[發明專利]作為致動器的彎曲換能器、作為傳感器的彎曲換能器、以及彎曲換能器系統

在審

• 申請號: 201880100132.8
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN113195399A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 赫爾曼·謝爾克;伯特·凱瑟;盧茨·埃里格
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍夫應用研究促進協會
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;H02N1/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

本發明描述一種作為致動器操作的彎曲換能器，包括可偏轉元件，沿著可偏轉元件的質心纖維延伸的微機電換能器，當施加第一電信號時微機電換能器在第一方向上使可偏轉元件偏轉；以及沿著質心纖維延伸的第二微機電換能器，當施加第二電信號時第二微機電換能器在與第一方向相反的第二方向上可偏轉元件偏轉；其中質心纖維位于彼此背對的第一及第二微機電換能器的側面之間；以及電控制件，被配置為根據輸入信號改變第一電信號及第二電信號，以使得第一電信號的變化以及第二電信號的變化取決于電輸入信號，且第一及第二電信號的相位相對于彼此偏移。本發明也提出一種作為傳感器操作的彎曲換能器。

技術領域

本發明涉及一種彎曲換能器，及其作為致動器或者傳感器的使用，以及一種彎曲換能器系統。

背景技術

需要微機械裝置(MEMS)以將電信號轉換成機械效應，即在致動器的情況下，或者將機械效應轉換成電信號，即在傳感器的情況下。出于本申請的目的，“效應”意味著例如執行工作，以及相關聯偏轉或者彎矩的應用。

微機電組件的電信號與機械效應(傳輸特性)之間的關系的線性經常受制于高需求。這適用于例如，在麥克風或者揚聲器中使用此類微機電組件。傳輸特性的非線性不利地影響微機電組件可以滿足其預期功能的精度且必須在致動器的情況下用復雜控制校正或者在傳感器的情況下用復雜信號處理校正。

舉例而言，微機械聲音換能器(即，揚聲器或者麥克風)的傳輸特性中的非線性導致高失真因子且必須通過額外使用微處理器或者信號處理進行校正。

概括來講，存在諸如微揚聲器的實際應用，其中所施加信號電壓的電平與由設備產生的機械效應(即待執行的工作)的幅值之間的線性關系是至關重要的。同時，輸出信號(在揚聲器的情況下，是空氣載聲)的光譜組成應等同于輸入信號的光譜組成，其與低失真因子相對應。線性范圍取決于振幅和頻率，且應盡可能大。就此而言，通過在不顯著改變線性的情況下改變(電)操作參數，來改變靈敏度及頻率是有必要的。出于本申請的目的，靈敏度意味著效應中的變化與信號中的變化之間的關系。具有傳輸特性的改善線性的MEMS設備的先前設計實施方案是基于在結構有限動態范圍(相對于拉入不穩定性)且因此有限頻率范圍中具有不利高電壓要求的MEMS技術，其不適合用于移動應用。對文獻US 97 834 08 B2進行例示性參考。

WO 2095185 A1描述了如何設計具有高性能及低功耗的MEMS設備，但并未描述改善和調整線性的可能措施。出于增加彎曲半徑或者增加具有相同彎曲特性的驅動效率的目的，DE 10 2015 206 774 A1中提出由通過中性纖維分隔開的兩個彎曲換能器組成的彎曲換能器系統。在該工藝中形成的空腔僅意欲對彎曲特性具有正效應。未公開用于改善和調整線性的措施。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種彎曲換能器、及其作為致動器或者傳感器的使用、以及此類彎曲換能器的系統，所述彎曲換能器示出具有相同或者相當的效率的經改善和可調整的線性。

此目的是通過獨立權利要求的主題解決。