CN2594785Y

CN2594785Y - 传感器

Info

Publication number: CN2594785Y
Application number: CN 02250622
Authority: CN
Inventors: 布鲁斯·伊莫; 詹姆士·琼斯; 保罗·泊松
Original assignee: Shenzhen Excelstor Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Excelstor Technology Co Ltd
Priority date: 2002-12-21
Filing date: 2002-12-21
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-21

Abstract

一种传感器，包括一主体、一物块、一磁铁和一导电线圈，所述主体中沿一轴设有一圆筒，其中所述圆筒具有一第一终端和一远离第一终端的第二终端；所述物块位于所述主体内，所述物块受到一磁引力；所述磁铁位于所述圆筒的所述第二终端附近以给予上的物块所受到的磁引力；所述导电线圈位于所述圆筒的所述第一终端附近，其中，当沿所述轴的重力分量减小时，所述作用于物块的磁引力将物块从所述圆筒的所述第一终端移至第二终端。

Description

传感器

【技术领域】

本实用新型是关于一传感器，特别是关于一种能检测电子设备的跌落或倾斜的传感器。

【背景技术】

现有的便携式计算机(例如，膝上型电脑、掌上型电脑及其它具有一个微处理器或微控器的电子设备)与其它电子设备在工作时容易遭受机械震动，如，用户可能因为不小心而将膝上型电脑跌落。

磁盘驱动器特别容易因为机械震动而遭受损害。因为，磁盘驱动器正常工作时，磁盘驱动器的机械结构使得读写头与记录信息的磁盘表面间维持一定距离，而磁盘驱动器遭受到机械震动时，磁头可能会接触到磁盘表面而损坏磁头或者移除磁盘记录的信息。这种情况所造成的磁盘的磁头或数据的损坏是不可恢复的，且导致磁盘驱动器无法正常工作。所以描绘机械震动情况而定位磁头位置使其避免接触数据表面是重要的。例如，在动态载入磁头驱动器中，可以将磁头卸载到磁盘的外部环道；在起停式驱动器中，可以将磁头置于无数据的着陆区内。

其中一种震动源是由于计算机跌落着陆后所产生的剧烈的减速。该计算机中的元件在上述的自由落体后又马上在短时间内经历接近0(0-G，G为重力加速度)的加速度。因此一个大约0-G的传感器即预测计算机跌落后的机械震动情况。大部分情况下，一自由落体的计算机会首先撞击着陆表面的某个角，因为一般塑料计算机壳的机械顺从力，上述的某个角先落地会稍微减轻落地对计算机的震动。如果计算机平着着地则会产生严重的震动。

计算机自由落体后可能会平着着地，或者更有可能的是，用户只提起计算机的一侧，而另一侧则从手中滑落而平着撞击地面。检测这种倾斜和释放类型的跌落比检测自由落体更困难，因此，预测使震动终止的脉冲更为困难。

一种预测倾斜和释放型跌落后产生的震动的方法就是感测计算机的倾斜角度。临界倾斜角度是指如果倾斜和释放型跌落后的倾斜角度超过该角度，则该倾斜和释放型跌落所产生撞击将超过计算机元件(例如磁盘驱动器)的承受力。当倾斜传感器检测到这样一个预定的临界角度时，如果倾斜先于跌落，计算机可采取行动保护磁盘驱动器使其免受可能的冲击。如果该倾斜角度传感器检测到一个低于该预定角度的角度，则计算机使磁盘驱动器回到正常工作的情况下。检测计算机的倾斜角度不能预测一个巨大冲撞，但是能预防这种可能性。根据倾斜角度保护计算机的方法对计算机工作的影响最小。例如，操作员在大键盘角度下(例如，角度超过30度)输入比较困难，且这样由用户键盘输入引起的驱动器访问很少高于倾斜角度。因此当计算机倾斜角度高于和低于临界点时所采取的警戒性保护行动在大多数计算机工作的情况下不只是轻微地影响磁盘驱动器访问性能。

回转仪传感器只检测旋转加速度，并不检测静态倾斜。在计算机跌落的过程中旋转可能发生也可能不发生，所以单个回转仪不能作为一个可靠的跌落预测器。静态倾斜可通过旋转加速度的积分推断。但是这种方法易于产生错误的结果，例如，因为小的移动产生的低输出信号级、零位偏移及噪音。因为回转仪具有灵敏的单一轴，需要三个互动的永久性回转仪与其辅助电路一起覆盖三个正交轴。这种方式是昂贵的且其体积超过小型设备能提供的空间。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种能检测电子设备的跌落或倾斜的传感器。

本实用新型的目的是通过下列技术方案实现的：本实用新型传感器包括一主体、一物块、一磁铁和一导电线圈，所述主体中沿一轴设有一圆筒，其中所述圆筒具有一第一终端和一远离第一终端的第二终端；所述物块位于所述主体内，所述物块受到一磁引力；所述磁铁位于所述圆筒的所述第二终端附近以给予上的物块所受到的磁引力；所述导电线圈位于所述圆筒的所述第一终端附近，其中，当沿所述轴的重力分量减小时，所述作用于物块的磁引力将物块从所述圆筒的所述第一终端移至第二终端。

与现有技术相比，本实用新型体积小、成本低廉且合成了跌落和倾斜检测功能。

【附图说明】

图1是本实用新型传感器的一实施例的剖面图。

图2A是一环形磁铁和一物块的图。

图2B显示了图2A中的该磁铁和该物块间的力和距离关系。

图3是设于一电路板上的一线圈的平面图。

图4是一检测器电路和一线圈的示意图。

图5是一电感传感器电路的示意图。

图6是一物块受力图。

图7是一便携式计算机的透视图。

图8是本实用新型第二实施例的剖面图。

图9是液体流动的剖面图。

图10是本实用新型第三实施例的剖面图。

图11是输出信号与激励信号频率的关系图。

【具体实施方式】

请参阅图1，传感器的主体102放置在印刷电路板(PCB)106的第一表面104上，该电路板106可以是便携式计算机的硬盘驱动器。主体102具有两固定柱108，该两固定柱108插设在电路板板106的孔中。在本实施例中，主体102和固定柱108是一体成型的，且由业界常用的塑料制成。固定柱108顶部具有融化部110，通过融化部110抵靠着电路板106的第二表面112而使得主体102固定在电路板106的第一表面104。其它实施例中可以使用各种其它的常见的方法将主体102固定在电路板106上，例如，小螺丝，螺钉及粘合剂等。在本实施例中，主体120的高约3.0毫米、宽约9.0毫米，可放置在便携式电子设备中。

圆筒114绕着纵向轴116设置在主体102中。圆筒114的直径为D1，高度为H。圆筒114中有一物块120，该物块120呈球状，直径为D2。在一实施例中，物块120可以是常见的直径为1/16英寸的400系列的不锈钢钢球，因为400系列的不锈钢具有软磁特性。物块120在圆筒114中可以自由移动，其移动一端受表面122的限制，另一端受电路板板106的限制。在其它实施例中可采用任何适合的机械配置来限制该移动。

主体102的顶部环绕一磁铁130。如图1所示，该磁铁130为环状，且为常见的1级陶瓷磁铁制成。在一实施例中磁铁130的磁场强度为1900奥斯特(H_C)、2200高斯(B_r)，磁铁130给予物块120一沿y轴的上升加速度，其值大约为重力加速度G的一半。所以，图1中的物块120受到的净加速度约为0.5G。物块120受力的详细情况将在下文中讨论。也可以用电磁铁替代永久磁铁。

请参阅图2A和2B，图2A和2B显示了环形磁铁200和物块202间的力和距离的关系。如图2A所示，环形磁铁200具有一8.0毫米的外径X₀、一6.0毫米的内径X_I和一1.0毫米的厚度T。物块202的中心至平面204的距离为Y。物块202是一常见的1/16分之一英寸的滚珠，重约0.01633克。

图2B显示引力怎样作用于物块202。引力随距离Y的变化而变化，其大小以其占物块202重量的百分比形式来表示。如图2B所示，作用于物块202的引力在A点(约为-0.1mm)与B点(约为0.97mm)之间超过50％，A点至B点的总位移约为1.1mm。请再参考图1，无论物块120的位置如何，圆筒114的设置要使得物块120至少经历相当于其重力50％的来自磁铁130的引力。在一实施例中，该1.59mm的球状物块的垂直移动约为1.3mm。

图2B显示了来自磁铁的引力从物块120重力的50％到70％的变化。在其它实施例中可以有不同范围。该磁铁引力应该小于物块120的重力以防止物块120浮起，且应该大于零使得跌落或倾斜时升起。在引力接近重力的100％时，轻微的传感器移动便造成伪触发，且灵敏度降至几乎为零的程度。所以，选择引力为重力50％的位置作为物块120的停靠位置，但可以根据所需的灵敏度选择其它的范围。可以想象，如果传感器加速不只是发生在感测倾斜和跌落的状况下，也可选择0至100范围之外的百分比。

当传感器跌落且自由落体时，物块120在圆筒114中沿轴116向上移动。这样的向上运动引起导电电感器中的线圈140中的电感变化。该线圈140位于靠近圆筒114的一端接近物块120的正常停靠位置处。图1中显示了电路板板106上四个围绕轴116的螺旋状导电线圈140。在本实施例中，电路板板106是一四层电路板，且一螺旋线设为该电路板四层中每层的导电层中的导电路径。

请参阅图3，图3是螺旋线圈302的俯视图。终端304和306位线圈302的每个终端。在图1中，该四个螺旋线圈是堆叠显示的。该等线圈的终端在每个相邻层互相连接以形成一个连接着传感器的单个的传导线圈142。传导线圈142以轴116为中心。本实施例中每层显示了8个绕线，共32个绕线。绕数N决定着线圈的电感，在一实施例中，可通过调节N将LC电路调节激励信号的频率。

传感器工作期间，通常用一来自常用电源的高频或特高频交流电信号激励线圈142。当物块120在圆筒114中移动时，引起线圈142的电感变化。该电感的变化被以下所述的检测电路检测到。

请参阅图4，图4是用来感测物块移动的连接着线圈的检测电路的示意图。线圈402(如图1中的线圈140)的两端连接着检测电路404，用来感测物块406移动时该线圈402阻抗的变化。当电路404检测到一阻抗变化时，输出一信号408。

请参阅图5，图5是电感电路示意图。信号发生器504的终端502连接着电阻器R₁的一终端。电阻器R₁的另一终端在节点506连接着电感器L₁、电容器C₁和运算放大器U₁的正相端。电感器L₁和电容器C₁的另一端在节点508连接着运算放大器U₂的正相端。节点508通过电阻器R₂接地。

根据本实用新型，一个速度制动器控制系统650包括一个模拟跟踪系统660。该模拟跟踪系统660允许制动器控制系统650在遇到高载入干扰的非正常工作期间和正常的工作期间都能利用精确的速度反馈控制。该运算放大器U₁的输出端、运算放大器U₁的反相端和电阻器R₃的一端连接在节点510。同样，运算放大器U₂的输出端、运算放大器U₂的反相端和电阻器R₄的一端连接在节点512。电阻器R₃和R₄的另一端分别连接着运算放大器U₃的正相端和反相端。电阻器R₅连接在运算放大器U₃的输出端和反相端之间。运算放大器U₃的输出端513也连接着高“Q”带通滤波器516的输入端514。高“Q”带通滤波器516在输出端518提供一输出信号。终端518也可以连接着峰值检测器522的输入端520，用来检测例如来自带通滤波器的正弦信号的振幅。在本实施例中，当物块120位于其正常停靠位置时，峰值检测器522输出一信号至输出端524，当物块120移动时，输出另一信号至输出端526。在其它实施例中，一信号级在峰值检测器的单个输出端的两个幅度间变化。

电感器L₁模拟图1中的线圈142。物块120位于靠近电感L₁的位置处且可朝图中箭头所示的方向移动。信号发生器504在终端502提供一频率为f_e的电子激励信号。在一实施例中，该信号取自便携式计算机中的磁盘驱动器中的磁盘驱动电路。当物块120接近电感器L₁时，电感器L₁激励最高值和L-C电路530将具有最低固有频率。L-C电路530的固有谐振频率f_n在物块120位于最近的位置时，通过调节电容器C₁被调节与频率f₃相耦合。

f_{n} = \frac{1}{2 π \sqrt{LC}}

高“Q”带通滤波器516的频率也调节到频率f₃。运算放大器U₁、U₂和U₃作为缓冲器。

当物块靠近电感器L₁时，L-C电路530的谐振放大了该激励信号且输出一非常大的信号(例如，在调谐频率上20-30dB)。带通滤波器516将该输出信号传送到峰值检测器522。当物块120朝远离电感器L₁的方向移动时，电感下降，L-C电路530的固有频率增加，且该激励频率的放大系数严重下降，滤波器516继续在调节频率上传输信号，所以该输出信号的振幅更加低。该输出信号振幅的下降就表示传感器的跌落或倾斜。

当L-C电路固有频率和激励信号频率相同时，激励信号的谐振频率增益足以不需要带通滤波器而感测到。增加一带通滤波器可预防噪音。滤波器516也可省略，该指示信号直接从运算放大器U3的输出端513取得。

请参阅图11，图11显示了运算放大器U3输出端513输出的信号幅度与激励信号频率的关系(传输或增益函数)。线路1102表示物块120靠进线圈L₁时的输出，峰值位于频率f₃处；虚线1104表示物块120离开线圈L₁时的输出，峰值位于频率f_e+I处。因此该差值Δ表示当物块从电感线圈位移到使L-C电路的谐振频率为f_e+I的位置时输出信号的幅度之差。

请参阅图6，图6是作为一倾斜角传感器的一实施例。当停靠在圆筒604中时物块602高为W。一磁铁(图未示)对物块602施加一沿着纵向轴606的磁吸引力。当轴606垂直方向倾斜角度θ，平行于M的分力P(Wcosθ)逐渐减小。

最终，在一临界角度θ_C，力M超过分力P，磁铁使得物块602在圆筒604内向上移动到位置608。如上所述，物块602的变化引起围绕轴606的线圈的电感的变化。当角度θ较小到小θ_C时，物块602回到最初位置，且传感器又感测到电感的变化。该临界角度θ_C通过调节来自磁铁的力M与物块602的重量的百分比关系来确定。例如，如果力M为物块602重量的50％，该临界角度θ_C为60度(cos^-1(0.5)＝60°)。因此，当因为物块602移动超过临界角度θ_C而线圈电阻变化时，磁盘驱动器磁头或其它震动敏感元件可以移到一个安全位置。

请参阅图7，图7是位于便携式计算机机壳702中的本实用新型装置的透视图。一本实用新型装置实施力704位于硬盘驱动器装置的封装706中。该驱动器装置包括至少一磁盘来存储信息、一读写头及与其相伴的控制电路。另一本实用新型装置708位于计算机主板710上。这些位置只是举例说明。该实用新型装置可以是在各种位置，也可以是其它电子设备中。

图8是本实用新型的第二实施例的剖面图。该实施例与图1所示的实施例类似。区别在于电感线圈位于不同的位置。上述实施例中的蚀刻线圈虽然成本低廉，但是距离物块较远。将线圈靠近物块便可利用更低的激励频率及电流。此外，盘绕线圈相对于电路板蚀刻线圈可产生更高的线圈密度。如图8所示，线圈802具有五十(5*10)绕数，且位于电感主体804中，以轴116为中心。本实施例中使用的一激励信号为10MHz的方波信号。该线圈的位置和配置只是举例说明，也可以使用任何可替代的位置和线圈的配置。例如，本实施例中，线圈802是环形的，但是也可以是其它形状，例如磁盘形状或矩形。

物块在圆筒中的运动可以是潮湿的。图9列举了一实施例，其中圆筒904中有液体902和物块906。当物块906移动时，该液体必定在物块906表面与圆筒904的内壁间流动(如弯曲箭头所示)。因此减慢了该物块906的加速度。

请参阅图10，图10是第三实施例的剖面图。如图10所示，传感器被封闭在一导电屏蔽壳内以防止电磁干扰及消除高频噪音源和高阻抗设备的影响。该屏蔽壳可采用铜或铝材料覆盖在表面(镀或包层)。该屏蔽壳包括两部分即顶部1002和底部1004上，顶部1002安装在底部1004上，1004再安装于电路板1006上。这样既固定了传感器也使其通过屏蔽壳连接到接地块1010。线圈也可以通过普通穿孔连接方式接到电路板的导电路径，或者，也可通过超声波焊接技术将一表面焊接到附件的焊接块上。

Claims

1.一种传感器，其特征在于：包括一主体、一物块、一磁铁和一导电线圈，所述主体中沿一轴设有一圆筒，其中所述圆筒具有一第一终端和一远离第一终端的第二终端；所述物块位于所述主体内，所述物块受到一磁引力；所述磁铁位于所述圆筒的所述第二终端附近以给予上的物块所受到的磁引力；所述导电线圈位于所述圆筒的所述第一终端附近，其中，当沿所述轴的重力分量减小时，所述作用于物块的磁引力将物块从所述圆筒的所述第一终端移至第二终端。

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其进一步包括一连接着线圈的电路。

3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于：其中所述电路包括一输出端，所述输出端具有一信号表示所述物块已在所述圆筒内移动。

4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其中所述磁铁为环状且环绕所述轴。

5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其中所述磁铁安装在所述主体上。

6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其中所述磁铁为电磁铁。

7.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其中所述物块位于所述圆筒的所述第一终端附近时所受的一第一磁力大于零，所述物块位于所述圆筒的所述第二终端附近时所受的一第二磁力小于所述物块的重量。

8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于：其中所述第一磁力至少为物块重量的百分之五十。

9.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其中所述主体安装于一电路板上，且所述线圈包括一设于电路板中的导电路径。

10.如权利要求1所述的传感器，其特征在于：其进一步包括一导电屏蔽，所述导电屏蔽至少将线圈的一部分环绕。