微起爆系統(tǒng)用MEMS 安全保險裝置研究現狀與展望

闞文星，褚恩義，劉 衛(wèi)，任 煒，任小明

（陜西應用物理化學研究所 應用物理化學重點實驗室，陜西 西安 710061）

1 引言

火工品是指裝有點火藥、起爆藥、煙火藥劑、炸藥等含能材料，受外界刺激后產生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱?；鸸て肥俏淦飨到y(tǒng)的首發(fā)元件和最敏感部件，火工品的安全性、可靠性直接影響武器系統(tǒng)的安全性、可靠性?；鸸て芳夹g不只受到武器系統(tǒng)發(fā)展需求的牽引，也對武器系統(tǒng)的發(fā)展有著推動作用。

受武器系統(tǒng)微型化、智能化等發(fā)展需求，結合微機電系統(tǒng)（MEMS）技術，火工品的主要發(fā)展方向是以信息化、集成化和微型化為主要特點的第四代火工品，即MEMS 火工品。MEMS 火工品采用微機電的設計思想和制造技術，將微結構換能元、微裝藥組件、微含能器件、控制電路、微作動機構等集成在一片基片上，形成具有功能可選擇、信息可識別和內置安保機構的火工品或火工芯片［1-2］。為了保證微起爆系統(tǒng)中的微結構換能元與下一級起爆藥之間的安全性，需要在兩者之間設置安全保險裝置，通過安保裝置的動作實現微起爆系統(tǒng)的隔爆與傳爆功能。

利用MEMS 技術在微納米級的高制造精度，MEMS 安全與解除保險裝置（MEMS S&A devices）的概念應運而生。MEMS 安保裝置是研究MEMS 火工品需要解決的關鍵技術之一，是保障MEMS 火工品安全性和可靠性的關鍵部件?；鸸て穬惹禡EMS 安保裝置是在引信MEMS 安保裝置的基礎上將MEMS 安保裝置與火工品更進一步進行集成，實現火工品與引信功能的融合發(fā)展。

作為新一代微起爆系統(tǒng)的關鍵組成部分，MEMS安全保險裝置的發(fā)展將對其功能集成、安全控制設計產生重大影響。針對MEMS 集成火工品序列的安全性問題，本文從現有的MEMS 安保裝置的制造材料、裝置尺寸、驅動原理、驅動條件、輸出效能、應用平臺等多個方面進行了歸納整理，并探討了其與火工品的集成與發(fā)展重點方向。

2 基于不同驅動原理的MEMS 安保裝置

MEMS 工藝技術主要解決安保裝置小型化、集成化制造問題，但是其應用原理特別是驅動方式應與典型彈藥平臺環(huán)境力相匹配或采取專門設計。MEMS 安保裝置按照解除保險的微作動機構的不同可分為機械環(huán)境力驅動、火藥力驅動、電磁力驅動、電熱力驅動和壓電原理驅動等。微作動機構是指MEMS 安保裝置中使用的作動器，主要為安保裝置的隔板提供推力或位移。微作動機構是MEMS 安保裝置中重要組成部分，擔負著安保裝置內的能量轉換、運動和力的傳遞以及對系統(tǒng)信息進行響應等功能［2］。

2.1 機械環(huán)境力驅動

機械環(huán)境力驅動的MEMS 安保裝置，保險滑塊通過感應環(huán)境力，如后坐力、離心力，當環(huán)境力滿足預設條件后，保險滑塊移動至發(fā)火位置，將裝置由安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。

美國陸軍武器研發(fā)中心（ARDEC）的Charles H.Robinson［3-4］在2001 年提出了一種由慣性力驅動的MEMS 安保裝置（圖1），并將其應用于美國理想單兵武器（OICW）20 mm 高爆榴彈定距空炸引信中［5］。該裝置的尺寸為12 mm×15 mm×0.8 mm。該裝置由后坐機構、旋轉機構及延時機構組成。其中后坐機構與銷釘機構相互形成垂直布局，可實現聯鎖功能。在運輸或儲存狀態(tài)下，彈簧力將MEMS 安保裝置保持在安全的位置，從而避免誤操作造成的解除保險；當武器發(fā)射時，后坐滑塊將在慣性力的作用下向下移動，解除對銷滑塊的限制。在適當的離心力作用下，旋轉滑塊將移動并完成爆炸序列的對準。為了擴大炮口的安全距離，在該裝置中還引入了由曲折槽組成的延時機構。

圖1 慣性力驅動的安保裝置［3-4］Fig.1 Inertial driven MEMS S&A device［3-4］

Charles H.Robinson［3-4］采用LIGA 技術制備了此MEMS安保裝置的所有部件，最后通過微組裝平臺組裝。由于需要對各部件進行微組裝，生產效率將大大降低；隨著裝配誤差的增加，各器件的性能一致性難以保證［6-7］。

為了降低制造難度，Jihun Jeong［8-9］采用濕法刻蝕制備了一種具有金屬結構并具備慣性延遲功能的MEMS 安保裝置，如圖2 所示。該裝置由不銹鋼框架、后坐保險機構、離心保險機構、齒輪卡盤減速機構以及隔板組成。當武器發(fā)射時，后坐力將驅動慣性滑塊向下移動，解除第一道保險。由于慣性滑塊的底部被設計成一個圓形，這個部件最終會卡入上部外殼，這將防止慣性鎖返回安全模式。之后，在離心力的作用下旋轉鎖被移開，解除第二道保險。在解除后坐鎖和自旋鎖限制的情況下，隔板可以在齒輪卡盤減速機構的控制下移動，最終使爆炸序列對正，實現延遲功能。該MEMS 安保裝置不僅可以應用于大口徑火炮中，還可以應用于一般小口徑彈藥［9］。

圖2 慣性力驅動的安保裝置［8-9］Fig.2 Inertial driven MEMS S&A device［8-9］

為了解決UV-LIGA技術制造中的誤差問題，YU QIN等［10］提出了一種由慢走絲電火花線切割加工技術（low-speed wire electrical discharge machining，EDM）制造的MEMS安保裝置（13.3 mm×7 mm×0.65 mm），如圖3 所示。該MEMS 安保裝置主要用于中大型榴彈中。當武器正常發(fā)射時，在后坐力的作用下，后坐滑塊克服微彈簧的彈力以及滑塊與框架之間的摩擦力向下運動，直到頭鎖被盒式插銷鎖定，第一道保險解除；當彈丸高速旋轉時，安保裝置將會受到離心力的作用，當離心力達到閾值后，旋轉鎖在離心力的作用下逆時針旋轉特定角度，解除對隔爆滑塊的第一個限制；當彈丸飛行距離超過炮口安全距離后，電推桿在延遲電路的控制下運行，剪斷剪切銷，解除對隔爆滑塊的第二個限制，在持續(xù)不斷的離心力作用下隔爆滑塊繼續(xù)向右移動，直到被盒式插銷鎖定，解除安保裝置的第二道保險。此時系統(tǒng)中的爆炸序列對正，武器系統(tǒng)處于發(fā)火狀態(tài)。相比于UV-LIGA 技術，采用慢走絲電火花線切割加工技術制造的MEMS 安保裝置加工成本更低，并很大程度上提高了器件加工精度和成品率。

圖3 EDM 技術制造的MEMS 安保裝置［10］Fig.3 MEMS S&A device manufactured by EDM［10］

2012 年，Wang Wei［11］等設計了一種用于旋轉彈的MEMS 安保裝置，其設計圖如圖4 所示。MEMS 安保裝置由后坐鎖、保險滑塊和彈簧鎖構成，這些結構都可在基板上運動，并且受限制于基板上的框架。通過兩個機械鎖控制保險滑塊的運動，機械鎖的作動由武器的后坐加速度和旋轉離心力依次控制。后座加速度的閾值被設定為12000 g，從而防止引信因沖擊、碰撞等意外動作而解保；如果后坐加速度或旋轉離心力不超過閾值，或它們作用的順序錯誤，保險滑塊都不會移動。

圖4 用于旋轉彈的MEMS 安保裝置設計圖［11］Fig.4 Layout design for MEMS S&A device［11］

可移動保險滑塊需要有一定的厚度才可成功阻隔爆轟能力，并且滑塊的側面具有較高的深寬比，因此Wang Wei［11］等選擇了北京大學微/納米制造技術國家重點實驗室的體硅工藝（bulk silicon process）制造該器件。

2014 年，Wang Fufu 等［12］提出了一種用于MEMS安保裝置的新型鎖定機構，如圖5 所示。這種帶有新型鎖定機構的MEMS 安保裝置與Wang［13］于2013 年提出的裝置相比，高度減少了6 mm。通過集成技術將滑塊與新型鎖定機構制作為一個整體，這樣可以保證滑塊在發(fā)射過載條件下能順利滑到底部，并且在過載減弱或消失后滑塊不會被拉回。

圖5 MEMS 安保裝置及鎖定機構［12］Fig.5 MEMS S&A device and a novel locking mechanism［12］

2016 年，史春景等［14］設計了一種可用于子母彈的MEMS 安保裝置，如圖6 所示，該裝置可在后坐力、離心力和拋撒力三種環(huán)境力下作用。當彈丸發(fā)射時，由于加速度的存在，安保裝置受到后坐力的作用，后坐滑塊向下運動并被閉鎖機構鎖死在基板底端；彈丸飛行時，由于彈丸的旋轉產生離心力，當離心力達到設定值后，轉銷逆時針旋轉解除對隔爆滑塊的第一道限制。同時在離心力的作用下，離心滑塊克服阻力向基板右端運動。當母彈開始拋撒后，拔銷在拋撒力的作用下克服S 型懸臂梁的拉力進而可以解除對隔爆滑塊的第二道限制。此時隔爆滑塊可因離心力的作用向右運動到發(fā)火位置，爆炸序列對正。

圖6 3 種環(huán)境力下作用的MEMS 安保裝置［14］Fig.6 MEMS S&A device under triple environment forces［14］

史春景等［14］利用ADAMS 軟件對設計的MEMS 安保裝置進行了仿真分析，結果表明，裝置可以在后坐力、離心力和拋撒力的作用下可靠運作，并且在勤務處理時裝置安全可靠。

2017 年，Dakui Wang 等［15］提出了一種適用于小口徑火炮的MEMS 安保裝置，如圖7 所示。該裝置有兩個獨立的保險機構，一個是離心保險機構（the centrifugal assurance mechanism），另一個為由電推器（electric thruster）推動的鎖定簧片（latching reed）。在安全狀態(tài)下，兩種保險機構將隔爆滑塊（explosive-proof slider）鎖定在安全位置，傳爆序列被隔斷；接收到發(fā)射命令后，在離心力的作用下，離心保險機構解除對隔爆滑塊的限制，隨后電推器將鎖定簧片向下推動。此時隔爆滑塊可以克服微彈簧的彈力，移動2 mm 到發(fā)火位置，傳爆序列對正，完成解保動作。

圖7 適用于小口徑火炮的MEMS 安保裝置［15］Fig.7 A MEMS S&A device for small caliber projectile［15］

2018 年，劉章等［16］提出了一種硅基MEMS 懸臂梁支撐的離心驅動隔離裝置，如圖8 所示。該裝置由隔爆滑塊、懸臂梁支撐結構、卡頭、卡鎖、固定質量塊構成。在安全狀態(tài)下，隔爆滑塊被電啟動保險和后坐保險鎖定在安全位置，爆炸序列被隔斷；當處于發(fā)射環(huán)境時，電啟動保險和后坐保險解除對滑塊的限制，在離心力的作用下，懸臂梁結構發(fā)生彎曲，滑塊克服懸臂梁的拉力向y方向運動，直到滑塊的上端卡頭鎖定在卡槽中，完成解保動作，爆炸序列對正。

圖8 懸臂梁支撐的離心驅動隔離裝置［16］Fig.8 Centrifugal drive isolation device supported by cantilever beam［16］

機械環(huán)境力驅動的MEMS 安保裝置大多是平行于彈軸放置，這使得在微傳爆序列中產生的爆轟能量在傳遞時會改變方向造成能量的損失，甚至會導致無法引爆下一級裝藥進而造成“啞彈”現象；并且安保裝置中閉鎖機構易發(fā)生塑性形變。

徐娜等［17］為了解決上述問題，利用UV-LIGA 技術制作了一種應用于中大口徑榴彈且垂直于彈軸放置的MEMS 安保裝置用離心隔爆滑塊閉鎖機構。該閉鎖機構由L 型閉鎖梁、鎖頭、剛性定位塊組成，如圖9 所示。該閉鎖機構具有閉鎖功能以及定位功能，可以在彈丸離心力的作用下實現可靠閉鎖，并且L 型閉鎖梁不發(fā)生塑性變形。

圖9 閉鎖機構結構圖［17］Fig.9 Structure of blocking mechanism［17］

目前大多數機械環(huán)境力驅動的MEMS 安保裝置基于金屬基板（鎳或銅），由于金屬材料具有良好的防爆性能［18］，這些金屬裝置可以大大提高武器系統(tǒng)的安全性。但是此類金屬裝置的制造工藝（LIGA 或EFAB）成本昂貴，且制造精度不理想［6-7］。

2.2 火藥力驅動

火藥力驅動的MEMS 安保裝置通過煙火藥劑產生高溫高壓氣體推動裝置內的滑塊，使爆炸序列對正，裝置由安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。

2010 年法國國家科研中心（CNRS）系統(tǒng)結構分析實驗室（LAAS）［19-20］提出了一種分層式PyroMEMS 安保裝置，如圖10 所示。頂層是整體裝置的邏輯電路層（8.21 mm 厚）；中間層為由煙火驅動器和微起爆器組成的硅基安全起爆器（400 μm 厚）；底層為機械解保模塊（3 mm 厚）。安全狀態(tài)下，機械解保模塊中的慣性鎖將隔板滑塊固定，爆炸序列被隔斷；接收到發(fā)火指令后，慣性鎖因環(huán)境力（后坐力或離心力）被移開，起爆器被觸發(fā)并產生氣體，氣體推動隔板滑塊使爆炸序列對正。

圖10 CNRS-LAAS 提出PyroMEMS 安保裝置的發(fā)火過程及分層示意圖［19-20］Fig.10 Schematic diagram of the ignition process and layering of the PyroMEMS S&A device proposed by CNRS-LAAS［19-20］

該裝置通過低壓化學氣相沉積（low-pressure chemical vapor deposition）、反應離子刻蝕（reactive ion etching）、等離子體增強化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition）和深反應離子刻蝕（deep reactive ion etching）制作而成。裝置整體基于硅基底，整體尺寸為8.4 mm×7.4 mm×3 mm（不含電路層），觸發(fā)起爆器的電流為53 mA。為了降低熱損失，起爆器與敏感藥劑間僅用400 nm SiO2薄膜隔開，這增大了制造工藝的難度。

南京理工大學的朱朋等［21］在2018 年提出了一種由平面點火器組成的PyroMEMS 安保裝置，如圖11 所示。該裝置由三層構成：LTCC（Low-Temperature Co-fifired Ceramic，低溫共燒陶瓷）基底，安保裝置層（safe&arm layer）和輸出裝藥層（output charge layer）。在安全狀態(tài)下，安保裝置層中的傳火藥B/KNO3與LTCC基底中的點火藥Si/Pb3O4處于錯位位置，爆炸序列被隔斷，保證了點火器的意外發(fā)火不會導致輸出裝藥層的意外發(fā)火。當接收到解保命令后，基底中的點火藥Si/Pb3O4及安保裝置層中的產氣藥C6H2（NO2）3OK/KClO4被先后點燃，產氣藥產生的氣體使固定滑塊的兩個固態(tài)梁斷裂，氣體將滑塊推動到發(fā)火位置后，滑塊被彈性梁固定，使爆炸序列對正；再次接收到發(fā)火命令后，安保裝置層中的傳火藥B/KNO3被引燃，進而觸發(fā)輸出裝藥層中的B/KNO3，完成發(fā)火。

圖11 PyroMEMS 安保裝置［21］Fig.11 PyroMEMS S&A device［21］

2018 年，南京理工大學的侯剛［22］等設計了一種基于硅雙固態(tài)梁煙火驅動的安保裝置。所設計的硅雙固態(tài)梁煙火驅動安保裝置為錯位式安保裝置，既能保證在未解除保險狀態(tài)下傳爆序列的錯位隔斷，保證了隔爆的安全可靠，又能在接收到解除保險信號后，通過激發(fā)含能藥劑燃燒分解產生的氣體作為動力來實現解除保險的功能。該安保裝置由點火電路層（ignition circuit layer）、輸入裝藥層（input charge layer）、安保裝置層（safety & arming layer）和輸出裝藥層（output charge layer）組成，如圖12 所示。該裝置的工作過程與上述朱朋提出的PyroMEMS 安保裝置的工作過程相似。該裝置的產氣藥使用質量配比為1∶1 的苦味酸鉀/高氯酸鉀，使用40 V、40 μF 的電容放電激發(fā)，產生的氣體可驅動滑塊產生2 mm 的位移。

圖12 硅雙固態(tài)梁煙火驅動安保裝置示意圖［22］Fig.12 Schematic diagram of the PyroMEMS S&A device［22］

2016 年，李國中［23］提出了一種適用于小口徑彈藥的微小型火藥驅動器，如圖13 所示。當武器處于待發(fā)射狀態(tài)時，微小型火工作動器內部的滑動銷插入隔爆滑塊的凹槽內，將隔爆滑塊鎖定在安全位置；武器發(fā)射后，當滿足預設條件時，微小型火工作動器點火并迅速燃燒產生壓力，使火工作動器內部的滑動銷向上運動，解除對隔爆滑塊的限制，同時滑動銷向上推動撥輪，驅動后續(xù)機構動作，直到運動到發(fā)火位置。該裝置的體積僅為4.7 mm×4.7 mm×2 mm，工作電壓為4～5 V，并且可在1.5 ms 內完成工作。

圖13 適用于小口徑彈藥的微小型火藥驅動器結構圖［23］Fig.13 Structure diagram of the pyrotechnic micro-actuator suitable for small-caliber ammunition［23］

2021 年，耿萬鈞等［24］針對小口徑彈藥引信系統(tǒng)中依靠環(huán)境力解保的傳統(tǒng)保險裝置具有的適用性局限問題，提出了一種小口徑彈藥引信用滑塊作動器，如圖14所示。該滑塊作動器由發(fā)火元件（ignition element）、發(fā)火藥（pyrotechnic composition）、頂蓋（cover）、滑塊（slider）和底座（base）組成，整體尺寸為18 mm×10 mm×4 mm。當武器彈藥處于勤務處理情況時，滑塊處于安全位置，將微型雷管（micro detonator）與受主裝藥（acceptor）隔斷，可以防止微型雷管意外發(fā)火造成彈藥意外發(fā)火；彈藥發(fā)射后，發(fā)火元件點燃發(fā)火藥，發(fā)火藥產生的氣體推動滑塊到發(fā)火位置，使微型雷管與受主裝藥對正，彈藥可正常發(fā)火。

圖14 滑塊作動器結構［24］Fig.14 Structure of the slider actuator［24］

該滑塊作動器的止推、止退結構為過盈配合結構。在作用前，過盈結構可以將滑塊鎖定在安全位置；作用后，氣體產物對滑塊的推力大于過盈結構的摩擦力時，滑塊可被壓縮變形“進入”過盈結構部分，滑塊運動到發(fā)火位置后，過盈結構的摩擦力又可防止滑塊重新“返回”安全位置。

火藥力驅動的安保裝置有如下優(yōu)點：（1）與傳統(tǒng)機械環(huán)境力驅動的MEMS 安保裝置相比，火藥力驅動的MEMS 安保裝置中更多使用硅材料并采用MEMS技術制造，因此具有更小的體積和更輕的質量；（2）不受環(huán)境力約束；（3）小尺寸可實現大位移。但是由于微/納含能材料的制備工藝與MEMS 技術不兼容，通常在器件制造完成后才能進行含能材料的填充［25-26］。

2.3 電磁力驅動

電磁力驅動的MEMS 安保裝置通過裝置內的電磁線圈產生電磁力使隔板滑塊位移，解除保險，裝置由安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。

Walter H. Maurer［27-28］在2006 年提出了一種電磁驅動的MEMS 安保裝置，如圖15 所示。該裝置主要由預壓彈簧、隔板、滑塊和磁力鎖組成。在發(fā)射狀態(tài)下，傳感器將獲得武器速度和加速度的數據變化。當參數滿足發(fā)火要求時，電磁線圈將被啟動并將磁力鎖拉出。在不受磁力鎖限制的情況下，預壓彈簧將隔板向下推動（約800 μm），使爆炸序列對正。該裝置的尺寸為12 mm×12 mm×0.8 mm。

圖15 電磁驅動的安保裝置［27-28］Fig.15 Electro-magnetic MEMS S&A device［27-28］

2009 年，Zhanwen XI 等［29-30］提出了一種用于現代武器系統(tǒng)的電磁驅動MEMS 安保裝置，如圖16 所示，裝置的尺寸為20 mm×18 mm。當武器發(fā)射時，引信中的加速度傳感器將對相應信號（the backseat impact acceleration environment）進行檢測和處理，如果信號特征滿足設定條件，控制單元將發(fā)出指令，啟動一側鎖銷執(zhí)行器，鎖銷執(zhí)行器與磁鐵相互作用，使側鎖銷從安全槽中退出，解除第一道保險。當第二個環(huán)境信號出現，如彈丸離開炮口時信號被同樣檢測和處理，如果第二個環(huán)境信號正確，則控制電路將向另一邊的鎖定銷執(zhí)行器發(fā)送指令，從而使鎖銷從其安全槽中退出。當引信定時電路設置的延遲時間結束時，滑塊被拉動3 mm 到發(fā)火位置。當裝置處于發(fā)火狀態(tài)后，鎖銷執(zhí)行器被關閉，兩個鎖銷因彈簧彈力恢復到初始位置，滑塊被鎖定在發(fā)火位置。（stainless steel）。高沖擊環(huán)境下的測試結果表明，MEMS 安保裝置的結構能保持穩(wěn)定，即MEMS 安保裝置的結構具有較強的抗沖擊能力，該MEMS 安保裝置在引信安全系統(tǒng)中具有較好的應用前景。

圖16 用于現代武器系統(tǒng)的電磁驅動MEMS 安保裝置［29-30］Fig.16 Electromagnetic driven MEMS S&A device for modern weapon system［29-30］

在Walter［27-28］的研究基礎上，南京理工大學的吳志亮［31］在2010 年以某型小口徑單兵武器采用的空炸榴彈為背景，對Walter 提出的裝置進行了改進，如圖17 所示。該裝置與Walter 提出的裝置基本相同。不同之處在于，吳志亮提出的MEMS安保裝置的隔板由電磁線圈驅動（位移可達到3 mm），而不是釋放預壓縮彈簧。因此，整個機構需要引入3個電磁線圈，大大增加了封裝尺寸。該裝置的尺寸為13 mm×13 mm×20 mm。

圖17 電磁驅動的安保裝置［31］Fig.17 Electro-magnetic MEMS S&A device［31］

上述電磁驅動安保裝置的體積過大，不易于集成。為解決這一問題，北京理工大學Sun Yi 等［32］設計了一種電磁線圈更小且輸出力更大的新型電磁驅動安保裝置，如圖18 所示。該裝置的尺寸為15 mm×9 mm×0.5 mm。該電磁驅動安保裝置具有更大的驅動電磁力（17～40 mN），更小的電磁線圈尺寸（2.5 mm×6 mm×0.8 mm），更低的驅動電壓（5 V）。

圖18 新型電磁驅動安保裝置［32］Fig.18 Electro-magnetic MEMS S&A device［32］

上述三種電磁力驅動的安保裝置都需要在裝置中引入電磁線圈，這不能滿足微起爆系統(tǒng)微型化的技術要求，因此需要尋找一種新的電磁微驅動器，對其進行結構優(yōu)化或改良，并嘗試將其應用于MEMS 安保裝置中。

Xingdong Lv［33］在2015 年提出了一種大位移MEMS 電磁驅動器，如圖19 所示。該MEMS 驅動器由折疊梁（由鋁和二氧化硅構成）和一個可移動平臺構成。當磁場垂直于折疊梁平面，電流通過折疊梁時，產生的洛倫茲力會驅動平臺在xy平面上位移。洛倫茲力與磁場和驅動電流成正比，因此可通過改變電流輕松地控制橫向位移的大小。通過優(yōu)化驅動器的結構，當磁感應強度為0.14 T，電流為8 mA 時，實現了大于55 μm 的橫向位移。這種電磁驅動器體積更小，但是輸出位移有限，無法滿足安保裝置的需求。

圖19 大位移MEMS 電磁驅動器［33］Fig.19 MEMS electromagnetic actuator with large displacement［33］

磁流變液（Magnetorheological Fluid，簡稱MR 流體）是一種獨特的智能材料，一般是微米級或納米級的鐵磁顆粒（一般為羰基鐵顆粒）沉浸在非磁性載液中所形成的懸浮液，同時還有少量的其他輔助溶液。根據載液的不同可以分為磁流變液和磁流變脂［34］。

2018 年，JiaJia Zheng 等［35］提出了一種利用磁流變脂（magnetorheological grease，MRG）且適用于旋轉彈的MEMS 安保裝置，如圖20 所示。作為一種特殊的MR 流體，MRG 能夠在內徑為75～1000 μm 的微通道內暢通，并且還具有獨特的磁流變效果和強大的沉降穩(wěn)定性［36］。利用磁流變脂的MEMS 安保裝置的解保流程如圖21 所示。武器發(fā)射時，由于后坐力的作用，連接在彈簧上的后坐鎖被釋放，解除對旋轉底座（rotator）的第一道保險；同時，永磁體（PM）切斷剪切銷并脫離，由于沒有磁場的作用，MRG 在數毫秒內從半固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)。由于動態(tài)質量不平衡，旋轉底座將以預旋轉角度移動到與活塞的接觸位置，如圖21b所示。由于沒有磁場的作用，MRG 在離心力的作用下通過收縮通道，活塞也可以開始運動，如圖21c 所示。在MRG 完全流出殼體后，在彈體離心力的作用下，旋轉底座將完全旋轉至發(fā)火位置，此時，安保裝置完成解保，進入發(fā)火狀態(tài)，如圖21d 所示。

圖20 利用磁流變脂的MEMS 安保裝置［35］Fig.20 MEMS S&A device using magnetorheological grease［35］

圖21 MRG MEMS 安保裝置的工作流程［35］Fig.21 Work flow of MRG MEMS S&A device［35］

在適當的彈丸旋轉速度（＞20000 r·min-1）下，該安保裝置的解保延遲時間可視為MRG 流出通道所消耗的時間。因此，該安保裝置的解保延遲時間與彈體的旋轉速度成反比。JiaJia Zheng 的研究表明，通過調整MRG 粒子濃度、彈體旋轉速度、通道直徑等物理參數，可以有效地控制延遲時間。

為使引信或安保裝置能夠通過外部供電電路和判斷電路判別電磁保險的安全狀態(tài)和解保狀態(tài)，王海龍等［37］提出了一種具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器，其主要由電源線、信號輸入/輸出部件、勵磁線圈、動鐵芯、保險銷、銜鐵等組成。該電磁拔銷器在安全狀態(tài)下，動鐵芯在彈簧彈力的作用下，保險銷伸出殼體，用于鎖定安保機構的滑塊等。當電路接通后，勵磁線圈中通過電流，產生電磁力將保險銷吸附，使其克服彈簧彈力向上運動，直至保險銷完全沒入殼體，此時裝置處于解鎖狀態(tài)。當彈藥攻擊異常時，引信指令接收處理模塊將發(fā)出恢復指令，電磁拔銷器斷電，勵磁線圈產生的電磁力消失，保險銷因彈簧彈力重新返回到初始位置，裝置恢復到安全狀態(tài)。當加載的電壓大于28 V 時，電磁拔銷器的最短響應時間為3 ms。

磁力驅動的安保裝置幾乎不受發(fā)射環(huán)境的影響，這可以很大程度地提高武器系統(tǒng)的環(huán)境適應性［38-39］。但是這類安保裝置的缺點也非常明顯：受驅動原理和基底材料的限制，LIGA 工藝是唯一可行的制造方法，這將提高生產成本；此外，系統(tǒng)中還需要引入電磁線圈，這會增加器件的整體尺寸［6-7］。

2.4 電熱力驅動

電熱微作動器是基于材料的焦耳熱效應和熱膨脹原理進行工作的，是一種典型的電-熱-機耦合系統(tǒng)［40］。V 型電熱微作動器的基本結構為兩端固定在基底并且呈V 字型的懸臂梁，如圖22 所示。通常用V 型電熱微作動器的陣列形式并配有微杠桿，當電壓施加在兩端的錨點上，可實現大位移直線輸出。

圖22 V 型電熱微作動器器示意圖［40］Fig.22 V-shaped electro-thermal micro-actuator［40］

2016 年，Xiuyuan Li 等［41］提出了一種用于MEMS安保裝置的線性高速電熱微作動器，裝置由微彈簧、隔板及四個帶有微杠桿放大機構的V 型電熱作動器構成，微作動器芯片的面積為19.20 mm2。其隔板從安全狀態(tài)轉變到發(fā)火狀態(tài)的過程可分為四個子步驟，如圖23 所示。圖23a 為裝置的初始（安全）狀態(tài)，當檢測到發(fā)射命令后，一個短時間的電壓脈沖被施加在第一個作動器上（the first actuator），完成第一步運動（圖23b）；隨后，其余三個作動器被一系列的電壓脈沖激發(fā)，推動隔板到發(fā)火位置（圖23c）。該高速電熱微作動器可在23 V 的電壓下產生5.27 mN 的輸出力，并將隔板以35.66 mm·s-1的速度推動500 μm。通過DRIE（深反應離子蝕刻，Deep Reactive Ion Etching）技術將裝置制作在絕緣硅（SOI，Silicon on Insulator）晶圓上，該晶圓具有50 μm 的硅器件層，4 μm 的二氧化硅掩埋層和430 μm 的硅襯底層，從而可以滿足MEMS 安保裝置對驅動力和機械強度的要求。

圖23 高速電熱微作動器驅動過程［41］Fig.23 High-speed electrothermal micro-actuator driving process［41］

西安交通大學的胡騰江［42］于2017 年提出了一種由4 個電熱微作動器及微杠桿組成的電熱驅動安保裝置，如圖24 所示。以空腔為中心將4 個帶有微杠桿的V 型電熱作動器軸對稱地放置，這種布局不僅可以提高裝置的輸出性能，還便于形成聯鎖機構。在每個微杠桿的末端分別設計了四個滑塊（每個滑塊具有相同的齒和槽），通過與相鄰作動器的接觸，可以實現聯鎖的功能，從而形成隔斷。當裝置在高加速度情況下工作時，聯鎖機構將收縮變形，并保持滑塊覆蓋在空腔上。當17 V 的驅動電壓同時施加在4 個電熱作動器上時，裝置將在16 ms 內共產生402.18 μm 的位移，安保裝置從安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。

圖24 電熱驅動安保裝置［42］Fig.24 Electro-thermal MEMS S&A device［42］

2017 年，Xiaodong Zhou 等［43］設計了一種利用電熱作動器驅動的MEMS 安保裝置，并應用于爆炸序列中的激光斷路器，該安保裝置主要由電熱作動器和光纖構成，如圖25 所示。此裝置通過DRIE 技術被制作在SOI 晶圓上。電熱作動器與光纖直接耦合，在安全狀態(tài)下，光纖的兩端不對齊，激光能量無法傳輸；當接收到發(fā)火命令后，電壓加載在電熱作動器上，電熱作動器因熱膨脹原理將光纖的輸入端與輸出端對正，激光能量可成功傳輸，進而可以引發(fā)下一級含能藥劑。從安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)需要19 ms，裝置再次返回安全狀態(tài)僅需要10 ms。

圖25 電熱作動器驅動的激光斷路器［43］Fig.25 Laser interrupter driven by electrothermal actuator［43］

胡騰江［44］在2019 年提出了一種大位移電熱驅動安保裝置，如圖26 所示。兩個可分別驅動滑塊的棘爪被軸對稱地放置在機構中。棘爪由一個水平電熱作動器和一個垂直電熱作動器組成。水平電熱作動器用來拉動滑塊；垂直電熱作動器用來實現棘爪與滑塊間的嚙合與分離。棘爪和滑塊上的輪齒不僅可以實現互鎖的功能，還可以在工作時實現線性位移。該電熱驅動安保裝置的尺寸為8.5 mm ×8.5 mm ×0.8 mm。

圖26 大位移電熱驅動安保裝置［44］Fig.26 Electro-thermal S&A device with large displacement［44］

20 世紀90 年代，美國桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）［45-46］設計了一種由多晶硅制作的MEMS 安保裝置，該裝置利用靜電微引擎驅動抗干涉齒輪（counter-meshing gears），實現了24 位密碼強度的微機械密碼鎖。裝置解鎖后，可實現能量傳遞，一旦輸入錯誤的解碼信號，裝置將會立即鎖死。但是制作該裝置使用的多晶硅薄膜（1～2.5 μm）強度較低，且裝置的結構和制造工藝都較為復雜，不利于大規(guī)模生產、應用。

為了解決上述裝置的缺陷，同時減少強電磁環(huán)境對MEMS 安保裝置的影響，獲得更微型化、具有“密碼鎖定”功能，且易于與微起爆序列集成的MEMS 安保裝置，中國工程物理研究院化工材料研究所的房曠［47］提出了一種利用V 型電熱微作動器驅動的具有加密功能的MEMS 安保裝置，如圖27 所示。該安保裝置由隔斷盤（interrupter）、控制單元（clutch unit）、驅動單元（drive unit）、V 型梁構成，整體尺寸為13.4 mm×9.3 mm×0.454 mm?？刂茊卧纱怪彪姛嶙鲃悠骱臀⒏軛U組成，用于控制棘爪與隔斷盤之間的分離與嚙合；驅動單元由水平電熱作動器和微杠桿組成，用于拉動隔斷盤進而使其可在基底上旋轉；V 型梁可楔入隔斷盤上輪齒間的齒槽，用于固定隔斷盤的位置。轉盤的輪齒分為正常輪齒和陷阱輪齒，棘爪上設置有獨特的鎖定溝槽，當輸入錯誤的解碼電壓時可與陷阱輪齒中的簧片形成咬合鎖定，整個裝置被鎖死。

圖27 單齒輪隔斷MEMS 安保裝置［47］Fig.27 MEMS S&A device based on interrupter［47］

2020 年，Yuecen Zhao 等［48］設計了一種基于PDMS（聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane）的新型電熱驅動MEMS 安保裝置，如圖28 所示，該裝置可以在解除安全狀態(tài)后再次恢復到安全狀態(tài)。該裝置主要由基板、慣性安全機構、慣性安全卡鎖、防爆滑塊、V 型電熱微作動器、位移放大機構以及蓋板等組成。在安全狀態(tài)下，隔爆滑塊被位移放大機構鎖住，系統(tǒng)中的爆炸序列被隔斷；當武器系統(tǒng)發(fā)射后，慣性安全機構在離心力的作用下，釋放隔爆滑塊，并被鎖定機構鎖定；當彈丸超出炮口安全距離后，電熱微作動器在5 V 電壓的作用下開始輸出位移，并通過位移放大機構將隔爆滑塊推動約2 mm 到發(fā)火位置，使爆炸序列對正，武器處于發(fā)火狀態(tài)。當需要將裝置再次恢復到安全狀態(tài)時，通過停止施加在電熱微作動器的電壓，電熱微作動器冷卻后可返回到初始位置，同時隔爆滑塊也回到安全位置，爆炸序列被隔斷，系統(tǒng)重新回到安全狀態(tài)。

圖28 基于柔性材料的MEMS 安保裝置［48］Fig.28 MEMS S&A device based on flexible material［48］

電熱原理驅動的MEMS 安保裝置基于硅基，這使得這類安保裝置具有低成本、可批量生產、易于制造等特點［49］。然而，因硅的熱膨脹系數低的限制，整個系統(tǒng)需引入位移放大機制（微杠桿或微彈簧），這將增加整體結構的復雜性［50］。

硅基安保裝置具有小型化和集成化的特點，然而受硅材料性質（脆性）［51］的限制，器件在阻擋爆轟時幾乎不能保持完整。為了提高器件的結構強度，胡騰江提出了一種硅/金屬復合隔斷［52］。為了驗證復合隔斷的抗爆轟能力，將一個微雷管集成在器件中。試驗結果表明，復合隔斷在爆轟后仍能保持完整，表明硅/金屬復合隔斷可提升安保隔斷的阻隔能力。

2.5 壓電原理驅動

壓電微作動器是利用壓電材料（如陶瓷）具有逆壓電效應而制成的作動器。壓電材料在受到外力作用后，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷，這種現象稱為壓電效應；相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應。壓電微作動器具有結構簡單、快速響應、重量輕、功耗小、在斷電狀態(tài)可以自鎖及受電磁干擾小等優(yōu)點［53］。

2020 年，Dong Sun［54］，Jiong Wang 等［55］設計了一種使用H 型線性壓電作動器的MEMS 安保裝置，該裝置由H 型壓電作動器（H-shaped piezoelectric motor），底座，彈簧和陶瓷塊組成，如圖29 所示。其中，H 型壓電作動器由H 型金屬底座及六塊PZT（鋯鈦酸鉛壓電陶瓷）板組成，其中包括兩片縱振壓電陶瓷和四片彎振壓電陶瓷。

圖29 壓電驅動的MEMS 安保裝置［54-55］Fig.29 MEMS S&A device driven by piezoelectric actuator［54-55］

該H 型壓電作動器的工作原理示意圖如圖30 所示，當交流信號施加到縱振壓電陶瓷片上時，H 型壓電作動器激勵產生一階對稱縱振，此時驅動足在水平方向上產生伸縮運動；當交流信號施加到彎振壓電陶瓷片上時，H 型壓電作動器激勵產生二階對稱彎，此時驅動足在垂直方向上上下運動。當相位差為90°的交流信號分別施加到縱振與彎振壓電陶瓷片上，在驅動足上形成相位差為180°橢圓運動。若在H 型壓電作動器的兩側施加平行導軌，在驅動足與導軌之間摩擦力的作用下，驅動足的橢圓運動將驅動H 型壓電作動器前行。

圖30 H 型壓電作動器的工作流程示意圖［54-55］Fig.30 Schematic diagram of the working principle of the H-type piezoelectric actuator［54-55］

在120 V 的交變電壓驅動下，H 型壓電作動器可在25 ms 內實現3 mm 的固定位移，使傳火通道與傳火孔對正，完成解保；當輸入相反的信號時，裝置可重新返回安全狀態(tài)，傳火通道與傳火孔再次錯位。解除保險的最大速度與恢復保險的最大速度分別為120.6 mm·s-1和130.1 mm·s-1。

2.6 多原理共同驅動

在微米級尺寸下，慣性力的作用受到限制，在非旋轉或無后坐力的武器中無法將通過機械環(huán)境力解保的方式應用于MEMS 安保裝置。針對此技術難點，將機械環(huán)境力與其他解保方式結合，如電熱力解保，形成多原理共同驅動的MEMS 安保裝置。

Taylor T. Young［56］在2016 年提出了一種由機械環(huán)境力和電熱力共同驅動的MEMS 安保裝置，如圖31所示。該裝置由SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅）制作。裝置分為兩層，保險層和輸出層。保險層由命令鎖、后坐鎖、滑塊、電熱微作動器和點火器組成；輸出層由含能藥劑和起爆器組成。在安全狀態(tài)下，點火器與含能藥劑處于錯位位置，裝置被命令鎖、后坐鎖及電熱微作動器鎖定；當武器發(fā)射后，后坐鎖、微作動器和命令鎖依次解除保險，滑塊因離心力產生位移，滑塊上的起爆器與點火器對正，武器處于發(fā)火狀態(tài)。這種硅基的MEMS 安保裝置已應用于40 mm 口徑的手榴彈。

圖31 多原理驅動MEMS 安保裝置基本結構示意圖［56］Fig.31 Structure of multi-principle driven MEMS S&A device［56］

2020 年，胡騰江等［57-58］針對MEMS 安保裝置解除保險方式單一且不易感知低環(huán)境力的技術難點，將機械環(huán)境力解保與電熱力解保相結合，提出了低g值慣性延時電熱安保裝置，如圖32 所示。該裝置主要由硅隔板、平面扭簧、大小齒輪、滑塊及電熱鎖銷機構組成。在安全狀態(tài)下，齒輪組被鎖銷機構鎖定，硅隔板無法移動，保證了武器系統(tǒng)不會意外發(fā)火；當接收到解保信號后，電熱鎖銷機構在電信號（10 V直流電壓）的控制下解除對齒輪組的鎖定，此時，硅隔板可在慣性力的作用下移動。此裝置中齒輪組的作用為將低g 值下的慣性力放大；小齒輪的轉動撥動平面扭簧往復運動，硅隔板將緩慢移動。當硅隔板移動到發(fā)火位置后，電熱鎖銷機構將重新鎖死齒輪組，此時系統(tǒng)完成解保動作，從安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。該裝置可以在10 g 環(huán)境力（持續(xù)時間約700 ms）的作用下，實現560 ms 的延時輸出，輸出位移可達1.5 mm。裝置的尺寸為10 mm×10 mm×0.28 mm。

圖32 低g 值慣性延時電熱安保裝置［57］Fig.32 Structure of electro-thermal MEMS S&A device with low g value inertia delay［57］

上述兩種由多原理共同驅動的MEMS 安保裝置融合了電熱力驅動和機械環(huán)境力驅動的優(yōu)點，為武器系統(tǒng)增加了發(fā)火信號的多樣性，擴展了其在復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的應用前景［6］，為未來MEMS 安保裝置的設計提供了新的思路——將其他不同的驅動原理相結合，制造出安全性更高、可靠性更強的MEMS 安保裝置。

3 火工品與MEMS 安保裝置集成設計研究

3.1 MEMS 安保裝置的特性概述

基于不同驅動原理的MEMS 安保裝置可總結如表1。

表1 部分典型MEMS 安保裝置總結對比Table 1 Summaries and comparisons of some typical MEMS S&A devices

通過對以上不同驅動方式的MEMS 安保裝置進行對比總結，可按制造材料類型將其分為非硅基類和硅基類。非硅基安保裝置可通過感應環(huán)境力的改變，實現解除保險的功能。但是非硅基安保裝置體積大、智能化控制程度低，無法滿足現代武器系統(tǒng)微型化、智能化的發(fā)展需求。而硅基安保裝置，如電熱安保裝置，易于電信號輸入控制，結合傳感器技術，利用電熱驅動器實現保險的解除，將通過環(huán)境力的被動解保方式轉變?yōu)橛呻娦盘柨刂频闹鲃咏獗７绞?，具有更強的設計可拓展性；并且在電控條件下，安保裝置的輸出更精準，輸出位移可達0.5～2 mm。硅基安保裝置與微電子加工工藝有很好的兼容性，可實現與MEMS 火工品的一體化集成，為MEMS 火工品增添在復雜作戰(zhàn)環(huán)境中信息識別及發(fā)火控制的功能。

3.2 MEMS 安保裝置與火工品內置集成探討

根據爆炸序列中實現隔斷的結構不同，可將爆炸序列分為直列式爆炸序列和錯位式爆炸序列。其中直列式爆炸序列是指序列中的爆炸元件或含能藥劑一直處于對正位置，序列主要依靠爆炸元件自身的感度滿足安全性要求，進而保證勤務狀態(tài)下的安全性，若初始元件或藥劑的感度過高，會導致整體系統(tǒng)的安全性較差；而錯位式爆炸序列是指在勤務狀態(tài)下，將敏感爆炸元件產生的能量與下一級的爆炸元件或藥劑隔斷，保證初始元件意外發(fā)火不會引爆下一級裝藥［59］。因此爆炸序列通常使用錯位式結構。

但是隨著高新技術的出現和快速發(fā)展，爆炸序列中可以不含有敏感元件或藥劑，序列的安全性通過安全保險裝置得到保證。這種內置安全保險裝置的爆炸序列，在保證安全性和可靠性的同時又很大程度上簡化了序列的結構，減小了序列的體積，符合武器系統(tǒng)微型化的發(fā)展需求［60］。微電子技術與MEMS 技術的發(fā)展以及其在軍工領域的應用，進一步推動了內置安保機構的微起爆序列的發(fā)展與進步。

MEMS 火工品是采用微細加工技術和微裝藥技術將多個含能單元、微機械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)集成為具有多功能的含能模塊或芯片。MEMS 火工品具有微型化、集成化、多功能化、高精度和高可靠性的特點，與傳統(tǒng)火工品相比，其具備更高的安全性和可靠性。MEMS 安全保險裝置能夠與含能復合薄膜換能元集成，形成具有高度集成化、高安全可靠性特點MEMS火工品。這種MEMS 火工品將微結構換能元、微納含能藥劑與微安全機構進行了一體化集成設計，可實現起爆、傳爆、隔爆等功能，提高了火工品的安全性與可靠性，符合下一代火工品的發(fā)展方向［2］。

這種內置安全保險裝置的MEMS 火工品主要由起爆器、蓋板、安保裝置及PCB 板組成，如圖33 所示。其中主要功能部件為起爆器和安保裝置。起爆器由含能復合薄膜換能元組成；安保裝置為由微執(zhí)行器驅動的隔斷機構，可實現隔板的大位移運動。作用原理如圖34 所示，在安全狀態(tài)下，安保裝置中的隔板將起爆器與傳爆孔隔斷，起爆器產生的火焰無法通過傳爆孔引爆下一級裝藥；當接收到解保指令后，隔斷機構中的隔板打開，使起爆器與傳爆孔對正，起爆器產生的火焰可成功引發(fā)下一級裝藥。

圖33 內置安全保險裝置的MEMS 火工品結構示意圖［61］Fig.33 Structure of the MEMS initiator with built-in S&A device［61］

圖34 內置安全保險裝置的MEMS 火工品作用原理［61］Fig.34 The principle of the MEMS initiator with built-in S&A device［61］

2021 年，胡騰江等［62］提出了一種具有內置安保裝置的MEMS火工品，如圖35所示。該火工品由MEMS換能元及MEMS 安保裝置構成，尺寸為11 mm×12 mm×1.2 mm。Al/CuO 多層反應薄膜被沉積在MEMS 換能元的Ni-Cr 橋上，用來增加能量輸出；MEMS 安保裝置被設置在傳爆序列中，在11 V 的電壓驅動下，安保裝置的輸出位移可達到1 mm（大于傳火孔直徑600 μm），將裝置從安全狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。在發(fā)火狀態(tài)下，64 V 脈沖電壓可引發(fā)MEMS 換能元爆炸，火焰高度可達8 mm；而在安全狀態(tài)下，即使換能元意外發(fā)火，產生的火焰也無法通過傳火孔。

圖35 內置MEMS 安保裝置的MEMS 火工品［62］Fig.35 The basic structure of the MEMS initiator［62］

通過裝配平臺，將MEMS 安保裝置中的傳火通道與涂有環(huán)氧膠EPO 330 的MEMS 換能元中的鎳鉻橋對準。在110 ℃和0.1 MPa 的條件下，MEMS 換能元和MEMS 安保裝置緊密結合在一起，形成具有內置安保裝置的MEMS 火工品?？紤]到控制信號（低電流）與發(fā)火信號（大電流）之間的差異，采用直徑25 μm 的金線實現MEMS 安保裝置與PCB 板之間的連接，MEMS 換能元通過焊接與PCB 板連接。

內置安全保險裝置的MEMS 火工品，即將MEMS安保裝置與MEMS 火工品集成，在火工品層面上實現安全保險控制的功能。通過電信號主動控制保險機構動作，可實現微起爆序列的隔斷與對正，有效地提高了火工品的安全性和可靠性，結合微尺度傳爆序列技術、MEMS 技術及先進微機械加工技術實現其微型化智能化設計，符合下一代火工品的發(fā)展要求，為新型火工品的設計提供了參考。

4 總結與展望

20 世紀初提出了MEMS 安保裝置的概念，經過近二十年的發(fā)展，其集成化、小型化和智能化的器件特性已經得到廣泛應用。目前，MEMS 安保裝置的發(fā)展趨勢可總結為以下三點：

（1）增加輸出位移。微含能材料的輸出能量密度遠高于傳統(tǒng)的宏觀含能材料，因此需要MEMS 安保裝置提供更大的輸出位移，以保證器件的整體安全性能。目前可達到微米級的輸出位移。

（2）主動的驅動方式。早期的MEMS 安保裝置只能在特定的慣性環(huán)境下驅動，這種被動驅動方式很難滿足當前復雜的戰(zhàn)場環(huán)境要求。而主動驅動方式，例如電熱驅動，能更好地滿足下一代武器系統(tǒng)智能化的發(fā)展需求。

（3）精密的結構。MEMS 安保裝置的制造方法逐漸由LIGA 工藝轉變?yōu)楣韫に嚕怪圃斐鲶w積更小、結構更復雜、功能高度集成的裝置成為可能。通過集成設計，實現檢測、驅動、隔爆、傳爆功能的一體化。

通過以上對MEMS 安保裝置的總結，可以發(fā)現存在的不足，目前的MEMS 安保裝置尙不具備隔斷自恢復功能。為了拓展火工品的安全設計，提高火工品的安全性和可靠性，未來發(fā)展需要一種具備隔斷自恢復功能的MEMS 火工品，即武器系統(tǒng)斷電后安保裝置可自主恢復并鎖定在安全位置。具備隔斷自恢復功能的MEMS 火工品在解決未爆彈等武器裝備的安全問題上有著關鍵作用。作為武器系統(tǒng)中的關鍵部件，具備可恢復隔斷功能的MEMS 火工品將會提高武器系統(tǒng)整體的安全性與可靠性，這也是火工品未來的主要發(fā)展方向之一。