CN113834391B - 基于光逻辑控制的可恢复式moems安全与解除保险装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，包括基底、支撑锚点、直接耦合式光纤光路、光路选通驱动单元、主动锁存机构、反向锁止机构、限位锚点。直接耦合式光纤光路包括传输激光能量的输入光纤和输出光纤。光路选通驱动单元由两个U型电热驱动器组合构成，用来驱动入射光纤移动。反向锁止机构和主动锁存机构都由U型电热驱动器构成，可分别由两种环境信息控制，其中反向锁止机构对光纤进行锁定，主动锁存机构对光路选通驱动单元进行锁定，实现双重保险。本发明采用激光作为点火能量传输的载体，通过机械结构控制光路的通断逻辑，并且具有可恢复和断电保持的功能，提高了引信***的抗干扰能力与灵巧化水平。

Description

基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置

技术领域

本发明属于引信安全***技术领域，特别是一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置。

背景技术

随着武器弹药***及电子技术的进步，引信安全保险***也向着小型化、智能化方向发展。这使得一些可以执行逻辑功能的电路及电子元件被大量应用于引信安保***中，致使全电子安保***容易遭受电磁干扰，而使引信***产生故障，降低了直列式***序列弹药武器***的安全性和可靠性。因此，通过在电子安全***中融入光纤和光学能量转换技术，将激光作为点火能量传输的载体，光纤作为激光的传输介质，能够使引信有效避免电磁干扰，从而提高电子安全***内在的安全性。

微光机电***(MOEMS)是一种将微尺度的机械、光学以及微电路集成在一起的新兴技术。基于MOEMS技术的光开关可应用于引信安保***中，通过控制光纤光路的通断，实现对激光的控制。目前MOEMS光开关的光纤光路包括以下三种形式：反射式光纤光路，阻断式光纤光路，直接耦合式光纤光路。与反射式及阻断式光纤光路相比较，直接耦合式光纤光路具有更高的能量传输效率。

MOEMS光开关中的微驱动器是产生机械运动，实现光路通断控制的关键。基于直接耦合式光纤光路的光开关，需要驱动光纤移动，其对驱动器的性能要求更高。目前常用的微驱动方式包括：静电驱动，电磁驱动，电热驱动，压电驱动，形状记忆合金等。相较于其他驱动方式，电热驱动在微尺度下的驱动位移及驱动力都有不错的表现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，以提高引信安保***的抗干扰性、小型化、智能化和灵巧化。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，包括基底，通过支撑锚点与基底连接的直接耦合式光纤光路、光路选通驱动单元、主动锁存机构、反向锁止机构；

所述直接耦合式光纤光路设有输入端和输出端；所述输入端和输出端之间设有错位和对准位；

所述反向锁止机构用于输入端与输出端错位的锁定和解锁；

所述光路选通驱动单元用于解锁状态下驱动输入端和输出端的对准；

所述主动锁存机构用于对光路选通驱动单元的位置进行锁定和解锁，其中锁定：包括保险状态对光路选通驱动单元的位置进行锁定，以及解除保险使得光路导通状态对光路选通驱动单元的位置进行锁定。

一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装，其时序控制的方法，包括：

识别到第一种环境信息，主动锁存机构释放对光路选通驱动单元的锁定，解除第一道锁定；

识别第二种环境信息，反向锁止机构释放对直接耦合式光纤光路的锁定，解除第二道锁定；

然后光路选通驱动单元驱动直接耦合式光纤光路输入端和输出端的对准；

直接耦合式光纤光路导通；

主动锁存机构锁定光路选通驱动单元的位置，解除保险。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明通过在电子安全***中融入光纤和光学能量转换技术，采用激光作为点火能量的载体，通过机械结构控制光路的通断，具有逻辑控制功能，能够有效降低引信内外电磁干扰，从而提高引信安全***内在的安全性；

(2)本发明应用场景丰富，可以利用多种弹道环境信息，指令信息作为解除保险的信号；本发明具有可恢复的功能，可灵活应用于无人机作战，巡飞弹，导弹等，在毁伤目标丢失或毁伤任务取消时能恢复至安全状态，提高了引信***的智能化，灵巧化；

(3)本发明作为光开关，可以用来传输激光能量或光信息，在医疗、通信、工程等领域都有着广泛的应用空间。

附图说明

图1是MOEMS安全与解除保险装置三维模型三层结构图。

图2是MOEMS安全与解除保险装置中所有电热驱动器及输入光纤的结构示意图。

图3是本发明的结构示意图，其中图3(a)为安全状态，图3(b)为解除保险状态。

图4是本发明中的直接耦合式光纤光路示意图，其中图4(a)为安全状态，图4(b)为解除保险状态。

图5是主动锁存机构中的卡齿与光路选通驱动单元中的推杆啮合的示意图，其中图5(a)为安全状态，图5(b)为解除保险状态。

图6(a)是MOEMS安全与解除保险装置由安全状态切换为解除保险状态时，在驱动器上施加的电压时序图。

图6(b)是MOEMS安全与解除保险装置由解除保险状态切换为安全状态时，在驱动器上施加的电压时序图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

参照图1、图2和图3，本实施例的一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，包括基底1-1、支撑锚点1-2、直接耦合式光纤光路2、光路选通驱动单元3、主动锁存机构4、反向锁止机构5、限位锚点6；所述直接耦合式光纤光路2一侧连接有反向锁止机构5，可以在安全状态时限制输入光纤2-1的位移；直接耦合式光纤光路2另一侧连接有光路选通驱动单元3，用于驱动入射光纤2-1移动；光路选通驱动单元3另一侧与主动锁存机构4连接，用于对光路选通驱动单元3的位置进行锁定；限位锚点6用于限制推杆3-1在过载情况下的位移，避免梁3-2发生破坏；上述光路选通驱动单元3、主动锁存机构4、反向锁止机构5皆通过支撑锚点1-2与基底1-1连接。基底1为硅基衬底，尺寸为11mm×7mm。

参照图4，所述直接耦合式光纤光路2包括输入光纤2-1和输出光纤2-2，二者芯径均为105um，包层外径均为125um。输入光纤2-1和输出光纤2-2均嵌入光纤槽2-3内，光纤槽2-3内设有光纤端面定位块2-4，输出光纤2-2的光纤端面与光纤端面定位块2-4对齐，实现光纤的轴向定位；输入光纤2-1一侧的光纤槽2-3侧壁为楔形结构，输出光纤2-2的光纤端面可在楔形结构内移动，实现输入光纤2-1在错位和对准时的单边定位。基底1-1上开设激光散射孔2-5，光纤错位情况下，若激光源误开启时，输入光纤(2-1)能将激光能量射入激光散射孔(2-5)；并将激光散射孔(2-5)的内侧壁设置为凹凸不平的粗糙表面，使激光发生漫反射，避免激光对装置造成损伤。

参照图5，图5(a)为安全状态时主动锁存机构4的卡齿4-1与光路选通驱动单元3的推杆3-1的相对位置，图5(b)为解除保险状态时的相对位置。主动锁存机构4中的卡齿4-1与光路选通驱动单元3中的推杆3-1相互啮合，用于锁定光路选通驱动单元3的位移。

本实施例中，所述反向锁止机构5由U型电热微驱动器5-1、悬臂梁5-2、限位推杆5-3构成，可以在安全状态时限制输入光纤2-1的位移；安全状态下，限位推杆5-3支撑输入光纤2-1，使得输入光纤2-1与输出光纤2-2错位，限位推杆5-3通过悬臂梁5-2与U型电热微驱动器5-1连接。直接耦合式光纤光路2另一侧连接有光路选通驱动单元3，光路选通驱动单元3由两个U型微电热驱动器3-3、两个梁3-2以及一个推杆3-1构成，两个U型微电热驱动器3-3、两个梁3-2对称设置在推杆3-1左右两侧；推杆3-1通过梁3-2与U型微电热驱动器3-3连接；推杆3-1通过梁3-2与U型微电热驱动器3-3连接，推杆3-1用于驱动入射光纤2-1移动，实现光路的错位与对准；主动锁存机构4由U型微电热驱动器4-2和卡齿4-1构成，卡齿4-1与推杆3-1相互啮合，可以对光路选通驱动单元3的位置进行锁定；限位锚点6用于限制推杆3-1在过载情况下的位移，避免梁3-2发生破坏；上述光路选通驱动单元3、主动锁存机构4、反向锁止机构5皆通过支撑锚点1-2与基底1-1连接。

参照图3(a-b)、图4(a-b)和图5(a-b)，当弹丸发射后，引信控制***识别到第一种环境信息，如后坐力，达到预设的解除保险阈值时，向所述安保装置发出解除第一道保险的逻辑信号；所述MOEMS安保装置获得信号后，主动锁存机构4通电，拉开卡齿4-1对推杆3-1的锁定，即释放对光路选通驱动单元3的锁定，解除第一道保险；引信控制***识别到第二种环境信息，如离心力，达到预设的解除保险阈值时，反向锁止机构5通电，限位推杆5-3移动，释放对输入光纤2-1的锁定，解除第二道保险；然后，光路选通驱动单元3通电，推杆3-1推动输入光纤2-1运动至与输出光纤2-2对准的位置，光路处于导通状态；主动锁存机构4断电，卡齿4-1与推杆3-1重新啮合，锁定光路选通驱动单元3的位置，解除保险。此时即便对该安保装置停止供电，光路也能保持在导通状态，具有断电保持的功能，降低***功耗。

参照图2、图4(a-b)和图5，当引信控制***向该安保装置发出恢复保险的逻辑信号时，主动锁存机构4通电，再次释放对光路选通驱动单元3的锁定；光路选通驱动单元3和反向锁止机构5断电恢复至初始位置，输入光纤2-1在自身弹性恢复力和反向锁止机构5弹性恢复力的共同作用下运动至错开位置；主动锁存机构4断电，卡齿4-1与推杆3-1啮合，锁定光路选通驱动单元3的位置，该安保装置恢复至安全状态，实现可恢复功能。

参照图6(a-b)，所述的MOEMS安全与解除保险装置解除保险时，必须到正确的时序信号：必须先给主动锁存机构4和反向锁止机构5通电，光路选通驱动单元3才能移动；主动锁存机构4未通电时，光路选通驱动单元3的位置会被锁定，即便光路选通驱动单元3通电也无法驱动输入光纤2-1移动，光路也就不会被误导通；反向锁止机构5未通电时，光路选通驱动单元3输出的驱动力不足以驱动光纤移动，光路同样不会被误导通。

Claims (5)

1.一种基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，其特征在于，包括基底，通过支撑锚点与基底连接的直接耦合式光纤光路、光路选通驱动单元、主动锁存机构、反向锁止机构；

所述直接耦合式光纤光路设有输入端和输出端；所述输入端和输出端之间设有错位和对准位；

所述反向锁止机构用于输入端与输出端错位的锁定和解锁；

所述光路选通驱动单元用于解锁状态下驱动输入端和输出端的对准；

所述主动锁存机构用于对光路选通驱动单元的位置进行锁定和解锁，其中锁定：包括保险状态对光路选通驱动单元的位置进行锁定，以及解除保险使得光路导通状态对光路选通驱动单元的位置进行锁定；

所述反向锁止机构由U型电热微驱动器、悬臂梁、限位推杆构成，安全状态下，限位推杆支撑直接耦合式光纤光路的输入端，使得输入端和输出端错位，限位推杆通过悬臂梁与U型电热微驱动器连接；

光路选通驱动单元由两个U型微电热驱动器、两个梁以及一个推杆构成，两个该U型微电热驱动器、两个梁对称设置在推杆左右两侧；推杆通过梁与该U型微电热驱动器连接；推杆通过梁与U型微电热驱动器连接，推杆用于驱动直接耦合式光纤光路的输入端移动，实现光路的错位与对准；

主动锁存机构由U型微电热驱动器和卡齿构成，卡齿与推杆相互啮合，对光路选通驱动单元的位置进行锁定。

2.根据权利要求1所述的基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，其特征在于，还包括限位锚点，用于限制光路选通驱动单元在过载情况下的位移。

3.根据权利要求1所述的基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，其特征在于，所述光路选通驱动单元、主动锁存机构、反向锁止机构均采用U型微电热驱动器驱动。

4.根据权利要求1所述的基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置，其特征在于，设有激光散射孔，输入端和输出端错位状态下，作为激光源误开启时的射入孔。

5.一种根据权利要求1所述的基于光逻辑控制的可恢复式MOEMS安全与解除保险装置的时序控制方法，其特征在于，包括：

识别到第一种环境信息，主动锁存机构释放对光路选通驱动单元的锁定，解除第一道锁定；

识别第二种环境信息，反向锁止机构释放对直接耦合式光纤光路的锁定，解除第二道锁定；

然后光路选通驱动单元驱动直接耦合式光纤光路输入端和输出端的对准；

直接耦合式光纤光路导通；

主动锁存机构锁定光路选通驱动单元的位置，解除保险。

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