一种自行恢复型微流体惯性接电开关装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自行恢复式惯性延时接电开关装置，特别是一种微流体惯性接电 开关装置。
【背景技术】
[0002] 惯性开关也称为g开关、阈值传感器等，用于感知加速度信号，当检测到超过设置 阈值的加速度信号时，执行开关机械动作，并触发电信号，因此惯性开关是将传感与执行融 为一体的精密惯性器件。微惯性开关由于直接响应加速度，省略了对开关运动部件控制所 需的内部结构与驱动源，既实现了微型化、低功耗、响应速度快，又提高了工作可靠性，因 此被广泛应用于通信、汽车、航空航天和惯性导航等领域，例如：导弹、炸弹和侵彻武器的 引信控制，飞行器发射中的整流罩脱落控制，汽车安全系统中的安全气囊以及急刹车系统 的跑偏控制等。
[0003] 目前，对于MEMS惯性开关主要为固-固接触型，但此类开关接触时存在较大的问 题：1)触点压力较小，会产生较大的电阻；2)金属固体表面易磨损退化，这将直接影响开关 的接触性能；3)弹簧自身会对开关产生振动干扰，影响惯性开关接触的稳定性；4)弹簧在 高过载时会产生变形，这都将影响机械式惯性开关的正常工作。微流体惯性开关采用导电 液体作为惯性开关的运动电极。当开关所受惯性大于开关阈值时开关工作，此时液体在惯 性加速度的作用下流动至电极位置使开关电路导通。采用导电液体能够很好的避免微机械 惯性开关的触点在接触时存在的上述问题，且接触点全面接通稳定，同时具有自行恢复能 力等特性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种自行恢复式微流体惯性开关装置。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种可自行恢复式微流体惯性接电开关装 置，包括PMMA基板、玻璃盖板、金属电极、液滴储存池、U型微通道，
[0006] 所述玻璃盖板位于PMMA基板的上方，二者均为长方形结构，金属电极的数量为两 个，该两个金属电极分别键合于玻璃盖板的两个短边并与短边相垂直，PMMA基板上设置圆 形液滴储存池，该液滴储存池上设置两个形状相同的矩形槽，该两个矩形槽的长边均与玻 璃盖板的短边平行，该两个矩形槽同时关于液滴储存池的直径对称，PMMA基板上设置两个 U型微通道，每个U型微通道的一端均与一个矩形槽相连，两个U型微通道的另一端为90° 矩形缩口并相互连通，每个金属电极均包括正极和负极，正极和负极均位于相应的U型微 通道中；
[0007] 其中U型微通道与矩形槽相连的一端形成阈值被动阀，U型微通道的90°矩形缩 口处形成截流被动阀，所述阈值被动阀的数量为两个，截流被动阀的数量为两个。
[0008] 优选的，装置整体为对称结构，具体关于两个矩形槽的对称线对称。
[0009] 优选的，液滴储存池中存储镓姻金属液滴。
[0010] 优选的，所述矩形槽的通道截面大于U型通道截面。
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的自行恢复型微流体惯性接电 开关拥有尺寸小、重量轻、可集成性好、功耗低以及对于低精度器件的生产成本低等优点， 这对于惯性开关结构的小型化、灵巧化以及智能化有着非同寻常的意义。2)微流体惯性接 电开关采用高度疏水的镓姻金属液滴作为开关的运动和接触部分，以金属液滴导通开关， 克服了"固-固"接触型微机械惯性开关存在的触点接触压力小、接触电阻大、易磨损退化， 抗振动干扰差等缺点。3)本发明的自行恢复型微流体惯性接电开关为"固-液〃型的接 触，增大了开关触点的有效接触面积，能使开关触点接触更充分，可以给外部电路一个稳定 的接电信号，因而电源稳定接电。4)与以往的微流体惯性开关相比，本发明的微流体惯性开 关具有自行恢复能力，可以多次使用，很好的解决以往惯性开关一次性的问题，具有有广阔 的应用前景，并在现有技术中尚无相关描述。
[0012] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0013] 图1为自行恢复型微流体惯性接电开关装置立体结构示意图。
[0014] 图2为键合后玻璃盖板立体示意图。
[0015] 图3为PMMA基板内微通道立体示意图。
[0016] 图4为金属液滴在惯性开关的最初位置不意图。
[0017] 图5为惯性开关导通时刻金属液滴的位置示意图。
[0018] 图6为惯性开关在导通后金属液滴至多所到达的位置示意图。
[0019] 图中标号所代表的含义为：1PMMA基板、2玻璃盖板、3金属电极、4液滴储存池、5 阈值被动阀、6安保被动阀、7U型微通道，9镓姻金属液滴，10金属电极的位置，F为所受惯 性力，Prapi、Pmp2分别为金属液滴前后表面的毛细压力。
【具体实施方式】
[0020] 本发明的一种自行恢复型微流体惯性接电开关装置，包括PMMA基板1、玻璃盖板 2、金属电极3、液滴储存池4、U型微通道7，
[0021] 所述玻璃盖板2位于PMMA基板1的上方，二者均为长方形结构，金属电极的数量 为两个，该两个金属电极分别键合于玻璃盖板2的两个短边并与短边相垂直，PMMA基板1上 设置圆形液滴储存池4,该液滴储存池4上设置两个形状相同的矩形槽，该两个矩形槽的长 边均与玻璃盖板2的短边平行，该两个矩形槽同时关于液滴储存池4的直径对称，PMMA基 板1上设置两个U型微通道7,每个U型微通道7的一端均与一个矩形槽相连，两个U型微 通道7的另一端为90°矩形缩口并相互连通，每个金属电极均包括正极和负极，正极和负 极均位于相应的U型微通道7中；
[0022] 其中U型微通道与矩形槽相连的一端形成阈值被动阀5, U型微通道的90°矩形 缩口处形成截流被动阀6,所述阈值被动阀5的数量为两个，截流被动阀6的数量为两个。
[0023] 所述装置整体为对称结构，具体关于两个矩形槽的对称线对称。
[0024] 所述液滴储存池4中存储镓姻金属液滴。
[0025] 所述矩形槽的通道截面大于U型通道7截面。
[0026] 下面进行更详细的描述：
[0027] 结合图1，本发明的一种MEMS微流体惯性延时接电开关装置，结构包括PMM基板 1、玻璃盖板2、金属电极3、液滴储存池4、阈值被动阀5、截流被动阀6、U型微通道7。
[0028] 在PMMA基板1上设置工作通道，其正上部是键合的玻璃盖板2,两个金属电极3分 别键合于玻璃盖板的两个短边并与短边相垂直，金属液滴开始位于液滴储存池4中，PMMA 基板上设置两个U型微通道7,每个U型微通道的一端均与一个矩形槽相连，两个U型微通 道的另一端为90°矩形缩口并相互连通，整个开关结构呈中心对称分布。通过压敏胶密封 后的金属电极位于U型通道7中，最终整个工作通道得以完成。
[0029] 其中U型微通道与矩形槽相连的一端形成阈值被动阀5, U型微通道的90°矩形 缩口处形成截流被动阀6，所述阈值被动阀的数量为两个，截流被动阀的数量为两个。
[0030] 结合图2图3,图2为玻璃盖板结构，盖板为长方形，在下部有接电金属电极3,作 为感应输出部件。图3为整体工作通道，包括PMM基板1、液滴储存池4、阈值被动阀5、截 流被动阀6、U型微通道7。
[0031 ] 图4中，镓姻金属液滴9初始于液滴储存池4中，镓姻金属液滴具有高度疏水性， 熔点为29°沸点高达2200°。采用不同截面的微通道，储液池4的通道截面大于U型通道 7的截面，因此，金属液体在流动后可根据自身的毛细力差自行恢复至最初位置，保持开关 的使用性能。阈值被动阀5的阈值大小可根据所设计的微通道的截面尺寸进行调节，当所 受惯性力大于被动阀阈值时，液滴会流至U型微通道7。由于开关是对称结构，所以其具有 两个工作方向，且工作原理相同。
[0032] 当开关所受纵向力F大于被动阀5的阈值时，金属液体由图4位置运动到图5位 置，使金属电极3两端导通，开关开始工作。此时由于惯性加速度的存在，金属液体会沿着 U型微通道7继续运动，但最多流至截流被动阀6处，如图6所示，液体不会继续运动。当 金属液体的速度为零时，由于液体前后界面截面大小不同，所以两端面存在毛细压力差，既 Ρμρ2>Ρμρ1。矩形截面内毛细压强可表示为
[0034] 其中：θ。，γ?3, H和W分别为液固接触角，液固表面张力，微通道的高以及宽。所 以，在两端毛细压力差的作用下，金属液滴由图6位置运动到图4位置，开关性能恢复。
[0035] 简而言之，该自行恢复式微流体惯性接电开关，当开关所受惯性力大于被动阀5 的阈值时，金属液滴会流入U型微通道7,然后导通金属电极3,此时电源接通；当惯性力消 失时，液体在毛细压力差的作用下恢复到液体储存池4中，开关保持待工作状态。
[0036] 由上可知，本发明的自行恢复型微流体惯性接电开关拥有尺寸小、重量轻、可集成 性好、功耗低以及对于低精度器件的生产成本低等优点。
【主权项】
1. 一种自行恢复型微流体惯性接电开关装置，其特征在于，包括PMMA基板[1]、玻璃盖 板[2]、金属电极[3]、液滴储存池[4]、U型微通道[7]， 所述玻璃盖板[2]位于PMM基板[1]的上方，二者均为长方形结构，金属电极的数量 为两个，该两个金属电极分别键合于玻璃盖板[2]的两个短边并与短边相垂直，PMMA基板 [1]上设置圆形液滴储存池[4]，该液滴储存池[4]上设置两个形状相同的矩形槽，该两个 矩形槽的长边均与玻璃盖板[2]的短边平行，该两个矩形槽同时关于液滴储存池[4]的直 径对称，PMMA基板[1]上设置两个U型微通道[7]，每个U型微通道[7]的一端均与一个矩 形槽相连，两个U型微通道[7]的另一端为90°矩形缩口并相互连通，每个金属电极均包括 正极和负极，正极和负极均位于相应的U型微通道[7]中； 其中U型微通道与矩形槽相连的一端形成阈值被动阀[5]，U型微通道的90°矩形缩 口处形成截流被动阀[6]，所述阈值被动阀[5]的数量为两个，截流被动阀[6]的数量为两 个。2. 根据权利要求1所述的自行恢复型微流体惯性接电开关装置，其特征在于，装置整 体为对称结构，具体关于两个矩形槽的对称线对称。3. 根据权利要求1所述的自行恢复型微流体惯性接电开关装置，其特征在于，液滴储 存池[4]中存储镓姻金属液滴。4. 根据权利要求1所述的自行恢复型微流体惯性接电开关装置，其特征在于，所述矩 形槽的通道截面大于U型通道[7]截面。
【专利摘要】本发明公开了一种可自行恢复式微流体惯性开关装置，该装置包括镓姻金属液滴，PDMA基底，玻璃盖板，液滴储存池，矩形微通道，U型微通道和金属电极。在PMMA板上设置液滴储存池、U型微通道以及矩形微通道。在玻璃盖板上键合金属电极。镓姻金属液滴初始位于液体储存池中，当开关所受的惯性力大于被动阀的阈值时，金属液体会突破被动阀进入微通道电极处，开关导通。液体最多流至U型微通道内的截流被动阀处。当惯性力消失后，由于液体在微通道两端存在毛细力差，液体会自动流至初始位置，开关性能恢复。本发明的微流体惯性接电开关装置结构简单,接触稳定可靠。与现有的微流体惯性开关比较，本开关具有自行恢复能力，可以多次使用。
【IPC分类】H01H35/14
【公开号】CN105097353
【申请号】CN201510409754
【发明人】沈腾, 王炅
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月13日