МЭМС

Jan 20, 2024

Электрические переключатели всех типов активируют цепи, отправляют информацию и инициируют действия. Инерционный переключатель — это переключатель, который срабатывает при достижении определенного порога ускорения. Энергия не потребляется до тех пор, пока коммутатор не «разбудится» соответствующим событием, что делает его идеальным для сверхнизкого энергопотребления (ULP) и удаленных приложений.

Процессы производства миниатюрных датчиков позволяют создать переключатель, срабатывающий при определенном уровне инерционной силы. Используя микроэлектромеханические системы (МЭМС), миниатюрные переключатели ускорения могут быть спроектированы таким образом, чтобы замыкать цепь исключительно на основе заданного уровня силы, испытываемой устройством. Обычно называемый инерционным или G-переключателем, в нем используется защитная масса, подвешенная на пружине, действующая как подвижный электрод. Точка контакта представляет собой неподвижный электрод. При воздействии на устройство силы инерции контрольная масса перемещается в сторону неподвижного электрода. Если величина и продолжительность силы достаточны, подвижный электрод коснется неподвижного электрода, мгновенно замыкая цепь. Затем цепь снова разомкнется пружиной (k) (см. рис. 2).

Сегодня в широком спектре приложений используется множество инерционных переключателей, и для реализации конфигурации электродов можно использовать множество различных методов в зависимости от желаемых рабочих характеристик и пороговых уровней активации. Ключевые параметры инерционного переключателя включают время отклика, время контакта и ударопрочность. Время реакции — это временная задержка с момента инициирования инерционного события до момента первоначального касания подвижного электрода неподвижного электрода. Время контакта — это то, как долго два электрода поддерживают контакт. Ударостойкость — это мера максимального уровня удара, который может выдержать устройство. Каждой из этих характеристик можно управлять в зависимости от топографии устройства, конструкции пружинного электрода и выбранных материалов.

Конструкция переключателя определяется потребностями приложения — например, переключатель подушки безопасности требует немедленного реагирования. С другой стороны, продолжительность времени контакта может быть решающей переменной, позволяющей убедиться в том, что произошло фактическое инерционное событие, а не посторонний шум. Это особенно важно в условиях более низкой перегрузки.

Поскольку основным действием переключателя является мгновенное замыкание, цепь отключается, как только пружина втягивает контрольную массу. Запускаемые функции будут зависеть от остальной конструкции схемы и желаемого результата при срабатывании схемы.

Инерционные переключатели идеально подходят для следующих функций:

Ощущение пробуждениячтобы инициировать процесс.

Обнаружение ударовдля вызова схемы безопасности или завершения процесса.

Мониторинг процессовдля подсчета инерционных событий.

В ситуации, когда вам просто нужно получить предупреждение о превышении порога ускорения в какой-то момент в прошлом, потребуется механическое фиксирующее устройство. В этом случае вместо мгновенного срабатывания цепи конструкция инерционного переключателя с фиксацией предотвратит реверс пружины контрольной массы и будет поддерживать замыкание контакта с неподвижным электродом. Например, порог можно установить достаточно высоким, чтобы избежать оповещения при обычном движении (например, при толкании портативного аппарата ЭКГ на тележке). При ударах выше порогового значения отображается предупреждение, например светодиодный индикатор, предупреждающий пользователей о необходимости повторной проверки калибровки.

Подсчет событий может осуществляться путем увеличения регистра для каждого выполненного контакта. Эта информация может указывать, сколько раз устройство превысило желаемый порог ускорения. Например, умный двигатель, который подсчитывает количество инерционных событий, превышающих установленный параметр безопасности.

Вариант использования, иллюстрирующий функциональность инерционного g-переключателя, — это система пробуждения для мониторинга груза во время транспортировки. Если грузовик выезжает на неровную дорогу и его груз испытывает ударную нагрузку, превышающую пороговую, подвижный электрод ударится о неподвижный электрод и разбудит цепь. При этом подается импульсный сигнал, предупреждающий водителя о возможном повреждении груза. (См. рис. 3)