专利名称：谐振压电告警设备的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及告警设备，尤其涉及一种谐振压电告警设备。
触感告警设备已广泛地应用在电子设备中以便提供一种触感告警，它敏感地向该电子设备的用户发出警报，一个事件发生了，例如在告警时钟中一个事件的信息例如在一种有选择的呼叫接收机中被接收。现有技术触感告警设备采用几种形式，最显著的是一种装有偏移平衡块的马达。当这些马达被连续地使用时，通常它们要吸收相当大数量的功率，因此当使用电池组时将限制这种设备的工作寿命。马达还占用显著的空间体积，并且当该马达的尺寸可以减小时，这种尺寸减小经常以牺牲可能产生的触感能量输出的电平为代价。
非线性触感告警设备被用来替换象触感告警设备那样的马达。该非线性触感告警设备明显地减小所要求的能量以便产生一种被产生的给定电平的触感能量，结果增加电池组的寿命。当非线性触感告警设备在马达上面明显地被改进时，该非线性触感告警设备仍然需要一个马达所需要的那样多的相同空间。
需要一种需要明显地小于现有技术触感告警设备的空间的触感告警设备。
需要一种以明显地被减小的功率消耗进行工作的触感告警设备。
需要一种用来控制由该触感告警设备传送的触感能量输出的方法。
需要一种能产生音响告警的触感告警设备。
图1是一种用来产生由电子线路激励的阀门，开关，继电器以及泵的现有技术压电激励器的顶视平面图；图2是权利要求1的现有技术压电激励器的断面图；图3是一种说明权利要求1的压电激励器的现有技术机电工作的例图4是说明权利要求1的压电激励器的现有技术机电工作的机械图；图5是说明用来驱动权利要求1的压电激励器的现有技术机电工作的驱动器电路的电子方框图；图6是根据本发明的谐振压电告警设备的平面图；图7是根据本发明的谐振压电告警设备的侧视图；图8是说明根据本发明的谐振压电告警设备的工作图；图9是说明根据本发明的另一个实施例的谐振压电告警设备的工作的机械图；图10是说明本发明的另一实施例的机械图；图11是说明本发明的另一实施例的机械图；图12是使用根据本发明的谐振压电告警设备的电子设备的电子方框图。
图1是用来产生象用电力激励的阀门，开关，继电器，以及泵这样的设备的现有技术压电激励器100的顶视平面图。该压电激励器在这里由参考插入的Lazarus等人发表于1997年11月的美国专利号NO.5687462中将详细地说明。压电激励器100包括一个在图2的断面图中所示出的柔韧基片116，一个具有一个在柔韧基片116上形成的电子输入110′的第一电极模式114。一个被粘结在第一电极模式114和柔韧基片116上的第一压电元件104。该粘结方式提供在第一电极模式114和第一压电元件104之间的电子线路连接。具有一个电子输入110的第二电极模式106在第一柔韧保护层102上面被形成，该保护层以一种用来在第二电极模式106和第一压电元件104之间提供提供电子线路连接的方式也被粘结在第一压电元件104上面。柔韧基片116，第一电极模式114，第二电极模式106，第一压电元件104，以及第一柔韧保护层102形成现有技术压电激励器100的第一压电激励器元件150。
一个具有一个电子输入108′的第三电极模式118也在柔韧基片116上面被形成。一个第二压电元件120被粘结在第三电极模式118和柔韧基片116上面。该粘结方法在第三电极模式118和第二压电元件120之间提供电子线路连接。一个具有一个电子输入108的第四电极模式122在第二柔韧保护层124上面被形成，该保护层以一种在第四电极模式122和第二压电元件120之间提供电子线路连接的方式也被粘结在第二压电元件120上面。柔韧基片116，第三电极模式118，第四电极模式122，第二压电元件120，以及第二柔韧保护层形成一个现有技术压电激励器100的第二压电激励器元件152。
回到图1，若干个安装孔112(示出其中二个)能使压电激励器100被一个在下面将要说明的激励器支架132紧紧地束缚住。例如，如图3所示，应用一个控制信号使第一压电激励器元件150经过压缩被弯曲，而第二压电激励器元件152经过拉伸被弯曲。控制信号的极性可以改变到这样的程度，使得第一压电激励器元件经过拉伸被弯曲。而第二压电激励器元件象将在下面更详细地被说明那样经过压缩被弯曲。
包括柔韧基片116，第一电极模式114，第一压电元件104，第二电极模式106，以及第一柔韧保护层的第一压电激励器元件150能够单独地被图5所示的一个控制信号110所激励，该信号具有一个第一极性以便如图4所示那样在相对于静止或未激励的位置402的第一方向412提供一个第一超出平面移动404。第一压电激励器元件150也可以单独地被一个控制信号110所激励，该信号具有一个第二相反极性以便如图4所示那样在一个相对于静止或未激励的位置402的第二方向414或提供一个第二超出平面移动408。第一超出平面移动404和第二超出平面移动408是第一压电激励器元件的直线移动。
同样，包括柔韧基片116，第三电极模式118，第二压电元件120，第四电极模式122，以及第二柔韧保护层124的第二压电激励器元件152如图5所示能够单独地被一个控制信号108所激励，该信号具有一个第一极性以便如图4所示那样在相对于静止或未激励的位置402的第一方向412提供一个第一超出平面移动404。第二压电激励器元件152也能够单独地被一个控制信号108所激励，该信号具有一个第二相反极性以便如图4所示那样在相对于静止或未激励的位置402的第二方向414提供一个第二超出平面移动408。第一超出平面移动404和第二超出平面移动408也是第二压电激励器元件的直线移动。
当第一压电激励器元件150被一个具有第一极性的控制信号所激励，而第二压电激励器元件152同时被一个具有第二相反极性的控制信号所激励时，如图4所示那样在相对于静止或未激励的位置402的第一方向412产生第三超出平面移动406。
当第一压电激励器元件150被一个具有第二相反极性的控制信号110所激励而第二压电激励器元件152同时被一个具有第一极性的控制信号108所激励时，如图4所示那样，在相对于静止或未激励的位置402的第二方向产生第四超出平面移动410。应该指出，如上所述，当第一压电激励器元件150和第二压电激励器元件152同时被激励时，与单独激励的第一压电激励器元件150或第二压电激励器元件152相比较压电激励器100的直线移动的幅度被增加。
图5是说明用来驱动权利要求1的压电激励器的现有技术机电工作的驱动器电路500的电子线路方框图。压电激励器100被二个独立的电压源所驱动，第一电压源502和第二电压源506被串联放置。第一电压源502和第二电压源506通常输出大约100伏电压以便产生压电激励器100的移动。第一电压源502与第一压电激励器元件150耦合并产生控制信号110和一个参考信号110′。第二电压源506与第二压电激励器元件152耦合并产生控制信号108和一个参考信号108′。第一电压源502的极性504可以反向以便在相反方向414产生第一压电激励器元件150的移动。第二电压源506的极性可以反向以便在相反方向414产生第二压电激励器元件152的移动。
图6是根据本发明的谐振压电告警设备的平面图。如图6所示，该压电激励器100可以便利地通过附加一个运动块被修改。在工作中，谐振压电告警设备600对被产生用来形成另一个所述运动块的超出平面移动的控制信号很敏感。如在下面将被说明的那样，另一个运动块的超出平面移动通过激励器支架132变换成能够方便地被用来在一种电子设备中提供一个触感能量。该运动块最好是金属，例如铁或钢，锌合金，或铅。显然其他金属也可利用。压电激励器100和运动块130的几何形状被选择用来在预定频率提供谐振，该频率是运动块130的移动幅度达到最大。当该谐振压电告警设备600被用在一种固定在用户的皮带上的电子设备中时，使运动块130的移动达到最大并且触感脉冲被传给用户的手腕的预定频率大约为100Hertz。对于其他应用，例如当电子设备被固定在用户的手腕上时，预定频率通常将比较高以便将相同的相应触感刺激传给用户。
图7是根据本发明的谐振压电告警设备600的侧视图。压电激励器100通过一个固定元件牢固地被固定在激励器支架132上，例如，一个用来压缩一个压缩板154的螺丝134。其他固定手段例如铆钉，啮合螺栓的螺母，以及热压接合法技术也可以利用。
图8是说明根据本发明的谐振压电告警设备600的工作的图形。当使用一种常规的压电激励器时，根据本发明的压电激励器100的移动被限制在低于预定频率806的频率808。随着驱动谐振压电告警设备600的频率朝着谐振压电告警设备600的谐振频率增加时，运动块的移动幅度在预定频率将增加到最大。不象常规压电激励器那样，在该激励器中，随着驱动频率超过预定频率806压电激励器的移动将明显地减弱，如曲线804所示那样将出现第二有利的工作方式。根据本发明的压电激励器100开始象一种膜片那样起反应，使根据本发明的谐振压电告警设备600再产生高于预定频率的频率以便提供声能。根据本发明的谐振压电告警设备600的另一种工作方式将在下面详细地说明。
图9是说明根据本发明的另一个实施例的谐振压电告警设备的工作的机械图。在高于预定频率或谐振频率，运动块130起着一种被连接到实际的坚硬表面912的机械盒的作用，从而在自由端使压电激励器100的移动到达最小。在高于预定频率，在激励器支架132和运动块130之间出现压电激励器100的超出平面移动。当在静止902没有控制信号加到压电激励器100以及第一压电激励器元件150或第二压电激励器元件152单独地被激励时，压电激励器在第一超出平面方向904或第二超出平面方向908产生移动。当第一压电激励器元件150和第二压电激励器元件152同时被激励时，压电激励器在第三超出平面方向906或第四超出平面方向910产生移动。显然，压电激励器100的实际移动幅度取决于被外加的控制信号的幅度。
图10是说明根据本发明的一种阻尼谐振压电告警设备1000的机械图。和以上所说明的谐振压电告警设备600不同，该阻尼谐振压电告警设备1000的工作利用控制压电激励器100和运动块130的相对移位的一个阻尼元件136，因而控制由阻尼谐振压电告警设备100所产生的触感能量输出。当运动块130是一个铁磁体时，该阻尼元件136可以是一个常规磁铁。压电激励器100和运动块130的位移可以由磁性材料的能量生成物控制，以及由在磁铁136和运动块130之间的间距138控制。阻尼元件136能够有益地被利用来控制在触感能量输出中的变化，该变化是由于部件的改变通过阻尼谐振压电告警设备1000产生的。
显然，该运动块130可以被一种磁性材料代替，那么阻尼元件136可以被一种铁磁材料代替，例如密封谐振压电告警设备1000的一种外壳的内壁。
图11是说明本发明的阻尼谐振压电告警设备1000的另一个实施例的机电图。如图11所示，阻尼元件136被一个电磁线圈156代替，该线圈由一个信号发生器138驱动。在这种情况下，运动块130用一种磁性材料制造。象以上所说明的那样，阻尼元件136控制压电激励器100和运动块130的相对位移，因此控制着由阻尼谐振压电告警设备1000所产生的触感能量输出。压电激励器1000和运动块130的位移受磁性材料的能量生成物的控制，受运动块130和电磁线圈156之间的间距142的控制，以及受信号幅度的控制，该信号幅度是流经电磁线圈156的电流140的量度。
图12是利用根据本发明的谐振压电告警设备600的一种电子设备的电子线路方框图。该电子设备1200可以是任何要求触感告警设备的电子设备，以及是任何要求音响告警设备的电子设备。当电子设备1200是一种通信设备时，例如寻呼电话接收机，蜂窝电话，或其他形式通信的通信设备，一个接收机1206被用来接收发送到该设备的信息。该接收机1206可以被用来接收无线电频率信号，红外或紫外信号，或者被连接到有线。任何无线电信号协议或有线信号协议可以被利用，这取决于所使用的接收机的类型。一个控制器1202被耦合到接收机1206，并被用来控制电子设备1200的工作，结果提供如对被接收的信息进行解码的功能，使被接收的信息存储起来，以及产生必要的控制信息以便使一种触感或音响告警的产生有效。控制器1202被耦合到一个压电驱动器电路1204，该电路产生适当幅度的信号以便驱动上述的谐振压电告警设备600。该电子设备1200的工作也可以通过用户控制1208实行，该用户控制可以用来对被产生的告警复位，或用来设定参数，例如告警将要产生的时间。
权利要求
1．一种谐振压电告警设备包括一个运动块；以及一个压电激励器，第一末端被固定在一个激励器支架上，第二末端被耦合到所述运动块；所述压电激励器对一个控制信号很敏感，以便产生所述运动块的交替超出平面移动，因此，所述运动块的交替移动被转换成触感能以便提供一个告警。
2．权利要求1的谐振压电告警设备进一步包括一个用磁力被耦合到所述运动块的阻尼元件，其中，所述运动块的交替超出平面移动具有一个位移幅度，并且其中所述运动块的超出平面移动的位移幅度被控制以便控制被传递的触感能。
3．权利要求1的谐振压电告警设备，其中所述控制信号在第一极性和第二反向极性之间交替变换。
4．权利要求1的谐振压电告警设备，其中所述压电激励器包括一个柔韧基片；以及一个第一平面压电元件被固定在所述柔韧基片的第一侧面，并具有被固定在所述激励器支架上的第一末端和被耦合到所述运动块的第二末端，其中，所述第一平面压电元件对控制信号很敏感，以便产生一个所述运动块的超出平面移动。
5．权利要求3的谐振压电告警设备，其中所述压电激励器进一步包括一个被固定在所述柔韧基片的第二侧面的第二平面压电元件，并具有被固定在所述激励器支架的第一末端和被耦合到所述运动块的第二末端，其中，所述第二平面压电元件对控制信号很敏感以便也用来产生所述第二平面压电元件的所述第二末端的一个超出平面移动，其中，所述第一平面压电元件和所述第二平面压电元件的激励将产生和增加所述运动块的超出平面移动。
6．权利要求5的谐振压电告警设备，其中，所述控制信号在第一极性和第二相反极性之间交替变换，并且，其中所述第一平面压电元件和所述第二平面压电元件的所述超出平面移动指向响应具有第一极性的控制信号的第一方向，以及指向响应具有第二相反极性的控制信号的第二相反方向。
7．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，所述运动块用一种金属制造。
8．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，所述超出平面移动产生所述移动块的一个直线移动。
9．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，所述运动块的所述另一个超出平面移动在控制信号的预定频率是一个最大值。
10．权利要求9的谐振压电告警设备，其中，预定频率为100Hertz。
11．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，在以上所预定的频率，在所述激励器支架和所述运动块之间出现所述压电激励器的附加的超出平面移动。其中，所述压电激励器的所述附加的超出平面移动产生声能。
12．权利要求1的谐振压电告警设备进一步包括一个用来密封所述运动块和所述压电激励器的外壳。
13．权利要求12的谐振压电告警设备，其中，所述外壳用一种金属制造。
14．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，所述阻尼是一个用金属制造的外壳，以及，其中所述运动块用一种磁性材料制造。
15．权利要求1的谐振压电告警设备，其中，所述运动块用一种铁磁材料制造，以及，其中所述阻尼元件是用一种磁性材料制造。
16．权利要求1的谐振压电告警设备，其中所述运动块是一种磁性材料，以及其中所述阻尼元件是用一种铁磁材料制造。
全文摘要
一种谐振压电告警设备(600)包括一个运动块(130)以及一个第一末端被固定在一个激励器支架(132)上而第二末端耦合到运动块(13)的压电激励器(100)。压电激励器(100)响应一个控制信号以便产生具有一个幅度(412,414)的运动块(130)的交替的超出平面移动。该运动块(130)的交替的超出平面移动(812,814)被转换成触感能以便在谐振频率(608)周围提供一个触感告警。谐振压电告警设备进一步包括一个用磁力被耦合到运动块(130)的阻尼元件(136,156)。幅度(412,414)被阻尼元件(136,156)控制。所述运动块(130)的交替的超出平面移动在高于谐振频率(608)也被变换成声能以便提供一个音响告警。
文档编号G04G13/00GK1303522SQ99806807
公开日2001年7月11日 申请日期1999年4月28日 优先权日1998年5月29日
发明者托马斯·J·罗林斯, 布鲁斯·M·莫顿, 菲利普·P·迈克纳克 申请人:摩托罗拉公司