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1、10申请公布号CN104150432A43申请公布日20141119CN104150432A21申请号201410369770322申请日20140730B81B7/0220060171申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁路28号72发明人赵玉龙李秀源胡腾江徐文举白颖伟任炜74专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人贺建斌54发明名称一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器57摘要一种基于二级级联压曲放大的引信安保装置用V型MEMS执行器，包括单晶硅衬底，单晶硅衬底上制作有加速膛孔，二氧化硅绝缘层在单晶硅衬底上生长，将单晶硅结构层与生长了二氧化硅绝缘层2的单晶硅衬。
2、底键合，金属电极层沉积在单晶硅结构层的电极锚点上；MEMS执行器在单晶硅结构层中制作，MEMS执行器是除去与电极锚点键合的部分，其余的二氧化硅绝缘层将被腐蚀掉，使V型梁热电执行器、中间臂、一级放大梁、连接臂、二级放大梁以及隔板悬空，形成最终的可动结构，利用刻蚀技术制作可动结构层，利用热电效应来产生相应的输出，利用MEMS相关工艺制作的器件体积小，具有低成本、高智能、易集成的特点。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图5页10申请公布号CN104150432ACN104150432A1/1页21一种基于二级压曲放。
3、大的引信用MEMS执行器，其特征在于包括单晶硅衬底1，单晶硅衬底1上制作有直径为150180UM的加速膛孔5，加速膛孔5是飞片材料的通道，二氧化硅绝缘层2在单晶硅衬底1上生长，生长厚度为23UM，将单晶硅结构层3与生长了二氧化硅绝缘层2的单晶硅衬底1键合，单晶硅结构层3的厚度为50100UM，金属电极层4沉积在单晶硅结构层3的电极锚点32上；还包括电极锚点32，成阵列结构的V型梁热电驱动单元31的两端与电极锚点32连接，中间臂33位于V型梁热电驱动单元31的中间并与之相互固定，一级放大梁34的两端分别与中间臂33和连接臂35的首端相连接，连接臂35的两端分别连接左右两侧一级放大梁34的首尾端，。
4、下侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37首端和连接臂35中间部位，上侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37尾端和固定锚点38，隔板37将加速膛孔5挡住；除去与电极锚点32键合的部分，其余的二氧化硅绝缘层2将被腐蚀掉，使V型梁热电执行器31、中间臂33、一级放大梁34、连接臂35、二级放大梁36以及隔板37悬空，形成最终的可动结构。2根据权利要求1所述的一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器，其特征在于所述的V型梁热电驱动单元31的总长度为10002000UM，宽为3040UM，中间夹角为160170，每组V型梁热电驱动单元31之间的间距为80100UM。3根据权利要求1所述的一种基。
5、于二级压曲放大的引信用MEMS执行器，其特征在于所述的一级放大梁34的长度为300500UM，宽度为1015UM，倾角为510,二级放大梁36的长度为10001500UM，宽度为1015UM,倾角为510。4根据权利要求1所述的一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器，其特征在于所述的隔板37为边长200250UM的正方形结构。权利要求书CN104150432A1/3页3一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器技术领域0001本发明涉及引信技术领域，具体涉及一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器。背景技术0002引信是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。
6、统，通常安装在火箭、导弹弹头和炮/坦克/迫击炮弹药等上，根据弹药种类的不同和对付目标的需要选择不同的引信。引信是武器系统中的重要部件，它通过对环境、目标进行探测以获取信息和处理、识别信息，并实现引信的安全状态控制和最佳起爆控制。引信的基本功能是“安全”和“可靠引爆战斗部”。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。
7、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。0003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引信功能的扩展。将MEMS技术应用到引信的设计中，将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0004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二级压曲放大的引信用MEMS执行器，利用刻蚀技术制作可动结构层，具有低成本、高智能、易。
8、集成的特点。0005为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是0006一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器，0007包括单晶硅衬底1，单晶硅衬底1上制作有直径为150180UM的加速膛孔5，加速膛孔5是飞片材料的通道，二氧化硅绝缘层2在单晶硅衬底1上生长，生长厚度为23UM，将单晶硅结构层3与生长了二氧化硅绝缘层2的单晶硅衬底1键合，单晶硅结构层3的厚度为50100UM，金属电极层4沉积在单晶硅结构层3的电极锚点32上；0008还包括电极锚点32，成阵列结构的V型梁热电驱动单元31的两端与电极锚点32连接，中间臂33位于V型梁热电驱动单元31的中间并与之相互固定，一级放大梁34的两端分别。
9、与中间臂33和连接臂35的首端相连接，连接臂35的两端分别连接左右两侧一级放大梁34的首尾端，下侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37首端和连接臂35中间部位，上侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37尾端和固定锚点38，隔板37将加速膛孔5挡住；说明书CN104150432A2/3页40009除去与电极锚点32键合的部分，其余的二氧化硅绝缘层2将被腐蚀掉，使V型梁热电执行器31、中间臂33、一级放大梁34、连接臂35、二级放大梁36以及隔板37悬空，形成最终的可动结构。0010所述的V型梁热电驱动单元31的总长度为10002000UM，宽为3040UM，中间夹角为160170，每组V型。
10、梁热电驱动单元31之间的间距为80100UM。0011所述的一级放大梁34的长度为300500UM，宽度为1015UM，倾角为510,二级放大梁36的长度为10001500UM，宽度为1015UM,倾角为510。0012所述的隔板37为边长200250UM的正方形结构。0013与传统的引信安保装置用执行器相比，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，传统的引信安保装置用执行器多为弹簧结构，通过环境力如加速度产生相应的输出，受使用环境约束较大，本发明是利用热电效应来产生相应的输出，由电信号控制，智能化程度更高；集成化，利用MEMS相关。
11、工艺制作的器件体积小，与传统引信安保装置用执行器相比，在相同面积内，可以将更多的传感器与本发明集成在一起，提高器件在复杂环境下的适应力。附图说明0014图1为本发明的结构示意图。0015图2为本发明MEMS执行器的结构示意图。0016图3为V型梁热电驱动单元31通电稳定后的结构热膨胀示意图。0017图4为本发明二级级联放大机构受到外力后一级放大梁34与二级放大梁36结构变形示意图。0018图5为本发明通电稳定后所产生结构变形示意图。具体实施方式0019下面结合附图，对本发明进行进一步说明。0020参照图1，一种基于二级压曲放大的引信用MEMS执行器，包括单晶硅衬底1，单晶硅衬底1上制作有直径为。
12、150180UM的加速膛孔5，加速膛孔5是飞片材料的通道，二氧化硅绝缘层2在单晶硅衬底1上生长，生长厚度为23UM，将单晶硅结构层3与生长了二氧化硅绝缘层2的单晶硅衬底1键合，单晶硅结构层3的厚度为50100UM，金属电极层4沉积在单晶硅结构层3的电极锚点32上；0021参照图2，MEMS执行器在单晶硅结构层3中制作，MEMS执行器包括电极锚点32，成阵列结构的V型梁热电驱动单元31的两端与电极锚点32连接，来提高器件的输出能力，中间臂33位于V型梁热电驱动单元31的中间并与之相互固定，保证每组热电驱动单元31的运动一致，一级放大梁34的两端分别与中间臂33和连接臂35的首端相连接，连接臂35。
13、的两端分别连接左右两侧一级放大梁34的首尾端，下侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37首端和连接臂35中间部位，上侧两个二级放大梁36的两端分别连接隔板37尾端和固定锚点38，隔板37将加速膛孔5挡住；0022所述的MEMS执行器是除去与电极锚点32键合的部分，其余的二氧化硅绝缘层2将被腐蚀掉，使V型梁热电执行器31、中间臂33、一级放大梁34、连接臂35、二级放大说明书CN104150432A3/3页5梁36以及隔板37悬空，形成最终的可动结构。0023所述的V型梁热电驱动单元31的总长度为10002000UM，宽为3040UM，中间夹角为160170，每组V型梁热电驱动单元之间的间距为。
14、80100UM。0024所述的一级放大梁34的长度为300500UM，宽度为1015UM，倾角为510，二级放大梁36的长度为10001500UM，宽度为1015UM，倾角为510。0025所述的隔板37为边长200250UM的正方形结构。0026参照图3，利用了热电效应，在金属电极层4上施加直流电压，当通过V型梁热电驱动单元31时，就会产生相应的热量，由于热传导、热对流以及热辐射效应的存在，产生的热量与耗散的热量最终会达到平衡，V型梁热电驱动单元31上的温度会达到稳定，当其温度高于环境温度时就会产生一定的热膨胀量，由于整体结构固定于电极锚点32上，限制了V型梁热电驱动单元31的竖直移动，并使。
15、其最终变形产生在横向方向。0027参照图4，二级级联放大机构用来放大V型梁热电驱动单元31产生的位移，连接臂35及隔板37与一级放大梁34及二级放大梁36相比，具有更大的结构尺寸，可视为刚体，在位移放大机构受力时不会产生变形，当对称的输入力施加在左右两侧一级放大梁34的首端时会导致其产生相应的压曲变形，完成位移的一级放大，使连接臂35向上产生一定的位移，进而使二级放大梁36产生较大的压曲变形，完成位移的二级放大，最终使隔板37产生足够的位移。0028参照图5，当在金属电极层4上施加一定的直流电压时，热电效应会使V型梁热电驱动单元31产生相应的热量，热膨胀效应使结构产生初始变形，初始变形通过一级。
16、放大梁34和二级放大梁36组成的二级级联放大机构放大，并推动隔板37产生相应的位移。0029本发明的原理是0030利用了硅材料的热电效应与热膨胀效应，在金属电极层4上施加直流电压，当通过单晶硅材料的V型梁热电驱动单元31时，就会产生相应的热量，由于热传导、热对流以及热辐射效应的存在，产生的热量与耗散的热量最终会达到平衡，V型梁热电驱动单元31上的温度会达到稳定，当其温度高于环境温度时就会产生一定的热膨胀量，由于整体结构固定于电极锚点32上，限制了V型梁热电驱动单元31的竖直移动，并使其最终变形产生在横向方向。由于热膨胀量较小，通常情况下不能满足设计要求，需要设计位移放大机构来将所产生的位移放大。
17、。这里设计了二级级联放大机构来放大V型梁热电驱动单元31产生的位移。连接臂35及隔板37与一级放大梁34及二级放大梁36相比，具有更大的结构尺寸，可视为刚体，受力变形只会发生在刚度较低的一级放大梁34和二级放大梁36上。当V型梁热电驱动单元31产生的初始变形施加在左右两侧一级放大梁34的首端时会导致其产生相应的压曲变形，完成位移的一级放大，使连接臂35向上产生一定的位移，进而使二级放大梁36产生较大的压曲变形，完成位移的二级放大，最终使遮挡加速膛孔5的隔板37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。说明书CN104150432A1/5页6图1说明书附图CN104150432A2/5页7图2说明书附图CN104150432A3/5页8图3说明书附图CN104150432A4/5页9图4说明书附图CN104150432A5/5页10图5说明书附图CN104150432A10。