[发明专利]微机电万向惯性开关

说明书

技术领域

本发明属于微控制开关技术领域，具体涉及一种靠感知惯性力而闭合的微机电开关的结构设计，尤其是能感知平面内任意方向的惯性力而闭合。

背景技术

微机电（MEMS）惯性开关是对加速度的变化敏感提供开关闭合动作的MEMS执行器，也称阈值开关、加速度开关或者g值开关，它是将机械和电统一结合的产物。MEMS惯性开关不但体积小、响应快、能够捕捉微弱的信号，而且工艺性能好，适合批量生产，降低加工成本。

目前，公知的惯性开关大多由惯性锤、弹簧和固定电极组成，采用精密机械加工技术完成加工、装配和调试，不但体积大、结构复杂、精度低而且很难保证多角度响应。一般的惯性开关只能实现单一方向感知加速度而闭合。对于应用于弹药的微惯性开关，弹丸多角度碰目标时开关都应该能够可靠工作，而对于汽车或者其它民用产品的微惯性开关，也要求开关能够实现多角度碰击而闭合（或断开），这就需要一种能够多角度捕捉惯性加速度而闭合的万向惯性开关。

发明内容

为了克服现有的惯性开关无法捕捉多角度的惯性加速度的不足，本发明提供一种微机电万向惯性开关，该开关不仅体积大大缩小，而且能够感知平面内任一方向的惯性加速度而闭合。该开关结构简单、加工一次成形无需装配，因此各方向的灵敏度一致、可靠性高。

采用的技术方案是：

微机电万向惯性开关，包括上玻璃板、下玻璃板、固定电板和动电极组件，固定电板和动电极组件夹设在上玻璃板和下玻璃板之间。动电极组件包括环形质量框、四根折叠式悬臂梁，四根折叠式悬臂梁设置在环形质量框内，环形质量框的内端与四根折叠式悬臂梁连接，四根折叠式悬臂梁的另一端固定于锚点上，使环形质量框形成悬空状态，锚点的上下端分别与上玻璃板和下玻璃板固定连接。环形质量框作为可动电极与固定电极之间存在一定的间隙，使两电极在不工作状态下处于断路状态。

上述动电极组件为硅质结构件，且环形质量框与四根折叠悬臂梁厚度一致，方便刻蚀加工。锚点两端分别与上玻璃板和下玻璃板固定连接。由于硅质结构件夹设在上玻璃板和下玻璃板之间，硅质结构件通过键合与上、下玻璃板形成玻璃一硅一玻璃结构。

环形质量框由四根折叠悬臂梁支撑，形成悬空状态，四根折叠式悬臂梁位于环形内部，且由锚区固定在底部的玻璃基板上。环形质量框作为可动电极和外部的固定电极有一定间隙，当器件受到x-y平面内任一方向的惯性加速度时，环形质量框朝着该方向运动，当外部的惯性加速度达到一定阈值时，可动电极和固定电极接触，开关闭合。由于该开关的可动电极采用环形结构，保证了x-y平面内可动电极和固定电极之间的间隙在任何方向都一样，即各方向都能捕捉惯性加速度且各方向加速度的阈值一致。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1. 多弹性支撑的结构能保证悬臂梁的变形和质量块的运动同步协调，而且节省空间。

2. 环形质量框结构，实现了单一质量对XY平面周向360°碰撞的触发，从根本上避免了由两个或多个碰撞开关组合产生的安装误差和质心误差，并且大大减小了体积和成本。

3. 结构简单，无需装配，避免了装配误差。

4. 有较强的抗干扰性和可靠性，整个作用过程无需电源供电，且外接电路简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进作一步说明。

图1是开关总体结构的剖面示意图。

图2是开关中间结构层的俯视示意图。

图3是开关中间结构层的剖面示意图。

图4是开关的没工作示意图。

图5是开关工作状态示意图。

具体实施方式

微机电万向惯性开关，包括上玻璃板5、下玻璃板6、固定电极1和动电极组件，固定电板1和动电极组件夹设在上玻璃板5和下玻璃板6之间。动电极组件包括环形质量框2、四根折叠式悬臂梁3，环形质量框2为动电极，四根折叠式悬臂梁3设置在环形质量框2内，环形质量框2的内端与四根折叠式悬臂梁3连接，四根折叠式悬臂梁3的另一端固定于锚点4上，使环形质量框2形成悬空状态，锚点4的上下端分别与上玻璃板5和下玻璃板6固定连接。环形质量框2作为动电极与固定电极1之间存在间隙，固定电极1与动电极2在不工作状态下处于断路状态。

上述动电极组件为硅质结构件，且环形质量框2与四根折叠悬臂梁3厚度一致，方便刻蚀加工。锚点4高于折叠式悬臂梁高，由于硅质结构层夹设在上玻璃板和下玻璃板之间，硅质结构件通过键合与上、下玻璃板形成玻璃一硅一玻璃结构。