专利名称：三维动感传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能在三维空间中将低频机械振动、人及肢体的(低频变向变速等)运动变为连续输出电信号的三维动感传感器。主要应用于电子安防领域和玩具等领域。
背景技术：
目前，在电子安防产品领域中，汽车、摩托车等防盗报警装置所用的传感器大多使用各种振动类传感器。该类传感器是用有压电效应的压电材料(如石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等)和电子线路结合制成，该类传感器在三维空间条件下能连续感知耒自固体、液体、空气传递的音频或高于音频的振动被，并输出电信号。由于其灵敏度高，可靠性好，无方向性，故在安防领域中使用广泛。
但是，该类传感器由于受固有的频响范围限制，对低于音频的振动难以感知，尤其是对人及肢体发生的很低频率的变速变向运动(如悄无声息的轻拿轻放、悄悄活动等)无法感知。因此在安防领域中受到了一定的限制。其次，又由于强声波通过空气能使振动类传感器产生信号，这使得很多车辆防盗报警器在强声冲击下产生误报，增加了噪音污染。
发明内容
为解决现有的振动类传感器无法感知低于音频的机械振动和人及肢体变速变向等低频运动，本实用新型提供了一种三维动感传感器。该三维动感传感器从原理结构到性能特点都与振动类传感器有很大的不同，它不仅能感知一般低音频范围内的机械振动，而且能感知低于音频的机械振动和变速变向的机械运动，特别是对人及肢体所特有的变速变向运动能灵敏反应和连续输出电信号。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案设计一个由机械结构组成的振动受感体和部份电子元件组成的电信号产生电路。振动受感体由金属空心管件、导电挡块、球形金属滚珠、绝缘体构件等组成机械结构。具体结构特征为球形金属滚珠置于金属空心管内(滚珠外径小于金属管内径)，两个导电挡块置于金属空心管内的球形金属滚珠的两端，与球形金属滚珠之间留有间隙，使球形金属滚珠在空腔内能活动自如。导电档块与金属空心管件之间用绝缘体构件组合固定并与金属空心管件绝缘，两导电挡块分别用金属丝电连以便外接。整体外形类似一个分立电阻元件。其中的金属空心管件，其端剖面为圆形、椭圆形、多边形或半圆形结构。导电挡块为金属或碳材料制成的一端端面为平面、曲面或锥面的柱形、螺杆形或片形结构件。
电信号产生电路由振动受感体及与受感体电连接的电接点、电阻和电容组成，它们之间构成电连接，由此合成为一个完整的三维动感传感器。具体电连接特征为金属空心管件本身是一个电接端点，用金属丝电连的两个导电挡块是另一个电接端点，将其中一个电接端点连接外电路的一个电接点，另一电接端点与电阻、电容的一端电连，电阻的另一端连接外电路的另一个电接点，电容的另一端是传感器的输出端。
在两个外电路的电接点接上电源后，当三维动感传感器在三维空间内受到外界机械振动时，金属空心管内的金属滚珠势必出现滚动和摆动，使电源电流经金属空心管件、金属滚珠、导电挡块至电阻回到电源时出现不规则通断现象，在电阻两端出现不规则高低电位跳变，呈直流脉冲态，此跳变脉冲随振动始终。当人及肢体运动作用于该传感器时，同样也由于金属滚珠的重力和惯性缘故，使金属滚珠在金属腔内与腔壁出现相对碰撞滚动等运动，这将导致在电阻两端出现一系列密集的直流脉冲。由于电容与电阻的一端电连接，直流脉冲在电容的充放电特性作用下，电容另一端向外输出了交流电脉冲信号。在静态时，由于电容的隔离作用，不管电流是通是断、电阻上的电位是高是低，电容输出端上是没有电信号输出的。
本实用新型的有益效果是对很低频率的机械振动、特别是人的肢体运动能很容易地直接或间接传感输出电信号，并持续于运动的始终。此外，它还是一种结构简单的无源装置。
本实用新型机械运动变为电信号的科学依据由电气常识得知，在导体与导体处于碰接(非焊、绞、压等紧固连接)导通的情况下，通导是极不可靠的。一旦受到振动，碰接处立即出现不规则通断。这一现象就是人们通常所指的“接触不良”。排除导体表面的氧化及污垢等因素，“接触不良”与运动和压力有着密不可分的关系。
上述关系可用实验证明(见实验图2)在图2中，电源(15)正极通过电接点(1)与金属平板(13)相连，球形金属滚珠(3)的两侧分别与金属平板(13)及金属平板(14)碰接电连，金属平板(14)电连接电阻(10)，电阻(10)另一端通过电接点(12)至电源负极，在电阻(10)两端跨接示波器。
当金属滚珠在两块金属板之间纵向滚动时，示波器显示出一连串直流电位跳变(呈簇状脉冲串)，其宽度、频率与滚珠重量、运动方式和速度有一定关联，其幅值为电源电压值。在滚珠运动停止时，电阻两端的电压跳变就消失。
实验表明，在金属滚珠与两块互不电连接的金属板间碰接电连的情况下，滚动的金属滚珠与两金属板的电连接会不断地出现“通”与“断”。这种交替出现的通断效果，具有实用意义。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是木实用新型的机电结合原理图图2是本实用新型机械振动受感实验原理图图3是本实用新型实施例1机械电路综合图图4是图3(I-I)剖视图图中，1.电路电接点，2.金属空心圆管，3.球形金属滚珠，4.5.金属锥头螺杆形挡块，6.7.绝缘管，8.9.金属丝导线，10.负载电阻，11.电容，12.电路另一电接点，13.14金属平板，15.直流电源，16.示波器。
具体实施方式
图3是根据图2原理设计的实用新型实施例机械电路综合图。
实施例1在图3中，三维动感传感器的振动受感体结构特征是将外径小于金属空心园管(2)内径的球形金属滚珠(3)置于金属空心圆管(2)的管腔内，直径小于金属空心圆管内径的金属锥头螺杆形挡块(4)、(5)分别与绝缘管(6)、(7)组合并固定于金属空心圆管(2)的两端，与金属空心圆管保持电气绝缘，金属锥头螺杆形挡块的锥头分别向着管腔内的球形金属滚珠(3)，与金属滚珠保持间隙，金属锥头螺杆形挡块(4)、(5)的另一端分别电连接金属丝导线(8)、(9)，构成一个形似分立电阻元件的振动受感体机械结构。
电信号产生电路的具体电连接特征是金属空心圆管与电接点(1)电连接，金属丝导线(8)、(9)的另一端相互电连接并与负载电阻(10)、电容(11)的一端电连接，负载电阻(10)的另一端与电接点(12)电连接，电容(11)的另一端是传感器的输出端。
以下结合附图3对本实用新型的工作过程作进一步的描述在图3中，将电接点(1)、(12)分别与外直流电源正负端电连接。静态时，电流经电接点(1)、金属空心圆管(2)、球形金属滚珠(3)、金属螺杆形挡块(4)与(5)、金属丝(8)与(9)、负载电阻(10)、电接点(12)到电源负极，在负载电阻(10)的两端呈现一稳定的电源电压，由于电容(11)的隔直流作用，其另一端无任何电信号输出。
由于金属滚珠与金属锥头螺杆形挡块间存有间隙，传感器有可能处于某一姿态而使球形金属滚珠(3)与金属螺杆形挡块(4)、(5)均不碰接，即电源电流在此被断开，结果无电流流过负载电阻(10)，负载电阻(10)两端电压为零，电容(11)输出端仍无信号输出。
当传感器受到振动或变速变向的运动时，球形金属滚珠(3)在管腔内出现振动、滚动等，使金属空心圆管(2)与金属螺杆形挡块(4)或(5)在球形金属滚珠(2)的碰接下出现一连串的导通与断开，致使负载电阻(10)两端电位发生跳变，此跳变经电容(11)交连输出交流电脉冲信号，此信号一直持续到振动停止为止。
实施例2实施例2的结构与实施例1基木相同，不同点是1、原金属锥头螺杆形挡块(4)、(5)改为金属圆柱形挡块；2、将振动受感体的两个电接点颠倒后电连接，即原金属丝(8)、(9)的另一端相互电连接并与负载电阻(10)、电容(11)的一端电连接改为金属丝(8)、(9)的另一端相互电连接并与电接点(1)电连接，原金属空心圆管与电接点(1)电连接改为金属空心圆管与负载电阻(10)、电容(11)的一端共同电连接，负载电阻(10)的另一端与电接点(12)电连接，电容(11)的另一端是传感器的输出端。
除此之外，基木结构和工作过程同实施例1完全一样。
实施例3
实施例3与实施例1中的振动受感体结构基本相同，不同点是金属丝(8)、(9)的另一端互不电连，也不与其它器件电连接，各自成为振动受感体的两个输出电接点，加上与金属空心圆管电连接的电接点(1)，最终成为一体的有三个输出端的三端器件。
权利要求1.一种三维动感传感器，包括机械结构的振动受感体、电信号产生电路，其特征是球形金属滚珠置于金属空心管件的空腔内，直径小于金属空心管件内径的两个导电挡块，分别置于金属空心管件内的金属滚珠的两端，与金属滚珠保持间隙，金属滚珠在腔内能活动自如，导电挡块另一端分别电连接金属丝导线作为引出线，两个导电挡块均与金属空心管件保持绝缘。
2.根据权利要求1所述的三维动感传感器，其特征是所述的金属空心管件是指端剖面为圆形、椭圆形、多边形或半圆形的金属管，导电挡块是金属或碳材料构成的一端端面为平面、曲面或锥面的柱形、螺杆形或片形的结构件。
3.根据权利要求1或2所述三维动感传感器，其特征是所述的金属空心管件本身是一个电接端点，用金属丝电连的两个导电挡块是另一个电接端点，将其中一个电接端点连接外电路的一个电接点，另一电接端点与电阻、电容的一端电连，电阻的另一端连接外电路的另一个电接点，电容的另一端是传感器的输出端。
4.根据权利要求1或2所述的三维动感传感器，其特征是振动受感体中的金属丝(8)、(9)的另一端互不电连，也不与其它器件电连接，各自成为振动受感体的两个输出电接点，加上与金属空心圆管电连接的电接点(1)，使振动受感体成为一个有三个输出端的三端器件。
专利摘要本实用新型设计了一种能将低于音频的机械振动和人及肢体运动变为连续产生电信号的三维动感传感器。它包括一个内含金属滚珠的金属管件和一对置于管件两端的金属挡块、以及电阻电容等组成。其金属挡块与金属管件构成绝缘而与电阻电容的一端成共同电连接。该传感器为无源器件。主要应用于电子安防领域和电子玩具领域。
文档编号H01H35/02GK2741169SQ20042009230
公开日2005年11月16日 申请日期2004年9月11日 优先权日2004年6月30日
发明者顾荣业 申请人:顾荣业