CN105782697B - 一种适用于高过载环境的mems器件激活机构及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及MEMS 器件的过载保护技术，具体是一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构及保护方法。本发明解决了现有MEMS 器件的过载保护方法容易影响MEMS器件的正常工作、容易导致MEMS器件发生结构损坏的问题。一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，包括质量块、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分；所述锚块部分包括两个前锚块、两个后锚块、两个左锚块、两个右锚块；所述支撑梁部分包括两个Ω字形前支撑梁、两个Ω字形后支撑梁；所述吸能梁部分包括两个左吸能梁、两个右吸能梁、四个断裂点。本发明适用于MEMS 器件的过载保护。

Description

一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构及保护方法
技术领域
本发明涉及MEMS 器件的过载保护技术，具体是一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构及保护方法。
背景技术
MEMS（微机电系统）器件以其体积小、重量轻、成本低、可靠性好、功耗低、测量范围大等优点，被广泛应用于汽车电子、无线通信、消费电子、生物医学、航空航天、工业、农业等领域。随着上述领域的发展，MEMS 器件的需求越来越大，并被逐渐应用于比较极端的环境（例如高过载、高冲击等恶劣环境），由此对MEMS 器件的过载保护提出了较高要求。目前，MEMS 器件的过载保护方法主要是采用刚性的限位装置来限制MEMS 器件的质量块的运动距离，由此实现过载保护的目的。然而，此种方法在高过载、高冲击状态下容易导致限位装置与质量块之间发生剧烈碰撞，而碰撞产生的碎片一方面容易影响MEMS器件的正常工作，另一方面容易导致MEMS器件发生结构损坏。基于此，有必要发明一种全新的MEMS 器件的过载保护机构，以解决现有MEMS 器件的过载保护方法存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有MEMS 器件的过载保护方法容易影响MEMS器件的正常工作、容易导致MEMS器件发生结构损坏的问题，提供了一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构及保护方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，包括质量块、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分；
所述锚块部分包括两个前锚块、两个后锚块、两个左锚块、两个右锚块；两个前锚块的后表面分别与质量块的前表面左部和前表面右部正对；两个后锚块的前表面分别与质量块的后表面左部和后表面右部正对；两个左锚块的右表面分别与质量块的左表面前部和左表面后部正对；两个右锚块的左表面分别与质量块的右表面前部和右表面后部正对；
所述支撑梁部分包括两个Ω字形前支撑梁、两个Ω字形后支撑梁；两个Ω字形前支撑梁的首端分别与两个前锚块的后表面垂直固定；两个Ω字形前支撑梁的尾端分别与质量块的前表面左部和前表面右部垂直固定；两个Ω字形后支撑梁的首端分别与两个后锚块的前表面垂直固定；两个Ω字形后支撑梁的尾端分别与质量块后表面左部和后表面右部垂直固定；
所述吸能梁部分包括两个左吸能梁、两个右吸能梁、四个断裂点；两个左吸能梁的首端分别与两个左锚块的右表面垂直固定；两个左吸能梁的尾端分别与质量块的左表面前部和左表面后部垂直固定；两个右吸能梁的首端分别与两个右锚块的左表面垂直固定；两个右吸能梁的尾端分别与质量块的右表面前部和右表面后部垂直固定；四个断裂点分别设置于两个左吸能梁和两个右吸能梁上。
一种适用于高过载环境的MEMS器件保护方法（该方法是基于本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
a.将锚块部分与基底固连；在初始状态下，质量块、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分均处于静止状态；此时，吸能梁部分保持完好，质量块不工作；
b.当质量块受到冲击时，质量块在冲击力的作用下发生位移，并带动锚块部分发生位移；此时，由于锚块部分与基底固连，锚块部分的位移小于质量块的位移，质量块与锚块部分之间由此产生相对位移；
若质量块与锚块部分之间的相对位移未达到阈值，则吸能梁部分仍然保持完好，质量块仍然不工作；
若质量块与锚块部分之间的相对位移达到阈值，则吸能梁部分的四个断裂点发生断裂，并在断裂的同时吸收冲击能量，由此起到保护质量块的作用，并使得质量块开始正常工作；在冲击结束后，质量块仅通过支撑梁部分与锚块部分连接；此时，质量块继续正常工作。
与现有MEMS 器件的过载保护方法相比，本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构及保护方法采用吸能梁吸收冲击能量后断裂的全新原理，实现了对MEMS器件的全方位过载保护，由此彻底避免了在高过载、高冲击状态下限位装置与质量块之间发生碰撞，从而一方面有效保证了MEMS器件的正常工作，另一方面有效防止了MEMS器件发生结构损坏。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有MEMS 器件的过载保护方法容易影响MEMS器件的正常工作、容易导致MEMS器件发生结构损坏的问题，适用于MEMS 器件的过载保护。
附图说明
图1是本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构的第一种结构示意图。
图2是图1的部分结构示意图。
图3是本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构的第二种结构示意图。
图4是图3的部分结构示意图。
图中：1-质量块，21-前锚块，22-后锚块，23-左锚块，24-右锚块，31-Ω字形前支撑梁，32-Ω字形后支撑梁，41-左吸能梁，42-右吸能梁，43-断裂点。
具体实施方式
实施例一
一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，包括质量块1、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分；
所述锚块部分包括两个前锚块21、两个后锚块22、两个左锚块23、两个右锚块24；两个前锚块21的后表面分别与质量块1的前表面左部和前表面右部正对；两个后锚块22的前表面分别与质量块1的后表面左部和后表面右部正对；两个左锚块23的右表面分别与质量块1的左表面前部和左表面后部正对；两个右锚块24的左表面分别与质量块1的右表面前部和右表面后部正对；
所述支撑梁部分包括两个Ω字形前支撑梁31、两个Ω字形后支撑梁32；两个Ω字形前支撑梁31的首端分别与两个前锚块21的后表面垂直固定；两个Ω字形前支撑梁31的尾端分别与质量块1的前表面左部和前表面右部垂直固定；两个Ω字形后支撑梁32的首端分别与两个后锚块22的前表面垂直固定；两个Ω字形后支撑梁32的尾端分别与质量块1后表面左部和后表面右部垂直固定；
所述吸能梁部分包括两个左吸能梁41、两个右吸能梁42、四个断裂点43；两个左吸能梁41的首端分别与两个左锚块23的右表面垂直固定；两个左吸能梁41的尾端分别与质量块1的左表面前部和左表面后部垂直固定；两个右吸能梁42的首端分别与两个右锚块24的左表面垂直固定；两个右吸能梁42的尾端分别与质量块1的右表面前部和右表面后部垂直固定；四个断裂点43分别设置于两个左吸能梁41和两个右吸能梁42上。
在本实施例中，如图1-图2所示，两个左吸能梁41和两个右吸能梁42均采用一字形结构；四个断裂点43分别设置于两个左吸能梁41和两个右吸能梁42的尾部。
一种适用于高过载环境的MEMS器件保护方法（该方法是基于本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
a.将锚块部分与基底固连；在初始状态下，质量块1、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分均处于静止状态；此时，吸能梁部分保持完好，质量块1不工作；
b.当质量块1受到冲击时，质量块1在冲击力的作用下发生位移，并带动锚块部分发生位移；此时，由于锚块部分与基底固连，锚块部分的位移小于质量块1的位移，质量块1与锚块部分之间由此产生相对位移；
若质量块1与锚块部分之间的相对位移未达到阈值，则吸能梁部分仍然保持完好，质量块1仍然不工作；
若质量块1与锚块部分之间的相对位移达到阈值，则吸能梁部分的四个断裂点43发生断裂，并在断裂的同时吸收冲击能量，由此起到保护质量块1的作用，并使得质量块1开始正常工作；在冲击结束后，质量块1仅通过支撑梁部分与锚块部分连接；此时，质量块1继续正常工作。
具体实施时，质量块1与吸能梁部分采用相同的材料加工而成。质量块1 的加工工艺与吸能梁部分的加工工艺相互兼容。这样的好处在于有效降低了加工成本，有效减小了加工难度，有效提高了产品的一致性和可靠性。
实施例二
一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，包括质量块1、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分；
所述锚块部分包括两个前锚块21、两个后锚块22、两个左锚块23、两个右锚块24；两个前锚块21的后表面分别与质量块1的前表面左部和前表面右部正对；两个后锚块22的前表面分别与质量块1的后表面左部和后表面右部正对；两个左锚块23的右表面分别与质量块1的左表面前部和左表面后部正对；两个右锚块24的左表面分别与质量块1的右表面前部和右表面后部正对；
所述支撑梁部分包括两个Ω字形前支撑梁31、两个Ω字形后支撑梁32；两个Ω字形前支撑梁31的首端分别与两个前锚块21的后表面垂直固定；两个Ω字形前支撑梁31的尾端分别与质量块1的前表面左部和前表面右部垂直固定；两个Ω字形后支撑梁32的首端分别与两个后锚块22的前表面垂直固定；两个Ω字形后支撑梁32的尾端分别与质量块1后表面左部和后表面右部垂直固定；
所述吸能梁部分包括两个左吸能梁41、两个右吸能梁42、四个断裂点43；两个左吸能梁41的首端分别与两个左锚块23的右表面垂直固定；两个左吸能梁41的尾端分别与质量块1的左表面前部和左表面后部垂直固定；两个右吸能梁42的首端分别与两个右锚块24的左表面垂直固定；两个右吸能梁42的尾端分别与质量块1的右表面前部和右表面后部垂直固定；四个断裂点43分别设置于两个左吸能梁41和两个右吸能梁42上。
在本实施例中，如图3-图4所示，两个左吸能梁41和两个右吸能梁42均采用Z字形结构；四个断裂点43分别设置于两个左吸能梁41和两个右吸能梁42的中部。
一种适用于高过载环境的MEMS器件保护方法（该方法是基于本发明所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
a.将锚块部分与基底固连；在初始状态下，质量块1、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分均处于静止状态；此时，吸能梁部分保持完好，质量块1不工作；
b.当质量块1受到冲击时，质量块1在冲击力的作用下发生位移，并带动锚块部分发生位移；此时，由于锚块部分与基底固连，锚块部分的位移小于质量块1的位移，质量块1与锚块部分之间由此产生相对位移；
若质量块1与锚块部分之间的相对位移未达到阈值，则吸能梁部分仍然保持完好，质量块1仍然不工作；
若质量块1与锚块部分之间的相对位移达到阈值，则吸能梁部分的四个断裂点43发生断裂，并在断裂的同时吸收冲击能量，由此起到保护质量块1的作用，并使得质量块1开始正常工作；在冲击结束后，质量块1仅通过支撑梁部分与锚块部分连接；此时，质量块1继续正常工作。
具体实施时，质量块1与吸能梁部分采用相同的材料加工而成。质量块1 的加工工艺与吸能梁部分的加工工艺相互兼容。这样的好处在于有效降低了加工成本，有效减小了加工难度，有效提高了产品的一致性和可靠性。

Claims (4)

1.一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，其特征在于：包括质量块（1）、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分；
所述锚块部分包括两个前锚块（21）、两个后锚块（22）、两个左锚块（23）、两个右锚块（24）；两个前锚块（21）的后表面分别与质量块（1）的前表面左部和前表面右部正对；两个后锚块（22）的前表面分别与质量块（1）的后表面左部和后表面右部正对；两个左锚块（23）的右表面分别与质量块（1）的左表面前部和左表面后部正对；两个右锚块（24）的左表面分别与质量块（1）的右表面前部和右表面后部正对；
所述支撑梁部分包括两个Ω字形前支撑梁（31）、两个Ω字形后支撑梁（32）；两个Ω字形前支撑梁（31）的首端分别与两个前锚块（21）的后表面垂直固定；两个Ω字形前支撑梁（31）的尾端分别与质量块（1）的前表面左部和前表面右部垂直固定；两个Ω字形后支撑梁（32）的首端分别与两个后锚块（22）的前表面垂直固定；两个Ω字形后支撑梁（32）的尾端分别与质量块（1）后表面左部和后表面右部垂直固定；
所述吸能梁部分包括两个左吸能梁（41）、两个右吸能梁（42）、四个断裂点（43）；两个左吸能梁（41）的首端分别与两个左锚块（23）的右表面垂直固定；两个左吸能梁（41）的尾端分别与质量块（1）的左表面前部和左表面后部垂直固定；两个右吸能梁（42）的首端分别与两个右锚块（24）的左表面垂直固定；两个右吸能梁（42）的尾端分别与质量块（1）的右表面前部和右表面后部垂直固定；四个断裂点（43）分别设置于两个左吸能梁（41）和两个右吸能梁（42）上；
所述质量块（1）与两个左吸能梁（41）、两个右吸能梁（42）采用相同的材料加工而成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，其特征在于：两个左吸能梁（41）和两个右吸能梁（42）均采用一字形结构；四个断裂点（43）分别设置于两个左吸能梁（41）和两个右吸能梁（42）的尾部。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构，其特征在于：两个左吸能梁（41）和两个右吸能梁（42）均采用Z字形结构；四个断裂点（43）分别设置于两个左吸能梁（41）和两个右吸能梁（42）的中部。
4.一种适用于高过载环境的MEMS器件保护方法，该方法是基于如权利要求1所述的一种适用于高过载环境的MEMS器件激活机构实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
a.将锚块部分与基底固连；在初始状态下，质量块（1）、锚块部分、支撑梁部分、吸能梁部分均处于静止状态；此时，吸能梁部分保持完好，质量块（1）不工作；
b.当质量块（1）受到冲击时，质量块（1）在冲击力的作用下发生位移，并带动锚块部分发生位移；此时，由于锚块部分与基底固连，锚块部分的位移小于质量块（1）的位移，质量块（1）与锚块部分之间由此产生相对位移；
若质量块（1）与锚块部分之间的相对位移未达到阈值，则吸能梁部分仍然保持完好，质量块（1）仍然不工作；
若质量块（1）与锚块部分之间的相对位移达到阈值，则吸能梁部分的四个断裂点（43）发生断裂，并在断裂的同时吸收冲击能量，由此起到保护质量块（1）的作用，并使得质量块（1）开始正常工作；在冲击结束后，质量块（1）仅通过支撑梁部分与锚块部分连接；此时，质量块（1）继续正常工作。
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