微型重力開關的製作方法
2023-06-03 12:58:06
專利名稱：微型重力開關的製作方法
技術領域：
本發明公開的微型重力開關屬微型倒置開關技術領域，具體涉及的是一種由重力控制的電子開關電路構成的重力式電子倒置開關。
二.
背景技術：
重力倒置開關是對倒置或方向敏感的系統中的一種裝置。本發明所涉及的重力倒置開關是利用重力方向的變化來提供開關信號的，由於其具有微體積、微功耗、可靠性高等特點，這種重力倒置開關的應用範圍非常廣泛，既可作為軍品使用，也可作民品使用。適用於一些對重力方向敏感，要求體積小，功耗低，可靠性高的裝置或儀器使用。
三.
發明內容
本發明的目的是向社會提供這種微型重力開關的技術方案，該技術方案的重力倒置開關利用重力作用的變化提供開關信號，由於具有微體積、微功耗、可靠性高等特點， 這種重力倒置開關的應用範圍非常廣泛，適用於那些對重力方向敏感的裝置或儀器使用， 既可作為軍品使用，也可作民品使用。本發明的技術方案是這樣的這種微型重力開關，包括微型殼體及殼體內的重力開關結構，技術特點在於該重力開關結構是重力控制的電子微型開關，由重力控制的活動件控制的電子開關電路組成。所述的電子開關電路包括有RC振蕩電路、延時觸發電路等。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的重力控制的活動件是敏感式RC振蕩電路的重力式可變電容的活動導電極板。所述的重力控制的活動件是重力控制的重力式可變電容的活動導電極板，該重力式可變電容是敏感式RC振蕩電路中的電容之
ο根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的敏感式RC振蕩電路是由該電路中重力控制的活動導電極板的重力式可變電容、基礎電容、電阻和門電路構成的RC振蕩電路。所述的重力式可變電容、基礎電容構成敏感式RC振蕩電路的電容C。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的重力式可變電容Cx由相同的兩塊固定極板和一塊活動導電極板構成，當重力式可變電容正立時有l/cx = l/Q+l/C^ 或Cx = C1C2/(CJC2) = ￡S/2d，其中ε為所充氣體的相對介電常數，S為每塊固定極板面積，C1為固定極板1和活動導電極板間電容，C2為固定極板2和活動導電極板間電容，d為固定極板與活動導電極板間的距離。所述的微體積重力式可變電容Cx的結構請見圖3，包括有密封殼體6，密封殼體殼頂端面內壁固定有兩個不相接觸的固定極板1、2，密封殼體上設有分別連接固定極板的極板引線4、5，密封殼體內設有活動導電極板3。重力式可變電容 Cx的固定極板與活動導電極板間的距離d為變數，當重力式可變電容正常放置時，d有最大值，當完全倒置(旋轉180° )後固定極板與活動導電極板可重疊一起(如圖7)，d有最小值0。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的重力控制的活動件控制的
3電子開關電路由敏感RC振蕩電路及其後續的延時觸發電路組成，延時觸發電路在計數滿並達到設定的延遲時間後輸出高電平開關信號，該電子開關電路採用4060計數器集成晶片構成。所述的4060是一款集振蕩器與計數器為一體的集成晶片(見圖1)。延時觸發電路或者採用其它具有計數功能的晶片也是可以的。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的4060計數器集成晶片需外接RC選頻網絡或外部晶振，在本發明中選擇採用外接RC選頻網絡。所述的外接RC選頻網絡是由重力式可變電容Cx、基礎電容C、電阻R構成的RC振蕩電路部分，該振蕩電路產生的頻率fEC公式如下:fEC = 1/2. 5RCt，Ct = CxC/(C X+C)，其中=Ct為重力式可變電容Cx、基礎電容C的串聯電容。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的重力式可變電容Cx 當微型重力開關正立時(即圖3所示狀態)，活動導電極板處於與固定極板正對的密封殼體底部， 活動導電極板和兩固定極板的間隙較大，活動導電極板和兩固定極板構成的電容Cx較小， 與基礎電容C、電阻R構成的振蕩電路不能產生振蕩，延時觸發電路不能產生開關信號。當微型重力開關倒置後(即圖7所示狀態)，在重力作用下，或者活動導電極板與兩固定極板接觸，相當於導線，由於基礎電容C的存在，能夠引起振蕩電路振蕩；或者活動導電極板和兩固定極板沒有完全接觸，存在微小間隙(即圖6所示狀態)，活動導電極板和兩固定極板構成的電容Cx較大，和基礎電容C串聯後同樣能夠引起振蕩電路振蕩；以上兩種情況均能引起振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會產生用於啟動的開關信號，即重力式可變電容Cx構成的RC振蕩電路及後續的延時觸發電路就成為觸發開關，此時，由重力式可變電容構成的RC振蕩電路及後續的延時觸發電路就成為了這些應用裝置、電路的觸發開關。根據4060計數器要求的Ct有最小值的限定，即Ct> 100pF，所以得出Cx的選擇值範圍為CX > 100C/(100+C)pf。所述的重力式可變電容Cx的選擇值範圍取決於基礎電容C值的選擇。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有所述的重力式可變電容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情況下才能夠引起振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會產生開關信號，微型重力開關才能夠導通，重力開關被導通後能保持穩定的導通狀態；當重力式可變電容Cx的活動極板從完全倒置狀態再轉過大於 90°的角度，活動極板和兩固定極板的間隙較大，振蕩電路才能夠停止振蕩，該微型重力開關才會斷開，被斷開後又能保持穩定的不導通狀態。所述的重力開關被導通後能保持穩定的信號輸出狀態，被斷開後又能保持穩定的不導通狀態，充分反映了本發明的微型重力開關工作的穩定性和狀態轉換的穩定性。圖3 圖8聯合示出本發明的微型重力開關在逆時針旋轉0° 360°角度的不同倒置角度情況下重力式可變電容的活動導電極板和兩固定極板的變化情況。根據圖9和圖10給出的該微型重力開關逆時針旋轉一周、順時針旋轉一周的倒置和導通情況，可以看出該微型重力開關逆時針旋轉或順時針旋轉在接近180° 大於270°的倒置角度倒置時(也即導通的角度T)，該微型重力開關具有穩定的導通狀態。根據以上所述的微型重力開關，技術特點還有通過對本發明的微型重力開關產品進行測驗和試驗，所述的微型重力開關的電子開關電路的工作電流不大於1mA，所述的電子開關電路的休眠電流不大於10 μ A。根據以上電性能指標，說明本發明的微型重力開關具備低功耗特點和性能。本發明的微型重力開關優點有1.本發明的微型重力開關是重力控制敏感的可變電容構成的電子開關電路，該電路一旦被導通後，不會因為晃動等因素導致開關信號不穩定，重力開關被導通或斷開時都能保持穩定的信號輸出狀態，因此本發明的微型重力開關具備高可靠性特點。2.本發明的微型重力開關設計合理，結構簡單，體積小，易製作，成本低，使用效果好，適用於對倒置或方向敏感的系統、裝置。3.本發明的微型重力開關整個工作電流不大於1mA，休眠時電流不大於ΙΟμΑ，具備低功耗特點和性能。4.本發明的微型重力開關具有微體積、微功耗、高可靠性，這種微型重力開關值得採用和推廣。
四.
本發明的說明書附圖共有12幅圖1為本發明的微型重力開關的電子電路原理圖；圖2為本發明重力式可變電容Cx的電工等效圖；圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8為重力式可變電容Cx在逆時針旋轉不同倒置狀態下的具體結構示意圖；圖9示出重力式可變電容Cx逆時針旋轉一周呈現各種狀態時電子電路起振情況；圖10示出重力式可變電容Cx順時針旋轉一周呈現各種狀態時電子電路起振情況；圖11為圖1中電路的工作時序圖；圖12為本發明微型重力開關在壓力測試裝置中的應用圖。在各圖中採用了統一標號，即同一物件在各圖中用同一標號。在各圖中1、2.固定極板；3.活動導電極板；4、5.極板引線；6.密封殼體；7.微型重力倒置開關；8.緩衝墊 1 ；9.護膛環；10.傳感器座；11.緩衝墊2;12.電池；13.筒體；14.後蓋；15.電路模塊; 16.緩衝墊3 ;17.密封環；18.傳感器；A. RC振蕩電路振蕩信號輸出；B.開關電路的開關信號輸出；C.上電復位計數器清零時刻；D.RC振蕩電路產生振蕩起始時刻；Τ.微型重力開關逆時針旋轉一周、順時針旋轉一周的導通角度範圍。
五.
具體實施例方式本發明的微型重力開關非限定實施例如下實施例一.微型重力開關該例的微型重力開關具體結構由圖1 圖12聯合示出，該例的微型重力開關，包括微型殼體及殼體內的重力開關結構，技術特點在於該重力開關結構是重力控制的電子微型開關，由重力控制的活動件控制的電子開關電路組成。該例的重力控制的活動件控制的電子開關電路由敏感RC振蕩電路及其後續的延時觸發電路組成，延時觸發電路在計數滿並達到設定的延遲時間後輸出高電平開關信號，形成或實現了微型重力開關功能。該電子開關電路採用了 4060計數器集成晶片構成。4060是一款集振蕩器與計數器為一體的集成晶片。圖1示出該例的微型重力開關的電子電路原理圖，圖11示出圖1中電路各點的工作時序圖。在圖1中集成電路晶片為4060計數器。4060計數器集成晶片需外接RC選頻網絡或外部晶振，在該例的中選擇採用外接RC選頻網絡，由圖1的R2、R3、CX、C組成。該例的外接RC選頻網絡是由重力式可變電容Cx、基礎電容C、電阻R(R2、R3)構成的RC振蕩電路部分，它們和4060計數器集成晶片的門電路組成RC振蕩電路，該RC振蕩電路產生的頻率fKC公式如下f EC = 1/2. 5RCt，Ct = CXC/(CX+C)，其中Ct為重力式可變電容Cx、基礎電容C的串聯電容。其重力式可變電容Cx是敏感式RC振蕩電路中的電容之一。根據該例的 4060計數器要求的Ct有最小值的限定，S卩Ct> 100pF，所以得出Cx的選擇值範圍為CX > 100C/(100+C)pf。該例的重力式可變電容Cx的選擇值範圍取決於基礎電容C值的選擇。該例的重力控制的活動件是重力控制的重力式可變電容Cx的活動導電極板，該例的微體積重力式可變電容Cx的結構請見圖3，重力式可變電容Cx包括有密封殼體6，密封殼體6殼頂端面內壁固定有兩個不相接觸的固定極板1、2，密封殼體6上設有分別連接固定極板的極板引線4、5，密封殼體6內設有活動導電極板3。圖2則示出該例的重力式可變電容Cx的電工等效圖，該重力式可變電容Cx由相同的兩塊固定極板1、2和一塊活動導電極板3構成， 當重力式可變電容正立時有1/CX = l/Ci+l/Q，或Cx = C1C2Z(C^C2) = ε S/2d，其中ε為所充氣體的相對介電常數，S為每塊固定極板面積，C1為固定極板1和活動導電極板間電容，C2為固定極板2和活動導電極板間電容，d為固定極板與活動導電極板間的距離。重力式可變電容Cx的固定極板與活動導電極板間的距離d為變數，當重力式可變電容正常放置時，d有最大值，當完全倒置(旋轉180° )後固定極板與活動導電極板可重疊一起(如圖 7)，d有最小值0。圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8示出該例的重力式可變電容Cx不同倒置狀態下的具體結構示意圖。該例的重力式可變電容Cx 當微型重力開關正立時(即圖3所示狀態)，活動導電極板3處於與固定極板1、2正對的密封殼體6底部，活動導電極板3和兩固定極板1、2的間隙較大，活動導電極板3和兩固定極板1、2構成的電容Cx較小，與基礎電容C、電阻R構成的振蕩電路不能產生振蕩，延時觸發電路不能產生開關信號。當微型重力開關倒置後(即圖7所示狀態)，在重力作用下，或者活動導電極板3與兩固定極板1 或2接觸，相當於導線，由於基礎電容C的存在，能夠引起振蕩電路振蕩；或者活動導電極板3和兩固定極板1、2沒有完全接觸，存在微小間隙(即圖6所示狀態)，活動導電極板3 和兩固定極板1、2構成的電容Cx較大，和基礎電容C串聯後同樣能夠引起RC振蕩電路振蕩。以上兩種情況均能引起RC振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會產生用於啟動的開關信號，即重力式可變電容Cx構成的RC振蕩電路及後續的延時觸發電路就成為觸發開關，此時，由重力式可變電容構成的RC振蕩電路及後續的延時觸發電路就成為了應用裝置或電路的觸發開關。該例的重力式可變電容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情況下才能夠引起振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會產生開關信號，微型重力開關才能夠導通，重力開關被導通後能保持穩定的導通狀態；當重力式可變電容Cx的活動極板從完全倒置狀態再轉過大於 90 °的角度，活動極板3和兩固定極板1、2的間隙較大，RC振蕩電路才能夠停止振蕩，該微型重力開關才會斷開，被斷開後又能保持穩定的不導通狀態。該例的重力開關被導通後能保持穩定的信號輸出狀態，被斷開後又能保持穩定的不導通狀態，充分反映了本發明的微型重力開關工作的穩定性和狀態轉換的穩定性。圖3 圖8聯合示出本發明的微型重力開關在逆時針旋轉0° 360°角度的不同倒置角度情況下重力式可變電容的活動導電極板 3和兩固定極板1、2的變化情況。圖9示出重力式可變電容Cx逆時針旋轉一周呈現各種狀態時的電子電路起振情況，圖10示出重力式可變電容Cx順時針旋轉一周呈現各種狀態時的電子電路起振情況，根據圖9和圖10給出的該微型重力開關逆時針旋轉一周、順時針旋轉一周的倒置和導通情況，可以看出該微型重力開關逆時針或順時針旋轉在接近180° 大於270°的倒置角度倒置時(也即導通的角度T )，該微型重力開關具有穩定的導通狀態。通過對本發明的微型重力開關產品進行測驗和試驗，該例的微型重力開關的電子開關電路的工作電流不大於1mA，該例的電子開關電路的休眠電流不大於10μ A。根據以上電性能指標，說明本發明的微型重力開關具備低功耗特點和性能。圖12示出本發明微型重力開關在壓力測試裝置中的應用圖，在圖12中7是微型重力倒置開關，8是緩衝墊1，9是護膛環，10是傳感器座，11是緩衝墊2，12是電池，13是筒體，14是後蓋，15是電路模塊，16是緩衝墊3，17是密封環，18是傳感器。實施例二.微型重力開關該例的微型重力開關具體結構可用圖1 圖12等聯合示出，該例的微型重力開關與實施例一的微型重力開關不同點有該例微型重力開關在倒置角度為180°時引起RC 振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會輸出開關信號，形成或實現了微型重力開關功能。該例的微型重力開關其餘未述的，全同於實施例一中所述的，不再重述。實施例三·微型重力開關該例的微型重力開關具體結構可用圖1 圖12等聯合示出，該例的微型重力開關與實施例一、實施例二的微型重力開關不同點有該例微型重力開關在倒置角度為230° 時引起RC振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會輸出開關信號，形成或實現了微型重力開關功能。該例的微型重力開關其餘未述的，全同於實施例一、實施例二中所述的，不再重述。實施例四.微型重力開關該例的微型重力開關具體結構可用圖1 圖12等聯合示出，該例的微型重力開關與實施例一 實施例三的微型重力開關不同點有該例微型重力開關在倒置角度為270° 時引起RC振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會輸出開關信號，形成或實現了微型重力開關功能。該例的微型重力開關其餘未述的，全同於實施例一 實施例三中所述的，不再重述。
權利要求
1.一種微型重力開關，包括微型殼體及殼體內的重力開關結構，特徵在於該重力開關結構是重力控制的電子微型開關，由重力控制的活動件控制的電子開關電路組成。
2.根據權利要求1所述的微型重力開關，特徵在於所述的重力控制的活動件是敏感式RC振蕩電路的重力式可變電容的活動導電極板。
3.根據權利要求2所述的微型重力開關，特徵在於所述的敏感式RC振蕩電路是由該電路中重力控制的活動導電極板的重力式可變電容、基礎電容、電阻和門電路構成的RC振蕩電路。
4.根據權利要求3所述的微型重力開關，特徵在於所述的重力式可變電容Cx由相同的兩塊固定極板和一塊活動導電極板構成，當重力式可變電容正立時有1/CX = l/Q+l/C^ 或Cx = C1C2/(CJC2) = ￡S/2d，其中ε為所充氣體的相對介電常數，S為每塊固定極板面積，C1為固定極板1和活動導電極板間電容，C2為固定極板2和活動導電極板間電容，d為固定極板與活動導電極板間的距離。
5.根據權利要求1所述的微型重力開關，特徵在於所述的重力控制的活動件控制的電子開關電路由敏感RC振蕩電路及其後續的延時觸發電路組成，延時觸發電路在達到設定的延遲時間後輸出高電平開關信號，該電子開關電路採用4060計數器集成晶片構成。
6.根據權利要求5所述的微型重力開關，特徵在於所述的4060計數器集成晶片選擇外接RC選頻網絡，所述的外接RC選頻網絡是由重力式可變電容Cx、基礎電容C、電阻R構成的RC振蕩電路部分，該振蕩電路產生的頻率fKC公式如下fK = 1/2. 5RCt，Ct = CxC/ (Cx+C)， 其中Ct為重力式可變電容Cx、基礎電容C的串聯電容。
7.根據權利要求4、或6所述的微型重力開關，特徵在於所述的重力式可變電容Cx 當微型重力開關正立時，活動導電極板處於與固定極板正對的密封殼體底部，活動導電極板和兩固定極板的間隙較大，活動導電極板和兩固定極板構成的電容Cx較小，與基礎電容 C、電阻R構成的振蕩電路不能產生振蕩，延時觸發電路不能產生開關信號；當微型重力開關倒置後，在重力作用下，或活動導電極板與兩固定極板接觸，相當於導線，由於基礎電容 C的存在，能夠引起振蕩電路振蕩；或活動導電極板和兩固定極板沒有完全接觸，存在微小間隙，活動導電極板和兩固定極板構成的電容Cx較大，和基礎電容C串聯後同樣能夠引起振蕩電路振蕩；以上兩種情況均能引起振蕩電路振蕩，振蕩信號傳輸至延時觸發電路，延時觸發電路經計數延時後會產生用於啟動的開關信號，即重力式可變電容Cx構成的RC振蕩電路及後續的延時觸發電路就成為觸發開關，根據4060計數器要求的Ct有最小值的限定， 即=Ct > lOOpF，所以得出Cx的選擇值範圍為=Cx > IOOC/(100+C)pf0
8.根據權利要求7所述的微型重力開關，特徵在於所述的重力式可變電容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情況下才能夠引起振蕩電路振蕩，該微型重力開關才能夠導通，被導通後能保持穩定的導通狀態；當重力式可變電容Cx的活動極板從完全倒置狀態再轉過大於90°的角度，活動極板和兩固定極板的間隙較大，振蕩電路才能夠停止振蕩，該微型重力開關才會斷開，被斷開後又能保持穩定的不導通狀態。
9.根據權利要求1所述的微型重力開關，特徵在於所述的電子開關電路的工作電流不大於1mA，所述的電子開關電路的休眠電流不大於ΙΟμΑ。
全文摘要
本發明公開的微型重力開關屬微型倒置開關技術領域，它包括微型開關殼體及殼體內的重力開關結構，由重力控制的活動件控制的電子開關電路組成，電子開關電路包括有RC振蕩電路、延時觸發電路等，重力控制的活動件是重力控制的重力式可變電容的活動導電極板，重力式可變電容是RC振蕩電路中的電容之一；本發明的優點有該微型重力開關是重力控制的可變電容構成的電子開關電路，設計合理，結構簡單，體積小，易製作，成本低，具有微體積、微功耗、穩定性、高可靠性，使用效果好，工作狀態穩定，適用於對倒置或方向敏感的系統、裝置，這種微型重力開關值得採用和推廣。
文檔編號H03K17/975GK102427356SQ20111030358
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者尤文斌, 崔春生, 張浩茹, 張瑜, 李新娥, 沈大偉, 祖靜, 裴東興, 靳鴻, 馬鐵華, 麻海霞 申請人:中北大學