一种实现小口径炮弹引信可靠发火的MEMS开关及其控制方法

一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关及其控制方法
技术领域
1.本发明涉及小口径炮弹引信发火可靠性技术，具体涉及一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关及其控制方法。


背景技术：

2.小口径炮弹先进引信技术对未来小口径炮弹多功能引信提出了“三化”、高安全性及高可靠性的发展需求，其中，高可靠性指提升现役小口径炮弹引信的发火可靠性。现役小口径炮弹机电引信使用惯性发火开关感受碰靶过载信息，但由于小口径炮弹机电引信内部空间小，基于传统机械制造工艺的惯性发火开关感受碰靶过载冲击方向的敏感性单一，并随着作战环境愈加复杂多样，在实战化训练中，出现引信大背面碰地、碰坑洼地的大着角终点弹道工况变多，导致现役小口径炮弹机电引信综合发火可靠性较低，未爆弹存在隐患的可靠性、安全性突出问题。


技术实现要素：

3.针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems(微机电系统,micro-electro-mechanical system)开关及其控制方法。
4.本发明的一个目的在于提出一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关。
5.小口径炮弹的引信安装于小口径炮弹的头部，引信内部设置有控制电路模块、化学电池和传爆序列，化学电池和传爆序列分别连接至控制电路模块，控制电路模块具有控制电路板和微处理器；本发明的mems开关安装于引信内部的控制电路模块的控制电路板上，控制电路板所在的平面垂直于弹轴方向；小口径炮弹发射后的全弹道包括内弹道、外弹道以及终点弹道。
6.本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关包括：上盖板、第一定位销、上绝缘层、径向冲击敏感层、圆形套筒、中间绝缘层、第一定位沉孔、第二定位沉孔、轴向冲击敏感层、下绝缘层、第二定位销以及下盖板；其中，上盖板和下盖板分别为圆形的平板状；在上盖板的下表面和下盖板的上表面分别设置上绝缘层和下绝缘层，上绝缘层和下绝缘层分别为圆形的平板状；在上绝缘层和下绝缘层之间设置圆形套筒，圆形套筒为无上底和下底且内部中空的筒状；上盖板、上绝缘层、圆形套筒、下绝缘层和下盖板的外边缘一致，上绝缘层将上盖板与圆形套筒之间绝缘，下绝缘层将圆形套筒与下盖板之间绝缘；
7.在圆形套筒内且位于上绝缘层和下绝缘层之间从上至下分别设置径向冲击敏感层、中间绝缘层和轴向冲击敏感层；在中间绝缘层的上表面和下表面分别开设有第一定位沉孔和第二定位沉孔，第一定位沉孔与第二定位沉孔之间互不相通且互相绝缘；与中间绝缘层的第一定位沉孔相对应，在上绝缘层和径向冲击敏感层上分别开设第一定位孔，并且在上盖板的下表面设置有与其连接为一体的第一定位销，第一定位销的形状与第一定位孔和第一定位沉孔的形状互补，通过第一定位销与上绝缘层和径向冲击敏感层的第一定位孔以及中间绝缘层的第一定位沉孔配合，使得上盖板、上绝缘层和径向冲击敏感层与中间绝
缘层定位装配，并且上盖板通过第一定位销与径向冲击敏感层实现电气互联；与中间绝缘层的第二定位沉孔相对应，在轴向冲击敏感层和下绝缘层上分别开设第二定位孔，并且在下盖板的上表面设置有与其连接为一体的第二定位销，第二定位销的形状与第二定位孔和第二定位沉孔的形状互补，通过第二定位销与下绝缘层和轴向冲击敏感层的第二定位孔以及中间绝缘层的第二定位沉孔配合，使得下盖板、下绝缘层和轴向冲击敏感层与中间绝缘层定位装配，并且下盖板通过第二定位销与轴向冲击敏感层实现电气互联；
8.径向冲击敏感层包括径向基体、第一悬臂梁和质量块；径向基体为正多边形，在径向基体上与中间绝缘层的第一定位沉孔相应的位置上开设有第一定位孔；在径向基体的每一个边上分别设置一个与径向基体连接为一体的沿切向的第一悬臂梁，在每一个第一悬臂梁的末端设置与其连接为一体的第一质量块；在小口径炮弹发射前，第一质量块与圆形套筒的内壁之间有距离；
9.轴向冲击敏感层包括轴向基体和第二悬臂梁；轴向基体为圆形，在轴向基体上与中间绝缘层的第二定位沉孔相应的位置上开设有第二定位孔；与径向冲击敏感层的每一个质量块相对应，在轴向基体上沿径向开设有多个关于中心对称的敏感层径向槽，敏感层径向槽的边缘打通轴向基体的外边缘；在每一个径向槽中设置一个与轴向基体连接为一体的沿径向的第二悬臂梁，径向冲击敏感层的质量块在离心力作用下接触圆形套筒的内壁后的水平投影覆盖相应的第二悬臂梁的末端，且第二悬臂梁的末端与圆形套筒的内壁之间有距离；在小口径炮弹发射前，第二悬臂梁与轴向基体位于同一平面；
10.在中间绝缘层上与轴向基体的第二悬臂梁相应的位置开设有绝缘层径向槽，绝缘层径向槽的宽度大于第二悬臂梁的宽度；
11.上盖板、第一定位销、径向冲击敏感层、圆形套筒、轴向冲击敏感层、第二定位销和下盖板采用导电金属；上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层采用绝缘材料；
12.上盖板通过上拉电阻连接至控制电路模块的逻辑电压，下盖板连接至控制电路模块的逻辑地，圆形套筒通过下拉电阻接地，并且圆形套筒连接至微处理器的输入接口。
13.上盖板、第一定位销、径向冲击敏感层、圆形套筒、轴向冲击敏感层、第二定位销和下盖板采用黄铜镀金或镍；上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚苯硫醚。
14.上盖板和下盖板的直径和厚度不大于φ1.5
×
0.2mm；径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层的厚度为20～150μm；圆形套筒的内径和高度不大于φ1.3
×
0.4mm；上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层的厚度为0.1～0.3mm。在小口径炮弹发射前，第一质量块与圆形套筒的内壁之间有距离，距离为50～200μm。第二悬臂梁的宽度为20～50μm。第一和第二悬臂梁的长度为200～300μm。
15.逻辑电压的高电平为3.3～5v；上拉电阻和下拉电阻的阻值为1k～10kω。
16.本发明的另一个目的在于提出一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的控制方法。
17.本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的控制方法，包括以下步骤：
18.1)小口径炮弹发射前，上盖板通过上拉电阻连接至逻辑电压，下盖板连接至逻辑地，圆形套筒通过下拉电阻接地，并且圆形套筒连接至微处理器的输入接口；
19.2)小口径炮弹发射，进入内弹道，内弹道环境中具有离心环境力和后坐力，化学电
池在后坐力的作用下启动，对控制电路模块通电，控制电路模块的逻辑电压通过上盖板为径向冲击敏感层施加高电平，通过下盖板将轴向冲击敏感层接地；径向冲击敏感层受到离心环境力的作用，第一悬臂梁弹性形变使得质量块接触圆形套筒的内壁，从而圆形套筒与上盖板实现电气互连变成高电平；轴向冲击敏感层的第二悬臂梁位于径向不响应离心环境力并且被下绝缘层限制住也不响应后坐力；
20.3)小口径炮弹进入外弹道，当微处理器判断飞行距离达到了炮口保险距离，引信处于待发状态；微处理器检测输入接口的电平，如果输入接口为高电平表明mems开关处于正常状态；如果输入接口为低电平，表明mems开关异常，微处理器后续不响应输入接口的电平变化；
21.4)小口径炮弹进入至终点弹道最终碰靶，碰靶具有三种情况：
22.a)当小口径炮弹小着角(0
°
～70
°
)碰击硬靶板时，引信存在30000g以上的大幅值的前向冲击过载，轴向冲击敏感层的第二悬臂梁响应冲击，向径向敏感层方向产生弯曲变形，从而第二悬臂梁的末端与相应的径向冲击敏感层的质量块接触，由于质量块与圆形套筒接触，从而上盖板、圆形套筒以及下盖板电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；
23.b)当小口径炮弹大着角(70
°
～90
°
)碰击硬靶板时，引信存在10000g以上的大幅值的径向冲击过载，径向冲击敏感层的质量块响应冲击，当径向冲击过载与离心环境力方向不一致时，质量块发生惯性位移，质量块与圆形套筒变为不接触，即上盖板与圆形套筒断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”24.变化，输出起爆信号；
25.c)当小口径炮弹碰击软目标时，前向冲击过载与径向冲击过载都弱，即前向冲击过载小于30000g且径向冲击过载小于10000g，径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层都不能立即响应碰靶惯性环境，但径向冲击敏感层随着炮弹转速减少，第一悬臂梁的弹性变形恢复，质量块与圆形套筒变为不接触，从而上盖板与圆形套筒断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；
26.5)微处理器输出起爆信号至传爆序列，小口径炮弹实现起爆。
27.本发明的优点：
28.本发明具有更小的体积尺寸，为多功能引信设计与改进留出更多尺寸空间；兼容了小口径炮弹任意着角碰击硬/软目标的复杂终点弹道工况，具有可靠的发火能力。
附图说明
29.图1为本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的一个实施例的爆炸图；
30.图2为本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的一个实施例的整体装配模型示意图；
31.图3为本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的一个实施例的径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层的示意图，其中，(a)为径向冲击敏感层，(b)为轴向冲击敏感层；
32.图4为本发明的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的一个实施例的电气连
接框图。
具体实施方式
33.下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
34.小口径炮弹的引信安装于小口径炮弹的头部，mems开关安装于引信内部的控制电路板上，控制电路板所在的平面垂直于弹轴方向，引信内部设置有控制电路模块、化学电池和传爆序列，化学电池和传爆序列分别连接至控制电路模块，控制电路模块具有控制电路板和微处理器；本发明的mems开关安装于引信内部的控制电路模块的控制电路板上，控制电路板所在的平面垂直于弹轴方向；小口径炮弹发射后的全弹道包括内弹道、外弹道以及终点弹道。
35.如图1所示，本实施例的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关包括：上盖板1、第一定位销11、上绝缘层2、径向冲击敏感层3、圆形套筒4、中间绝缘层5、第一定位沉孔51、第二定位沉孔52、轴向冲击敏感层6、下绝缘层7、第二定位销82以及下盖板8；其中，上盖板1和下盖板8分别为圆形的平板状；在上盖板1的下表面和下盖板8的上表面分别设置上绝缘层2和下绝缘层7，上绝缘层2和下绝缘层7分别为圆形的平板状；在上绝缘层2和下绝缘层7之间设置圆形套筒4，圆形套筒4为无上底和下底且内部中空的筒状；上盖板1、上绝缘层2、圆形套筒4、下绝缘层7和下盖板8的外边缘一致，上绝缘层2将上盖板1与圆形套筒4之间绝缘，下绝缘层7将圆形套筒4与下盖板8之间绝缘；
36.在圆形套筒4内且位于上绝缘层2和下绝缘层7之间从上至下分别设置径向冲击敏感层3、中间绝缘层5和轴向冲击敏感层6；在中间绝缘层5的上表面和下表面分别开设有第一定位沉孔51和第二定位沉孔52，第一定位沉孔51与第二定位沉孔52之间互不相通且互相绝缘；与中间绝缘层5的第一定位沉孔51相对应，在上绝缘层2和径向冲击敏感层3上分别开设第一定位孔，并且在上盖板1的下表面设置有与其连接为一体的第一定位销11，第一定位销11的形状与第一定位孔和第一定位沉孔51的形状互补，通过第一定位销11与上绝缘层2和径向冲击敏感层3的第一定位孔以及中间绝缘层5的第一定位沉孔51配合，使得上盖板1、上绝缘层2和径向冲击敏感层3与中间绝缘层5定位装配，并且上盖板1通过第一定位销11与径向冲击敏感层3实现电气互联；与中间绝缘层5的第二定位沉孔52相对应，在轴向冲击敏感层6和下绝缘层7上分别开设第二定位孔，并且在下盖板8的上表面设置有与其连接为一体的第二定位销82，第二定位销82的形状与第二定位孔和第二定位沉孔52的形状互补，通过第二定位销82与下绝缘层7和轴向冲击敏感层6的第二定位孔以及中间绝缘层5的第二定位沉孔52配合，使得下盖板8、下绝缘层7和轴向冲击敏感层6与中间绝缘层5定位装配，并且下盖板8通过第二定位销82与轴向冲击敏感层6实现电气互联；
37.径向冲击敏感层3包括径向基体31、第一悬臂梁32和质量块33；径向基体为正方形，在径向基体上与中间绝缘层5的第一定位沉孔51相应的位置上开设有第一定位孔；在径向基体的每一个边上分别设置一个与径向基体连接为一体的沿切向的第一悬臂梁，在每一个第一悬臂梁的末端设置第一质量块，即共四个第一悬臂梁和四个质量块；在小口径炮弹发射前，第一质量块与圆形套筒4的内壁之间有距离；
38.轴向冲击敏感层6包括轴向基体61和第二悬臂梁62；轴向基体为圆形径向冲击敏感层3，在轴向基体上与中间绝缘层5的第二定位沉孔52相应的位置上开设有第二定位孔；
与径向冲击敏感层3的每一个质量块相对应，在轴向基体上沿径向开设有多个关于中心对称的敏感层径向槽，敏感层径向槽的边缘打通轴向基体的外边缘；在每一个径向槽中设置一个与轴向基体连接为一体的沿径向的第二悬臂梁，即共四个第二悬臂梁，相邻的两个悬臂梁之间的夹角为90
°
，径向冲击敏感层3的质量块在离心力作用下接触圆形套筒4的内壁后的水平投影覆盖相应的第二悬臂梁的末端，且第二悬臂梁的末端与圆形套筒4的内壁之间有距离；在小口径炮弹发射前，第二悬臂梁与轴向基体位于同一平面；
39.在中间绝缘层5上与轴向基体的第二悬臂梁相应的位置开设有绝缘层径向槽，绝缘层径向槽的宽度大于第二悬臂梁的宽度；
40.上盖板1通过上拉电阻连接至逻辑电压，下盖板8连接至逻辑地，圆形套筒4通过下拉电阻接地，并且圆形套筒4连接至微处理器的输入接口；
41.上盖板1、第一定位销11、径向冲击敏感层3、圆形套筒4、轴向冲击敏感层6、第二定位销82和下盖板8采用黄铜镀金或镍；上绝缘层2、中间绝缘层5和下绝缘层7采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚苯硫醚。
42.在本实施例中，上盖板1和下盖板8的直径和厚度为φ1.5
×
0.2mm；径向冲击敏感层3和轴向冲击敏感层6的厚度为100μm；圆形套筒4的内径和高度为φ1.3
×
0.4mm；上绝缘层2、中间绝缘层5和下绝缘层7的厚度为0.1mm。在小口径炮弹发射前，第一质量块与圆形套筒4的内壁之间有距离，距离范围在100μm。
43.本实施例的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的控制方法，包括以下步骤：
44.1)小口径炮弹发射前，上盖板1通过上拉电阻连接至逻辑电压，下盖板8连接至逻辑地，圆形套筒4通过下拉电阻接地，并且圆形套筒4连接至微处理器的输入接口；
45.2)小口径炮弹发射，进入内弹道，内弹道环境中具有离心环境力和后坐力，化学电池在后坐力的作用下碎瓶启动，对控制电路模块通电，控制电路模块的逻辑电压通过上盖板1为径向冲击敏感层3施加3.3v的高电平，通过下盖板8将轴向冲击敏感层6接地；径向冲击敏感层3受到离心环境力的作用，第一悬臂梁弹性形变使得质量块接触圆形套筒4的内壁，从而圆形套筒4与上盖板1实现电气互连变成高电平；轴向冲击敏感层6的第二悬臂梁位于径向不响应离心环境力并且被下绝缘层7限制住也不响应后坐力；
46.3)小口径炮弹进入外弹道，当微处理器按照设定的程序控制时间判断飞行距离达到了炮口保险距离，引信处于待发状态；微处理器检测输入接口的电平，如果输入接口为高电平表明mems开关处于正常状态；如果输入接口为低电平，表明mems开关异常，微处理器后续不响应输入接口的电平变化；
47.4)小口径炮弹进入至终点弹道最终碰靶，碰靶具有三种情况：
48.a)当小口径炮弹小着角(0
°
～70
°
)碰击硬靶板时，引信存在30000g以上的较大幅值的前向冲击过载，轴向冲击敏感层6的第二悬臂梁响应冲击，向径向敏感层方向产生弯曲变形，从而第二悬臂梁的末端与相应的径向冲击敏感层3的质量块接触，由于质量块与圆形套筒4接触，从而上盖板1、圆形套筒4以及下盖板8电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；
49.b)当小口径炮弹大着角(70
°
～90
°
)碰击硬靶板时，引信存在10000g以上的较大幅值的径向冲击过载，径向冲击敏感层3的质量块响应冲击，当径向冲击过载与离心环境力方
向不一致时，质量块发生惯性位移，质量块与圆形套筒4变为不接触，即上盖板1与圆形套筒4断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；
50.c)当小口径炮弹碰击软目标时，前向冲击过载与径向冲击过载都较弱，即前向冲击过载小于30000g且径向冲击过载小于10000g，径向冲击敏感层3和轴向冲击敏感层6都不能立即响应碰靶惯性环境，但径向冲击敏感层3随着炮弹转速减少，第一悬臂梁的弹性变形恢复，质量块与圆形套筒4变为不接触，从而上盖板1与圆形套筒4断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；
51.5)微处理器输出起爆信号至传爆序列，小口径炮弹实现起爆。
52.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。

技术特征：
1.一种实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关，小口径炮弹的引信安装于小口径炮弹的头部，引信内部设置有控制电路模块、化学电池和传爆序列，化学电池和传爆序列分别连接至控制电路模块，控制电路模块具有控制电路板和微处理器；所述mems开关安装于引信内部的控制电路模块的控制电路板上，控制电路板所在的平面垂直于弹轴方向；小口径炮弹发射后的全弹道包括内弹道、外弹道以及终点弹道，其特征在于，所述mems开关包括：上盖板、第一定位销、上绝缘层、径向冲击敏感层、圆形套筒、中间绝缘层、第一定位沉孔、第二定位沉孔、轴向冲击敏感层、下绝缘层、第二定位销以及下盖板；其中，上盖板和下盖板分别为圆形的平板状；在上盖板的下表面和下盖板的上表面分别设置上绝缘层和下绝缘层，上绝缘层和下绝缘层分别为圆形的平板状；在上绝缘层和下绝缘层之间设置圆形套筒，圆形套筒为无上底和下底且内部中空的筒状；上盖板、上绝缘层、圆形套筒、下绝缘层和下盖板的外边缘一致，上绝缘层将上盖板与圆形套筒之间绝缘，下绝缘层将圆形套筒与下盖板之间绝缘；在圆形套筒内且位于上绝缘层和下绝缘层之间从上至下分别设置径向冲击敏感层、中间绝缘层和轴向冲击敏感层；在中间绝缘层的上表面和下表面分别开设有第一定位沉孔和第二定位沉孔，第一定位沉孔与第二定位沉孔之间互不相通且互相绝缘；与中间绝缘层的第一定位沉孔相对应，在上绝缘层和径向冲击敏感层上分别开设第一定位孔，并且在上盖板的下表面设置有与其连接为一体的第一定位销，第一定位销的形状与第一定位孔和第一定位沉孔的形状互补，通过第一定位销与上绝缘层和径向冲击敏感层的第一定位孔以及中间绝缘层的第一定位沉孔配合，使得上盖板、上绝缘层和径向冲击敏感层与中间绝缘层定位装配，并且上盖板通过第一定位销与径向冲击敏感层实现电气互联；与中间绝缘层的第二定位沉孔相对应，在轴向冲击敏感层和下绝缘层上分别开设第二定位孔，并且在下盖板的上表面设置有与其连接为一体的第二定位销，第二定位销的形状与第二定位孔和第二定位沉孔的形状互补，通过第二定位销与下绝缘层和轴向冲击敏感层的第二定位孔以及中间绝缘层的第二定位沉孔配合，使得下盖板、下绝缘层和轴向冲击敏感层与中间绝缘层定位装配，并且下盖板通过第二定位销与轴向冲击敏感层实现电气互联；径向冲击敏感层包括径向基体、第一悬臂梁和质量块；径向基体为正多边形，在径向基体上与中间绝缘层的第一定位沉孔相应的位置上开设有第一定位孔；在径向基体的每一个边上分别设置一个与径向基体连接为一体的沿切向的第一悬臂梁，在每一个第一悬臂梁的末端设置与其连接为一体的第一质量块；在小口径炮弹发射前，第一质量块与圆形套筒的内壁之间有距离；轴向冲击敏感层包括轴向基体和第二悬臂梁；轴向基体为圆形，在轴向基体上与中间绝缘层的第二定位沉孔相应的位置上开设有第二定位孔；与径向冲击敏感层的每一个质量块相对应，在轴向基体上沿径向开设有多个关于中心对称的敏感层径向槽，敏感层径向槽的边缘打通轴向基体的外边缘；在每一个径向槽中设置一个与轴向基体连接为一体的沿径向的第二悬臂梁，径向冲击敏感层的质量块在离心力作用下接触圆形套筒的内壁后的水平投影覆盖相应的第二悬臂梁的末端，且第二悬臂梁的末端与圆形套筒的内壁之间有距离；在小口径炮弹发射前，第二悬臂梁与轴向基体位于同一平面；在中间绝缘层上与轴向基体的第二悬臂梁相应的位置开设有绝缘层径向槽，绝缘层径向槽的宽度大于第二悬臂梁的宽度；
上盖板、第一定位销、径向冲击敏感层、圆形套筒、轴向冲击敏感层、第二定位销和下盖板采用导电金属；上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层采用绝缘材料；上盖板通过上拉电阻连接至控制电路模块的逻辑电压，下盖板连接至控制电路模块的逻辑地，圆形套筒通过下拉电阻接地，并且圆形套筒连接至微处理器的输入接口。2.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述上盖板、第一定位销、径向冲击敏感层、圆形套筒、轴向冲击敏感层、第二定位销和下盖板采用黄铜镀金或镍。3.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯或聚苯硫醚。4.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述上盖板和下盖板的直径和厚度不大于5.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层的厚度为20～150μm。6.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述圆形套筒的内径和高度不大于7.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述上绝缘层、中间绝缘层和下绝缘层的厚度为0.1～0.3mm。8.如权利要求1所述的mems开关，其特征在于，所述第二悬臂梁的宽度为20～50μm。9.一种如权利要求1所述的实现小口径炮弹引信可靠发火的mems开关的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：1)小口径炮弹发射前，上盖板通过上拉电阻连接至逻辑电压，下盖板连接至逻辑地，圆形套筒通过下拉电阻接地，并且圆形套筒连接至微处理器的输入接口；2)小口径炮弹发射，进入内弹道，内弹道环境中具有离心环境力和后坐力，化学电池在后坐力的作用下启动，对控制电路模块通电，控制电路模块的逻辑电压通过上盖板为径向冲击敏感层施加高电平，通过下盖板将轴向冲击敏感层接地；径向冲击敏感层受到离心环境力的作用，第一悬臂梁弹性形变使得质量块接触圆形套筒的内壁，从而圆形套筒与上盖板实现电气互连变成高电平；轴向冲击敏感层的第二悬臂梁位于径向不响应离心环境力并且被下绝缘层限制住也不响应后坐力；3)小口径炮弹进入外弹道，当微处理器判断飞行距离达到了炮口保险距离，引信处于待发状态；微处理器检测输入接口的电平，如果输入接口为高电平表明mems开关处于正常状态；如果输入接口为低电平，表明mems开关异常，微处理器后续不响应输入接口的电平变化；4)小口径炮弹进入至终点弹道最终碰靶，碰靶具有三种情况：a)当小口径炮弹小着角碰击硬靶板时，引信存在大幅值的前向冲击过载，轴向冲击敏感层的第二悬臂梁响应冲击，向径向敏感层方向产生弯曲变形，从而第二悬臂梁的末端与相应的径向冲击敏感层的质量块接触，由于质量块与圆形套筒接触，从而上盖板、圆形套筒以及下盖板电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；b)当小口径炮弹大着角碰击硬靶板时，引信存在大幅值的径向冲击过载，径向冲击敏感层的质量块响应冲击，当径向冲击过载与离心环境力方向不一致时，质量块发生惯性位
移，质量块与圆形套筒变为不接触，即上盖板与圆形套筒断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；c)当小口径炮弹碰击软目标时，前向冲击过载与径向冲击过载都弱，径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层都不能立即响应碰靶惯性环境，但径向冲击敏感层随着炮弹转速减少，第一悬臂梁的弹性变形恢复，质量块与圆形套筒变为不接触，从而上盖板与圆形套筒断开电气互连，输入接口的电平被拉低，引信的微处理器检测到电平“高-低”变化，输出起爆信号；5)微处理器输出起爆信号至传爆序列，小口径炮弹实现起爆。

技术总结
本发明公开了一种实现小口径炮弹引信可靠发火的MEMS开关及其控制方法。本发明包括上盖板、第一定位销、第一定位沉孔、上绝缘层、径向冲击敏感层、圆形套筒、中间绝缘层、轴向冲击敏感层、下绝缘层、第二定位销、第二定位沉孔以及下盖板；通过径向冲击敏感层感受离心环境力作用，并通过径向冲击敏感层和轴向冲击敏感层的变化判断碰靶，对于小着角或大着角碰击硬靶板和碰击软目标均适用；本发明具有更小的体积尺寸，为多功能引信设计与改进留出更多尺寸空间；兼容了小口径炮弹任意着角碰击硬或软目标的复杂终点弹道工况，具有可靠的发火能力。具有可靠的发火能力。具有可靠的发火能力。


技术研发人员：娄文忠 何博 阚文星 李志鹏 山亮 冯恒振 袁勇 张明荣
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.02.06
技术公布日：2023/7/12