[发明专利]一种双阈值三稳态碰撞传感器

说明书

技术领域

一种双阈值三稳态碰撞传感器，属于精密微机电系统和碰撞传感器技术领域，可用于碰撞安全保护系统、航空航天控制系统、武器系统、仪器跌落保护以及病人摔倒监护系统等。

背景技术

碰撞传感器能够准确地感应碰撞强度，并根据预先设定的阈值来判断碰撞危险程度，为完全保护控制系统提供可靠的决策信息，在武器系统、航空航天、车辆安全系统及民用消费电子领域具有广泛的应用前景。

作为安全控制系统的关键传感器件，碰撞传感器不仅需要快速而准确的评估碰撞方向和危险程度，并接通安全保护电路，还要考虑应用环境中干扰因素的影响，这就限制了一些基于多物理场效应研制的传感器的应用，如磁场式和电场式传感器能耗问题和抗干扰问题。目前碰撞传感器的功能主要集中于单阈值单方向的碰撞感应，难以判断两次以上的连续碰撞或对碰撞强度进行判断等。而电子式碰撞传感器主要依靠加速度计来感应碰撞，同时需要复杂的测试电路和信号处理电路，这不仅增加了传感器测量系统的成本，还受制于加速度计的工作精度和环境干扰影响等，严重影响了安全系统的响应速度和可靠性。综合调研发现，碰撞传感器的阈值感应个数和抗干扰能力是限制其性能提升的关键因素。

因此，采用非线性纯机械结构来实现多个同向或异向碰撞阈值的感应功能，是提高传感器系统的精度和可靠性的重要途径，既可以满足多级安全保护系统的应用需求，又可以避免外界电磁场的干扰和能耗问题。

发明内容

为了满足现代碰撞多级安全保护系统对于多阈值、多方向及低能耗碰撞传感器的应用需求，本发明提供了一种双阈值三稳态碰撞传感器，属于精密微机电系统和碰撞传感器技术领域，可用于碰撞安全保护系统、航空航天控制系统、武器系统、仪器跌落保护以及病人摔倒监护系统等。

本发明的技术方案是：一种双阈值三稳态碰撞传感器主要包括质量块、平行梁、固定块第一触点和第二触点，所述质量块包含一个外质量块和内质量块，采用平行梁把外质量块、内质量块和固定块连接，构成内外嵌套的双层平行梁支撑结构，第一平行梁和第二平行梁连接外质量块的内侧与内质量块的外侧，第三平行梁和第四平行梁连接内质量块的内侧与位于固定块上侧梁的外侧，侧梁的两端与固定块连接，形成左右对称结构，所述第一触点位于内质量块竖直方向的外侧，所述第二触点位于外质量块沿竖直方向的外侧；当内质量块沿竖直方向运动，内质量块与第一触点接触时，第一平行梁和第二平行梁发生变形，碰撞传感器位于第二稳态；当内质量块位置保持不变，外质量块沿竖直方向运动，外质量块与第二触点接触时，第三平行梁和第四平行梁发生变形，碰撞传感器位于第三稳态。

所述第一触点和第二触点分别位于内质量块和外质量块同一侧的外侧。

所述第一触点和第二触点分别位于内质量块和外质量块相反侧的外侧。

所述外质量块的内侧和内质量块内侧及外侧都设有供平行粱固定用的侧梁。

所述外质量块和内质量块采用方形中空结构，两侧的宽度大于上下部分的宽度。

所述外质量块、内质量块、第一触点和第二触点采用金属导电材料。

本发明中装置的工作特性为，该碰撞传感器无需处理器和驱动装置即可迅速判断碰撞强度等级，发出控制信号。当外界碰撞强度低于第一危险阈值时，平行梁结构不发生屈曲变形，内外质量块保持原位置，传感器处于第一稳态；当外界碰撞强度超过第一危险阈值而小于第二危险阈值时，第三平行梁和第四平行梁结构发生屈曲变形，内质量块迅速与第一触点接触，第一平行梁和第二平行梁保持不变形，该机构处于第二稳态；当外界碰撞强度超过第二危险阈值时，四组平行梁同时发生屈曲变形，并使外质量块和内质量块同时迅速接触第一触点和第二触点，并保持于该状态，此时机构处于第三稳态；当连续发生二次碰撞时，即第一次碰撞大于第一危险阈值、第二次碰撞大于第二危险阈值，此时第一平行梁和第二平行梁首先变形，内质量块接触第一触点，然后外质量块接触第二触点，实现连续碰撞类型的感应功能。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明采用内外嵌套双层倾斜支撑梁结构的非线性三稳态特性实现双碰撞强度阈值的感应功能，与传统线弹性结构传感器相比，具有阈值感应精度高、双阈值感应、能耗低和可靠性高的优点。

2.本发明为依靠外界惯性力驱动的机械装置，能够有效的抵抗电磁干扰，并且碰撞传感器工作行程大，对外界各种频率加速度信号具有机械识别功能，滤去高频干扰，提高传感器在各种恶劣环境(电磁干扰、雷雨及振动干扰等)下的动作准确性，适用于多种民用和军用场合。

3.本发明采用平面结构，除触点外的所有结构部分适合一体化加工，成本低廉，便于批量生产。