[发明专利]一种四稳态碰撞传感器

说明书

技术领域

一种四稳态碰撞传感器，属于精密微机电系统和碰撞传感器技术领域。

背景技术

碰撞传感器能够准确地感应碰撞强度，并根据预先设定的阈值来判断碰撞危险程度，为完全保护控制系统提供可靠的决策信息，在武器系统、航空航天、车辆安全系统及民用消费电子领域具有广泛的应用前景。 

作为安全控制系统的关键传感器件，碰撞传感器不仅需要快速而准确的评估碰撞方向和危险程度，并接通安全保护电路，还要考虑应用环境中干扰因素的影响，这就限制了一些基于多物理场效应研制的传感器的应用，如磁场式和电场式传感器能耗问题和抗干扰问题。目前碰撞传感器的功能主要集中于单阈值单方向的碰撞感应，难以判断两次以上的连续碰撞或对碰撞强度进行判断等。而电子式碰撞传感器主要依靠加速度计来感应碰撞，同时需要复杂的测试电路和信号处理电路，这不仅增加了传感器测量系统的成本，还受制于加速度计的工作精度和环境干扰影响等，严重影响了安全系统的响应速度和可靠性。综合调研发现，碰撞传感器的阈值感应个数和抗干扰能力是限制其性能提升的关键因素。 

因此，采用非线性纯机械结构来实现多个同向或异向碰撞阈值的感应功能，是提高传感器系统的精度和可靠性的重要途径，既可以满足多级安全保护系统的应用需求，又可以避免外界电磁场的干扰和能耗问题。

发明内容

为了满足现代碰撞多级安全保护系统对于多阈值、多方向及低能耗碰撞传感器的应用需求，本发明提供了一种双阈值四稳态碰撞传感器，属于精密微机电系统和碰撞传感器技术领域，可用于碰撞安全保护系统、航空航天控制系统、武器系统、仪器跌落保护以及病人摔倒监护系统等。 

本发明的技术方案是：一种用于安全气囊的四稳态碰撞传感器，其包括：质量块、平行梁、固定块、触点组，其特征在于：所述质量块包含一个质量块一、质量块二和质量块三，采用平行梁把质量块一、二、三和固定块连接，构成内外嵌套的三层平行梁支撑结构，平行梁一和平行梁二连接质量块一的内侧与质量块二的外侧，平行梁三和平行梁四连接质量块二的内侧与质量块三的外侧，平行梁五和平行梁六连接质量块三的内侧与位于固定块上侧梁的外侧，侧梁的两端与固定块连接，形成左右对称结构，所述触点组包括触点一、触点二和触点三及其连接至外部的电路，所述触点一位于质量块一竖直方向的外侧，所述触点二位于沿竖直方向质量块二的外侧和质量块一的内侧，所述触点三位于沿竖直方向质量块三的外侧和质量块二的内侧；所述触点一、二、三分别位于质量块同一侧的外侧。 

当所述质量块三沿竖直方向运动，所述质量块三与所述触点三接触时，所述平行梁五和所述平行梁六发生变形，碰撞传感器位于第二稳态。 

当所述质量块三位置保持不变，所述质量块二沿竖直方向运动并与所述触点二接触时，所述平行梁三和所述平行梁四发生变形，碰撞传感器位于第三稳态。 

当所述质量块二、三位置保持不变，所述质量块一沿竖直方向运动并与所述触点一接触时，所述平行梁一和所述平行梁二发生变形，碰撞传感器位于第四稳态。 

所述质量块、触点组均采用金属导电材料。 

所述质量块均采用方形中空结构，两侧的宽度大于上下部分的宽度。所述质量块一的内侧设有供平行粱固定用的侧梁。所述质量块二、三的内侧及外侧均设有供平行粱固定用的侧梁。

本发明中装置的工作特性为，该碰撞传感器无需处理器和驱动装置即可迅速判断碰撞强度等级，发出控制信号。当外界碰撞强度低于第一危险阈值时，平行梁结构不发生屈曲变形，质量块保持原位置，传感器处于第一稳态；当外界碰撞强度高于第一危险阈值且小于第二危险阈值时，所述质量块三沿竖直方向运动，所述质量块三与所述触点三接触时，所述平行梁五和所述平行梁六发生变形，碰撞传感器位于第二稳态；当外界碰撞强度高于第二危险阈值且小于第三危险阈值时，所述质量块三位置保持不变，所述质量块二沿竖直方向运动并与所述触点二接触时，所述平行梁三和所述平行梁四发生变形，碰撞传感器位于第三稳态；当外界碰撞强度高于第三危险阈值，所述质量块二、三位置保持不变，所述质量块一沿竖直方向运动并与所述触点一接触时，所述平行梁一和所述平行梁二发生变形，碰撞传感器位于第四稳态；当连续发生二次碰撞时，即第一次碰撞大于第一危险阈值、第二次碰撞大于第二危险阈值且小于第三危险阈值，此时平行梁五和平行梁六首先变形，质量块三接触触点三，然后平行梁三和平行梁四发生变形，质量块二接触触点二，实现连续碰撞类型的感应功能。 

本发明与现有技术相比具有如下优点：