应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统及方法转让专利
申请号 : CN202111072942.7
文献号 : CN113739652B
文献日 : 2022-04-29
发明人 : 娄文忠 , 苏文亭 , 孙毅 , 何博 , 赵悦岑 , 吕斯宁
申请人 : 北京理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,应用于弱环境力下弹药的安全控制,弱环境力是指无后座过载且无离心力的环境;在弹药中,沿发射方向依次为始发火工品换能元、微型起爆药和下一级装药,且始发火工品换能元和微型起爆药与下一级装药位置对正,始发火工品换能元通过导线连接至弹药的微控制芯片;所述应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统安装在弹药的微型起爆药与下一级装药之间,其表面垂直于发射方向,其特征在于,所述应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统包括:基板、左U型电磁线圈安装槽、右U型电磁线圈安装槽、左U型电磁线圈、右U型电磁线圈、左控制开关、右控制开关、左供电单元、右供电单元、隔爆滑块孔、隔爆滑块、弹簧、磁体安装槽、左磁体、右磁体和传爆孔;其中,基板为平板状;在基板的上表面左右两侧分别对称开设有相同的左U型电磁线圈安装槽和右U型电磁线圈安装槽;在左U型电磁线圈安装槽和右U型电磁线圈安装槽中分别设置有相同的左U型电磁线圈和右U型电磁线圈;左U型电磁线圈通过左控制开关连接至左供电单元,左控制开关在低电平下断开且在高电平下闭合;右U型电磁线圈通过右控制开关连接至右供电单元,右控制开关在高电平下断开且在低电平下闭合;左供电单元和右供电单元分别连接至弹药的微控制芯片的两个信号控制引脚;在基板的上表面中心且位于左U型电磁线圈安装槽与右U型电磁线圈安装槽之间开设有隔爆滑块孔;在隔爆滑块孔中设置隔爆滑块,隔爆滑块的外边缘小于隔爆滑块孔的内边缘,并且隔爆滑块的上表面低于基板的上表面且隔爆滑块的下表面低于基板的下表面;隔爆滑块的前端和后端分别设置有弹簧安装块,隔爆滑块通过两个弹簧安装块分别安装弹簧连接至隔爆滑块孔的右侧壁;隔爆滑块的上表面的左边缘和右边缘分别开设有相同的磁体安装槽,在左边缘和右边缘的磁体安装槽内分别设置有相同的左磁体和右磁体;左U型电磁线圈和右U型电磁线圈必有且仅有一个处于通电状态,从而吸引同侧的磁体将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的同侧的侧壁上;隔爆滑块上开设有传爆孔;应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统具有安全状态和攻击状态:在安全状态下,连接隔爆滑块的弹簧水平方向处于原长;微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,传爆孔与微型起爆药之间错位;在攻击状态下,微控制芯片通过两个信号控制引脚发出高电平,右控制开关断开并且左控制开关闭合,右U型电磁线圈断电且左U型电磁线圈通电,左磁体向左与左U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的左侧壁上,传爆孔与微型起爆药对正,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统处于攻击状态,实现引战系统安全解保,此时弹簧伸长;当外部的远端操作系统取消攻击状态进入安全状态时,微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,左磁体与左U型电磁线圈断开,并且在弹簧的拉力作用下向右运动,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,弹簧恢复原长,传爆孔与微型起爆药之间错位,重新进入安全状态,实现应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统的可恢复功能。
2.如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,其特征在于,所述基板的厚度为450~550μm,隔爆滑块的厚度为380~420μm,弹簧的厚度为380~420μm。
3.如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,其特征在于,所述左U型电磁线圈安装槽和右U型电磁线圈的长度为5.6~6.6mm,宽度为4.2~5.2mm,高度为1.6~2.6mm。
4.如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,其特征在于,所述左磁体和右磁体的长度为3.8~4.2mm,宽度为0.8~1.2mm,高度为0.8~1.2mm。
5.如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,其特征在于,所述基板、弹簧和隔爆滑块均采用硅基材料。
6.如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统,其特征在于,所述左U型电磁线圈和右U型电磁线圈的结构相同,包括外壳、磁芯和线圈;其中,在磁芯外缠绕线圈,磁芯和线圈放置在外壳中;磁芯采用铁钴合金,线圈采用锌铝合金,外壳采用硅模具。
7.一种如权利要求1所述的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:
1)在弹药的微控制芯片未收到外部的远端控制系统发出攻击状态命令前,连接隔爆滑块的弹簧水平方向处于原长;微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,传爆孔与微型起爆药之间错位,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统此时处于安全状态下;
2)当弹药的微控制芯片收到外部的远端控制系统发出攻击状态命令时,微控制芯片通过两个信号控制引脚发出高电平,右控制开关断开并且左控制开关闭合,右U型电磁线圈断电且左U型电磁线圈通电,左磁体向左与左U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的左侧壁上,传爆孔与微型起爆药对正,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统处于攻击状态,实现引战系统安全解保,此时弹簧伸长;
3)根据实际需要引爆或重新回到安全状态:a)当外部的远端操作系统确认攻击目标时,远端操作系统向微控制芯片发出攻击命令,状态进入攻击状态时,微控制芯片给始发火工品换能元上电并发生电爆效应,起爆微型起爆药,并通过传爆药引爆下一级装药,弹药爆炸;
b)当外部的远端操作系统确定取消攻击状态进入安全状态时,远端操作系统向微控制芯片发出取消攻击命令,微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,左磁体与左U型电磁线圈断开,并且在弹簧的拉力作用下向右运动,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,弹簧恢复原长,传爆孔与微型起爆药之间错位,重新进入安全状态,实现应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统的可恢复功能。
说明书 :
应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统及方法
技术领域
背景技术
打击目标,传统的引信安全系统不具备可恢复功能,当弹药取消攻击指令时,弹药仍然会起
爆,因此设计具有可恢复功能的安全系统具有重要意义。其中,弹簧—质量块作为较成熟的
技术方法在MEMS(微机电系统)安全系统中得到大量应用。
统可靠性和安全性降低的问题。因此,电磁驱动以其低电压驱动,驱动过程中产生温度低、
功耗小的特点,相比于其他类型的微型驱动的优势明显。传统的电磁驱动主要是采用通电
电磁圈实现,但是,通电电磁线圈由于尺寸过大,通常放置在安全系统的边框外侧,降低了
引信的安全与解保控制系统的作用可靠性。现有的MEMS安全系统存在驱动力小,驱动方式
功耗过高,产生的热量过大,造成弹药的安全性与可靠性降低;此外驱动隔爆滑块运动的执
行机构体积过大,使得安全系统整体尺寸过大,占用了弹药过多的空间,同时也加大了后期
封装的困难。
下隔爆可靠性及解保稳定性。
发明内容
的功能,同时也满足了引信小型化的需求,缩小了引信安全系统空间占用,提高了系统作用
可靠性。
发火工品换能元和微型起爆药与下一级装药位置对正,始发火工品换能元通过导线连接至
弹药的微控制芯片;本发明的应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统安装在
弹药的微型起爆药与下一级装药之间,其表面垂直于发射方向。
控制开关、左供电单元、右供电单元、隔爆滑块孔、隔爆滑块、弹簧、磁体安装槽、左磁体、右
磁体和传爆孔;其中,基板为平板状;在基板的上表面左右两侧分别对称开设有相同的左U
型电磁线圈安装槽和右U型电磁线圈安装槽;在左U型电磁线圈安装槽和右U型电磁线圈安
装槽中分别设置有相同的左U型电磁线圈和右U型电磁线圈;左U型电磁线圈通过左控制开
关连接至左供电单元,左控制开关在低电平下断开且在高电平下闭合;右U型电磁线圈通过
右控制开关连接至右供电单元,右控制开关在高电平下断开且在低电平下闭合;左供电单
元和右供电单元分别连接至弹药的微控制芯片的两个信号控制引脚;在基板的上表面中心
且位于左U型电磁线圈安装槽与右U型电磁线圈安装槽之间开设有隔爆滑块孔;在隔爆滑块
孔中设置隔爆滑块,隔爆滑块的外边缘小于隔爆滑块孔的内边缘,并且隔爆滑块的上表面
低于基板的上表面且隔爆滑块的下表面低于基板的下表面;隔爆滑块的前端和后端分别设
置有弹簧安装块,隔爆滑块通过两个弹簧安装块分别安装弹簧连接至隔爆滑块孔的右侧
壁;隔爆滑块的上表面的左边缘和右边缘分别开设有相同的磁体安装槽,在左边缘和右边
缘的磁体安装槽内分别设置有相同的左磁体和右磁体;左U型电磁线圈和右U型电磁线圈必
有且仅有一个处于通电状态,从而吸引同侧的磁体将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的同侧的
侧壁上;隔爆滑块上开设有传爆孔;应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统具
有安全状态和攻击状态:在安全状态下,连接隔爆滑块的弹簧水平方向处于原长;微控制芯
片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合且左控制开关断开,右U型电磁线圈
通电且左U型电磁线圈断电,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑
块孔的右侧壁上,传爆孔与微型起爆药之间错位;在攻击状态下,微控制芯片通过两个信号
控制引脚发出高电平,右控制开关断开并且左控制开关闭合,右U型电磁线圈断电且左U型
电磁线圈通电,左磁体向左与左U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的左侧壁
上,传爆孔与微型起爆药对正,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统处于攻
击状态,实现引战系统安全解保,此时弹簧伸长;当外部的远端操作系统取消攻击状态进入
安全状态时,微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合并且左控制
开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,左磁体与左U型电磁线圈断开,并且
在弹簧的拉力作用下向右运动,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆
滑块孔的右侧壁上,弹簧恢复原长,传爆孔与微型起爆药之间错位,重新进入安全状态,实
现应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统的可恢复功能。
4.2~5.2mm,高度为1.6~2.6mm;左磁体和右磁体的长度为3.8~4.2mm,宽度为0.8~
1.2mm,高度为0.8~1.2mm。
用硅模具。
开关闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,右磁体向右与
右U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,传爆孔与微型起爆药之间
错位,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统此时处于安全状态下;
圈断电且左U型电磁线圈通电,左磁体向左与左U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块固定在隔爆
滑块孔的左侧壁上,传爆孔与微型起爆药对正,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS
安全系统处于攻击状态,实现引战系统安全解保,此时弹簧伸长;
型起爆药,并通过传爆药引爆下一级装药,弹药爆炸;
闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈断电,左磁体与左U型电磁
线圈断开,并且在弹簧的拉力作用下向右运动,右磁体向右与右U型电磁线圈吸合,将隔爆
滑块固定在隔爆滑块孔的右侧壁上,弹簧恢复原长,传爆孔与微型起爆药之间错位,重新进
入安全状态,实现应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统的可恢复功能。
工艺简单等优势;其次,完全利用电磁力保险,避免了在弱环境力条件下使用环境力驱动方
式在某些情况下出现功能异常的发生,提高了系统工作安全性与可靠性。
附图说明
具体实施方式
线圈31、右U型电磁线圈32、左控制开关、右控制开关、左供电单元、右供电单元、隔爆滑块孔
4、隔爆滑块5、弹簧6、磁体安装槽9、左磁体71、右磁体72和传爆孔8;其中,基板1为平板状;
在基板1的上表面左右两侧分别对称开设有相同的左U型电磁线圈安装槽21和右U型电磁线
圈安装槽22;在左U型电磁线圈安装槽21和右U型电磁线圈安装槽22分别设置有相同的左U
型电磁线圈31和右U型电磁线圈32;左U型电磁线圈31通过左控制开关连接至左供电单元,
左控制开关在低电平下断开且在高电平下闭合;右U型电磁线圈32通过右控制开关连接至
右供电单元,右控制开关在高电平下断开且在低电平下闭合;左供电单元和右供电单元分
别连接至弹药的微控制芯片的两个信号控制引脚;在基板1的上表面中心且位于左U型电磁
线圈安装槽21与右U型电磁线圈安装槽22之间开设有隔爆滑块孔4;在隔爆滑块孔4中设置
隔爆滑块5,隔爆滑块5的外边缘小于隔爆滑块孔4的内边缘,并且隔爆滑块5的上表面低于
基板1的上表面且隔爆滑块5的下表面均低于基板1的下表面;隔爆滑块5前端和后端分别设
置有弹簧6安装块,隔爆滑块5通过两个弹簧6安装块分别安装两个弹簧6连接至隔爆滑块孔
4的右侧壁;隔爆滑块5的上表面的左边缘和右边缘分别开设有相同的磁体安装槽9,在左边
缘和右边缘的磁体安装槽9内分别设置有相同的左磁体71和右磁体72;左U型电磁线圈31和
右U型电磁线圈32必有且仅一个处于通电状态,从而吸引此侧的磁体将隔爆滑块5固定在隔
爆滑块孔4的一个内侧壁上,弹簧6的向下的轻微弹性形变和隔爆滑块5与隔爆滑块孔4的内
侧壁之间的摩擦力共同为隔爆滑块5提供向上的支撑力;隔爆滑块5上开设有传爆孔8;应用
于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统具有安全状态和攻击状态:在安全状态下,
传爆孔8与微型起爆药之间错位。
和右磁体72的长度为4mm,宽度为1mm,高度为1mm。
采用锌铝合金,外壳采用硅模具。
影响忽略不计;微控制芯片通过两个信号控制引脚发出低电平,右控制开关闭合并且左控
制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈31断电,右磁体72向右与右U型电磁线圈
吸合,将隔爆滑块5固定在隔爆滑块孔4的右侧壁上,传爆孔8与微型起爆药之间错位,应用
于弱环境力可恢复式U型电磁驱动MEMS安全系统此时处于安全状态下;
圈断电且左U型电磁线圈31通电,左磁体71向左与左U型电磁线圈吸合,将隔爆滑块5固定在
隔爆滑块孔4的左侧壁上,传爆孔8与微型起爆药对正,应用于弱环境力可恢复式U型电磁驱
动MEMS安全系统处于攻击状态,实现引战系统安全解保,此时弹簧6伸长;
型起爆药,并通过传爆药引爆下一级装药,弹药爆炸;
闭合并且左控制开关断开,右U型电磁线圈通电且左U型电磁线圈31断电,左磁体71与左U型
电磁线圈断开,并且在弹簧6的拉力作用下向右运动,右磁体72向右与右U型电磁线圈吸合,
将隔爆滑块5固定在隔爆滑块孔4的右侧壁上,弹簧6恢复原长,传爆孔8与微型起爆药之间
错位,重新进入安全状态,
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。