专利名称：微型重力开关的制作方法
技术领域：
本发明公开的微型重力开关属微型倒置开关技术领域，具体涉及的是一种由重力控制的电子开关电路构成的重力式电子倒置开关。
二.
背景技术：
重力倒置开关是对倒置或方向敏感的系统中的一种装置。本发明所涉及的重力倒置开关是利用重力方向的变化来提供开关信号的，由于其具有微体积、微功耗、可靠性高等特点，这种重力倒置开关的应用范围非常广泛，既可作为军品使用，也可作民品使用。适用于一些对重力方向敏感，要求体积小，功耗低，可靠性高的装置或仪器使用。
三.
发明内容
本发明的目的是向社会提供这种微型重力开关的技术方案，该技术方案的重力倒置开关利用重力作用的变化提供开关信号，由于具有微体积、微功耗、可靠性高等特点， 这种重力倒置开关的应用范围非常广泛，适用于那些对重力方向敏感的装置或仪器使用， 既可作为军品使用，也可作民品使用。本发明的技术方案是这样的这种微型重力开关，包括微型壳体及壳体内的重力开关结构，技术特点在于该重力开关结构是重力控制的电子微型开关，由重力控制的活动件控制的电子开关电路组成。所述的电子开关电路包括有RC振荡电路、延时触发电路等。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的重力控制的活动件是敏感式RC振荡电路的重力式可变电容的活动导电极板。所述的重力控制的活动件是重力控制的重力式可变电容的活动导电极板，该重力式可变电容是敏感式RC振荡电路中的电容之
ο根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的敏感式RC振荡电路是由该电路中重力控制的活动导电极板的重力式可变电容、基础电容、电阻和门电路构成的RC振荡电路。所述的重力式可变电容、基础电容构成敏感式RC振荡电路的电容C。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的重力式可变电容Cx由相同的两块固定极板和一块活动导电极板构成，当重力式可变电容正立时有l/cx = l/Q+l/C^ 或Cx = C1C2/(CJC2) = ￡S/2d，其中ε为所充气体的相对介电常数，S为每块固定极板面积，C1为固定极板1和活动导电极板间电容，C2为固定极板2和活动导电极板间电容，d为固定极板与活动导电极板间的距离。所述的微体积重力式可变电容Cx的结构请见图3，包括有密封壳体6，密封壳体壳顶端面内壁固定有两个不相接触的固定极板1、2，密封壳体上设有分别连接固定极板的极板引线4、5，密封壳体内设有活动导电极板3。重力式可变电容 Cx的固定极板与活动导电极板间的距离d为变数，当重力式可变电容正常放置时，d有最大值，当完全倒置(旋转180° )后固定极板与活动导电极板可重叠一起(如图7)，d有最小值0。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的重力控制的活动件控制的
3电子开关电路由敏感RC振荡电路及其后续的延时触发电路组成，延时触发电路在计数满并达到设定的延迟时间后输出高电平开关信号，该电子开关电路采用4060计数器集成芯片构成。所述的4060是一款集振荡器与计数器为一体的集成芯片(见图1)。延时触发电路或者采用其它具有计数功能的芯片也是可以的。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的4060计数器集成芯片需外接RC选频网络或外部晶振，在本发明中选择采用外接RC选频网络。所述的外接RC选频网络是由重力式可变电容Cx、基础电容C、电阻R构成的RC振荡电路部分，该振荡电路产生的频率fEC公式如下:fEC = 1/2. 5RCt，Ct = CxC/(C X+C)，其中=Ct为重力式可变电容Cx、基础电容C的串联电容。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的重力式可变电容Cx 当微型重力开关正立时(即图3所示状态)，活动导电极板处于与固定极板正对的密封壳体底部， 活动导电极板和两固定极板的间隙较大，活动导电极板和两固定极板构成的电容Cx较小， 与基础电容C、电阻R构成的振荡电路不能产生振荡，延时触发电路不能产生开关信号。当微型重力开关倒置后(即图7所示状态)，在重力作用下，或者活动导电极板与两固定极板接触，相当于导线，由于基础电容C的存在，能够引起振荡电路振荡；或者活动导电极板和两固定极板没有完全接触，存在微小间隙(即图6所示状态)，活动导电极板和两固定极板构成的电容Cx较大，和基础电容C串联后同样能够引起振荡电路振荡；以上两种情况均能引起振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会产生用于启动的开关信号，即重力式可变电容Cx构成的RC振荡电路及后续的延时触发电路就成为触发开关，此时，由重力式可变电容构成的RC振荡电路及后续的延时触发电路就成为了这些应用装置、电路的触发开关。根据4060计数器要求的Ct有最小值的限定，即Ct> 100pF，所以得出Cx的选择值范围为CX > 100C/(100+C)pf。所述的重力式可变电容Cx的选择值范围取决于基础电容C值的选择。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有所述的重力式可变电容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情况下才能够引起振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会产生开关信号，微型重力开关才能够导通，重力开关被导通后能保持稳定的导通状态；当重力式可变电容Cx的活动极板从完全倒置状态再转过大于 90°的角度，活动极板和两固定极板的间隙较大，振荡电路才能够停止振荡，该微型重力开关才会断开，被断开后又能保持稳定的不导通状态。所述的重力开关被导通后能保持稳定的信号输出状态，被断开后又能保持稳定的不导通状态，充分反映了本发明的微型重力开关工作的稳定性和状态转换的稳定性。图3 图8联合示出本发明的微型重力开关在逆时针旋转0° 360°角度的不同倒置角度情况下重力式可变电容的活动导电极板和两固定极板的变化情况。根据图9和图10给出的该微型重力开关逆时针旋转一周、顺时针旋转一周的倒置和导通情况，可以看出该微型重力开关逆时针旋转或顺时针旋转在接近180° 大于270°的倒置角度倒置时(也即导通的角度T)，该微型重力开关具有稳定的导通状态。根据以上所述的微型重力开关，技术特点还有通过对本发明的微型重力开关产品进行测验和试验，所述的微型重力开关的电子开关电路的工作电流不大于1mA，所述的电子开关电路的休眠电流不大于10 μ A。根据以上电性能指标，说明本发明的微型重力开关具备低功耗特点和性能。本发明的微型重力开关优点有1.本发明的微型重力开关是重力控制敏感的可变电容构成的电子开关电路，该电路一旦被导通后，不会因为晃动等因素导致开关信号不稳定，重力开关被导通或断开时都能保持稳定的信号输出状态，因此本发明的微型重力开关具备高可靠性特点。2.本发明的微型重力开关设计合理，结构简单，体积小，易制作，成本低，使用效果好，适用于对倒置或方向敏感的系统、装置。3.本发明的微型重力开关整个工作电流不大于1mA，休眠时电流不大于ΙΟμΑ，具备低功耗特点和性能。4.本发明的微型重力开关具有微体积、微功耗、高可靠性，这种微型重力开关值得采用和推广。
四.
本发明的说明书附图共有12幅图1为本发明的微型重力开关的电子电路原理图；图2为本发明重力式可变电容Cx的电工等效图；图3、图4、图5、图6、图7、图8为重力式可变电容Cx在逆时针旋转不同倒置状态下的具体结构示意图；图9示出重力式可变电容Cx逆时针旋转一周呈现各种状态时电子电路起振情况；图10示出重力式可变电容Cx顺时针旋转一周呈现各种状态时电子电路起振情况；图11为图1中电路的工作时序图；图12为本发明微型重力开关在压力测试装置中的应用图。在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中1、2.固定极板；3.活动导电极板；4、5.极板引线；6.密封壳体；7.微型重力倒置开关；8.缓冲垫 1 ；9.护膛环；10.传感器座；11.缓冲垫2;12.电池；13.筒体；14.后盖；15.电路模块; 16.缓冲垫3 ;17.密封环；18.传感器；A. RC振荡电路振荡信号输出；B.开关电路的开关信号输出；C.上电复位计数器清零时刻；D.RC振荡电路产生振荡起始时刻；Τ.微型重力开关逆时针旋转一周、顺时针旋转一周的导通角度范围。
五.
具体实施例方式本发明的微型重力开关非限定实施例如下实施例一.微型重力开关该例的微型重力开关具体结构由图1 图12联合示出，该例的微型重力开关，包括微型壳体及壳体内的重力开关结构，技术特点在于该重力开关结构是重力控制的电子微型开关，由重力控制的活动件控制的电子开关电路组成。该例的重力控制的活动件控制的电子开关电路由敏感RC振荡电路及其后续的延时触发电路组成，延时触发电路在计数满并达到设定的延迟时间后输出高电平开关信号，形成或实现了微型重力开关功能。该电子开关电路采用了 4060计数器集成芯片构成。4060是一款集振荡器与计数器为一体的集成芯片。图1示出该例的微型重力开关的电子电路原理图，图11示出图1中电路各点的工作时序图。在图1中集成电路芯片为4060计数器。4060计数器集成芯片需外接RC选频网络或外部晶振，在该例的中选择采用外接RC选频网络，由图1的R2、R3、CX、C组成。该例的外接RC选频网络是由重力式可变电容Cx、基础电容C、电阻R(R2、R3)构成的RC振荡电路部分，它们和4060计数器集成芯片的门电路组成RC振荡电路，该RC振荡电路产生的频率fKC公式如下f EC = 1/2. 5RCt，Ct = CXC/(CX+C)，其中Ct为重力式可变电容Cx、基础电容C的串联电容。其重力式可变电容Cx是敏感式RC振荡电路中的电容之一。根据该例的 4060计数器要求的Ct有最小值的限定，S卩Ct> 100pF，所以得出Cx的选择值范围为CX > 100C/(100+C)pf。该例的重力式可变电容Cx的选择值范围取决于基础电容C值的选择。该例的重力控制的活动件是重力控制的重力式可变电容Cx的活动导电极板，该例的微体积重力式可变电容Cx的结构请见图3，重力式可变电容Cx包括有密封壳体6，密封壳体6壳顶端面内壁固定有两个不相接触的固定极板1、2，密封壳体6上设有分别连接固定极板的极板引线4、5，密封壳体6内设有活动导电极板3。图2则示出该例的重力式可变电容Cx的电工等效图，该重力式可变电容Cx由相同的两块固定极板1、2和一块活动导电极板3构成， 当重力式可变电容正立时有1/CX = l/Ci+l/Q，或Cx = C1C2Z(C^C2) = ε S/2d，其中ε为所充气体的相对介电常数，S为每块固定极板面积，C1为固定极板1和活动导电极板间电容，C2为固定极板2和活动导电极板间电容，d为固定极板与活动导电极板间的距离。重力式可变电容Cx的固定极板与活动导电极板间的距离d为变数，当重力式可变电容正常放置时，d有最大值，当完全倒置(旋转180° )后固定极板与活动导电极板可重叠一起(如图 7)，d有最小值0。图3、图4、图5、图6、图7、图8示出该例的重力式可变电容Cx不同倒置状态下的具体结构示意图。该例的重力式可变电容Cx 当微型重力开关正立时(即图3所示状态)，活动导电极板3处于与固定极板1、2正对的密封壳体6底部，活动导电极板3和两固定极板1、2的间隙较大，活动导电极板3和两固定极板1、2构成的电容Cx较小，与基础电容C、电阻R构成的振荡电路不能产生振荡，延时触发电路不能产生开关信号。当微型重力开关倒置后(即图7所示状态)，在重力作用下，或者活动导电极板3与两固定极板1 或2接触，相当于导线，由于基础电容C的存在，能够引起振荡电路振荡；或者活动导电极板3和两固定极板1、2没有完全接触，存在微小间隙(即图6所示状态)，活动导电极板3 和两固定极板1、2构成的电容Cx较大，和基础电容C串联后同样能够引起RC振荡电路振荡。以上两种情况均能引起RC振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会产生用于启动的开关信号，即重力式可变电容Cx构成的RC振荡电路及后续的延时触发电路就成为触发开关，此时，由重力式可变电容构成的RC振荡电路及后续的延时触发电路就成为了应用装置或电路的触发开关。该例的重力式可变电容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情况下才能够引起振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会产生开关信号，微型重力开关才能够导通，重力开关被导通后能保持稳定的导通状态；当重力式可变电容Cx的活动极板从完全倒置状态再转过大于 90 °的角度，活动极板3和两固定极板1、2的间隙较大，RC振荡电路才能够停止振荡，该微型重力开关才会断开，被断开后又能保持稳定的不导通状态。该例的重力开关被导通后能保持稳定的信号输出状态，被断开后又能保持稳定的不导通状态，充分反映了本发明的微型重力开关工作的稳定性和状态转换的稳定性。图3 图8联合示出本发明的微型重力开关在逆时针旋转0° 360°角度的不同倒置角度情况下重力式可变电容的活动导电极板 3和两固定极板1、2的变化情况。图9示出重力式可变电容Cx逆时针旋转一周呈现各种状态时的电子电路起振情况，图10示出重力式可变电容Cx顺时针旋转一周呈现各种状态时的电子电路起振情况，根据图9和图10给出的该微型重力开关逆时针旋转一周、顺时针旋转一周的倒置和导通情况，可以看出该微型重力开关逆时针或顺时针旋转在接近180° 大于270°的倒置角度倒置时(也即导通的角度T )，该微型重力开关具有稳定的导通状态。通过对本发明的微型重力开关产品进行测验和试验，该例的微型重力开关的电子开关电路的工作电流不大于1mA，该例的电子开关电路的休眠电流不大于10μ A。根据以上电性能指标，说明本发明的微型重力开关具备低功耗特点和性能。图12示出本发明微型重力开关在压力测试装置中的应用图，在图12中7是微型重力倒置开关，8是缓冲垫1，9是护膛环，10是传感器座，11是缓冲垫2，12是电池，13是筒体，14是后盖，15是电路模块，16是缓冲垫3，17是密封环，18是传感器。实施例二.微型重力开关该例的微型重力开关具体结构可用图1 图12等联合示出，该例的微型重力开关与实施例一的微型重力开关不同点有该例微型重力开关在倒置角度为180°时引起RC 振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会输出开关信号，形成或实现了微型重力开关功能。该例的微型重力开关其余未述的，全同于实施例一中所述的，不再重述。实施例三·微型重力开关该例的微型重力开关具体结构可用图1 图12等联合示出，该例的微型重力开关与实施例一、实施例二的微型重力开关不同点有该例微型重力开关在倒置角度为230° 时引起RC振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会输出开关信号，形成或实现了微型重力开关功能。该例的微型重力开关其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。实施例四.微型重力开关该例的微型重力开关具体结构可用图1 图12等联合示出，该例的微型重力开关与实施例一 实施例三的微型重力开关不同点有该例微型重力开关在倒置角度为270° 时引起RC振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会输出开关信号，形成或实现了微型重力开关功能。该例的微型重力开关其余未述的，全同于实施例一 实施例三中所述的，不再重述。
权利要求
1.一种微型重力开关，包括微型壳体及壳体内的重力开关结构，特征在于该重力开关结构是重力控制的电子微型开关，由重力控制的活动件控制的电子开关电路组成。
2.根据权利要求1所述的微型重力开关，特征在于所述的重力控制的活动件是敏感式RC振荡电路的重力式可变电容的活动导电极板。
3.根据权利要求2所述的微型重力开关，特征在于所述的敏感式RC振荡电路是由该电路中重力控制的活动导电极板的重力式可变电容、基础电容、电阻和门电路构成的RC振荡电路。
4.根据权利要求3所述的微型重力开关，特征在于所述的重力式可变电容Cx由相同的两块固定极板和一块活动导电极板构成，当重力式可变电容正立时有1/CX = l/Q+l/C^ 或Cx = C1C2/(CJC2) = ￡S/2d，其中ε为所充气体的相对介电常数，S为每块固定极板面积，C1为固定极板1和活动导电极板间电容，C2为固定极板2和活动导电极板间电容，d为固定极板与活动导电极板间的距离。
5.根据权利要求1所述的微型重力开关，特征在于所述的重力控制的活动件控制的电子开关电路由敏感RC振荡电路及其后续的延时触发电路组成，延时触发电路在达到设定的延迟时间后输出高电平开关信号，该电子开关电路采用4060计数器集成芯片构成。
6.根据权利要求5所述的微型重力开关，特征在于所述的4060计数器集成芯片选择外接RC选频网络，所述的外接RC选频网络是由重力式可变电容Cx、基础电容C、电阻R构成的RC振荡电路部分，该振荡电路产生的频率fKC公式如下fK = 1/2. 5RCt，Ct = CxC/ (Cx+C)， 其中Ct为重力式可变电容Cx、基础电容C的串联电容。
7.根据权利要求4、或6所述的微型重力开关，特征在于所述的重力式可变电容Cx 当微型重力开关正立时，活动导电极板处于与固定极板正对的密封壳体底部，活动导电极板和两固定极板的间隙较大，活动导电极板和两固定极板构成的电容Cx较小，与基础电容 C、电阻R构成的振荡电路不能产生振荡，延时触发电路不能产生开关信号；当微型重力开关倒置后，在重力作用下，或活动导电极板与两固定极板接触，相当于导线，由于基础电容 C的存在，能够引起振荡电路振荡；或活动导电极板和两固定极板没有完全接触，存在微小间隙，活动导电极板和两固定极板构成的电容Cx较大，和基础电容C串联后同样能够引起振荡电路振荡；以上两种情况均能引起振荡电路振荡，振荡信号传输至延时触发电路，延时触发电路经计数延时后会产生用于启动的开关信号，即重力式可变电容Cx构成的RC振荡电路及后续的延时触发电路就成为触发开关，根据4060计数器要求的Ct有最小值的限定， 即=Ct > lOOpF，所以得出Cx的选择值范围为=Cx > IOOC/(100+C)pf0
8.根据权利要求7所述的微型重力开关，特征在于所述的重力式可变电容Cx只有在接近完全倒置或完全倒置的情况下才能够引起振荡电路振荡，该微型重力开关才能够导通，被导通后能保持稳定的导通状态；当重力式可变电容Cx的活动极板从完全倒置状态再转过大于90°的角度，活动极板和两固定极板的间隙较大，振荡电路才能够停止振荡，该微型重力开关才会断开，被断开后又能保持稳定的不导通状态。
9.根据权利要求1所述的微型重力开关，特征在于所述的电子开关电路的工作电流不大于1mA，所述的电子开关电路的休眠电流不大于ΙΟμΑ。
全文摘要
本发明公开的微型重力开关属微型倒置开关技术领域，它包括微型开关壳体及壳体内的重力开关结构，由重力控制的活动件控制的电子开关电路组成，电子开关电路包括有RC振荡电路、延时触发电路等，重力控制的活动件是重力控制的重力式可变电容的活动导电极板，重力式可变电容是RC振荡电路中的电容之一；本发明的优点有该微型重力开关是重力控制的可变电容构成的电子开关电路，设计合理，结构简单，体积小，易制作，成本低，具有微体积、微功耗、稳定性、高可靠性，使用效果好，工作状态稳定，适用于对倒置或方向敏感的系统、装置，这种微型重力开关值得采用和推广。
文档编号H03K17/975GK102427356SQ20111030358
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者尤文斌, 崔春生, 张浩茹, 张瑜, 李新娥, 沈大伟, 祖静, 裴东兴, 靳鸿, 马铁华, 麻海霞 申请人:中北大学