本发明公开了一种微型攻击载荷弹药引信固态保险及其控制方法。本发明在电雷管和起爆电容上串联碰炸开关、第一和第二控制层执行机构，并在电雷管上并联驱动层执行机构，通过引信控制系统处理器同时发出第一和第二电压信号，导通第一和第二控制层执行机构，从而完成一级和二级保险解除，通过发出第三电压信号，断开驱动层执行机构，从而完成三级保险解除，在撞击到目标时，碰炸开关闭合，微型攻击载荷弹药爆炸；本发明基于弹道环境，实现弹道环境信息识别，从而完成保险解除；传统的全电子引信体积大、成本过高，无法应用于微小型攻击弹药的问题；本发明能够在微型化尺度上，实现攻击载荷可靠解保、高效攻击、毁伤及低成本的特点。
1.一种弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，微型攻击载荷弹药包括电雷管、起爆电容、战斗部、目标感知单元、引信控制系统处理器和电源；其中，电雷管的两端串联连接起爆电容的两端，目标感知单元连接至引信控制系统处理器，电雷管连接至战斗部；目标感知单元、起爆电容和引信控制系统处理器连接至电源，电源为目标感知单元、起爆电容和引信控制系统处理器提供工作电压；目标感知单元、电雷管和起爆电容焊接在电路板上，其特征在于，所述弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险包括：基底、作用区、控制机构衬底、控制机构通孔、第一对和第二对侧壁电极、第一对和第二对执行机构电极、驱动机构衬底、驱动层执行机构、一对驱动机构电极以及碰炸开关；其中，在基底的中心设置有作用区，作用区为圆形平板，作用区的材料为金属；在基底上设置控制机构衬底，控制机构衬底的中心与作用区相对应的位置开设有同轴的控制机构通孔，控制机构通孔的形状为倒圆台，控制机构通孔的下底的内径大于作用区的直径，即控制机构通孔的下底与作用区之间有距离，二者不连通；在控制机构通孔的侧壁上设置有分别呈中心对称的第一对侧壁电极和第二对侧壁电极，每一对侧壁电极相对位于穿过作用区的中心的直线上；第一对侧壁电极和作用区构成第一控制层执行机构，第二对侧壁电极和作用区构成第二控制层执行机构；在控制机构衬底上并且位于控制机构通孔的四周分别设置有第一对执行机构电极和第二对执行机构电极，第一对执行机构电极分别通过导线连接至第一对侧壁电极，第二对执行机构电极分别通过导线连接至第二对侧壁电极；在第一对和第二对执行机构电极上设置驱动机构衬底；在驱动机构衬底上的中心设置驱动层执行机构，驱动层执行机构为环形，包括一对相同的半环形金属，每一个半环形金属的两端具有尖端，两个半环形金属的尖端相对并且连接形成环形；在驱动机构衬底上设置有一对驱动机构电极，两个半环形金属分别通过导线连接至驱动机构电极；第一对执行机构电极、第二对执行机构电极和一对驱动机构电极分别连接至引信控制系统处理器的一对引脚上；一对驱动机构电极并联在电雷管的两端；第一对执行机构电极分别串联连接电雷管的一端和起爆电容的一端；第二对执行机构电极分别串联连接电雷管的另一端和起爆电容的另一端；从而第一控制层执行机构通过第一对执行机构电极，第二控制层执行机构通过第二对执行机构电极与电雷管和起爆电容串联；在串联的第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容上，串联碰炸开关；作用区接地，即作用区始终连接至微型攻击载荷弹药的地信号；
在微型攻击载荷弹药发射前，第一控制层执行机构和第二控制层执行机构的状态为断开，碰炸开关断开，驱动层执行机构导通将电雷管短路；当微型攻击载荷弹药发射时，引信控制系统处理器进入倒计时，当倒计时结束时，引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号通过第一对执行机构电极将电压施加在相对的第一对侧壁电极上，第一对侧壁电极与中心的作用区之间产生足够大电压差，使得空气发生击穿，第一对侧壁电极与中心的作用区接通，第一控制层执行机构接通，状态由断开转向导通，完成一级保险解除；同理，第二电压信号通过第二对执行机构电极将电压施加在相对的第二对侧壁电极上，第二控制层执行机构接通，完成二级保险解除；目标感知单元采集目标的信息传输至引信控制系统处理器，当目标感知单元检测到目标并锁定目标后，引信控制系统处理器发出第三电压信号，第三电压信号通过一对驱动机构电极施加在驱动层执行机构上，驱动层执行机构的两个半环形金属之间产生足够大的电势差，使得两个半环形金属的尖端在电势差下熔断，两个半环形金属之间断开，驱动层执行机构的状态由导通转向断开，解除电雷管的短路，电雷管连接至串联电路，完成三级保险解除，此时微型攻击载荷弹药的固态保险完全被解除，微型攻击载荷弹药进入攻击状态；当微型攻击载荷弹药撞击到目标时，感受到过载，过载使得碰炸开关闭合，从而串联的碰炸开关、第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容构成闭合回路，起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸。
2.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述控制机构衬底和驱动机构衬底采用绝缘半导体材料，厚度为200～500μm。
3.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述作用区、第一对和第二对侧壁电极、第一对和第二对执行机构电极以及一对驱动机构电极的材料为金属镍。
4.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述控制机构通孔的倒圆台的侧壁与水平面的倾斜角为65°～75°。
5.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述控制机构通孔的下底与作用区之间的距离为5～15μm。
6.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述驱动层执行机构的一对半环形金属的尖端为三角形。
7.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述引信控制系统处理器的倒计时为电源为起爆电容和引信控制系统处理器上电开始倒计时，倒计时的时间为10～15s。
8.如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险，其特征在于，所述第一电压信号和第二电压信号的电压为峰值10～35V，第三电压信号的电压为
9.一种如权利要求1所述的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
1)作用区接地，即作用区始终连接至微型攻击载荷弹药的地信号；
2)在微型攻击载荷弹药发射前，第一控制层执行机构和第二控制层执行机构的状态为断开，碰炸开关断开，驱动层执行机构导通将电雷管短路；
3)微型攻击载荷弹药发射，电源为起爆电容和引信控制系统处理器上电，引信控制系统处理器进入倒计时；
4)当倒计时结束时，引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号通过第一对执行机构电极将电压施加在相对的第一对侧壁电极上，第一对侧壁电极与中心的作用区之间产生足够大电压差，使得空气发生击穿，第一对侧壁电极与中心的作用区接通，第一控制层执行机构接通，状态由断开转向导通，完成一级保险解除；同理，第二电压信号通过第二对执行机构电极将电压施加在相对的第二对侧壁电极上，第二控制层执行机构接通，完成二级保险解除；
5)目标感知单元采集目标的信息传输至引信控制系统处理器，当目标感知单元检测到目标并锁定目标后，引信控制系统处理器发出第三电压信号，第三电压信号通过一对驱动机构电极施加在驱动层执行机构上，驱动层执行机构的两个半环形金属之间产生足够大的电势差，使得两个半环形金属的尖端在电势差下熔断，两个半环形金属之间断开，驱动层执行机构的状态由导通转向断开，解除电雷管的短路，电雷管连接至串联电路，完成三级保险解除，此时微型攻击载荷弹药的固态保险完全被解除，微型攻击载荷弹药进入攻击状态；
6)当微型攻击载荷弹药撞击到目标时，感受到过载，过载使得碰炸开关闭合，从而串联的碰炸开关、第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容构成闭合回路，起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸。
一种微型攻击载荷弹药引信固态保险及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及引信固态保险，具体涉及一种弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险及其控制方法。
背景技术
[0002] 伴随现代武器系统的快速发展，尤其是微小型攻击弹药的快速发展，例如：低重量载荷的巡飞弹、杀人蜂等具备体积小、重量低、制导率高、雷达不易察觉等特点。这类武器系统的弹道环境往往是低发射过载，甚至是无发射过载，即无环境力或弱环境力，进入外弹道环境下，没有其他环境信息。这给应用于此类弹药的引信安全与起爆控制系统制造了新的挑战。传统的机电引信需要利用高动态的弹道环境，对于弹道环境信息识别，实现隔爆机构运动，从而完成保险解除，而针对无环境力和弱环境力弹道环境的弹药，其引战系统无法依据弹道环境解保，需要电气驱动实现引信安全与起爆控制，且保险机构不可动。而对于无环境力或弱环境力采用的全电子引信因为涉及连续的控制单元升压，实现冲击片雷管起爆，但是这类引信需要较大的体积，实现高压储能电容摆放，与此同时，成本过高，造成很多弹药无法应用。
发明内容
[0003] 基于以上传统机电引信和全电子引信的局限，并结合弱环境和无环境力弹道环境，本发明提出一种弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险及其控制方法，能够在微型化尺度上，实现攻击载荷可靠解保、高效攻击、毁伤及低成本的特点，以解决微小型攻击弹药的装备需求。
[0004] 本发明的一个目的在于提出一种弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险。
[0005] 微型攻击载荷弹药包括电雷管、起爆电容、战斗部、目标感知单元、引信控制系统处理器和电源；其中，电雷管的两端串联连接起爆电容的两端，目标感知单元连接至引信控制系统处理器，电雷管连接至战斗部；目标感知单元、起爆电容和引信控制系统处理器连接至电源，电源为目标感知单元、起爆电容和引信控制系统处理器提供工作电压；目标感知单元、电雷管和起爆电容焊接在电路板上。
[0006] 本发明的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险包括：基底、作用区、控制机构衬底、控制机构通孔、第一对和第二对侧壁电极、第一对和第二对执行机构电极、驱动机构衬底、驱动层执行机构、一对驱动机构电极以及碰炸开关；其中，在基底的中心设置有作用区，作用区为圆形平板，作用区的材料为金属；在基底上设置控制机构衬底，控制机构衬底的中心与作用区相对应的位置开设有同轴的控制机构通孔，控制机构通孔的形状为倒圆台，控制机构通孔的下底的内径大于作用区的直径，即控制机构通孔的下底与作用区之间有距离，二者不连通；在控制机构通孔的侧壁上设置有呈中心对称的第一对侧壁电极和第二对侧壁电极，每一对侧壁电极相对位于穿过作用区的中心的直线上；第一对侧壁电极和作用区构成第一控制层执行机构，第二对侧壁电极和作用区构成第二控制层执行机构；在控制机构衬底上并且位于控制机构通孔的四周分别设置有第一对执行机构电极和第二对执行机构电极，第一对执行机构电极分别通过导线连接至第一对侧壁电极，第二对执行机构电极分别通过导线连接至第二对侧壁电极；在第一对和第二对执行机构电极上设置驱动机构衬底；在驱动机构衬底上的中心设置驱动层执行机构，驱动层执行机构为环形，包括一对相同的半环形金属，每一个半环形金属的两端具有尖端，两个半环形金属的尖端相对并且连接形成环形；在驱动机构衬底上设置有一对驱动机构电极，两个半环形金属分别通过导线连接至驱动机构电极；第一对执行机构电极、第二对执行机构电极和一对驱动机构电极分别连接至引信控制系统处理器的一对引脚上；一对驱动机构电极并联在电雷管的两端；第一对执行机构电极分别串联连接电雷管的一端和起爆电容的一端；第二对执行机构电极分别串联连接电雷管的另一端和起爆电容的另一端；从而第一控制层执行机构通过第一对执行机构电极，第二控制层执行机构通过第二对执行机构电极与电雷管和起爆电容串联；在串联的第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容上，串联碰炸开关；作用区接地，即作用区始终连接至微型攻击载荷弹药的地信号；在微型攻击载荷弹药发射前，第一控制层执行机构和第二控制层执行机构的状态为断开，碰炸开关断开，驱动层执行机构导通将电雷管短路；当微型攻击载荷弹药发射时，引信控制系统处理器进入倒计时，当倒计时结束时，引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号通过第一对执行机构电极将电压施加在相对的第一对侧壁电极上，第一对侧壁电极与中心的作用区之间产生足够大电压差，使得空气发生击穿，第一对侧壁电极与中心的作用区接通，第一控制层执行机构接通，状态由断开转向导通，完成一级保险解除；同理，第二电压信号通过第二对执行机构电极将电压施加在相对的第二对侧壁电极上，第二控制层执行机构接通，完成二级保险解除；目标感知单元采集目标的信息传输至引信控制系统处理器，当目标感知单元检测到目标并锁定目标后，引信控制系统处理器发出第三电压信号，第三电压信号通过一对驱动机构电极施加在驱动层执行机构上，驱动层执行机构的两个半环形金属之间产生足够大的电势差，使得两个半环形金属的尖端在电势差下熔断，两个半环形金属之间断开，驱动层执行机构的状态由导通转向断开，解除电雷管的短路，电雷管连接至串联电路，完成三级保险解除，此时微型攻击载荷弹药的固态保险完全被解除，微型攻击载荷弹药进入攻击状态；当微型攻击载荷弹药撞击到目标时，感受到过载，过载使得碰炸开关闭合，从而串联的碰炸开关、第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容构成闭合回路，起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸。
[0007] 控制机构衬底和驱动机构衬底采用绝缘半导体材料，厚度为200～500μm，具有容易加工，能够与多种半导体材料实现异构集成等优点。作用区的直径为100～150μm，厚度为1～1.5μm。
[0008] 作用区、第一对和第二对侧壁电极、第一对和第二对执行机构电极以及一对驱动机构电极的材料为金属镍，具有不易氧化，可长时间存储的特点。
[0009] 控制机构通孔的倒圆台的侧壁与水平面的倾斜角为65°～75°。倒圆台的下底的直径为105～155μm。
[0010] 控制机构通孔的下底与作用区之间的距离为5～15μm。
[0011] 第一电压信号和第二电压信号的电压为峰值10～35V，频率为200～1000KHz，第三电压信号的电压为3.3～5V。
[0012] 引信控制系统处理器的倒计时为电源为起爆电容和引信控制系统处理器上电开始倒计时，倒计时的时间为10～15s断开导通。
[0013] 驱动层执行机构的一对半环形金属的尖端为三角形。
[0014] 碰炸开关焊接在电路板上。
[0015] 目标感知单元采用激光定距传感器，激光定距传感器检测到目标并锁定目标后，通过实时测试目标距离弹药的位置信息，将位置信息传输至引信控制系统处理器，引信控制系统处理器根据位置信息判断目标的距离，计算到达目标的时间，在锁定目标至到达目标的时间内发出第三电压。
[0016] 本发明的另一个目的在于提出一种弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的控制方法。
[0017] 本发明的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的控制方法，包括以下步骤：
[0018] 1)作用区接地，即作用区始终连接至微型攻击载荷弹药的地信号；
[0019] 2)在微型攻击载荷弹药发射前，第一控制层执行机构和第二控制层执行机构的状态为断开，碰炸开关断开，驱动层执行机构导通将电雷管短路；
[0020] 3)微型攻击载荷弹药发射，电源为起爆电容和引信控制系统处理器上电，引信控制系统处理器进入倒计时；
[0021] 4)当倒计时结束时，引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号通过第一对执行机构电极将电压施加在相对的第一对侧壁电极上，第一对侧壁电极与中心的作用区之间产生足够大电压差，使得空气发生击穿，第一对侧壁电极与中心的作用区接通，第一控制层执行机构接通，状态由断开转向导通，完成一级保险解除；同理，第二电压信号通过第二对执行机构电极将电压施加在相对的第二对侧壁电极上，第二控制层执行机构接通，完成二级保险解除；
[0022] 5)目标感知单元采集目标的信息传输至引信控制系统处理器，当目标感知单元检测到目标并锁定目标后，引信控制系统处理器发出第三电压信号，第三电压信号通过一对驱动机构电极施加在驱动层执行机构上，驱动层执行机构的两个半环形金属之间产生足够大的电势差，使得两个半环形金属的尖端在电势差下熔断，两个半环形金属之间断开，驱动层执行机构的状态由导通转向断开，解除电雷管的短路，电雷管连接至串联电路，完成三级保险解除，此时微型攻击载荷弹药的固态保险完全被解除，微型攻击载荷弹药进入攻击状态；
[0023] 6)当微型攻击载荷弹药撞击到目标时，感受到过载，过载使得碰炸开关闭合，从而串联的碰炸开关、第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容构成闭合回路，起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸。
[0024] 本发明的优点：
[0025] 本发明在电雷管和起爆电容上串联碰炸开关、第一控制层执行机构和第二控制层执行机构，并在电雷管上并联驱动层执行机构，通过引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，导通第一控制层执行机构和第二控制层执行机构，从而完成一级和二级保险解除，通过发出第三电压信号，断开驱动层执行机构，从而完成三级保险解除，在撞击到目标时，碰炸开关闭合，从而起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸；本发明基于弹道环境，实现弹道环境信息识别，从而完成保险解除；传统的全电子引信体积大、成本过高，无法应用于微小型攻击弹药的问题；本发明能够在微型化尺度上，实现攻击载荷可靠解保、高效攻击、毁伤及低成本的特点。
附图说明
[0026] 图1为本发明的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的一个实施例的控制层执行机构的示意图；
[0027] 图2为本发明的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的一个实施例的驱动层执行机构的示意图；
[0028] 图3为本发明的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的控制框图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
[0030] 如图1和2所示，本实施例的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险包括：基底、作用区1、控制机构衬底2、控制机构通孔3、第一对侧壁电极41、第二对侧壁电极42、第一对执行机构电极51、第二对执行机构电极52、驱动机构衬底6、驱动层执行机构7、一对驱动机构电极8以及碰炸开关；其中，如图1所示，在基底的中心设置有作用区1，作用区1为圆形平板，作用区1的材料为金属；在基底上设置控制机构衬底2，控制机构衬底2的中心与作用区1相对应的位置开设有控制机构通孔3，控制机构通孔3的形状为倒圆台，控制机构通孔3的下底的内径大于作用区1的直径，即控制机构通孔3的下底与作用区1之间有距离，二者不连通；在控制机构通孔3的侧壁上设置有呈中心对称的第一对侧壁电极41和第二对侧壁电极42，每一对侧壁电极相对位于穿过作用区1的中心的直线上；第一对侧壁电极41和作用区1构成第一控制层执行机构，第二对侧壁电极42和作用区1构成第二控制层执行机构；在控制机构衬底2上并且位于控制机构通孔3的四周分别设置有第一对执行机构电极51和第二对执行机构电极52，第一对执行机构电极51分别通过导线连接至第一对侧壁电极
41，第二对执行机构电极52分别通过导线连接至第二对侧壁电极42；在第一对和第二对执行机构电极52上设置驱动机构衬底6；在驱动机构衬底6上的中心设置驱动层执行机构7，驱动层执行机构7为环形，包括一对相同的半环形金属，每一个半环形金属的两端具有尖端，两个半环形金属的尖端相对并且连接形成环形；在驱动机构衬底6设置有一对驱动机构电极8，两个半环形金属分别通过导线连接至驱动机构电极8；第一对执行机构电极51、第二对执行机构电极52和一对驱动机构电极8分别连接至引信控制系统处理器的不同对的引脚上；一对驱动机构电极8并联在电雷管的两端；第一对执行机构电极51分别串联连接电雷管的一端和起爆电容的一端；第二对执行机构电极52分别串联连接电雷管的另一端和起爆电容的另一端；从而第一控制层执行机构通过第一对执行机构电极51，第二控制层执行机构通过第二对执行机构电极52与电雷管和起爆电容串联；在串联的第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容上，串联碰炸开关。
[0031] 第一电压信号和第二电压信号的电压为峰值28V，频率500KHz，第三电压信号的电压为4V。
[0032] 本实施例的弱环境力或无环境力微型攻击载荷弹药引信固态保险的控制方法，包括以下步骤：
[0033] 1)作用区接地，即作用区始终连接至微型攻击载荷弹药的地信号；
[0034] 2)在微型攻击载荷弹药发射前，第一控制层执行机构和第二控制层执行机构的状态为断开，碰炸开关断开，驱动层执行机构连通将电雷管短路；
[0035] 3)微型攻击载荷弹药发射，电源为起爆电容和引信控制系统处理器上电，引信控制系统处理器进入倒计时；
[0036] 4)当倒计时结束时，引信控制系统处理器同时发出第一电压信号和第二电压信号，第一电压信号通过第一对执行机构电极将电压施加在相对的第一对侧壁电极上，第一对侧壁电极与中心的作用区之间产生足够大电压差，使得空气发生击穿，第一对侧壁电极与中心的作用区接通，第一控制层执行机构接通，状态由断开转向导通，完成一级保险解除；同理，第二电压信号通过第二对执行机构电极将电压施加在相对的第二对侧壁电极上，第二控制层执行机构接通，完成二级保险解除；
[0037] 5)目标感知单元采集目标的信息传输至引信控制系统处理器，当目标感知单元检测到目标并锁定目标后，引信控制系统处理器发出第三电压信号，第三电压信号通过一对驱动机构电极施加在驱动层执行机构上，驱动层执行机构的两个半环形金属之间产生足够大的电势差，使得两个半环形金属的尖端在电势差下熔断，两个半环形金属之间断开，驱动层执行机构的状态由导通转向断开，解除电雷管的短路，电雷管连接至串联电路，完成三级保险解除，此时微型攻击载荷弹药的固态保险完全被解除，微型攻击载荷弹药进入攻击状态；
[0038] 6)当微型攻击载荷弹药撞击到目标时，感受到过载，过载使得碰炸开关闭合，从而串联的碰炸开关、第一控制层执行机构、电雷管、第二控制层执行机构和起爆电容构成闭合回路，起爆电容释放电压引爆电雷管，电雷管打响战斗部，微型攻击载荷弹药爆炸。
[0039] 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。
