加速度开关及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种加速度开关及其控制方法。加速度开关包括：固定电极、第一信号线、第二信号线、控制线和绝缘衬底，固定电极、第一信号线、第二信号线和控制线均设置在绝缘衬底上；加速度开关还包括：质量块，质量块具有平衡位置和触碰位置；质量块在平衡位置与绝缘衬底之间具有间隙；加速度开关还包括：信号触点和可动电极，信号触点和可动电极设置在质量块上；当质量块位于触碰位置时，第一信号线通过信号触点与第二信号线连接，控制线与可动电极连接，控制线用于向可动电极施加与固定电极相反的电荷以使质量块锁定在触碰位置。在监测加速度信号的过程中，不需要始终保持静电力的作用，可在有环境电磁场干扰的情况下，正确地感知加速度信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机械传感器领域，特别是涉及一种加速度开关及其控制方法。
技术介绍
随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）技术的发展，以MEMS技术为基础的锁存式微型加速度开关由于具有体积小、质量轻、成本低、功耗低等显著优点，在汽车安全气囊、运输过程监控、冲击记录、引信安全保险机构等领域有着广泛且重要的应用需求。现有技术中的锁存式微型加速度开关主要通过机械、双稳态和液态三种方式实现。但机械与液态锁存式开关解锁结构复杂，故多为一次性开关，不能反复利用；双稳态锁存式开关只有特定结构才能产生双稳态特性，导致结构设计欠灵活且MEMS加工难实现。因此，一种设计加工实现相对简单，同时还可反复利用的锁存式微型加速度开关成为了发展的必然趋势。静电力作用可使结构保持闭合状态，但现有技术中的基于静电吸合效应的微型加速度开关主要侧重于实现对开关阈值的调控，且该开关均采用压迫式接触结构。如图1所示，现有技术中的压迫式接触结构的结构示意图，其中A为压迫式接触结构，14为硅，15为玻璃，16为硅上金属，17为玻璃上金属。请参考图1，通过键合玻璃上的金属压焊盘将硅结构上的信号引出，解决键合技术中硅结构引线困难的问题，其基本原理如下：在硅加工过程中，结构被沉积一层金属并合金化，形成良好的欧姆接触，然后该部分在键合工艺中压在玻璃上的金属层上，从而形成从硅结构到玻璃上压焊盘的电学通路。基于静电吸合理论，通过改变该结构电容极板上的偏置电压，可改变开关结构上的静电力作用，进而改变信号触点与信号线间的初始间距，最终实现对开关阈值加速度的调节，并使其具有锁存功能。但该开关在监测加速度信号过程中，将始终保持静电力作用，在有环境电磁场干扰的情况下，无法正确感知加速度信号。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种加速度开关及其控制方法，以解决现有技术中的静电锁存式加速度开关在有环境电磁场干扰的情况下，无法正确感知加速度信号的问题。为解决上述技术问题，作为本专利技术的第一方面，提供了一种加速度开关，包括：固定电极、第一信号线、第二信号线、控制线和绝缘衬底，固定电极、第一信号线、第二信号线和控制线均设置在绝缘衬底上；加速度开关还包括：质量块，质量块具有平衡位置和触碰位置；质量块在平衡位置与绝缘衬底之间具有间隙；加速度开关还包括：信号触点和可动电极，信号触点和可动电极设置在质量块上；当质量块位于触碰位置时，第一信号线通过信号触点与第二信号线连接，控制线与可动电极连接，控制线用于向可动电极施加与固定电极相反的电荷以使质量块锁定在触碰位置。进一步地，加速度开关还包括：弹性元件，弹性元件在控制线断电时使质量块由触碰位置回复到平衡位置。进一步地，弹性元件为多个，多个弹性元件沿质量块的周向均匀布置。进一步地，弹性元件为折叠梁，折叠梁包括多个长梁和多个短梁，相邻两个长梁之间通过一个短梁连接，多个长梁平行地设置。进一步地，短梁具有直线或弧形结构。进一步地，加速度开关还包括安装在绝缘衬底上的锚块，弹性元件的一端与锚块连接，另一端与质量块连接。进一步地，加速度开关还包括：控制触点，当质量块位于触碰位置时，控制线通过控制触点与可动电极连接。作为本专利技术的第二方面，提供了一种加速度开关的控制方法，包括：在质量块上设置可动电极；在绝缘衬底上设置固定电极；当质量块在加速度作用下位于触碰位置时，向可动电极施加与固定电极相反的电荷，以使质量块锁存在触碰状态。进一步地，在绝缘衬底上设置控制线，在质量块上设置控制触点；当质量块位于触碰位置时，可动电极通过控制触点与控制线导通，通过控制线向可动电极施加电荷。进一步地，将弹性元件的一端与绝缘衬底连接，另一端与质量块连接；弹性元件在控制线断电时使质量块由触碰位置回复到平衡位置。本专利技术通过在触碰的过程中，向固定电极和可动电极施加相反电性的电荷，使其保持在锁存状态。在监测加速度信号的过程中，不需要始终保持静电力的作用，可在有环境电磁场干扰的情况下，正确地感知加速度信号，具有结构简单、制作容易、可反复多次使用的特点，可广泛应用在微机电系统领域。附图说明图1示意性出了现有技术中的压迫式接触结构的结构示意图；图2示意性出了本专利技术的整体结构示意图；图3示意性出了本专利技术的固定结构部分示意图；图4示意性出了本专利技术的可动结构部分示意图；以及图5示意性出了本专利技术的具有柔性触点的可动结构部分示意图。图中附图标记：1、固定电极；2、第一信号线；3、第二信号线；4、控制线；5、绝缘衬底；6、质量块；7、信号触点；8、可动电极；9、弹性元件；10、长梁；11、短梁；12、锚块；13、控制触点；14、硅；15、玻璃；16、硅上金属；17、玻璃上金属；A、压迫式接触结构。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。作为本专利技术的第一方面，提供了一种加速度开关，特别是一种静电锁存式微型加速度开关，其可利用闭合瞬态的静电力作用实现锁存。如图2至图5所示，该加速度开关包括：固定电极1、第一信号线2、第二信号线3、控制线4和绝缘衬底5，固定电极1、第一信号线2、第二信号线3和控制线4均设置在绝缘衬底5上。加速度开关还包括：质量块6，质量块6具有平衡位置和触碰位置；质量块6在平衡位置与绝缘衬底5之间具有间隙（例如，质量块6在平衡位置时，悬空地设置在绝缘衬底5上）。加速度开关还包括：信号触点7和可动电极8，信号触点7和可动电极8设置在质量块6上，特别地，信号触点7位于与第一信号线2和第二信号线3的两个端部相对应的位置处，进一步地，还可位于质量块6的上方。当质量块6位于触碰位置时，第一信号线2通过信号触点7与第二信号线3连接，控制线4与可动电极8连接，控制线4用于向可动电极8施加与固定电极1相反的电荷以使质量块6锁定在触碰位置。特别地，控制线4与固定电极1位于质量块6的上方。优选地，第一信号线2、第二信号线3、控制线4与固定电极1可以是在绝缘衬底5上直接溅射或电镀金、铝、铜等金属材料形成的，特别地，其由一系列线条组成，在一个优选的实施例中，线条尺寸不小于10微米×10微米，高度一般在500-2000埃。优选地，质量块6可以是通过体硅工艺形成的，例如可为长方体结构，在一个优选的实施例中，质量块6长500-5000微米、宽500-5000微米、高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加速度开关，其特征在于，包括：固定电极（1）、第一信号线（2）、第二信号线（3）、控制线（4）和绝缘衬底（5），所述固定电极（1）、第一信号线（2）、第二信号线（3）和控制线（4）均设置在所述绝缘衬底（5）上；所述加速度开关还包括：质量块（6），所述质量块（6）具有平衡位置和触碰位置；所述质量块（6）在所述平衡位置与所述绝缘衬底（5）之间具有间隙；所述加速度开关还包括：信号触点（7）和可动电极（8），所述信号触点（7）和可动电极（8）设置在所述质量块（6）上；当所述质量块（6）位于所述触碰位置时，所述第一信号线（2）通过所述信号触点（7）与所述第二信号线（3）连接，所述控制线（4）与所述可动电极（8）连接，所述控制线（4）用于向所述可动电极（8）施加与所述固定电极（1）相反的电荷以使所述质量块（6）锁定在所述触碰位置。

【技术特征摘要】
1.一种加速度开关，其特征在于，包括：固定电极（1）、第一信号线（2）、第
二信号线（3）、控制线（4）和绝缘衬底（5），所述固定电极（1）、第一信
号线（2）、第二信号线（3）和控制线（4）均设置在所述绝缘衬底（5）上；
所述加速度开关还包括：质量块（6），所述质量块（6）具有平衡位置和
触碰位置；所述质量块（6）在所述平衡位置与所述绝缘衬底（5）之间具有
间隙；
所述加速度开关还包括：信号触点（7）和可动电极（8），所述信号触点
（7）和可动电极（8）设置在所述质量块（6）上；
当所述质量块（6）位于所述触碰位置时，所述第一信号线（2）通过所
述信号触点（7）与所述第二信号线（3）连接，所述控制线（4）与所述可
动电极（8）连接，所述控制线（4）用于向所述可动电极（8）施加与所述
固定电极（1）相反的电荷以使所述质量块（6）锁定在所述触碰位置。
2.根据权利要求1所述的加速度开关，其特征在于，所述加速度开关还包括：
弹性元件（9），所述弹性元件（9）在所述控制线（4）断电时使所述质
量块（6）由所述触碰位置回复到所述平衡位置。
3.根据权利要求2所述的加速度开关，其特征在于，所述弹性元件（9）为多
个，所述多个弹性元件（9）沿所述质量块（6）的周向均匀布置。
4.根据权利要求2所述的加速度开关，其特征在于，所述弹性元件（9）为折
叠梁，所述折叠梁包括多个长梁（10）和多个短梁（11），相邻两个所述长
梁（10）之间通过一个所述短梁（11）连接，所述多个长梁（10）平行地设

【专利技术属性】
技术研发人员：傅剑宇，吴迪，王国胤，
申请(专利权)人：重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;85