CN112216454A - 一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构及可变电阻输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构及可变电阻输出方法。采用带有N个接触触点的长条状微滑板使接触触点处于不同位置，采用静电执行器使某一个接触触点与金属条和电阻条之间接触短路。并联金属条的输出端与串联电阻条的端点之间的电阻值将随着接触触点的位置不同而发生连续性变化。该电位器引出结构采用多个微电位器串联，既实现了宽量程，又保证了极高的电阻控制分辨率，同时采用微机械结构，寄生电容小、体积小、可通过控制逻辑实现在线电阻调整，适合各类电子电路使用。

Description

一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构及可变电阻输出 方法

技术领域

本发明属于电位器领域，尤其涉及一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构及可变电阻输出方法。

背景技术

电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器在电路系统中有着极其重要的作用。传统的电位器结构较大，需要外力旋转调整抽头实现电阻的变化。相较于传统的机械式电阻器，数字电位器采用电子开关切换的方式将多个串联电阻的某个抽头选通切换出来实现电阻的调节。这种数字电位器具有体积小、工作寿命高、无机械磨损等优点，但是，数字电位器也有着不可忽视的缺点，如电阻的调整精度取决于串联电阻网络上的最小电阻值，存在难以调节大电阻范围和高的电阻调整精度的矛盾等。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构及可变电阻输出方法，为实现高精度大量程微机械电位器奠定了技术基础。

技术方案：本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，利用长条状微滑板结构在N个电阻条的上方平面内滑动到合适位置，再通过选择控制使某个微电位器单元对应的静电执行器动作，使触点短路该微电位器单元内的电阻条到输出抽头。整个电位器的结构俯视图如附图3所示。图中，1为长条状微滑板；21a、21b、22a、22b……2Na、2Nb为静电执行器的控制电极；3为弹簧结构；41、42、43……4N为静电执行器的感应电极；5为高度控制凸点；61、62、63…… 6N为金属条；71、72、73……7N为电阻条；8为线性执行器用定位槽；91、92、93…… 9N为接触触点。

上述结构中，长条状微滑板1的两端上下对称设有线性执行器用定位槽8，便于长条状微滑板1能在线性执行器的推动下上下自由移动；长条状微滑板1上的中间部分是由N个触点单元通过高度控制单元和弹簧结构3过渡，依次串联重复构成；上述都为同一材料；触点单元的背面覆盖导电金属材料构成的感应电极4和接触触点9；高度控制凸点5在高度控制单元的背面上下两端均匀分布，且凸出长条状微滑板1的背面一段高度。长条状微滑板的结构俯视示意图如附图1所示。

电阻条7和金属条6均与长条状微滑板1交叉垂直放置，且二者留有间隔，在它们外侧各有一条控制电极2，组成了一个微电位器单元。N个微电位器单元横向排列，分别与长条状微滑板1上的触点单元一一对应。每个微电位器单元的电阻条串联在一起组成微机械电位器的C、D电阻输出；每个微电位器的金属条并联在一起组成微机械电位器的抽头W。微电位器单元的结构俯视示意图如附图2所示。上述微电位器单元设置在绝缘衬底表面，与长条状微滑板1不在一个平面，长条状微滑板1悬浮在微电位器单元上方且有极短的间隙,例如1-2微米。

本发明还提出一种根据权利要求任一项所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构产生可变电阻输出的方法，该方法如下：当需要调节抽头W的输出电阻时，在长条状微滑板所在平面内，垂直于长条状微滑板的一维方向上移动长条状微滑板1发生合适的位移，所述合适的位移为小于控制电极条的长度，再对某个微电位器单元(例如 i,1≤i≤N)中的两个控制电极施加控制电压，其他电极条的控制电位都为0，静电力将作用到第i个触点单元的感应电极4上，导致该触点单元向下弯曲使得第i个接触触点9i短接对应的微电位器上的电阻条和金属条的某个位置，从而产生抽头W的输出。该触点单元两边的高度控制单元上的高度控制凸点5接触到衬底，阻止了其他触点单元的向下弯曲接触。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

1)多个微电位器串联，可获得大电阻量程；

2)采用微机械移动微滑板，容易实现亚微米级别的移动精度，从而可得到极高的电阻控制精度；

3)静电驱动执行器的两个电极在衬底上，只在微滑板上设置感应电极，微滑板不需要引出电极，控制简单且干扰低；

4)每个接触单元的两边都有高度控制凸点，避免了某个接触单元向下弯曲时带动其临近的接触单元一起向下弯曲，提高了稳定性和可靠性；

5)整个结构可以采用表面微加工工艺制作，工艺简便；

6)采用片上控制信号来实现电阻的调整，避免了传统电位器的机械手调，适合反馈系统应用；

7)采用微机械加工技术制作，体积和IC芯片类似、可超小体积封装。

附图说明

图1为本发明的长条状微滑板结构俯视示意图。

其中：长条状微滑板1；弹簧结构3；静电执行器的感应电极41、42、43……4N；高度控制凸点5；线性执行器用定位槽8；接触触点91、92、93……9N。

图2为本发明的微电位器单元结构俯视示意图。

其中：静电执行器的控制电极21a、21b、22a、22b……2Na、2Nb；金属条61、62、63……6N；电阻条71、72、73……7N。

图3为本发明的结构俯视示意图。

其中：长条状微滑板1；静电执行器的控制电极21a、21b、22a、22b……2Na、2Nb；弹簧结构3；静电执行器的感应电极41、42、43……4N；高度控制凸点5；金属条61、 62、63……6N；电阻条71、72、73……7N；线性执行器用定位槽8；接触触点91、92、 93……9N。

具体实施方式

本发明是一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构。该结构由长条状微滑板1；静电执行器的控制电极21a、21b、22a、22b……2Na、2Nb；弹簧结构3；静电执行器的感应电极41、42、43……4N；高度控制凸点5；金属条61、62、63……6N；电阻条71、 72、73……7N；线性执行器用定位槽8；接触触点91、92、93……9N组成。

所述长条状微滑板(1)上的中间部分是由N个触点单元通过高度控制单元和弹簧结构(3)过渡，依次串联重复构成；触点单元的背面覆盖导电金属材料构成的感应电极(4)和接触触点(9)；所述高度控制单元的背面上下两端均匀分布高度控制凸点(5)，且凸出长条状微滑板(1)的背面一定高度；

所述两个控制电极条、一个电阻条、一个金属条为一组构成微电位器单元，一共组成N个微电位器单元，每个微电位器单元对应一个触点单元，所述N个微电位器单元位于同一个平面；其中，每个微电位器单元中的两个控制电极条、一个电阻条、一个金属条平行排列，且一个电阻条、一个金属条位于两个控制电极条之间；所述每条电阻条的首尾依次串联组成微机械电位器的S型电阻，S型电阻的两端形成微机械电位器的C、D 电阻输出端；所述每个金属条的相同一端连接并联在一起，最终组成微机械电位器的抽头W；所述每个微电位器单元设置在绝缘衬底表面，与长条状微滑板(1)不在一个平面，长条状微滑板(1)悬浮在微电位器单元上方。

所述长条状微滑板(1)的两端上下对称设有线性执行器用定位槽(8)，便于长条状微滑板(1)能在线性执行器的推动下上下自由移动。

所述N个触点单元所在的N个正方形板为同一弹性材料构成。

所述触点单元的背面覆盖导电金属材料构成的感应电极(4)包括第一感应电极和第二感应电极，通过细导电金属相连接；并且第一感应电极和第二感应电极平行，接触触点(9)位于第一感应电极和第二感应电极之间且不与感应电极接触。

所述高度控制凸点(5)凸出长条状微滑板(1)的背面的高度小于微电位器单元和长条状微滑板(1)之间的间隙。

本发明还提出一种根据权利要求任一项所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构产生可变电阻输出的方法，该方法如下：当需要调节抽头W的输出电阻时，在长条状微滑板所在平面内，垂直于长条状微滑板的一维方向上移动长条状微滑板(1) 发生合适的位移，所述合适的位移为小于控制电极条的长度，再对其中一个微电位器单元中的两个控制电极施加控制电压，静电力将作用到触点单元的感应电极(4)上，导致该触点单元向下弯曲使得接触触点短接对应的微电位器单元中的电阻条和金属条的某个位置，从而使抽头W产生所需要的电阻输出。

以上所述，仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围；凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改或同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，其特征在于，该电位器引出结构包括长条状微滑板(1)、N个电阻条、2N个控制电极条、N个金属条及N个接触触点；所述长条状微滑板(1)上的中间部分是由N个触点单元通过高度控制单元和弹簧结构(3)过渡，依次串联重复构成；触点单元的背面覆盖导电金属材料构成的感应电极(4)和接触触点(9)；所述高度控制单元的背面上下两端均匀分布高度控制凸点(5)，且其凸出长条状微滑板(1)的背面一定高度；

所述两个控制电极条、一个电阻条、一个金属条为一组构成微电位器单元，一共组成N个微电位器单元，每个微电位器单元对应一个触点单元，所述N个微电位器单元位于同一个平面；其中，每个微电位器单元中的两个控制电极条、一个电阻条、一个金属条平行排列，且一个电阻条、一个金属条位于两个控制电极条之间；所述每条电阻条的首尾依次串联组成微机械电位器的S型电阻，S型电阻的两端形成微机械电位器的C、D电阻输出端；所述每个金属条的相同一端连接并联在一起，最终组成微机械电位器的抽头W；所述每个微电位器单元设置在绝缘衬底表面，与长条状微滑板(1)不在一个平面，长条状微滑板(1)悬浮在微电位器单元上方。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，其特征在于，所述长条状微滑板(1)的两端上下对称设有线性执行器用定位槽(8)，便于长条状微滑板(1)能在线性执行器的推动下上下自由移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，其特征在于，所述N个触点单元所在的N个正方形板为同一弹性材料构成。

4.根据权利要求1或2所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，其特征在于，触点单元的背面覆盖导电金属材料构成的感应电极(4)包括第一感应电极和第二感应电极，通过细导电金属相连接；并且第一感应电极和第二感应电极平行，接触触点(9)位于第一感应电极和第二感应电极之间且不与感应电极接触。

5.根据权利要求4所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构，其特征在于，所述高度控制凸点(5)凸出长条状微滑板(1)背面的高度小于微电位器单元和长条状微滑板(1)之间的间隙。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的一种高分辨率宽量程微机械电位器引出结构产生可变电阻输出的方法，其特征在于，该方法如下：当需要调节抽头W的输出电阻时，在长条状微滑板所在平面内，垂直于长条状微滑板的一维方向上移动长条状微滑板(1)发生合适的位移，所述合适的位移为小于控制电极条的长度，再对其中一个微电位器单元中的两个控制电极施加控制电压，静电力将作用到触点单元的感应电极(4)上，导致该触点单元向下弯曲使得接触触点短接对应的微电位器单元中的电阻条和金属条的某个位置，从而使抽头W产生所需要的电阻输出。

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