[發明專利]一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關

有效

• 申請號: 201811065759.2
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109103048B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 朱應敏;陶敏;王衛東;張大興;樊康旗;劉敏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01H35/14
• 分類號: H01H35/14;H01H1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關。包括：開關外殼、雙穩態機構和開關輔助機構。開關輔助機構和雙穩態機構在加速度方向上依次設置在開關外殼內部，開關輔助機構包括彈簧體和第一質量塊，雙穩態機構包括三段式長斜梁結構和第二質量塊，開關外殼在與第二質量塊相對位置處設置有開關觸點，第一質量塊與第二質量塊相對設置，第一質量塊的質量大于第二質量塊的質量，MEMS慣性開關在受到設定加速度時，第一質量塊在慣性的作用下，碰撞第二質量塊，使第二質量塊沿加速度方向運動，雙穩態機構由一種穩態到另一種穩態，按壓所述開關觸點，導通電路。本發明提供的MEMS慣性開關具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強和抗機械振動能力強的優勢。

技術領域

本發明涉及微機電領域，特別是涉及一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關。

背景技術

微機電系統(MEMS)是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技機械電子裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，常見的MEMS產品尺寸一般都在毫米量級，甚至到幾百微米。MEMS主要由傳感器、動作器(執行器)和微能源三大部分組成。MEMS加速度開關是集合了微型傳感器和執行器的MEMS器件，可以在環境加速度的激勵下，完成開關的閉合-斷開(On-Off)功能。目前，常見的MEMS慣性傳感與執行器件主要是加速度計，其結構由感應質量塊、支撐梁系統和控制反饋電路組成，結構十分復雜，加工難度大?？刂品答侂娐沸枰诩与姷那闆r下工作，在強電磁干擾下容易產生誤動作，不適用于抗電磁干擾的設備。此外，還有一些純機械結構的微加速開關，但是，這些開關閉合后不具備鎖定功能，因此，抗機械振動等外部環境干擾能力不足。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強和抗機械振動能力強的優勢。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于三段式長斜梁雙穩態結構的MEMS慣性開關，包括：開關外殼、雙穩態機構和開關輔助機構，所述開關輔助機構和雙穩態機構設置在所述開關外殼內部，并在加速度方向上依次設置；

所述開關輔助機構包括彈簧體和第一質量塊，所述彈簧體的兩端分別與所述第一質量塊以及所述開關外殼內壁相連接；

所述雙穩態機構包括三段式長斜梁結構和第二質量塊，所述三段式長斜梁結構包括第一梁結構和第二梁結構，所述第一梁結構包括第一柔性梁、第二柔性梁和剛性梁，所述雙穩態機構在第一穩態位置時，所述第一柔性梁、第二柔性梁和所述剛性梁為共線的斜梁，所述第一柔性梁一端與所述開關外殼內側壁固定連接，所述第一柔性梁的另一端與剛性梁的一端固定連接，所述剛性梁的另一端與所述第二柔性梁的一端固定連接，所述第二柔性梁的另一端與所述第二質量塊的一側固定連接，所述第一梁結構和第二梁結構關于所述第二質量塊的中軸線對稱設置，所述第一柔性梁和第二柔性梁為長梁，所述長梁為柔度值大于等于50的梁。

所述開關外殼在與所述第二質量塊相對位置處設置有開關觸點；

所述第一質量塊與所述第二質量塊相對設置，所述第一質量塊的質量大于所述第二質量塊的質量，所述MEMS慣性開關在受到設定加速度時，所述第一質量塊在慣性的作用下，與所述第二質量塊接觸，對所述第二質量塊產生加速度方向的作用力，所述第二質量塊沿加速度方向運動，按壓所述開關觸點。

可選的，所述三段式長斜梁結構的數量為4N₁根，4N₁根所述三段式長斜梁結構平行設置，其中，N₁為正整數。

可選的，所述第一柔性梁長度小于所述剛性梁的長度，所述第一柔性梁長度和第二柔性梁長度相同。