面形狀保證了動觸頭8與側觸頭6的接觸為線接觸，以減小運動過程中的能量損失；而平面形狀則保證動觸頭8與感應觸頭7的接觸為面接觸，增大了兩者的接觸面積，減小了接觸電阻。側觸頭6和感應觸頭7還可以是其它形狀，只要能保證與動觸頭8的接觸分別為線接觸和面接觸即可。
[0038]如圖1所示，所述擾性梁包括四根檢測質量塊支撐梁4，四根感應觸頭支撐梁9以及四根側觸頭支撐梁10。檢測質量塊支撐梁4對稱分布于檢測質量塊兩側，一端固定于錨點2，實現與絕緣襯底1相連；另一端與檢測質量塊3相連。所述側觸頭支撐梁10和感應觸頭支撐梁9為一端固定懸臂梁，一端與錨點2相連，另一端分別與相應觸頭相連。
[0039]所述檢測質量塊3懸空于絕緣襯底1上方并通過檢測質量塊支撐梁4固定在絕緣襯底1上，檢測質量塊3上設置有微孔11，并在正對絕緣襯底一側設置有質量塊微柱12 (質量塊的一部分)。質量塊微孔的設置有利于結構釋放，同時避免檢測質量塊與絕緣襯底的粘連。質量塊微柱一方面可以補償質量塊微孔損失的檢測質量塊質量，另一方面還可以實現豎直方向的過載保護。
[0040]所述過載保護結構5為固定于絕緣襯底1上的水平方向過載保護結構，位于側觸頭支撐梁10和檢測質量塊3之間，X軸和Y軸對稱分布于檢測質量塊3兩側，優選為長方體結構，與檢測質量塊距離5-50 μ m，優選50 μ m。
[0041]上述實施例中，所述絕緣襯底為7740玻璃、Si02S高阻硅，厚度為300-500 μ m，優選厚度為500 μ m。
[0042]上述實施例中，所述動觸頭8為復合結構，與側觸頭6接觸部分為1/4球面結構，球半徑為10-100 μ m，更優選球半徑為20 μ m，與感應觸頭7接觸部分為斜面結構；動觸頭與感應觸頭距離10-100 μ m (更優選10 μ m)，與側觸頭距離10_50 μ m (更優選30 μ m)。
[0043]上述實施例中，所述側觸頭支撐梁10和感應觸頭支撐梁9的梁長500-1500 μ m，梁寬5-50 μm ;更優選梁長可以是1000 μm，梁寬可以是10 μπι。
[0044]上述實施例中，所述檢測質量塊支撐梁4為一折或多折折疊梁，梁厚為10-50 μπι ;長梁13長500-1500 μ m，梁寬5-50 μ m ;連接長梁間的短梁14長10-100 μ m，梁寬10-50 μ m。更優選的，檢測質量塊支撐梁4可以為五折折疊梁，其長梁13長1450 μ m，梁寬15 μ m，連接長梁間的短梁14長60 μπι，梁寬20 μπι，為了便于加工，梁厚可以與檢測質量塊3厚度相同。
[0045]上述實施例中，所述檢測質量塊3可以為長方形單晶硅結構，長500-3000 μm，寬500-3000 μ m，厚50-450 μ m，更優選長3000 μ m，寬2000 μ m，厚50 μ m ;所述質量塊微孔11為等間距分布在檢測質量塊3上的邊長10-50 μπι的正方形微孔，更優選為邊長40 μπι;所述質量塊微柱12為長500-3000 μm，寬10-50 μm，高5-50 μπι的條形微柱，更優選為長2000 μ m，寬40 μ m的條形微柱。
[0046]本發明的工作情況如下:
[0047]檢測質量塊3敏感土Y兩個方向的加速度。如圖3所示，在沒有外來施力觸發檢測質量塊3產生加速度的情況下，側觸頭6、感應觸頭7和動觸頭8之間是相互分離的。
[0048]如圖4和5所示，當有加速度作用于敏感方向時，檢測質量塊3帶動動觸頭8運動，若所述加速度小于鎖存閾值，動觸頭8與感應觸頭7不接觸，電路處于斷開狀態；當加速度大于或等于鎖存閾值時，動觸頭8與側觸頭6接觸，并推動側觸頭6向外側打開，直至動觸頭8完全越過側觸頭6，與感應觸頭7接觸，電路導通。此時，側觸頭6在其支撐梁的作用下復位，并阻止動觸頭8的反向移動，從而實現鎖存。當開關受到水平方向的激勵過大時，檢測質量塊3被迫與過載保護結構5接觸，限制其在水平方向的位移，避免結構的損壞；當開關受到豎直方向的沖擊過大時，檢測質量塊3上的質量塊微柱12起到豎直方向的過載保護作用。
[0049]所述微機械加速度鎖存開關的閾值范圍廣，可從十幾g到幾千g，通過調整檢測質量塊、檢測質量塊支撐梁、觸頭、觸頭支撐梁以及各觸頭間的初始間距實現。
[0050]最后說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。
【主權項】
1.一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，包括一絕緣襯底，一檢測質量塊，多個相對于絕緣襯底X軸和Y軸均對稱分布的錨點、觸頭、觸頭支撐梁以及過載保護結構，四根相對于絕緣襯底X軸和Y軸對稱分布的檢測質量塊支撐梁；各錨點固定在絕緣襯底上; 所述檢測質量塊懸空于絕緣襯底上方并通過檢測質量塊支撐梁與錨點相連，固定在絕緣襯底上，檢測質量塊上設置有微孔，并在正對絕緣襯底一側設置有質量塊微柱； 所述觸頭包括四個動觸頭，四個側觸頭和四個感應觸頭；所述動觸頭與檢測質量塊連為一體，側觸頭和感應觸頭位于動觸頭兩側；所述動觸頭與側觸頭接觸的一面為球面形狀，與感應觸頭接觸的一面為平面形狀； 所述觸頭支撐梁包括四根感應觸頭支撐梁和四根側觸頭支撐梁，一端與錨點相連固定于絕緣襯底上，另一端分別與相應觸頭相連； 所述檢測質量塊支撐梁對稱分布于檢測質量塊兩側，一端固定于錨點，另一端與檢測質量塊相連； 所述過載保護結構為固定于絕緣襯底上的水平方向過載保護結構，位于側觸頭支撐梁和檢測質量塊之間，對稱分布于檢測質量塊兩側，并與檢測質量塊之間有一定距離。2.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述絕緣襯底為7740玻璃、S12或高阻硅，厚度為300-500 μ m。3.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述檢測質量塊為長方形單晶硅結構，長500-3000 μ m，寬500-3000 μ m，厚50-450 μ m。4.根據權利要求3所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述質量塊微孔為等間距分布在檢測質量塊上的邊長10-50 μm的正方形微孔；所述質量塊微柱為長500-3000 μ m，寬 10-50 μ m，高 5-50 μ m 的條形微柱。5.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述動觸頭為復合結構，與側觸頭接觸部分為1/4球面結構，球半徑為10-100 μ m，與感應觸頭接觸部分為斜面結構；動觸頭與感應觸頭距離10-100 μ m，與側觸頭距離10-50 μ m。6.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述觸頭支撐梁均為一端固定的懸臂梁，梁長500-1500 μ m，梁寬5_50 μ m。7.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述檢測質量塊支撐梁為一折或多折折疊梁，梁厚為10-50 μ m ;長梁長500-1500 μ m，梁寬5-50 μ m ;連接長梁間的短梁長10-100 μ m，梁寬10-50 μ m。8.根據權利要求1所述的一種低g值微機械加速度鎖存開關，其特征在于，所述過載保護結構為長方體結構，與檢測質量塊距離5-50 μ m。
【專利摘要】本發明公開一種低g值微機械加速度鎖存開關，包括一絕緣襯底，一檢測質量塊，多個相對于絕緣襯底X軸和Y軸均對稱分布的錨點、觸頭、觸頭支撐梁、檢測質量塊支撐梁及過載保護結構。本發明所述微機械開關的動觸頭采用半球形與楔形復合結構，與側觸頭形成線接觸，降低運動過程中的能量損失，與感應觸頭形成面接觸，減小接觸電阻，提高接觸的可靠性；檢測質量塊、擾性梁、觸頭以及錨點呈完全軸對稱分布，可實現±Y方向的雙向鎖存；檢測質量塊支撐梁對稱分布于檢測質量塊的兩側，結構布局更合理，易于實現低g值鎖存，且通過調整檢測質量塊、擾性梁以及各觸頭之間的間隙，可方便調整閉鎖閾值，閾值范圍更廣。
【IPC分類】H01H35/14, H01H1/00
【公開號】CN105244224
【申請號】CN201510771891
【發明人】李東玲, 尚正國, 溫志渝, 彭迎春, 佘引
【申請人】重慶大學
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年11月12日