[发明专利]一种微机械万向碰撞开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械惯性开关装置，特别是一种带有柔性支撑固定电极和限位销的微机械万向碰撞开关。

背景技术

以微机电技术为基础的惯性开关具有体积小、重量轻、成本低和易集成等优点，在汽车安全气囊、货物运输、碰撞记录以及弹药发射、引信起爆等领域都有着迫切的应用需求和广泛的应用前景，如在弹药发射过程中感应后坐或离心加速度，在战斗部碰击目标时引信的万向触发等。目前，公知的微机械惯性开关是由弹簧支撑质量块为动电极并与固定电极组成的惯性接触系统，分为触发和闭锁两种，对于触发型开关要求闭合后自动断开，而闭锁型开关要求闭合以后不再断开。触发型开关的作用过程为：当开关受到加速度冲击时，质量块发生与加速度方向相反的相对位移，与固定电极接触而后自动分离，迅速完成开关的通断动作。但是，现有触发型开关能感应的加速方向范围有限，往往是单向、双向、一个平面的圆周方向或是以上的组合方向，还不能对一个半球面内所有方向的加速度都有效响应。对于需要对半球面内任意方向加速度都要感应的装置，以上开关无法满足要求，或为了满足要求而在不同方向上安装多个开关，提高了成本。

美国专利US 6765160 B1公布了一种万向微机械冲击开关，由蛇形弹簧支撑方形质量块组成弹簧质量系统。能有效响应水平方向与垂直方向的加速度冲击。但由于质量块采用的方形结构，此发明对不同水平方向的加速度冲击响应效果不同，方向适应能力受到限制。

中国发明专利CN 101789329 A 公开了一种三维多方向敏感的微机械惯性电学开关。对水平和垂直的多个方向的加速度冲击能有效响应。但由于没有设置限位销，应用在高速旋转载体时，无法避免质量块的水平旋转。加之质量块用于碰撞的外侧边沿的曲率半径较小以及固定电极形状较小的原因，当质量块同时发生旋转和水平移动时，不能保证开关可靠闭合。另外此发明专利中发生碰撞的固定电极采用刚性支撑，碰撞接触时间较短，不利于接触信号的采集与处理。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种微机械万向碰撞开关，对于来自绝缘衬底上方，在开关径向或轴向分量达到阈值大小的所有加速度冲击都能有效闭合；通过将开关的固定电极改为柔性支撑方式，很大程度上延长了碰撞接触时间，保证有效电信号的输出；并设计有限位销，防止质量块产生过大的位移和自身的旋转，对结构在过载情况下起到有效的保护作用。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微机械万向碰撞开关，包括绝缘衬底、中心弹簧支撑座、多个固定电极支撑座、多个弧形支撑弹簧、多个蛇形支撑弹簧、环形质量块、多个固定电极和多个限位销，中心弹簧支撑座固定设置在绝缘衬底的中心位置，由中心弹簧支撑座作为支撑点固定弧形支撑弹簧的一端，弧形支撑弹簧的另一端共同连接并支撑起环形质量块，使环形质量块悬空设置在绝缘衬底上；固定电极支撑座固定设置在绝缘衬底上，均匀分布于环形质量块外侧，并通过蛇形支撑弹簧连接固定电极，使固定电极7悬空设置在绝缘衬底上；在环形质量块的边缘位置上均匀开有数个凹口，每个凹口均位于相邻的两个固定电极之间，限位销设置在凹口内并固定在绝缘衬底上，限制环形质量块水平和垂直方向的过大位移及自身的旋转。

所述弧形支撑弹簧的个数大于等于3个；固定电极支撑座、蛇形支撑弹簧和固定电极的个数相等且大于等于4个。

所述固定电极7设置在环形质量块的外侧，固定电极是与环形质量块为同心圆的带翻边的圆弧梁，由圆弧侧板与圆弧顶板相互垂直连接而成；圆弧侧板与环形质量块之间存在径向接触间隙为10~50微米，圆弧顶板覆盖环形质量块外侧的一部分，圆弧顶板与环形质量块之间存在轴向接触间隙为10~50微米。

所述蛇形支撑弹簧与环形质量块在同一水平位置，是一匝或多匝的对称弹簧组；线宽为10~30微米，厚度为20~80微米。

所述限位销由圆柱形销柱和圆盘形销帽连接构成，凹口与销柱径向限位间隙为20~60微米，切向限位间隙为 15~55微米；径向限位间隙大于切向限位间隙，且径向与切向限位间隙都大于径向接触间隙；环形质量块与限位销的销帽间存在轴向限位间隙为30~80微米，轴向限位间隙大于轴向接触间隙。

本发明与现有技术相比，其显著优点：针对以往的微机械惯性开关只能对特殊方向加速度敏感，能感知的加速度方向范围有限的问题，本发明是一种由若干弧形梁共同支撑环形质量块作可动电极，蛇形弹簧支撑带翻边的圆弧梁作固定电极的微机械万向碰撞开关，能同时感应来自绝缘衬底上方所有方向的加速度冲击作用；蛇形弹簧支撑固定电极的设计有效改善了接触效果并延长了接触时间；限位销的设计保证了开关具有较好的抗过载性能。