CN219162182U - 惯性传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种惯性传感器，包括可动质量块，附接元件以及止挡元件；止挡元件位于附接元件与可动质量块之间，并且，在可动质量块的宽度方向上，止挡元件的一侧通过第一扭转梁元件与附接元件连接，另一侧通过第二扭转梁元件与可动质量块连接；当可动质量块沿可动质量块的厚度方向发生偏转时，带动止挡元件在厚度方向发生偏转，能够阻止或者减缓器件可动质量块部分的碰撞，从而起到了止挡效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种惯性传感器。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，指尺寸在几毫米乃至更小的装置。微机电系统是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或系统。
惯性传感器，例如加速度计，是MEMS传感器的重要组成，广泛应用于诸如消费类电子产品，手机、无线耳机等产品；汽车、大型机械等工业应用以及车规级应用；导弹、飞行器等军用以及航空航天；主要实现物体运动加速度测量，从而完成导航、姿态控制以及动作感应等。惯性传感器包括了微米级别尺寸的可动结构，例如梳齿状的结构、细长的梁结构，在跌落或者碰撞的过程中，容易造成应力集中的效应，可能会导致器件内部结构的断裂，从而导致器件失效。
实用新型内容
本实用新型提供一种惯性传感器，能够阻止或者减缓器件惯性传感器的可动质量块与其余器件在Z轴方向上的接触或者碰撞，从而起到了止挡效果，具体方案如下：
一种惯性传感器，包括可动质量块，附接元件以及止挡元件；
所述止挡元件位于所述附接元件与所述可动质量块之间，并且，在所述可动质量块的宽度方向上，所述止挡元件的一侧通过第一扭转梁元件与所述附接元件连接，另一侧通过第二扭转梁元件与所述可动质量块连接；
当所述可动质量块沿所述可动质量块的厚度方向发生偏转时，带动所述止挡元件在厚度方向发生偏转。
进一步地，在所述可动质量块的宽度方向上，所述可动质量块包括相对应的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端可沿所述可动质量块的所述厚度方向发生偏转，所述第一端与所述第二端的偏转方向相反；
在所述可动质量块的长度方向上，所述止挡元件具有相对应的第三端以及第四端，所述第一扭转梁元件靠近所述第三端，所述第二扭转梁元件靠近所述第四端，当所述第一端在所述厚度方向上偏转时，带动所述止挡元件的所述第三端以及所述第四端沿所述厚度方向上发生偏转，所述第三端与所述第四端的偏转方向相反。
进一步地，所述可动质量块具有沿长度方向延伸的镂空区域，所述镂空区域内设置有锚点，在所述长度方向上，所述锚点的两端分别通过梁结构与所述可动质量块连接。
进一步地，所述第一端到所述镂空区域的距离大于所述第二端到所述镂空区域的距离，所述可动质量块包括与所述第一端对应的第一质量单元以及与所述第二端对应的第二质量单元，所述第一质量单元的质量大于所述第二质量单元的质量。
进一步地，所述可动质量块上设置有容纳部，所述第二扭转梁元件位于容纳部内。
进一步地，所述第一扭转梁元件靠近第三端，所述第二扭转梁元件靠近所述第四端；
所述止挡元件上包括与所述第一扭转梁元件连接的第一位置，以及，与所述第二扭转梁元件连接的第二位置，所述第一位置与所述第二位置之间的距离为第一长度，所述第二位置与所述第四端之间的距离为第二长度，所述第一长度与所述第二长度之间的比值满足预设范围。
进一步地，所述预设范围为0.5～2。
进一步地，所述惯性传感器仅包括一个附接元件以及一个止挡元件。
进一步地，所述第一扭转梁元件和所述第二扭转梁元件均为弯折结构，并且所述第一扭转梁元件和所述第二扭转梁元件的弯折方向相同。
进一步地，所述弯折方向为所述可动质量块的长度方向或者所述可动质量块的宽度方向。
进一步地，所述惯性传感器至少包括两组止挡结构，其中，每一组所述止挡结构均包括一个所述附接元件，一个所述止挡元件，一个所述第一扭转梁元件以及一个所述第二扭转梁元件；
所述至少两组所述止挡结构的所述止挡元件间隔设置。
进一步地，所述惯性传感器包括两组止挡结构，在所述可动质量块的宽度方向上，两组所述止挡结构对称分布。
进一步地，第一扭转梁元件和第二扭转梁元件均为弯折结构，并且同一组止挡结构的第一扭转梁元件和第二扭转梁元件的弯折方向相同。
在本实用新型中，止挡元件位于附接元件与所述可动质量块之间，并且，在可动质量块的宽度方向上，止挡元件的一侧通过第一扭转梁元件与附接元件连接，另一侧通过第二扭转梁元件与可动质量块连接，当可动质量块沿可动质量块的厚度方向发生偏转时，带动止挡元件在厚度方向发生偏转，在偏转过程中，第一扭转梁元件和第二扭转梁元件对止挡元件的拉力是相反的，从而使得止挡元件的偏转距离大于可动质量块的偏转距离，从而止挡元件先与器件可动结构碰撞，从而在碰触产生一定作用力使得止挡元件朝远离器件的方向运动，这时会通过第二扭转梁元件向可动质量块施加一个远离器件方向运动的拉力，从而阻止或者减缓器件可动质量块部分的碰撞，从而起到了止挡效果。
附图说明
下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本实用新型实施例一中的惯性传感器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二中的惯性传感器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例三中的惯性传感器的结构示意图；
图4为本实用新型实施例四中的惯性传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。
下面将结合附图以及具体实施例对本实用新型中的惯性传感器做详细阐述。
实施例一
本实施例提供一种惯性传感器100，包括可动质量块10a，附接元件1以及止挡元件13；
止挡元件13位于附接元件1与可动质量块10a之间，并且，在可动质量块10a的宽度方向y上，止挡元件13的一侧通过第一扭转梁元件11与附接元件1连接，另一侧通过第二扭转梁元件12与可动质量块10a连接；
当可动质量块10a沿所述可动质量块10a的厚度方向z发生偏转时，带动所述止挡元件13在厚度方向z发生偏转。
在本实施例中，可动质量块10a是惯性传感器用于检测z方向的加速度的质量块，通过可动质量块10a在z方向的偏转，从而测得z方向的加速度，附接元件1是固定的，如图1所示，在加速度作用到可动质量块10a上的情况下，该可动质量块10a的一端可沿厚度方向z向下或者向上运动，相反地，可动质量块10a的另一端可沿厚度方向z向上或者向下运动，从而带动了止挡元件13的一端在厚度方向z相应地向下或者向上运动，相反地，止挡元件13的另一端可沿厚度方向z向上或者向下运动，在可动质量块10a沿Z轴(即厚度方向z)向下偏转的过程中，通过第二扭转梁元件12拉动止挡元件13运动，其中止挡元件13右端部分，即图1中与d2对应的部分与可动质量块10a沿同向运动，其中可动质量块10a位移为z1，d2对应的部分的最右端位移为z2，根据杠杆原理，z2/z1＝(d1+d2)/d1，即d2最右端的移动距离大于可动质量块10a的最右端的位移距离，从而使得止挡元件13的偏转距离大于可动质量块10a的偏转距离，从而止挡元件13先与器件可动结构碰撞，从而在碰触产生一定作用力使得止挡元件13朝远离器件的方向运动，这时会通过第二扭转梁元件12向可动质量块10a施加一个远离器件方向运动的拉力，从而阻止或者减缓器件可动质量块10a部分的碰撞，从而起到了止挡效果。
进一步地，在本实施例中，惯性传感器100仅包括一个附接元件1以及一个止挡元件13。
在本实施例中，在图1中，止挡元件13的长度与可动质量块10a的长度相同，并且止挡元件13的第三端和第四端与可动质量块10a的两端对其，需要说明的是，本实用新型中的止挡元件13的第三端和第四端与可动质量块10a的两端也可以不对齐，对此不做限定。
进一步地，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12均为弯折结构，并且第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件的弯折方向相同。
在本实施例中，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12设计为S型弯折结构，以增加梁的长度，从而让梁变软，减小对器件z方向灵敏度的影响。
进一步地，弯折方向为宽度方向y。
进一步地，在可动质量块10a的宽度方向y上，可动质量块10a包括相对应的第一端和第二端，第一端和第二端可沿可动质量块10a的厚度方向z上发生偏转，第一端与第二端的偏转方向相反；
在可动质量块10a的长度方向x上，止挡元件13具有相对应的第三端以及第四端，第一扭转梁元件11靠近第三端，第二扭转梁元件12靠近第四端，当第一端在厚度方向z上偏转时，带动止挡元件13的第三端以及第四端沿厚度方向z上发生偏转，第三端与第四端的偏转方向相反。
在本实施例中，第一端与第二端的偏转方向相反，第三端与第四端的偏转方向相反，示例性地，在加速度作用到可动质量块10a上并且第一端沿厚度方向z向下运动时，从而通过第二扭转梁元件12带动了止挡元件13的第四端向下运动，止挡元件13的第三端向上运动，由于杠杆原理，止挡元件13的第四端向下运动的距离大于可动质量块10a的第一端向下运动的距离，因此，第四端先与下层的器件可动结构碰撞，这时会通过第二扭转梁元件12向可动质量块10a施加一个远离下层器件方向运动的拉力，从而阻止或者减缓下层器件可动质量块10a部分的碰撞，从而起到了止挡效果；示例性地，在加速度作用到可动质量块10a上的情况下并且该可动质量块10a的第一端沿厚度方向z向上运动时，带动了止挡元件13的第四端向上运动，止挡元件13的第三端向下运动，由于杠杆原理，止挡元件13的第四端向上运动的距离大于可动质量块10a的第一端向上运动的距离，因此，第四端先与上层器件可动结构碰撞，这时会通过第二扭转梁元件12向可动质量块10a施加一个远离上层器件方向运动的拉力，从而阻止或者减缓上层器件可动质量块10a部分的碰撞，从而起到了止挡效果；
进一步地，可动质量块10a具有沿长度方向x延伸的镂空区域18，镂空区域18内设置有锚点15，在长度方向x上，锚点15的两端分别通过梁结构14与可动质量块10a连接。
在本实施例中，可动质量块10a通过锚点15固定，锚点所在的中心线16即为可动质量块的z方向的转动轴，锚点15所在的位置可以为可动质量块10a的中心位置，也可以不是可动质量块10a的中心位置，可动质量块10a包括位于锚点15两侧的两个质量单元，示例性地，若锚点15为可动质量块10a的中心位置，那么为了能够使得可动质量块10a在厚度方向zz上能够发生偏转，可以在第二端对应的质量单元上设置有减重结构，示例性地，若锚点15为可动质量块10a的非中心位置，也就是两个质量单元的质量不同，并且与第一端对应的质量单元的质量大于第二端对应的质量单元的质量。
在本实施例中，锚点15起到了固定支撑作用，将可动质量块10a与器件支撑固定。锚点15所在的轴线为分界线，将可动质量块10a分为两个质量单元。
进一步地，第一端到镂空区域18的距离大于第二端到镂空区域18的距离，可动质量块10a包括与第一端对应的第一质量单元17a以及与第二端对应的第二质量单元17b，第一质量单元17a的质量大于第二质量单元17b的质量。
在本实施例中，可动质量块10a可以为重心，若锚点15为可动质量块10a的非中心位置，第一质量单元17a的质量大于第二质量单元17b的质量，因此，在加速度作用到可动质量块10a上时，第一质量单元17a先发生偏转，并且同时带动第二质量单元17b发生偏转。
进一步地，可动质量块10a上设置有容纳部19，第二扭转梁元件12位于容纳部19内。
在本实施例中，第一端设置容纳部19，该容纳部19向第二端的方向凹陷，第二扭转梁元件12放置在容纳部19内，从而使得整个结构更加紧凑。
进一步地，第一扭转梁元件11靠近第三端，第二扭转梁元件12靠近第四端；
止挡元件13上包括与第一扭转梁元件11连接的第一位置，以及，与第二扭转梁元件12连接的第二位置，第一位置与第二位置之间的距离为第一长度，第二位置与第四端之间的距离为第二长度，第一长度与第二长度之间的比值满足预设范围。
进一步地，预设范围为0.5～2。
在本实施例中，第二长度d2与第一长度d1的比值决定了止挡元件13与器件的接触时机，从而决定了可动质量块10a在厚度方向z上的运动距离。在本实施例中，第一长度与第二长度之间的比值在0.5～2之间，包括1，也即是，第一长度与第二长度可以相等。
实施例二
如图2所示，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12均为弯折结构，并且第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12的弯折方向相同，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12设计为S型弯折结构，以增加梁的长度，从而让梁变软，减小对器件z方向灵敏度的影响，与实施例一不同的是，在本实施例中，弯折方向为宽度方向y。
实施例三
如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中的惯性传感器100包括至少两组止挡结构，其中，每一组止挡结构均包括一个附接元件1，一个止挡元件13，一个第一扭转梁元件11以及一个第二扭转梁元件12，至少两组止挡结构的止挡元件13间隔设置。
在本实施例中，惯性传感器100包括至少两组止挡结构，每一组止挡结构中，附接元件1与止挡元件13一一对应，并且，一个止挡元件13通过一个第一扭转梁元件11与对应的附接元件1连接，通过一个第二扭转梁元件12与可动质量块10a连接，示例性地，如图3所示，左边的止挡结构包括左侧附接元件1a，左侧止挡元件13a，左侧第一扭转梁元件11a，左侧第二扭转梁元件12a，左侧第二扭转梁元件12a放置在左侧容纳部19a内，同样地，右边的止挡结构包括右侧附接元件1b，右侧止挡元件13b，右侧第一扭转梁元件11b，右侧第二扭转梁元件12b，右侧第二扭转梁元件12b放置在右侧容纳部19b内。
具体地，在本实施例中，惯性传感器100包括两组止挡结构，在可动质量块10a的宽度方向y上，两组止挡结构对称分布。
在本实施例中，两个止挡结构是对称分布的，因此由于存在左右对称的两个第一扭转梁元件11和两个第二扭转梁元件12，因此，使得第一质量单元17a的左右受力更加均匀，从而使得第一质量单元17a运动过程中左右两面的位移量更加均匀，提高惯性传感器100的加速度检测准确性。
进一步地，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12均为弯折结构，并且同一组止挡结构的第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12的弯折方向相同。
在本实施例中，由于两组止挡结构相对于锚点15对称分布，因此，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12的弯折方向相反。
进一步地，弯折方向为宽度方向y。
实施例四
如图4所示，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12均为弯折结构，并且第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12的弯折方向相同，第一扭转梁元件11和第二扭转梁元件12设计为S型弯折结构，以增加梁的长度，从而让梁变软，减小对器件z方向灵敏度的影响，与实施例一不同的是，在本实施例中，弯折方向为宽度方向y。
以上对本实用新型实施例所提供的液位传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (13)
1.一种惯性传感器，其特征在于，包括可动质量块(10a)，附接元件(1)以及止挡元件(13)；
所述止挡元件(13)位于所述附接元件(1)与所述可动质量块(10a)之间，并且，在所述可动质量块(10a)的宽度方向(y)上，所述止挡元件(13)的一侧通过第一扭转梁元件(11)与所述附接元件(1)连接，另一侧通过第二扭转梁元件(12)与所述可动质量块(10a)连接；
当所述可动质量块(10a)沿所述可动质量块(10a)的厚度方向(z)发生偏转时，带动所述止挡元件(13)在厚度方向(z)发生偏转。
2.如权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，在所述可动质量块(10a)的宽度方向(y)上，所述可动质量块包括相对应的第一端和第二端，所述第一端和所述第二端可沿所述可动质量块(10a)的所述厚度方向(z)发生偏转，所述第一端与所述第二端的偏转方向相反；
在所述可动质量块(10a)的长度方向(x)上，所述止挡元件(13)具有相对应的第三端以及第四端，所述第一扭转梁元件(11)靠近所述第三端，所述第二扭转梁元件(12)靠近所述第四端，当所述第一端在所述厚度方向(z)上偏转时，带动所述止挡元件(13)的所述第三端以及所述第四端沿所述厚度方向(z)上发生偏转，所述第三端与所述第四端的偏转方向相反。
3.如权利要求2所述的惯性传感器，其特征在于，所述可动质量块(10a)具有沿长度方向(x)延伸的镂空区域(18)，所述镂空区域(18)内设置有锚点(15)，在所述长度方向(x)上，所述锚点(15)的两端分别通过梁结构(14)与所述可动质量块(10a)连接。
4.如权利要求3所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一端到所述镂空区域(18)的距离大于所述第二端到所述镂空区域(18)的距离，所述可动质量块(10a)包括与所述第一端对应的第一质量单元(17a)以及与所述第二端对应的第二质量单元(17b)，所述第一质量单元(17a)的质量大于所述第二质量单元(17b)的质量。
5.如权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述可动质量块(10a)上设置有容纳部(19)，所述第二扭转梁元件(12)位于容纳部(19)内。
6.如权利要求2所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一扭转梁元件(11)靠近第三端，所述第二扭转梁元件(12)靠近所述第四端；
所述止挡元件(13)上包括与所述第一扭转梁元件(11)连接的第一位置，以及，与所述第二扭转梁元件(12)连接的第二位置，所述第一位置与所述第二位置之间的距离为第一长度，所述第二位置与所述第四端之间的距离为第二长度，所述第一长度与所述第二长度之间的比值满足预设范围。
7.如权利要求6所述的惯性传感器，其特征在于，所述预设范围为0.5～2。
8.如权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述惯性传感器仅包括一个附接元件(1)以及一个止挡元件(13)。
9.如权利要求8所述的惯性传感器，其特征在于，所述第一扭转梁元件(11)和所述第二扭转梁元件(12)均为弯折结构，并且所述第一扭转梁元件(11)和所述第二扭转梁元件(12)的弯折方向相同。
10.如权利要求9所述的惯性传感器，其特征在于，所述弯折方向为所述可动质量块(10a)的长度方向(x)或者所述可动质量块(10a)的宽度方向(y)。
11.如权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，所述惯性传感器包括至少两组止挡结构，其中，每一组所述止挡结构均包括一个所述附接元件(1)，一个所述止挡元件(13)，一个所述第一扭转梁元件(11)以及一个所述第二扭转梁元件(12)；
所述至少两组止挡结构的所述止挡元件(13)间隔设置。
12.如权利要求11所述的惯性传感器，其特征在于，所述惯性传感器包括两组止挡结构，在所述可动质量块(10a)的宽度方向(y)上，两组所述止挡结构对称分布。
13.如权利要求11所述的惯性传感器，其特征在于，第一扭转梁元件(11)和第二扭转梁元件(12)均为弯折结构，并且同一组止挡结构的第一扭转梁元件(11)和第二扭转梁元件(12)的弯折方向相同。
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|---|---|---|---|
| CN202320349702.5U CN219162182U (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 惯性传感器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117509529A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-06 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器结构与惯性传感器 |
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2023
- 2023-03-01 CN CN202320349702.5U patent/CN219162182U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117509529A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-02-06 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器结构与惯性传感器 |
| CN117509529B (zh) * | 2023-12-28 | 2024-03-08 | 苏州敏芯微电子技术股份有限公司 | 惯性传感器结构与惯性传感器 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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