低功率加速计制造技术

本发明专利技术涉及一种加速计，它包括能沿着测量轴线(AB)移动的多个惯性质量块(M1‑M4)；刚性地附装到每个惯性质量块的相应的弹簧(K1‑K4)，所述弹簧构造成沿着测量轴线在惯性质量块上施加弹性回复力；与每个惯性质量块相关联的固定的止动件(S1‑S4)，该止动件布置成在沿着测量轴线的加速度增加一个步长时拦截惯性质量块；与每个止动件相关联的电触点，该电触点构造成在相关联的惯性质量块到达止动件时闭合。这些惯性质量块通过弹簧沿着测量轴线相对于彼此串联地悬挂，这些止动件布置成连续地拦截相应的惯性质量块，以增加加速度阈值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低功率加速计
本专利技术涉及加速计，更具体地涉及用MEMS技术制造的加速计。
技术介绍
MEMS加速计通常使用其位移通过电容效应测量的惯性质量块。为了测量电容，经常使用在高频下操作的模拟组件。这些组件消耗大量功率。MEMS加速计中的模拟组件的功耗可能占总消耗量的80％以上。VarunKumar等的文章“Ultra-LowPowerSelf-ComputingBinaryOutputDigitalMEMSAccelerometer(超低功率自计算二进制输出数字MEMS加速计)”(MEMS2016，上海，中国，2016年1月24-28日)公开了一种产生二进制输出的MEMS加速计，它包括与所要产生的二进制数字一样多的惯性质量块。每个惯性质量块通过弹簧悬挂在固定的壁上并且与止动件相关联，该惯性质量块在加速度足够时接触该止动件。止动件和惯性质量块是涂有金属的，因此，惯性质量块在止动件上的压力使电触点闭合，以表示二进制“1”。惯性质量块具有相同的重量，弹簧的刚度常数遵循比率为2的几何级数。通过这种配置，在导致上一惯性质量块到达其各自的止动件的加速度的两倍的加速度下，给定的惯性质量块到达其各自的止动件。为了使所提供的代码二进制，该文章提出将静电致动器与惯性质量块相关联，控制该静电致动器，以在较高等级的惯性质量块到达其相应的止动件时将每个惯性质量块从其相应的止动件进行提升。尽管这种二进制加速计不使用模拟部件来利用信号，但它需要一些电功率来控制致动器。另外，难以确定致动器的尺寸，并且难以以MEMS技术来制造具有遵循几何级数的足够精确的刚度的弹簧。
技术实现思路
本专利技术总体上提供了一种加速计，它包括能沿着测量轴线移动的多个惯性质量块(惯性重块)；附装到每个惯性质量块的相应的弹簧，该弹簧构造成沿着该测量轴线在该惯性质量块上施加弹性回复力；与每个惯性质量块相关联的固定的止动件(挡块)，该止动件布置成在沿着测量轴线的加速度增加一个步长时拦截该惯性质量块；以及，与每个止动件相关联的电触点，该电触点构造成在相关联的惯性质量块到达止动件时闭合。所述惯性质量块通过弹簧沿着测量轴线相对于彼此串联地(成串地，成系列地)悬挂，所述止动件构造成连续地(依次地，相继地)拦截相应的惯性质量块，以增大加速度阈值。该串的第一个惯性质量块和最后一个惯性质量块中的每个均可以通过弹簧悬挂在固定点上。止动件可以布置成交替地拦截从该串的最后一级开始等级递减的惯性质量块和从该串的第一级开始等级递增的惯性质量块。加速计的每个惯性质量块可以包括两个止动件，这两个止动件中的第一个止动件布置成在沿着测量轴线的第一行进方向上拦截惯性质量块，第二个止动件布置成在相反的行进方向上拦截惯性质量块。加速计的每个惯性质量块可以包括一对止动件，该对的两个止动件布置在横向于测量轴线的惯性质量块的两相对端。每个惯性质量块及其两个止动件可以构造成在惯性质量块同时休止在(搁在)这两个止动件上时使相应的电触头闭合。相反，与惯性质量块相关联的一对的两个止动件可以沿着测量轴线相对于彼此偏置。惯性质量块可以具有相同的重量，弹簧具有相同的刚度常数。惯性质量块和弹簧可以由硅整体地制成，所述惯性质量块具有横向于测量轴线的长形的形状因子(facteurdeforme)，所述弹簧是横向于测量轴线的片簧。附图说明从下面仅出于示例性目的而提供并在附图中示出的本专利技术的具体实施例的描述中，其他优点和特征将变得更加清楚，在附图中：-图1A至1D是一元码加速计的第一实施例的示意图，其构型由不同的加速度值产生；-图2A至2D是一元码加速计的第二实施例的示意图，其构型由不同的加速度值产生；-图3表示根据图2A至2D的原理缩放一元码加速计的详细实施例，该实施例使用MEMS技术制造；-图4是示出图3的加速计对于两个系列止动件间距的响应的曲线图；以及-图5A至5D是替代性的一元码加速计的示意图，其构型由不同的加速度值产生。具体实施方式本文寻求实现一种加速计，与VarunKumar的上述文章的加速计一样，该加速计设置成通过机械开关的状态来提供离散的加速度测量。进一步希望加速计是完全无源的，并且提供很少的设计困难以提供可靠的测量。图1A是这种加速计的第一实施例的操作图，它处于休止位置，也就是说在表示为0g的零加速度下。它包括沿着待测量的加速度的轴线—在此为南北轴线—彼此串联地悬挂的多个—在此为四个—惯性质量块M1至M4。每个惯性质量块通过相应的弹簧K1至K4悬挂在上一惯性质量块上，第一惯性质量块M1通过弹簧K1悬挂在固定点A上。每个惯性质量块Mi与导电止动件Sia相关联，该导电止动件Sia布置成在沿着测量轴线的行进方向上—在此为向南—拦截惯性质量块。由于惯性质量块自由旋转，因此优选对每个惯性质量块提供处于测量轴线两侧的一对止动件Sia、Sib，以防止惯性质量块旋转。与惯性质量块Mi相关联的两个导电止动件Sia和Sib构成机械开关的两个端子。惯性质量块Mi包括与止动件相对的导电区域10，当惯性质量块休止在止动件上时，该导电区域10使两个止动件电连接。如图所示，可以通过例如对应于逻辑电平“1”的公共电压Vdd来为止动件Sia供电。止动件Sib由此构成端子，根据一元码从该端子获取加速度等级。根据止动件相对于惯性质量块的休止位置的间距的选择，一元码可以是线性码或其他码。惯性质量块可以全部具有相同的重量m，弹簧可以全部具有相同的刚度常数k。假设mg/k＝1，则对于1g(其中，g是重力常数)的加速度，弹簧K伸长1。图1A示出了止动件S1a至S4a的间距的一个示例，即4、10、16和20，在这些条件下为0至4g的加速度提供线性一元码。图1B示出了加速计经受向南的1g的加速度的构型。弹簧K1至K4分别伸长4、3、2和1。惯性质量块M1休止在止动件S1a和S1b上，使相应的开关闭合，这由黑色的止动件表示。加速计通过从止动件S1b到S4b获取的一元码0001表示1g的加速度。图1C示出了加速计经受向南的2g的加速度的构型。惯性质量块M1被阻挡，弹簧K1不再伸长。弹簧K2至K4继续伸长，它们的伸长度分别达到6、4和2。惯性质量块M2休止在止动件S2a和S2b上，使相应的开关闭合。加速计通过从止动件S1b到S4b获取的一元码0011表示2g的加速度。图1D示出了加速计经受向南的3g的加速度的构型。惯性质量块M1和M2被阻挡，弹簧K1和K2不再伸长。弹簧K3和K4继续伸长，它们的伸长度分别达到6和3。惯性质量块M3休止在止动件S3a和S3b上，使相应的开关闭合。加速计通过从止动件S1b到S4b获取的一元码0111表示3g的加速度。当加速计经受4g时，最后的惯性质量块M4休止在止动件S4a和S4b上，弹簧K4达到4的伸长度。一元码由此显示1111。系统的总伸长度是20，对应于最后一对止动件S4a、S4b与最后的惯性质量块M4的休止位置之间的间距。图2A是一元码加速计的第二实施例的操作图，它适用于测量沿着测量轴线的两个方向上的加速度。与上述实施例相比，最后的惯性质量块M4通过附加弹簧K5连接到固定点B，该附加弹簧K5可以具有与其他弹簧相同的刚度常数。点A和B限定了加速度的测量轴线，该测量轴线表示为AB。该结构由此相对于两个加速方向、即从A到B和从B到A具有对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速计，它包括：‑能沿着测量轴线(AB)移动的多个惯性质量块(M1‑M4)；‑附装到每个惯性质量块的相应的弹簧(K1‑K4)，这些弹簧构造成沿着所述测量轴线在所述惯性质量块上施加弹性回复力；‑与每个惯性质量块相关联的固定的止动件(S1‑S4)，这些止动件布置成在沿着所述测量轴线的加速度增加一个步长时拦截所述惯性质量块；以及‑与每个止动件相关联的电触点，这些电触点构造成在相关联的惯性质量块到达止动件时闭合；其特征在于，所述惯性质量块通过这些弹簧沿着所述测量轴线相对于彼此串联地悬挂，这些止动件布置成连续地拦截相应的惯性质量块，以用于增加加速度阈值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.12 FR 16532281.一种加速计，它包括：-能沿着测量轴线(AB)移动的多个惯性质量块(M1-M4)；-附装到每个惯性质量块的相应的弹簧(K1-K4)，这些弹簧构造成沿着所述测量轴线在所述惯性质量块上施加弹性回复力；-与每个惯性质量块相关联的固定的止动件(S1-S4)，这些止动件布置成在沿着所述测量轴线的加速度增加一个步长时拦截所述惯性质量块；以及-与每个止动件相关联的电触点，这些电触点构造成在相关联的惯性质量块到达止动件时闭合；其特征在于，所述惯性质量块通过这些弹簧沿着所述测量轴线相对于彼此串联地悬挂，这些止动件布置成连续地拦截相应的惯性质量块，以用于增加加速度阈值。2.根据权利要求1所述的加速计，其中，该串中的第一个和最后一个惯性质量块(M1、M4)每个都通过弹簧(K1、K5)悬挂在固定点(A、B)上。3.根据权利要求2所述的加速计，其中，这些止动件布置成交替地拦截从该串的最后一级开始等级递减的惯性质量块和从该串的第一级开始等级...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·皮埃尔·德洛尔姆，丹尼尔·萨亚斯，
申请(专利权)人：尼古拉斯·皮埃尔·德洛尔姆，丹尼尔·萨亚斯，
类型：发明
国别省市：法国,FR