[發(fā)明專利]一種可識別載荷方位區(qū)間的MEMS萬向慣性開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610300913.4
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN107359057B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 席占穩(wěn);孔南;聶偉榮;曹云;余平新
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: H01H1/00
• 分類號: H01H1/00;H01H35/14
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開了一種可識別載荷方位區(qū)間的MEMS萬向慣性開關(guān)，包括絕緣襯底、軸向電極支撐座、徑向電極支撐座、彈簧支撐座、軸向電極、環(huán)形慣性質(zhì)量塊電極、限位止擋柱、徑向電極、蛇形支撐彈簧、徑向電極連接條、軸向電極連接條和至少一個質(zhì)量塊電極連接條，不僅可以對來自襯底上方任一方向的加速度載荷都有良好的響應(yīng)，起到開關(guān)通斷的作用，而且能夠有效識別出開關(guān)所受到加速度載荷的空間方位，解決了已有的MEMS萬向慣性開關(guān)不具備識別載荷空間方位的問題，且開關(guān)閉合的軸向閾值大于徑向閾值，實現(xiàn)了開關(guān)軸向鈍感徑向敏感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微機電慣性裝置，具體涉及一種可識別載荷方位區(qū)間的MEMS萬向慣性開關(guān)。

背景技術(shù)

以微機電技術(shù)為基礎(chǔ)的MEMS慣性開關(guān)具有體積小、重量輕、成本低和易集成等優(yōu)點，在汽車安全氣囊、貨物運輸、碰撞記錄以及彈藥發(fā)射、引信起爆等領(lǐng)域都有著迫切的應(yīng)用需求和廣泛的應(yīng)用前景，如在彈藥發(fā)射過程中感應(yīng)后坐或離心加速度，在戰(zhàn)斗部碰擊目標時引信的萬向觸發(fā)等。近年來隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，從單軸向敏感到多軸向敏感，從單閾值到多閾值發(fā)展，國內(nèi)外研究人員設(shè)計了多種MEMS慣性開關(guān)結(jié)構(gòu)，如上海交大的研究人員在延長開關(guān)的接觸時間方面做了大量工作并設(shè)計出多種結(jié)構(gòu)。Luke J.Currano等將閾值不同的五個開關(guān)集成在一起制造了一個能夠區(qū)別x、y、z方向加速度的多閾值慣性開關(guān)。但這些均是只針對加速度幅值大小的開關(guān)，并不能識別出開關(guān)所受加速度載荷方位信息。然而物體所受沖擊載荷的方位是一個重要的信息，在貴重物品運輸，環(huán)境振動檢測，定向起爆戰(zhàn)斗部等方面，可識別載荷方位的MEMS萬向慣性開關(guān)有巨大的應(yīng)用潛力。

碩士學(xué)位論文(引信用MEMS萬向慣性開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化南京理工大學(xué)2015碩士學(xué)位論文余平新)設(shè)計并加工了一種MEMS萬向慣性開關(guān)，通過引入圓形質(zhì)量塊、柔性電極結(jié)構(gòu)以及十字止擋柱，使得開關(guān)對來自襯底上方任一方向的加速度都有良好的響應(yīng)并具有較好的抗高過載性能。但是該開關(guān)只能感應(yīng)加速度載荷并起到開關(guān)通斷的作用，卻不具備識別開關(guān)接通時各個電極的閉合狀態(tài)以及閉合順序的能力，因此沒有感知加速度載荷方位的能力。

美國專利US 6765160 B1公開了一種萬向微機械沖擊開關(guān)，由蛇形彈簧支撐方形質(zhì)量塊組成彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，開關(guān)能響應(yīng)水平方向與垂直方向的加速度沖擊。專利中指出當打斷矩形環(huán)式徑向電極，將其分為四個相互獨立的徑向電極時，可根據(jù)慣性質(zhì)量塊與徑向電極接觸的先后順序來實現(xiàn)加速度載荷方位的識別，但是該開關(guān)只能識別載荷的平面方位，不能識別載荷的空間方位。此外，質(zhì)量塊與電極均為剛性結(jié)構(gòu)，開關(guān)閉合時間短，后續(xù)電路處理困難，且沒有過載保護機構(gòu)。

美國專利US 7159442 B1公開了一種平面萬向微機械沖擊開關(guān)，由C型彈簧支撐圓形質(zhì)量塊組成彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，開關(guān)能響應(yīng)平面內(nèi)各個方向的加速度沖擊，并且配備了專有的電路，使得開關(guān)感受到加速度載荷后，電路中的指示燈會變亮并指示出加速度載荷的方位。但是該開關(guān)由16個獨立的閉鎖開關(guān)組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦開關(guān)閉合之后無法自動恢復(fù)，并且此發(fā)明為平面開關(guān)只能響應(yīng)平面內(nèi)加速度載荷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可識別載荷方位區(qū)間的MEMS萬向慣性開關(guān)，不僅可以對來自襯底上方任一方向的加速度載荷都有良好的響應(yīng)，起到開關(guān)通斷的作用，而且能夠有效識別出開關(guān)所受到加速度載荷的空間方位，解決了已有的MEMS萬向慣性開關(guān)不具備識別載荷空間方位的問題，且開關(guān)閉合的軸向閾值大于徑向閾值，實現(xiàn)了開關(guān)軸向鈍感徑向敏感。