一种双向驱动MEMS安保装置的制作方法

本发明涉及安保装置技术领域，具体涉及一种双向驱动mems安保装置。

背景技术

安保装置是起爆系统中重要的部件，其主要功能是实现传爆序列的安全以及可靠解保控制。为了保证己方安全，要求在特定的条件下，传爆序列的发火程序才可以正常启动，因此，在开展相关器件的设计时，需要引入隔断机械机构来实现对爆轰能量传递的控制。

常规安保装置多以惯性驱动或者烟火驱动为主，通过自身惯性力或起爆药产生的推力使隔板产生特定位移变形，从而实现安保装置状态的改变，此种驱动方式只能实现器件状态的单向改变，即由安全状态变为解保状态，对于具有状态反复、可双向驱动要求的智能武器来说，传统的结构方式将无法满足相关需求。

技术实现要素：

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双向驱动mems安保装置，利用硅棘爪与硅齿条等机构，对硅隔板进行双向驱动，实现器件工作状态的相互转换，具有高强度、抗过载、大位移输出、结构自锁等特点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双向驱动mems安保装置，包括盖板层100和安保装置层200，二者通过涂胶的方式黏贴在一起，装配完成后，盖板层100的横向绝热槽102与安保装置层200的横向绝热腔222分别位于安保装置层200的横向v型电热执行器226的两面，安保装置层200的硅隔板230位于盖板层100的滑道观察窗104内，安保装置层200的硅通孔231以及硅加速膛通孔232呈同轴布局。

所述的盖板层100整体结构呈轴对称布局，包括滑道观察窗104，滑道观察窗104位于盖板层100的中央位置，延滑道观察窗104的长度两个方向分别依次设有棘爪观察窗105以及支撑梁观察窗106，盖板层100的长度方向两侧设有横向电极槽103，横向电极槽103与滑道观察窗104的中间设有横向绝热槽102，盖板层100的宽度方向两侧设有纵向电极槽107，纵向电极槽107与滑道观察窗104的中间设有纵向绝热槽101。

所述的安保装置层200整体结构呈轴对称布局，安保装置层200的中央设有可动隔板ii，可动隔板ii置于限位滑道234中，可动隔板ii的两端通过t型梁233与安保装置层200连接，可动隔板ii四周对称设有四组驱动单元i；制作完成后，t型梁233将通过外力折断，可动隔板ii只受驱动单元i限制。

所述的驱动单元i包括硅衬底层201，硅衬底层201上制作有绝缘层202，硅衬底层201上连接的下电极锚点204、中间电极锚点205、上电极锚点211穿过绝缘层202，下电极锚点204上连接有下电极203，中间电极锚点205上连接有中间电极206，上电极锚点211上连接有上电极212；

下电极锚点204与中间电极锚点205之间连接有横向v型电热执行器226，横向v型电热执行器226的下方设有横向绝热腔222，横向v型电热执行器226通过横中间梁227和由横向锚点225、横左连接梁224、横右连接梁223以及横向杠杆221组成的横向杠杆机构连接，横向杠杆221通过横柔性梁218与横棘爪217连接；

上电极锚点211与中间电极锚点205之间连接有纵向v型电热执行器209，纵向v型电热执行器209的下方设有纵向绝热腔213，纵向v型电热执行器209通过纵中间梁210和由纵向锚点207、纵左连接梁208、横右连接梁220以及纵向杠杆219组成的纵向杠杆机构连接，纵向杠杆219通过纵柔性梁214与纵棘爪216连接，纵棘爪216上制作有动棘齿215。

所述的可动隔板ii包括硅隔板230，硅隔板230的中央设有圆形硅通孔231，硅隔板230的两端和硅齿条229连接，硅齿条229上设有定棘齿228，硅齿条229和上棘爪机构5、下棘爪机构6配合。

所述的上棘爪机构5由上纵棘爪4与上横棘爪3组成，下棘爪机构6由下横棘爪2与下纵棘爪1组成，上纵棘爪4、下纵棘爪1构成纵棘爪216，上横棘爪3、下横棘爪2构成横棘爪217。

与传统安保装置相比，本发明的有益效果为：利用现有的成熟的ic工艺，可以实现大规模制造，降低了生产成本；每层结构可以单独制作，降低了加工难度，提高了器件的成品率；利用电热效应来产生相应的输出，克服了传统安保装置受使用环境约束的缺陷，由电信号控制，智能化程度更高；棘爪机构为双向驱动以及结构自锁与自持功能的实现提供基础，提高了器件整体的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明盖板层的结构示意图。

图4为本发明安保装置层的结构示意图。

图5为本发明安保装置层中驱动单元的结构示意图。

图6为本发明安保装置层中可动隔板的结构示意图。

图7为本发明驱动原理图，其中图a为初始状态图，图b、c、d、e、f、g为驱动子步分解图，图h为驱动前后对比图。

图8为本发明驱动信号图，其中图a为信号加载方式图，图b为正向驱动信号图，图c为反向驱动信号图。

图9为本发明的状态图，其中图a为解保状态图，图b为安全状态图。

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1，一种双向驱动mems安保装置，包括盖板层100和安保装置层200，二者通过涂胶的方式黏贴在一起；参照图2，装配完成后，盖板层100的横向绝热槽102与安保装置层200的横向绝热腔222分别位于安保装置层200的横向v型电热执行器226的两面，安保装置层200的硅隔板230位于盖板层100的滑道观察窗104内，安保装置层200的硅通孔231以及硅加速膛通孔232呈同轴布局。

参照图3，所述的盖板层100整体结构呈轴对称布局，包括滑道观察窗104，滑道观察窗104位于盖板层100的中央位置，延滑道观察窗104的长度两个方向分别依次设有棘爪观察窗105以及支撑梁观察窗106，盖板层100的长度方向两侧设有横向电极槽103，横向电极槽103与滑道观察窗104的中间设有横向绝热槽102，盖板层100的宽度方向两侧设有纵向电极槽107，纵向电极槽107与滑道观察窗104的中间设有纵向绝热槽101。

参照图4，所述的安保装置层200整体结构呈轴对称布局，安保装置层200的中央设有可动隔板ii，可动隔板ii置于限位滑道234中，可动隔板ii的两端通过t型梁233与安保装置层200连接，可动隔板ii四周对称设有四组驱动单元i；当器件制作完成后，t型梁233将通过外力折断，此时可动隔板ii将只受驱动单元i限制。

参照图5，所述的驱动单元i包括硅衬底层201，硅衬底层201上制作有绝缘层202，硅衬底层201上连接的下电极锚点204、中间电极锚点205、上电极锚点211穿过绝缘层202，下电极锚点204上连接有下电极203，中间电极锚点205上连接有中间电极206，上电极锚点211上连接有上电极212；

下电极锚点204与中间电极锚点205之间连接有横向v型电热执行器226，横向v型电热执行器226的下方设有横向绝热腔222，横向v型电热执行器226通过横中间梁227和由横向锚点225、横左连接梁224、横右连接梁223以及横向杠杆221组成的横向杠杆机构连接，横向杠杆221通过横柔性梁218与横棘爪217连接；

上电极锚点211与中间电极锚点205之间连接有纵向v型电热执行器209，纵向v型电热执行器209的下方设有纵向绝热腔213，纵向v型电热执行器209通过纵中间梁210和由纵向锚点207、纵左连接梁208、横右连接梁220以及纵向杠杆219组成的纵向杠杆机构连接，纵向杠杆219通过纵柔性梁214与纵棘爪216连接，纵棘爪216上制作有动棘齿215。

参照图6，所述的可动隔板ii包括硅隔板230，硅隔板230的中央设有圆形硅通孔231，硅隔板230的两端和硅齿条229连接，硅齿条229上设有定棘齿228，硅齿条229和上棘爪机构5、下棘爪机构6配合。

参照图7(a)，所述的上棘爪机构5由上纵棘爪4与上横棘爪3组成，下棘爪机构6由下横棘爪2与下纵棘爪1组成，上纵棘爪4、下纵棘爪1构成纵棘爪216，上横棘爪3、下横棘爪2构成横棘爪217，上棘爪机构5、下棘爪机构6以及硅齿条229处于初始位置；

参照图7(b)，驱动电压加载到横向v型电热执行器226上，在热膨胀效应的作用下，横向v型电热执行器226通过横向杠杆221拉动上横棘爪3横向运动，上棘爪机构5与硅齿条229脱啮合，下棘爪机构6与硅齿条229保持初始状态；

参照图7(c)，上棘爪机构5保持之前工作做状态，驱动电压加载到纵向v型电热执行器209上，在热膨胀效应的作用下，纵向v型电热执行器209通过纵向杠杆219拉动下纵棘爪1纵向运动，由于上棘爪机构5与硅齿条229保持脱啮合状态，下棘爪机构6拉动硅齿条229纵向移动一个齿距的位移；

参照图7(d)，下棘爪机构6保持上一工作做状态，去除加载到横向v型电热执行器226上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，横向v型电热执行器226通过横向杠杆221推动上横棘爪3横向运动，此时上棘爪机构5与硅齿条229重新啮合保持；

参照图7(e)，加载在纵向v型电热执行器209上的驱动电压保持不变，驱动电压加载到横向v型电热执行器226上，在热膨胀效应的作用下，横向v型电热执行器226通过横向杠杆221拉动下横棘爪2横向运动，下棘爪机构6与硅齿条229脱啮合；

参照图7(f)，加载在横向v型电热执行器226上的驱动电压保持不变，去除加载到纵向v型电热执行器209上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，纵向v型电热执行器209通过纵向杠杆219推动下纵棘爪1纵向运动，此时下棘爪机构6与硅齿条229重新对准，但仍保持脱啮合状态；

参照图7(g)，去除加载到横向v型电热执行器226上的驱动电压，在结构自身弹性力的作用下，横向v型电热执行器226通过横向杠杆221推动下横棘爪2横向运动，此时下棘爪机构6与硅齿条229重新啮合；

参照图7(h)，上棘爪机构5、下棘爪机构6均与硅齿条229重新啮合，上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1均回到初始位置，而硅齿条229在纵向实现一个齿距的位移驱动。

参照图8(a)，按照驱动原理，将加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1的驱动信号依次命名为u4、u3、u2、u1；

参照图8(b)，将相对应的驱动信号按照特定的时序分别加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1上，可以实现硅齿条229的纵向向下方向运动；

参照图8(c)，将相对应的驱动信号按照特定的时序分别加载到上纵棘爪4、上横棘爪3、下横棘爪2、下纵棘爪1上，可以实现硅齿条229的纵向向上方向运动。

参照图9(a)，所述的硅齿条229位于器件中央位置，硅隔板230上的硅通孔231与硅加速膛通孔232同轴对正，此时器件处于解保状态；

参照图9(b)，所述的硅隔板230随硅齿条229在纵向完成驱动，硅通孔231与硅加速膛通孔232呈错位布局，硅加速膛通孔232被硅隔板230遮蔽，此时器件处于安全状态。

本发明利用了硅材料在通电时的焦耳热效应与热膨胀效应，当电压信号加载在驱动单元i上时，纵向v型电热执行器209会拉动纵棘爪216纵向移动，横向v型电热执行器226会拉动横棘爪217横向移动，通过特定驱动信号的控制，纵棘爪216、横棘爪217以及硅齿条229会依次完成拉动、脱啮合、对准以及再啮合等动作，逐步拉动硅齿条229产生移动，纵棘爪216上的动棘齿215与硅齿条229上的定棘齿228形成啮合关系，实现了器件的自锁功能。