S12b上，并联的第一V型结构的两端分别与第一电极锚点S12a和第二电极锚点S12b相连，第一V型结构中部和第一中间连接杆S13的一端连接，第一中间连接杆S13的另一端伸入锁死条58的卡槽内起到锁死的作用，第一电极锚点S12a和第二电极锚点S12b与二氧化硅绝缘层8相连，第一V型结构、第一中间连接杆S13、第一电极S11a和第二电极S11b均为悬空可动结构。

所述的第二级锁死电热执行器S2的结构与第一级锁死电热执行器S1的相同，第二级锁死电热执行器S2和第一级锁死电热执行器S1相对设置。

所述的隔断机构5包括隔板51，隔板51将下方的加速膛膛孔10完全遮挡，第一驱动块54以及第二驱动块55的下端与隔板51的上侧相连，第三驱动块56以及第四驱动块57的上端与隔板51的下侧相连，第一锁死条58的下端与隔板51的上侧相连，第二锁死条59的上端与隔板51的下侧相连，隔板51的右端与S型硅弹簧52的左端相连，S型硅弹簧52的右端与固定锚点53连接，固定锚点53与二氧化硅绝缘层8相连，隔板51、S型弹簧52、四个驱动块54-57以及两个锁死条58-59均为悬空可动结构。

所述的第一V型电热执行器1包括第三电极锚点12a和第四电极锚点12b，第三电极11a和第四电极11b分别制作在第三电极锚点12a和第四电极锚点12b上，并联的第二V型结构的两端分别与第三电极锚点12a和第四电极锚点12b相连，第二V型结构和第三中间连接杆13连接，第三中间连接杆13的一端通过第一柔性弯曲梁14与第一放大杠杆15相连，第一放大杠杆15的上端通过第二柔性弯曲梁16与第五固定锚点17相连，第一放大杠杆15的下端为三角状，并且三角状触头的最低端低于第一驱动块54的最高端，保证第一V型电热执行器1能够推动隔断机构5，第三电极锚点12a、第四电极锚点12b以及第五固定锚点17与二氧化硅绝缘层8相连，第二V型结构、第三中间连接杆13、第一柔性弯曲梁14、第一放大杠杆15以及第二柔性弯曲梁16均为悬空可动结构。

所述的第二V型电热执行器2与第一V型电热执行器1结构类似，唯一不同点是第二V型电热执行器2中第二放大杠杆21为折线型，同时第二放大杠杆21底部的三角状触头的最低端高于第二驱动块55的最高端，保证隔断机构5在第一V型电热执行器1推动期间的向左移动不被第二放大杠杆21的触头阻挡。折线型的结构使触头在左右移动时上下方向也产生较大的位移，保证隔断机构5在第二V型电热执行器2推动期间第二放大杠杆21触头的最低端能够向下移动至低于驱动块55的最高端，从而推动隔断机构5向左移动。

所述的第三V型电热执行器3、第四V型电热执行器4的结构与第二V型电热执行器2相同。

本发明的工作原理为：

参照图2，通过第一电极S11a和第二电极S11b，对第一级锁死电热执行器S1施加驱动电压，第一级锁死电热执行器S1受热变形产生向上的位移，带动第一中间连接杆S13向上移动脱离第一锁死条58的卡槽，从而完成第一级锁死电热执行器S1的解锁；第二级锁死电热执行器S2的解锁原理与第一级锁死电热执行器S1的类似。

参照图3，保持对第一级锁死电热执行器S1和第二级锁死电热执行器S2施加电压，通过第三电极11a和第四电极11b，对第一V型电热执行器1施加电压，第一V型电热执行器1受热变形产生向左的位移，通过第三中间连接杆13带动第一柔性弯曲梁14向左移动；由于第二柔性弯曲梁16的左端与固定锚点17相连，第二柔性弯曲梁16只能向下弯曲，于是第一放大杠杆15将第一V型电热执行器1产生的原始位移放大，最终第一放大杠杆15向左产生较大的位移，并且通过三角状的触头推动第一驱动块54，从而使隔断结构5向左产生较大移动。

参照图4，保持对第一级锁死电热执行器S1和第二级锁死电热执行器S2施加电压，停止对第一V型电热执行器1施加电压，第一V型电热执行器1逐渐散热恢复到最初未加电压时的位置，通过第五电极22a和第六电极22b，对第二V型电热执行器2施加电压，第二V型电热执行器2受热变形产生向左的位移，通过第四中间连接杆23带动第三柔性弯曲梁24向左移动；由于第四柔性弯曲梁25的左端与第六固定锚点26相连，第四柔性弯曲梁25只能向下弯曲，于是第二放大杠杆21将第二V型电热执行器2产生的原始位移放大，最终第二放大杠杆21向左产生较大的位移，并且通过三角状的触头推动第二驱动块55，从而使隔断结构5向左产生较大移动，第二V型电热执行器2中的第二放大杠杆21为折线型；第二放大杠杆21的三角状触头向左有较大位移的同时能够向下产生较大位移，保证三角触头的最低端移动至低于第二驱动块55的最高端，从而完成推动隔断机构5的动作。

参照图5，保持对第一级锁死电热执行器S1和第二级锁死电热执行器S2施加电压，停止对第一V型电热执行器1和第二V型电热执行器2施加电压，第一V型电热执行器1和第二V型电热执行器2逐渐散热恢复到最初未加电压时的位置，第三V型电热执行器3工作原理与第二V型电热执行器2类似；通过对第三V型电热执行器3施加电压，最终使第三放大杠杆31推动第三驱动块56，完成推动隔断机构5向左移动的动作。

参照图6，保持对第一级锁死电热执行器S1和第二级锁死电热执行器S2施加电压，停止对第一V型电热执行器1、第二V型电热执行器2和第三V型电热执行器3施加电压，第一V型电热执行器1、第二V型电热执行器2和第三V型电热执行器3逐渐散热恢复到最初未加电压时的位置，第四V型电热执行器4工作原理与第二V型电热执行器2类似；通过对第四V型电热执行器4施加电压，最终使第四放大杠杆41推动第四驱动块57，完成推动隔断机构5向左移动的动作，在第四V型电热执行器4推动隔断机构5向左移动后，隔板51与加速膛膛孔10完全错开，完成引信的解除保险动作。

一种基于电热效应的直线驱动MEMS引信安保装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。