專利名稱：微機(jī)電萬向慣性開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微控制開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靠感知慣性力而閉合的微機(jī)電開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其是能感知平面內(nèi)任意方向的慣性力而閉合。
背景技術(shù)：
微機(jī)電(MEMS)慣性開關(guān)是對(duì)加速度的變化敏感提供開關(guān)閉合動(dòng)作的MEMS執(zhí)行器，也稱閾值開關(guān)、加速度開關(guān)或者g值開關(guān)，它是將機(jī)械和電統(tǒng)一結(jié)合的產(chǎn)物。MEMS慣性開關(guān)不但體積小、響應(yīng)快、能夠捕捉微弱的信號(hào)，而且工藝性能好，適合批量生產(chǎn)，降低加工成本。目前，公知的慣性開關(guān)大多由慣性錘、彈簧和固定電極組成，采用精密機(jī)械加工技術(shù)完成加工、裝配和調(diào)試，不但體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低而且很難保證多角度響應(yīng)。一般的慣性開關(guān)只能實(shí)現(xiàn)單一方向感知加速度而閉合。對(duì)于應(yīng)用于彈藥的微慣性開關(guān)，彈丸多角度碰目標(biāo)時(shí)開關(guān)都應(yīng)該能夠可靠工作，而對(duì)于汽車或者其它民用產(chǎn)品的微慣性開關(guān)，也要求開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)多角度碰擊而閉合(或斷開)，這就需要一種能夠多角度捕捉慣性加速度而閉合的萬向慣性開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的慣性開關(guān)無法捕捉多角度的慣性加速度的不足，本發(fā)明提供一種微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，該開關(guān)不僅體積大大縮小，而且能夠感知平面內(nèi)任一方向的慣性加速度而閉合。該開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、加工一次成形無需裝配，因此各方向的靈敏度一致、可靠性聞。采用的技術(shù)方案是:
微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，包括上玻璃板、下玻璃板、固定電板和動(dòng)電極組件，固定電板和動(dòng)電極組件夾設(shè)在上玻璃板和下玻璃板之間。動(dòng)電極組件包括環(huán)形質(zhì)量框、四根折疊式懸臂梁，四根折疊式懸臂梁設(shè)置在環(huán)形質(zhì)量框內(nèi)，環(huán)形質(zhì)量框的內(nèi)端與四根折疊式懸臂梁連接，四根折疊式懸臂梁的另一端固定于錨點(diǎn)上，使環(huán)形質(zhì)量框形成懸空狀態(tài)，錨點(diǎn)的上下端分別與上玻璃板和下玻璃板固定連接。環(huán)形質(zhì)量框作為可動(dòng)電極與固定電極之間存在一定的間隙，使兩電極在不工作狀態(tài)下處于斷路狀態(tài)。上述動(dòng)電極組件為硅質(zhì)結(jié)構(gòu)件，且環(huán)形質(zhì)量框與四根折疊懸臂梁厚度一致，方便刻蝕加工。錨點(diǎn)兩端分別與上玻璃板和下玻璃板固定連接。由于硅質(zhì)結(jié)構(gòu)件夾設(shè)在上玻璃板和下玻璃板之間，硅質(zhì)結(jié)構(gòu)件通過鍵合與上、下玻璃板形成玻璃一硅一玻璃結(jié)構(gòu)。環(huán)形質(zhì)量框由四根折疊懸臂梁支撐，形成懸空狀態(tài)，四根折疊式懸臂梁位于環(huán)形內(nèi)部，且由錨區(qū)固定在底部的玻璃基板上。環(huán)形質(zhì)量框作為可動(dòng)電極和外部的固定電極有一定間隙，當(dāng)器件受到χ-y平面內(nèi)任一方向的慣性加速度時(shí)，環(huán)形質(zhì)量框朝著該方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外部的慣性加速度達(dá)到一定閾值時(shí)，可動(dòng)電極和固定電極接觸，開關(guān)閉合。由于該開關(guān)的可動(dòng)電極采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，保證了 χ-y平面內(nèi)可動(dòng)電極和固定電極之間的間隙在任何方向都一樣，即各方向都能捕捉慣性加速度且各方向加速度的閾值一致。本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.多彈性支撐的結(jié)構(gòu)能保證懸臂梁的變形和質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)同步協(xié)調(diào)，而且節(jié)省空間。2.環(huán)形質(zhì)量框結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單一質(zhì)量對(duì)XY平面周向360°碰撞的觸發(fā)，從根本上避免了由兩個(gè)或多個(gè)碰撞開關(guān)組合產(chǎn)生的安裝誤差和質(zhì)心誤差，并且大大減小了體積和成本。3.結(jié)構(gòu)簡單，無需裝配，避免了裝配誤差。4.有較強(qiáng)的抗干擾性和可靠性，整個(gè)作用過程無需電源供電，且外接電路簡單。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)作一步說明。圖1是開關(guān)總體結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2是開關(guān)中間結(jié)構(gòu)層的俯視示意圖。圖3是開關(guān)中間結(jié)構(gòu)層的剖面示意圖。圖4是開關(guān)的沒工作示意圖。圖5是開關(guān)工作狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，包括上玻璃板5、下玻璃板6、固定電極I和動(dòng)電極組件，固定電板I和動(dòng)電極組件夾設(shè)在上玻璃板5和下玻璃板6之間。動(dòng)電極組件包括環(huán)形質(zhì)量框
2、四根折疊式懸臂梁3，環(huán)形質(zhì)量框2為動(dòng)電極，四根折疊式懸臂梁3設(shè)置在環(huán)形質(zhì)量框2內(nèi)，環(huán)形質(zhì)量框2的內(nèi)端與四根折疊式懸臂梁3連接，四根折疊式懸臂梁3的另一端固定于錨點(diǎn)4上，使環(huán)形質(zhì)量框2形成懸空狀態(tài)，錨點(diǎn)4的上下端分別與上玻璃板5和下玻璃板6固定連接。環(huán)形質(zhì)量框2作為動(dòng)電極與固定電極I之間存在間隙，固定電極I與動(dòng)電極2在不工作狀態(tài)下處于斷路狀態(tài)。上述動(dòng)電極組件為硅質(zhì)結(jié)構(gòu)件，且環(huán)形質(zhì)量框2與四根折疊懸臂梁3厚度一致，方便刻蝕加工。錨點(diǎn)4高于折疊式懸臂梁高，由于硅質(zhì)結(jié)構(gòu)層夾設(shè)在上玻璃板和下玻璃板之間，硅質(zhì)結(jié)構(gòu)件通過鍵合與上、下玻璃板形成玻璃一硅一玻璃結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，包括上玻璃板(5)、下玻璃板(6)、固定電極(I)和動(dòng)電極組件，其特征在于所述的固定電極(I)和動(dòng)電極組件夾設(shè)在上玻璃板(5)和下玻璃板(6)之間，動(dòng)電極組件包括環(huán)形質(zhì)量框(2)、四根折疊式懸臂梁(3)，環(huán)形質(zhì)量框(2)為動(dòng)電極，四根折疊式懸臂梁(3 )設(shè)置在環(huán)形質(zhì)量框(2 )內(nèi)，環(huán)形質(zhì)量框(2 )的內(nèi)端與四根折疊式懸臂梁(3)連接，四根折疊式懸臂梁(3)的另一端固定于錨點(diǎn)(4)上，使環(huán)形質(zhì)量框(2)形成懸空狀態(tài)，錨點(diǎn)(4)的上下端分別與上玻璃板(5)和下玻璃板(6)固定連接，環(huán)形質(zhì)量框(2)作為動(dòng)電極與固定電極⑴之間存在間隙，固定電極⑴與動(dòng)電極⑵在不工作狀態(tài)下處于斷路狀態(tài)。
全文摘要
微機(jī)電萬向慣性開關(guān)，包括上玻璃板、下玻璃板、固定電極和動(dòng)電極組件，其特征在于所述的固定電極和動(dòng)電極組件夾設(shè)在上玻璃板和下玻璃板之間，動(dòng)電極組件包括環(huán)形質(zhì)量框、四根折疊式懸臂梁，環(huán)形質(zhì)量框?yàn)閯?dòng)電極，四根折疊式懸臂梁設(shè)置在環(huán)形質(zhì)量框內(nèi)，環(huán)形質(zhì)量框的內(nèi)端與四根折疊式懸臂梁連接，四根折疊式懸臂梁的另一端固定于錨點(diǎn)上，使環(huán)形質(zhì)量框形成懸空狀態(tài)，錨點(diǎn)的上下端分別與上玻璃板和下玻璃板固定連接,環(huán)形質(zhì)量框作為動(dòng)電極與固定電極之間存在間隙，固定電極與動(dòng)電極在不工作狀態(tài)下處于斷路狀態(tài)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，無需裝配，避免了裝配誤差。
文檔編號(hào)H01H35/14GK103198971SQ20131009106
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者劉雙杰, 郝永平 申請(qǐng)人:沈陽理工大學(xué)