專利名稱：小型繼電器和相應(yīng)的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型繼電器。本發(fā)明還涉及按照本發(fā)明小型繼電器的不同用途。
背景技術(shù)：
目前制作小型繼電器有各種方法，具體地說(shuō)，在稱之為MEMS技術(shù)(微機(jī)電系統(tǒng))，微系統(tǒng)和/或微型機(jī)械加工的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)。原則上，這些方法可以按照它們用于移動(dòng)接觸電極的力類型或激勵(lì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類。通常的分類是在靜電繼電器，磁繼電器，熱繼電器和壓電繼電器之間。每種繼電器有它各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。然而，小型技術(shù)要求利用盡可能小的激勵(lì)電壓和表面?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的繼電器存在幾個(gè)阻礙它們發(fā)展的問(wèn)題。
減小激勵(lì)電壓的方式正好是增大繼電器的表面積，除了外觀容易發(fā)生變形，從而降低繼電器的工作壽命和可靠性以外，它還使小型化變得困難。在靜電繼電器中，減小激勵(lì)電壓的另一種方法是大大減小電極之間的空間，或使用非常薄的電極或特殊材料，可以使機(jī)械恢復(fù)力非常低。然而，這意味著粘連問(wèn)題，因?yàn)槊?xì)作用力非常大，它也降低這些繼電器的工作壽命和可靠性。使用高激勵(lì)電壓也有負(fù)面效應(yīng)，例如，元件的電離，強(qiáng)機(jī)械拉力引起加速磨損以及繼電器產(chǎn)生的電噪聲。
靜電繼電器還有與可靠性有關(guān)的嚴(yán)重問(wèn)題，這是由于稱之為“牽引”的現(xiàn)象，一旦超過(guò)給定的閾值，接觸電極以相對(duì)于其他自由電極的增大加速度運(yùn)動(dòng)。這是由于當(dāng)繼電器閉合時(shí)，施加靜電力閉合的電容器極大地增加它的電容量(若預(yù)先不設(shè)置擋板，則電容量可以增加到無(wú)限大)。因此，由于產(chǎn)生的高電場(chǎng)和運(yùn)動(dòng)電極加速度造成的撞擊使電極產(chǎn)生重大的磨損。
熱學(xué)，磁學(xué)和壓電方法要求特殊的材料和微型機(jī)械加工過(guò)程，因此，集成在較復(fù)雜的MEMS器件中，或有電路集成的相同器件是困難和/或昂貴的。此外，熱學(xué)方法是非常慢(即，電路有很長(zhǎng)的斷開(kāi)或閉合時(shí)間)并使用大量功率。磁學(xué)方法產(chǎn)生電磁噪聲，它使閉合電路更加困難并要求高的峰值電流進(jìn)行切換。
在這個(gè)說(shuō)明書(shū)中，繼電器應(yīng)當(dāng)理解為適合于斷開(kāi)和閉合至少一個(gè)外電路的任何裝置，其中至少一個(gè)外電路的斷開(kāi)和閉合動(dòng)作是借助于電磁信號(hào)完成的。
在以下的描述和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“接觸點(diǎn)”是指形成(或可以形成)電接觸的接觸面。在這一方面，它們不應(yīng)當(dāng)理解為幾何意義上的點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兪侨S元件，而應(yīng)當(dāng)從電學(xué)意義上考慮，它們是電路中的點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)。這是借助于一種小型繼電器實(shí)現(xiàn)的，其特征是，它包括面對(duì)第二區(qū)的第一區(qū)，第一電容器板，第二區(qū)中安排的第二電容器板，其中第二板小于或等于第一板，第一區(qū)與第二區(qū)之間的過(guò)渡空間過(guò)渡空間中安排的導(dǎo)電單元，導(dǎo)電單元機(jī)械上獨(dú)立于第一區(qū)和第二區(qū)，并適合于運(yùn)動(dòng)穿越過(guò)渡空間，它取決于第一電容器板和第二電容器板上的電壓，電路的第一接觸點(diǎn)，該電路的第二接觸點(diǎn)，其中第一接觸點(diǎn)和第二接觸點(diǎn)限定第一擋板，其中導(dǎo)電單元適合于接觸第一擋板，在與第一擋板接觸時(shí)，導(dǎo)電單元閉合該電路。
事實(shí)上，在按照本發(fā)明的繼電器中，導(dǎo)電單元是能夠自由運(yùn)動(dòng)的分離部分，就是說(shuō)，導(dǎo)電單元是響應(yīng)于斷開(kāi)和閉合外電路(第一接觸點(diǎn)與第二接觸點(diǎn)之間)的單元。即，材料的彈性力沒(méi)有用于迫使一種繼電器運(yùn)動(dòng)。這可以有多種不同的解決方案，其優(yōu)點(diǎn)是要求非常低的激勵(lì)電壓并可以有非常小的設(shè)計(jì)尺寸。導(dǎo)電單元放置在過(guò)渡空間。過(guò)渡空間是利用第一區(qū)和第二區(qū)以及側(cè)壁閉合，它們可以防止導(dǎo)電單元離開(kāi)過(guò)渡空間。當(dāng)電壓加到第一電容器板和第二電容器板上時(shí)，在導(dǎo)電單元中誘發(fā)電荷分布，它產(chǎn)生導(dǎo)電單元沿過(guò)渡空間運(yùn)動(dòng)的靜電力。借助于以下詳細(xì)描述的不同設(shè)計(jì)，這種效應(yīng)可用于幾種不同的方式。
此外，按照本發(fā)明的繼電器還滿意地解決上述的“牽引”問(wèn)題。
按照本發(fā)明繼電器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如下所述在常規(guī)的靜電繼電器中，若導(dǎo)電單元粘連到給定的位置(它在很大程度上與濕氣有關(guān))，則不可能使它松開(kāi)(除非依靠外力，例如，使它干燥)，這是由于恢復(fù)力是彈性力，總是相同(僅與位置有關(guān))，且不能增大。與此相反，若導(dǎo)電單元粘連在按照本發(fā)明的繼電器中，則通過(guò)增大電壓，總可以使它松開(kāi)。
過(guò)渡空間的幾何形狀和電容器板的位置可以提供幾種不同類型的繼電器，以及它們的許多應(yīng)用和功能方法。
例如，導(dǎo)電單元的運(yùn)動(dòng)可以是如下所述第一種可能性是，導(dǎo)電單元是沿第一區(qū)與第二區(qū)之間的過(guò)渡空間作平動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)，即，基本直線方式(當(dāng)然，不排除意外和非所需外力引發(fā)的可能震動(dòng)或振蕩和/或運(yùn)動(dòng))。
第二種可能性是，導(dǎo)電單元有基本固定端，導(dǎo)電單元可以圍繞該端轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸可以具有外電路接觸點(diǎn)的功能，而導(dǎo)電單元的自由端可以在第一區(qū)與第二區(qū)之間運(yùn)動(dòng)，它與其他接觸點(diǎn)可以接觸或不接觸，取決于所在的位置。如以下所敘述的，這種方法有許多特定的優(yōu)點(diǎn)。
第三種可能性是，導(dǎo)電單元沿過(guò)渡空間的運(yùn)動(dòng)是一種組合運(yùn)動(dòng)，它是產(chǎn)生的靜電力誘發(fā)第一區(qū)與第二區(qū)之間的平動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)和科里奧利力誘發(fā)垂直于以上平動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)。以下更詳細(xì)地描述這個(gè)方案。
有利的是，第一接觸點(diǎn)是在第二區(qū)與導(dǎo)電單元之間。這可以得到以下討論的各種方案。
當(dāng)?shù)谝话迨窃诘诙^(qū)時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例?；蛘?，繼電器可以設(shè)計(jì)成這樣，第一板是在第一區(qū)。在第一種情況下，得到的繼電器有較大的激勵(lì)電壓和較快速。另一方面，在第二種情況下，繼電器的速度較慢，這意味著導(dǎo)電單元和擋板經(jīng)受的震動(dòng)較平滑，且能量消耗較低。顯然，我們可以在這兩個(gè)方案之間進(jìn)行選擇，取決于每種情況的具體要求。
當(dāng)?shù)诙佑|點(diǎn)也是在第二區(qū)時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在這種情況下，我們得到這樣一種繼電器，其中導(dǎo)電單元基本沿直線方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)電單元與第一擋板接觸時(shí)，即，與電路的第一接觸點(diǎn)和第二接觸點(diǎn)接觸時(shí)，可以使電路閉合，借助于以下詳細(xì)描述的不同類型力，可以使電路斷開(kāi)。為了再次閉合電路，可以在第一電容器板與第二電容器板之間加電壓。這使導(dǎo)電單元被吸引到第二區(qū)，從而再次接觸第一接觸點(diǎn)和第二接觸點(diǎn)。
若第一電容器板是在第一區(qū)和第二電容器板是在第二區(qū)，則實(shí)現(xiàn)上一節(jié)中所述斷開(kāi)電路所需的力是借助于在第二區(qū)中添加第三電容器板，其中第三電容器板小于或等于第一電容器板，而第二電容器板與第三電容器板一起大于第一電容器板。利用這種安排，第一電容器板是在過(guò)渡空間的一側(cè)，而第二電容器板和第三電容器板是在過(guò)渡空間的另一側(cè)且互相接近。按照這種方式，借助于靜電力，我們可以迫使導(dǎo)電單元沿兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，此外，即使導(dǎo)電單元保持在基本未知的電壓上，我們可以確保外電路的閉合，導(dǎo)電單元受到閉合外電路作用的力。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的情況是，繼電器還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板和所述第一區(qū)中安排的第四電容器板，其中所述第一電容器板與所述第二電容器板相等，而所述第三電容器板與所述第四電容器板相等。事實(shí)上，按照這種方式，若我們希望導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)到第二區(qū)，則可以在第一電容器板和第四電容器板上加電壓以及在第二電容器板或第三電容器板上加電壓。假設(shè)導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)到放置最小電容器板的位置，則它就運(yùn)動(dòng)到第二區(qū)。同樣地，在第二電容器板和第三電容器板上加電壓以及在第一電容器板或第四電容器板上加電壓，我們可以使導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)到第一區(qū)。這種方案優(yōu)于較簡(jiǎn)單的三個(gè)電容器板方案，它是完全對(duì)稱的，即，不管導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)到第二區(qū)或第一區(qū)，可以獲得完全相同的繼電器性能。有利的是，第一電容器板，第二電容器板，第三電容器板和第四電容器板都相等，因?yàn)橐话愕卣f(shuō)，它的設(shè)計(jì)是方便的，繼電器在幾個(gè)方向是對(duì)稱的。一方面，如上所述，第一區(qū)與第二區(qū)之間是對(duì)稱的。另一方面，需要保持其他類型的對(duì)稱性以避免出現(xiàn)其他的問(wèn)題，例如，導(dǎo)電單元的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)問(wèn)題，以下給以評(píng)述。在這個(gè)方面，特別有利的是，繼電器還包括第一區(qū)中安排的第五電容器板和第二區(qū)中安排的第六電容器板，其中第五電容器板與第六電容器板相等。一方面，增大電容器板的數(shù)目具有更好補(bǔ)償制造過(guò)程變化因素的優(yōu)點(diǎn)。另一方面，可以獨(dú)立地激勵(lì)幾個(gè)不同的電容器板，這是從所加電壓和激勵(lì)時(shí)間兩個(gè)觀點(diǎn)考慮。6個(gè)電容器板可以都相等，或者，同側(cè)的三個(gè)電容器板可以有不同的尺寸。這可以減小激勵(lì)電壓。每個(gè)區(qū)中有三個(gè)或多個(gè)電容器板可以實(shí)現(xiàn)以下的目的它可以在兩個(gè)方向都具有對(duì)稱性，對(duì)于固定的總體繼電器尺寸，可以設(shè)計(jì)成有最小的激勵(lì)電壓，因?yàn)榭偸强梢栽谝粋€(gè)區(qū)中激勵(lì)兩個(gè)電容器板而在另一個(gè)區(qū)中激勵(lì)一個(gè)電容器板，它們有不同的表面積，可以使電流和功率消耗最小化，還使繼電器運(yùn)行較平滑，在它們接觸時(shí)，可以確保繼電器的斷開(kāi)和閉合，它獨(dú)立于外電路傳輸?shù)綄?dǎo)電單元的電壓。
特別是，若繼電器在每個(gè)區(qū)中有6個(gè)電容器板，則它還可以符合中心對(duì)稱的要求，如以下我們將看到的，這是另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)。所以，當(dāng)繼電器在第一區(qū)中安排6個(gè)電容器板和第二區(qū)中安排6個(gè)電容器板時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。然而，在每個(gè)區(qū)中有6個(gè)電容器板以獲得中心對(duì)稱不是絕對(duì)必需的例如，也可以是每個(gè)區(qū)中有3個(gè)電容器板，雖然在這種情況下，我們必須首先減小繼電器的電流和功率消耗，并優(yōu)化“平滑”功能。一般地說(shuō)，增大每個(gè)區(qū)中的電容器板數(shù)目在設(shè)計(jì)中具有較大靈活性和通用性，雖然它可以使制造中固有的變化減小，因?yàn)槊總€(gè)電容器板的制造因素變化往往是由其余電容器板的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
然而，不應(yīng)當(dāng)?shù)凸肋@樣一些情況，有意地產(chǎn)生力矩迫使導(dǎo)電單元完成某些類型的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)。例如，為了克服導(dǎo)電單元相對(duì)于固定壁的可能粘連或摩擦，這種運(yùn)動(dòng)方式是可能有益的。
有利的是，繼電器包括第一區(qū)與導(dǎo)電單元之間的第二擋板(或與第一擋板數(shù)目相同的第二擋板)。按照這種方式，我們可以在第一區(qū)與第二區(qū)之間實(shí)現(xiàn)幾何對(duì)稱性。當(dāng)導(dǎo)電單元向第二區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，直至與第一擋板接觸，它可以使外電路閉合。當(dāng)導(dǎo)電單元向第一區(qū)運(yùn)動(dòng)時(shí)，直至與第二擋板接觸，它也可以使外電路閉合。按照這種方式，導(dǎo)電單元完成的運(yùn)動(dòng)是對(duì)稱的。
當(dāng)繼電器包括第一區(qū)與導(dǎo)電單元之間安排的第三接觸點(diǎn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中第三接觸點(diǎn)限定第二擋板，因此，在與第二接觸點(diǎn)和第三接觸點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)電單元閉合第二電路。在這種情況下，繼電器的作用是換向器，交替地連接第二接觸點(diǎn)與第一接觸點(diǎn)和第三接觸點(diǎn)。
當(dāng)導(dǎo)電單元包括限定軸的空心圓柱部分和扁平部分時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)以上例子中一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，其中在其內(nèi)部放置第二接觸點(diǎn)，而扁平部分是從徑向空心圓柱部分的一側(cè)突出，并沿軸的方向延伸，其中扁平部分沿軸方向測(cè)量的高度小于圓柱部分沿軸方向測(cè)量的高度。這種特殊情況同時(shí)符合導(dǎo)電單元圍繞它的一端作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的情形(參照上述的“第二種可能性”)。此外，圓柱部分放置在承載面上(圓柱體每端有一個(gè)面，并沿第一區(qū)與第二區(qū)之間延伸)，而扁平部分懸掛在圓柱部分，因?yàn)樗闹亓枯^輕。因此，扁平部分不與壁或固定面接觸(除了第一接觸點(diǎn)和第三接觸點(diǎn)以外)，按照這種方式，可以減小粘連和摩擦力。關(guān)于第二接觸點(diǎn)，它放置在圓柱部分的內(nèi)部，并作為轉(zhuǎn)軸和第二接觸點(diǎn)。因此，在第一接觸點(diǎn)與第二接觸點(diǎn)之間建立電連接，或在第三接觸點(diǎn)與第二接觸點(diǎn)之間建立電連接?？招膱A柱部分限定圓柱形空心面，在所有的情況下，它有彎曲到第二接觸點(diǎn)的表面，從而減小粘連和摩擦力的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)導(dǎo)電單元包括限定軸的空心平行六面體部分和扁平部分時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)以上例子中另一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例，其中在其內(nèi)部放置第二接觸點(diǎn)，而扁平部分是從徑向空心平行六面體部分的一側(cè)突出，并沿軸的方向延伸，其中扁平部分沿軸方向測(cè)量的高度小于平行六面體部分沿軸方向測(cè)量的高度。事實(shí)上，這個(gè)實(shí)施例與以上的實(shí)施例類似，其中平行六面體部分限定平行六面體空心。這個(gè)方案特別適用于非常小繼電器實(shí)施例的情況，因?yàn)樵谶@種情況下，制造過(guò)程(特別是在光刻制造過(guò)程的情況下)的分辨率容量不得不使用直線方式。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，決定性的幾何形狀是內(nèi)部空心的幾何形狀，事實(shí)上，幾種不同的組合是可能的有矩形斷面和空心矩形斷面的軸(第二接觸點(diǎn))，有圓形斷面和空心圓形斷面的軸，有圓形斷面和空心矩形斷面的軸，反之亦然，雖然前兩種組合是最有利的。
邏輯上，若斷面是矩形，則在軸與平行六面體部分之間應(yīng)當(dāng)有足夠的間隙，使導(dǎo)電單元可以圍繞該軸轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣地，在圓形斷面的情況下，在軸與圓柱部分之間有很大間隙的情況下，導(dǎo)電單元進(jìn)行的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)和第一區(qū)與第二區(qū)之間平動(dòng)的組合。此外，應(yīng)當(dāng)注意，第二擋板不是電連接到任何電路也是可能的在這種情況下，得到的繼電器僅能斷開(kāi)和閉合一個(gè)電路，但其中導(dǎo)電單元的運(yùn)動(dòng)是借助于轉(zhuǎn)動(dòng)(或借助于平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)的組合)。
當(dāng)繼電器包括第一區(qū)與導(dǎo)電單元之間安排的第三接觸點(diǎn)和第四接觸點(diǎn)時(shí)，可以得到本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中第三接觸點(diǎn)和第四接觸點(diǎn)限定第二擋板，因此，在與第三接觸點(diǎn)和第四接觸點(diǎn)接觸時(shí)，導(dǎo)電單元閉合第二電路。事實(shí)上，在這種情況下，繼電器可以交替地連接兩個(gè)電路。
有利的是，第一區(qū)和第二區(qū)中每個(gè)區(qū)安排的每個(gè)電容器板集合相對(duì)于對(duì)稱中心是點(diǎn)對(duì)稱的，其中所述對(duì)稱中心與導(dǎo)電單元的質(zhì)量中心重合。事實(shí)上，每個(gè)區(qū)中安排的每個(gè)電容器板集合在導(dǎo)電單元上產(chǎn)生力場(chǎng)。若來(lái)自這個(gè)力場(chǎng)的力相對(duì)于導(dǎo)電單元質(zhì)量中心有非零的力矩，則導(dǎo)電單元不但作平動(dòng)，而且還作圍繞其質(zhì)量中心的轉(zhuǎn)動(dòng)。在這一方面，每個(gè)區(qū)的電容器板集合有點(diǎn)對(duì)稱性是合適的，在這種情況下，這種轉(zhuǎn)動(dòng)是不利的，或者，另一方面，如果可以誘發(fā)導(dǎo)電單元相對(duì)于其質(zhì)量中心的轉(zhuǎn)動(dòng)，則可以方便地提供中心不對(duì)稱性，例如，為的是克服摩擦力和/或粘連。
如以上所指出的，導(dǎo)電單元往往實(shí)際上封閉在第一區(qū)，第二區(qū)和側(cè)壁之間的過(guò)渡空間。有利的是，在側(cè)壁與導(dǎo)電單元之間的間隙是充分地小，可以防止導(dǎo)電單元同時(shí)接觸由第一接觸點(diǎn)和第二接觸點(diǎn)構(gòu)成的一組接觸點(diǎn)以及由第三接觸點(diǎn)和第四接觸點(diǎn)構(gòu)成的一組接觸點(diǎn)。就是說(shuō)，避免導(dǎo)電單元在過(guò)渡空間中采取橫向位置，其中它連接第一電路與第二電路。
為了避免粘連和高摩擦力，有利的是，導(dǎo)電單元有球形外表面，最好是圓柱面或球面。球面方案減小沿所有方向的摩擦力和粘連，而有面對(duì)第一區(qū)和第二區(qū)的圓柱體底面的圓柱面方案可以減小相對(duì)于側(cè)壁的摩擦力，而有面對(duì)電容器板的大表面可以有效地產(chǎn)生靜電力。這個(gè)第二方案還有接觸點(diǎn)的較大接觸面，可以減小交換電路中引入的電阻。
同樣地，若導(dǎo)電單元有垂直于導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)的上表面和下表面，和至少一個(gè)側(cè)面，則有利的是，側(cè)面有細(xì)微的突出部分。這種突出部分也可以減小側(cè)面與過(guò)渡空間側(cè)壁之間的粘連和摩擦力。
有利的是，導(dǎo)電單元是空心導(dǎo)電單元。這可以減輕質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)較小的慣性。
若繼電器有兩個(gè)電容器板(第一板和第二板)且這兩個(gè)電容器板都在第二區(qū)，則有利的是，第一電容器板和第二電容器板有相同的表面積，因?yàn)榘凑者@種方式，在相同的總器件表面積下，可以實(shí)現(xiàn)最小的激勵(lì)電壓。
若繼電器有兩個(gè)電容器板(第一板和第二板)，且第一板是在第一區(qū)，而第二板是在第二區(qū)，則有利的是，第一電容器板的表面積與第二電容器板的表面積相等或是它的二倍，因?yàn)榘凑者@種方式，在相同的總器件表面積下，可以實(shí)現(xiàn)最小的激勵(lì)電壓。
當(dāng)一個(gè)電容器板同時(shí)作為電容器板和作為接觸點(diǎn)(和擋板)時(shí)，可以得到按照本發(fā)明繼電器的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。這種安排可以在固定的電壓下(通常是VCC或GND)連接其他的接觸點(diǎn)(外電路的接觸點(diǎn))或在高阻抗下斷開(kāi)它。
本發(fā)明的目的還涉及按照本發(fā)明繼電器的優(yōu)選用途。除了用作電開(kāi)關(guān)和電換向器以外，按照本發(fā)明繼電器可以用作不同物理量的傳感器。在這些情況下，我們希望被測(cè)物理量作用的力斷開(kāi)電路，并借助于加到電容器板上的給定電壓產(chǎn)生與前者抵消的力，從而使外電路再次閉合(反之亦然，即，需要加電壓以保持電路斷開(kāi)，而我們希望測(cè)量的物理量試圖閉合該電路)。確定所需的電壓可以確定我們希望測(cè)量的物理量。一般地說(shuō)，小型化可以同時(shí)包含幾個(gè)傳感器，從而增大相應(yīng)測(cè)定的可靠性。增大可靠性是由于這些不同的傳感器可以測(cè)量相同的物理量，隨后再計(jì)算它們的平均值。特別有利的方案是安排按照本發(fā)明的繼電器，其中在兩個(gè)區(qū)有電接觸點(diǎn)，即，總數(shù)為3個(gè)或4個(gè)接觸點(diǎn)，因?yàn)樵谶@種情況下，我們可以在恒定電壓下(或者，即使改變電壓，作為考慮的另一個(gè)參數(shù))測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同時(shí)刻的待測(cè)物理量，這兩個(gè)時(shí)刻是，一個(gè)是在一個(gè)區(qū)中與電接觸點(diǎn)接觸中斷的時(shí)刻，另一個(gè)是在另一個(gè)區(qū)中與電接觸點(diǎn)建立電接觸的時(shí)刻。以下給出各種具體的例子加速度計(jì)由于外界加速度的力移動(dòng)導(dǎo)電單元，使電路斷開(kāi)。加到電容器板上的電壓產(chǎn)生相反的力。當(dāng)電路再次閉合時(shí)，可以確定所需的電壓，因此，可以確定導(dǎo)電單元所經(jīng)受的加速度。這也可以發(fā)生在相反的情況，如上所述，外界加速度試圖閉合電路。小型化允許提供各種傳感器，它們是按照三個(gè)坐標(biāo)軸取向的。具體的例子是氣囊和傾斜儀。
壓力傳感器若電路元件分開(kāi)接受不同壓力(待測(cè)壓力和參考?jí)毫?的兩個(gè)小盒，則加到導(dǎo)電單元一個(gè)面上的空氣壓力，或一般地說(shuō)，任何其他非導(dǎo)電流體，試圖斷開(kāi)(或閉合)該電路。再次實(shí)現(xiàn)閉合(斷開(kāi))電路所需的電壓可以測(cè)量所述流體的壓力，具體地說(shuō)，所述流體與參考盒之間的壓力差。這種類型傳感器的具體例子是微音器。
流量傳感器若導(dǎo)電單元有可以傳輸液體流的孔徑，或者它有浸入液體流中的延伸物，則按照本發(fā)明繼電器可以用作流量傳感器。如同以上的例子，借助于加到電容器板上的給定電壓，我們可以抵消物理量產(chǎn)生的力，在這種情況下，我們可以測(cè)量液體流產(chǎn)生的流體沖蝕力或氣動(dòng)力。然而，如同以上壓力傳感器的情況，該流體不能是導(dǎo)電體。
溫度傳感器在這種情況下，應(yīng)當(dāng)考慮到繼電器的切換時(shí)間基本上取決于外界加速度，電容器板上的所加電壓和表面積系數(shù)。若這些電容器板是由不同熱膨脹系數(shù)的材料制成，則電容器板的表面積系數(shù)將隨溫度而變化。按照這種方式，相對(duì)于加到電容器板上的給定電壓，切換時(shí)間與溫度之間存在一定關(guān)系。類似地，切換繼電器所需的最小電壓與溫度有關(guān)。
聲學(xué)裝置(揚(yáng)聲器)在與擋板或吸引它的電容器板碰撞時(shí)，導(dǎo)電單元就產(chǎn)生噪聲。通過(guò)協(xié)調(diào)可以集成在單個(gè)芯片上的大量繼電器，我們可以把同相的不同聲波收集在一起，從而產(chǎn)生可聽(tīng)到的合成聲波。這個(gè)可聽(tīng)到的聲波是高度方向性的。這在需要單向波時(shí)是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；或者，可以沿不同方向和/或相對(duì)于時(shí)間相移的分布和/或激勵(lì)繼電器以得到多方向波。通過(guò)控制每個(gè)繼電器激勵(lì)的準(zhǔn)確時(shí)刻，即，通過(guò)控制繼電器之間的相對(duì)時(shí)間相移，還可以控制方向性。按照這種方式，我們可以動(dòng)態(tài)地改變聲波的方向性，因此，可以按照要求引導(dǎo)聲波，而不必改變繼電器的幾何分布。電接觸點(diǎn)的存在可以確定導(dǎo)電單元與相應(yīng)擋板發(fā)生撞擊的準(zhǔn)確時(shí)刻。
科里奧利力檢測(cè)器(通常稱之為陀螺儀)通過(guò)確定科里奧利力，這種檢測(cè)器確定物體的轉(zhuǎn)速。為此目的，我們需要的繼電器是，它在第一區(qū)和第二區(qū)安排電容器板并在垂直于第一區(qū)-第二區(qū)軸的軸上安排接觸點(diǎn)。導(dǎo)電單元應(yīng)當(dāng)連續(xù)地從一端到運(yùn)動(dòng)另一端，因此，它總是有給定的速度，該速度取決于電容器板上所加的電壓。若轉(zhuǎn)速垂直于運(yùn)動(dòng)軸(第一區(qū)-第二區(qū)軸)和接觸點(diǎn)確定的平面，則導(dǎo)電單元就經(jīng)受垂直于第一區(qū)-第二區(qū)軸的科里奧利加速度。這意味著，若電壓加到電容器板上，則導(dǎo)電單元接觸一側(cè)的接觸點(diǎn)(或另一側(cè)的接觸點(diǎn)，與轉(zhuǎn)動(dòng)方向有關(guān))，因此，導(dǎo)電單元運(yùn)動(dòng)的速度是足夠地高。在接觸到接觸點(diǎn)時(shí)，外電路就閉合，從而確認(rèn)已得到這種閉合所需的條件。因此，外部轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度與電容器板上所加的電壓幅度有關(guān)，基于哪兩對(duì)接觸點(diǎn)已短路，并考慮此時(shí)正比于導(dǎo)電單元的速度方向，可以知道轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。這種類型傳感器可以同時(shí)包含在三個(gè)垂直方向上，從而可以確定空間中的任何轉(zhuǎn)動(dòng)。
氣體傳感器若導(dǎo)電單元是能夠反應(yīng)和/或吸收給定氣體分子的材料(或者，若這種材料包含在導(dǎo)電單元中)，則得到有可變質(zhì)量的導(dǎo)電單元，它與所述氣體的濃度有關(guān)。這種質(zhì)量變化影響激勵(lì)電壓以及從一端運(yùn)動(dòng)到另一端的時(shí)間間隔。因此，可以確定氣體的濃度。
一般地說(shuō)，在所有上述傳感器中，在每種情況下檢測(cè)切換繼電器所需的最小電壓，或檢測(cè)所加固定電壓下的切換時(shí)間，我們可以確定相應(yīng)的幅度。一般地說(shuō)，檢測(cè)切換時(shí)間是較容易的，因?yàn)槔脭?shù)字技術(shù)，可以非常簡(jiǎn)單地增大切換時(shí)間，而產(chǎn)生可變電壓意味著利用模擬電路。然而，在檢測(cè)切換繼電器的電壓時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)繼電器的切換是很不頻繁，從而減小磨損以及增大長(zhǎng)期的可靠性和工作壽命。
按照本發(fā)明繼電器的另一種可能應(yīng)用是作為磁場(chǎng)檢測(cè)器。為此，繼電器必須保持在它的閉合位置，即，利用導(dǎo)電單元閉合第一外電路，具有一定強(qiáng)度的電流應(yīng)當(dāng)傳輸通過(guò)導(dǎo)電單元。若繼電器經(jīng)受磁場(chǎng)，則導(dǎo)電單元就經(jīng)受磁力，若磁場(chǎng)的方向是合適的，則這個(gè)磁力試圖斷開(kāi)該電路。通過(guò)確定保持電路閉合所需的電壓并考慮導(dǎo)電單元的其他參數(shù)(導(dǎo)電單元的幾何形狀和質(zhì)量，通過(guò)它的電流強(qiáng)度等)，我們可以確定磁場(chǎng)的空間分量和給定的方向。若我們提供沿空間不同取向的多個(gè)傳感器，則可以確定磁場(chǎng)的所有空間分量，從而可以確定整個(gè)磁場(chǎng)。若繼電器在第一區(qū)和第二區(qū)中都有接觸點(diǎn)，因此，可以閉合兩個(gè)外電路，則利用一個(gè)繼電器可以確定磁場(chǎng)的一個(gè)空間分量，與它的方向無(wú)關(guān)，因?yàn)槿魧?dǎo)電單元是在一個(gè)區(qū)，則磁場(chǎng)試圖使它壓住接觸點(diǎn)，而不是與它分開(kāi)，若把導(dǎo)電單元放置在相反的區(qū)，則磁場(chǎng)試圖把它與接觸點(diǎn)分開(kāi)，因此，可能作出確定。知道哪個(gè)電路用于所述確定可以給出方向。應(yīng)當(dāng)觀察到，為了使用繼電器作為檢測(cè)器，電路應(yīng)當(dāng)閉合，足夠大的電流應(yīng)當(dāng)傳輸通過(guò)導(dǎo)電單元，使它經(jīng)受相應(yīng)的磁場(chǎng)。事實(shí)上，當(dāng)磁場(chǎng)斷開(kāi)電路時(shí)，電流就停止傳輸通過(guò)導(dǎo)電單元，且磁場(chǎng)就消失，因此，導(dǎo)電單元再次與電接觸點(diǎn)發(fā)生接觸，因?yàn)殡妶?chǎng)仍保持激活的。在重新建立電流之前，應(yīng)當(dāng)允許一段運(yùn)行時(shí)間，而導(dǎo)電單元再次經(jīng)受磁場(chǎng)。為了區(qū)分導(dǎo)電單元經(jīng)受的磁力與其他的外界加速度，磁場(chǎng)傳感器可以包含幾個(gè)繼電器，一些繼電器負(fù)責(zé)檢測(cè)上述的磁力，而另一些繼電器負(fù)責(zé)測(cè)量相關(guān)章節(jié)中描述的加速度。通過(guò)補(bǔ)償?shù)玫降拿總€(gè)分量結(jié)果，可以確定實(shí)際的磁場(chǎng)?；蛘撸粋€(gè)繼電器可以獲得磁場(chǎng)讀數(shù)(使電流傳輸通過(guò)導(dǎo)電單元)和加速度讀數(shù)(其中電流沒(méi)有傳輸通過(guò)導(dǎo)電單元)。


參照附圖描述本發(fā)明一些優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)以下完全非限制性的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征是顯而易見(jiàn)的。這些附圖是圖1是在第二區(qū)有兩個(gè)電容器板的繼電器簡(jiǎn)化圖；圖2是有兩個(gè)電容器板的繼電器簡(jiǎn)化圖，其中每個(gè)區(qū)有一個(gè)電容器板；圖3是有三個(gè)電容器板的繼電器簡(jiǎn)化圖；圖4是按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的未覆蓋繼電器透視圖；圖5是圖4所示繼電器的平面圖；圖6是按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的繼電器透視圖；圖7是圖6所示繼電器透視圖，其中已去掉頂端元件；圖8是圖6所示繼電器的底端元件透視圖；圖9是按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的未覆蓋繼電器透視圖；
圖10是圖9所示繼電器的圓柱部分詳細(xì)透視圖；圖11是按照本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的繼電器透視圖；圖12是按照本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的繼電器透視圖；圖13是按照本發(fā)明第六個(gè)實(shí)施例的繼電器平面圖；圖14是按照本發(fā)明第七個(gè)實(shí)施例的繼電器透視圖；圖15是按照本發(fā)明第八個(gè)實(shí)施例從下面觀察的繼電器透視圖，其中沒(méi)有基片；圖16是利用表面微型機(jī)械加工技術(shù)制成的球；圖17是按照本發(fā)明第九個(gè)實(shí)施例的繼電器透視圖；和圖18是按照本發(fā)明第十個(gè)實(shí)施例的未覆蓋繼電器平面圖。
從下面可以看出，附圖中說(shuō)明的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例包含上述幾種不同方案和選項(xiàng)的組合，而本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員能夠看到，可以按照不同方式組合哪些方案和選項(xiàng)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示按照本發(fā)明繼電器的第一基本功能模式。該繼電器限定放置導(dǎo)電單元7的過(guò)渡空間25，導(dǎo)電單元7可以沿過(guò)渡空間25自由運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閷?shí)際上它是分離部分，而沒(méi)有實(shí)際連接到限定過(guò)渡空間25的壁。該繼電器還限定圖1中左側(cè)的第一區(qū)和圖1中右側(cè)的第二區(qū)。在第二區(qū)中安排第一電容器板3和第二電容器板9。在圖1所示的例子中，電容器板3和9有不同的表面積，雖然這兩個(gè)表面積可以是相等的。第一電容器板3和第二電容器板9連接到CC控制電路。在第一電容器板3與第二電容器板9之間加電壓時(shí)，導(dǎo)電單元總是被吸引到圖1的右側(cè)，被引向電容器板3和9。導(dǎo)電單元7向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，直至它被第一擋板13阻擋，可以使第一外電路CE1閉合，第一擋板13是第一外電路CE1的第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17。
圖2表示按照本發(fā)明繼電器的第二基本功能模式。該繼電器同樣限定放置導(dǎo)電單元7的過(guò)渡空間25，導(dǎo)電單元7可以沿過(guò)渡空間25，圖2中左側(cè)的第一區(qū)和圖2中右側(cè)的第二區(qū)自由運(yùn)動(dòng)。在第二區(qū)中安排第二電容器板9，而在第一區(qū)中安排第一電容器板3。第一電容器板3和第二電容器板9連接到CC控制電路。在第一電容器板3與第二電容器板9之間加電壓時(shí)，導(dǎo)電單元總是被吸引到圖2中的右側(cè)，被引向最小的電容器板，即，第二電容器板9。因此，在圖2所示例子的情況下，電容器板3和9有不同的表面積是絕對(duì)必需的，若它們有相等的表面積，則導(dǎo)電單元7不可能朝任何方向運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)電單元7向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，直至它被第一擋板13阻擋，可以使第一外電路CE1閉合，第一擋板13是第一外電路CE1的第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17。在左側(cè)有第二擋板19的情況下，它沒(méi)有任何電功能，只是阻擋導(dǎo)電單元7與第一電容器板3接觸。在這種情況下，可以去掉第二擋板19，因?yàn)椴豢赡馨l(fā)生導(dǎo)電單元7與第一電容器板3接觸的問(wèn)題。這是因?yàn)樵谶@一側(cè)僅有一個(gè)電容器板，如果有多個(gè)電容器板且它們連接到不同的電壓，則擋板是必需的以避免短路。
圖1和2所示的繼電器結(jié)構(gòu)適合于用作傳感器，其中被測(cè)量作用的力與導(dǎo)電單元中誘發(fā)的靜電力抵消。如圖所示，在這兩種情況下，被測(cè)量必須施加試圖斷開(kāi)電路CE1的力，而靜電力試圖閉合該電路。然而，繼電器可以設(shè)計(jì)成按照完全相反的方式工作被測(cè)量試圖閉合電路CE1，而靜電力試圖斷開(kāi)該電路。在這種情況下，需要把第一擋板13以及相應(yīng)的電路CE1放置在圖1和2中的左側(cè)。在圖1中，這種可能性是用虛線表示。若擋板放置在兩側(cè)，則傳感器可以檢測(cè)沿兩個(gè)方向的被測(cè)量，雖然必須改變算法，從試圖閉合改變成試圖斷開(kāi)，在檢測(cè)到發(fā)生的方向變化時(shí)，利用最小的零電壓不能得到閉合/斷開(kāi)。應(yīng)當(dāng)想到，所加電壓的符號(hào)不影響導(dǎo)電單元7的運(yùn)動(dòng)方向。
為了借助于靜電力實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電單元7沿兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，需要配置第三電容器板11，如圖3所示。假設(shè)導(dǎo)電單元7總是運(yùn)動(dòng)到放置最小電容器板的位置，在這種情況下，要求第三電容器板11小于第一電容器板3，但第二電容器板9與第三電容器板11的表面積之和大于第一電容器板3的表面積。按照這種方式，通過(guò)激勵(lì)第一電容器板3和第二電容器板9，連接它們到不同的電壓，但第三電容器板11仍保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)電單元7就運(yùn)動(dòng)到右側(cè)，而在激勵(lì)三個(gè)電容器板3，9和11的情況下，導(dǎo)電單元7就運(yùn)動(dòng)到左側(cè)。在后者的情況下，給第二電容器板9和第三電容器板11提供相同的電壓，而給第一電容器板3提供不同的電壓。此外，圖3中的繼電器有連接到第二擋板19的第二外電路CE2，其方式是，這些第二擋板19限定第三接觸點(diǎn)21和第四接觸點(diǎn)23。
若兩個(gè)電容器板是第一區(qū)和第二區(qū)中的每個(gè)區(qū)，則可以按照兩個(gè)不同的方法引誘導(dǎo)電單元7的運(yùn)動(dòng)在相同區(qū)的兩個(gè)電容器板之間加電壓，使導(dǎo)電單元被這兩個(gè)電容器板吸引(其功能如圖1所示)，在一個(gè)區(qū)的一個(gè)電容器板與另一個(gè)區(qū)的一個(gè)(或兩個(gè))電容器板之間加電壓，使導(dǎo)電單元7被吸引到充電電容器表面積是最小的區(qū)域(其功能如圖2所示)。
圖4和5表示利用EFAB技術(shù)制造設(shè)計(jì)的繼電器。借助于薄層沉積方法的這種微型機(jī)械加工制造技術(shù)是專業(yè)人員熟知的，可以制作多個(gè)薄層并在三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有很大通用性。繼電器安裝在作為支承的基片1上，為了簡(jiǎn)單明了，在幾個(gè)附圖中沒(méi)有畫(huà)出。該繼電器在導(dǎo)電單元7的左側(cè)安排第一電容器板3和第四電容器板5(圖5所示)，而在導(dǎo)電單元7的右側(cè)安排第二電容器板9和第三電容器板11。該繼電器還有兩個(gè)第一擋板13和兩個(gè)第二擋板19，第一擋板13是第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17，而第二擋板19是第三接觸點(diǎn)21和第四接觸點(diǎn)23。該繼電器的上部被覆蓋，雖然沒(méi)有畫(huà)出這個(gè)蓋子，為的是清楚地說(shuō)明它的內(nèi)部細(xì)節(jié)。
按照?qǐng)D5，繼電器的走向是沿過(guò)渡空間25從左到右，反之亦然?？梢钥闯觯谝粨醢?3和第二擋板19比電容器板3，5，9和11更靠近導(dǎo)電單元7。按照這種方式，導(dǎo)電單元7可以從左到右運(yùn)動(dòng)以閉合相應(yīng)的電路，而不會(huì)干擾電容器板3，5，9和11以及它們相應(yīng)的控制電路。
導(dǎo)電單元7有空心的內(nèi)部空間27。
在導(dǎo)電單元7與形成過(guò)渡空間25(即，第一擋板13，第二擋板19，電容器板3，5，9和11以及兩個(gè)側(cè)壁29)的各個(gè)壁之間有間隙，間隙是充分地小以防止導(dǎo)電單元7圍繞垂直于圖5平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但它足以接觸第一接觸點(diǎn)15與第三接觸點(diǎn)21或第二接觸點(diǎn)17與第四接觸點(diǎn)23。然而，在這個(gè)附圖中，沒(méi)有按比例畫(huà)出間隙，為了使附圖更加清晰。
圖6至8表示利用EFAB技術(shù)制造設(shè)計(jì)的另一種繼電器。在按照?qǐng)D6至8的情況下，導(dǎo)電單元7是沿垂直方向運(yùn)動(dòng)。在繼電器中利用一種或另一種運(yùn)動(dòng)取決于設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。制造技術(shù)包括沉積幾個(gè)薄層。在所有的附圖中，垂直方向是夸大的，就是說(shuō)，實(shí)際器件比附圖所示器件扁平得多。若我們希望得到較大的電容器表面，最好是構(gòu)造類似于圖6至8所示形式的繼電器(垂直繼電器)，如果需要較少薄層數(shù)目，則類似于圖4和5所示形式的繼電器(水平繼電器)是更加合適。若采用某種特殊技術(shù)(例如，通常稱之為polyMUMPS，Dalsa，SUMMIT，Tronic′s，Qinetiq′s等的技術(shù))，薄層數(shù)目總是受限的。垂直繼電器的優(yōu)點(diǎn)是，使用較小的芯片面積得到較大的表面，這意味著可以利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低的激勵(lì)電壓(使用相同的芯片面積)。
理論上，圖6至8的繼電器非常類似于圖4和5的繼電器，在它的底部(圖8)安排第一電容器板3和第四電容器板5以及它們是第三接觸點(diǎn)21和第四接觸點(diǎn)23的第二擋板19。從附圖中可以看出，第二擋板19是在電容器板之上，因此，導(dǎo)電單元7可以承載在第二擋板19上，不會(huì)與第一電容器板3和第四電容器板5接觸。在頂部(圖6)有第二電容器板9，第三電容器板11和兩個(gè)第一擋板13，它們是第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17。在這種情況下，導(dǎo)電單元7與側(cè)壁29之間的間隙也是充分地小以避免第一接觸點(diǎn)15接觸第三接觸點(diǎn)21或第二接觸點(diǎn)17接觸第四接觸點(diǎn)23。
圖9和10所示的繼電器是一個(gè)繼電器例子，其中導(dǎo)電單元7的運(yùn)動(dòng)基本上是圍繞其一個(gè)端點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種繼電器有第一電容器板3，第二電容器板9，第三電容器板11和第四電容器板5，它們都安裝在基片1上。此外，第一接觸點(diǎn)15與第三接觸點(diǎn)21面對(duì)面。第一接觸點(diǎn)15與第三接觸點(diǎn)21之間的距離小于兩個(gè)電容器板之間的距離。導(dǎo)電單元7有空心的圓柱部分31，其中空心也是圓柱形。在空心圓柱體內(nèi)部放置有圓柱斷面的第二接觸點(diǎn)17。
按照這種方式，導(dǎo)電單元7在第一接觸點(diǎn)15與第二接觸點(diǎn)17之間或在第三接觸點(diǎn)21與第二接觸點(diǎn)17之間建立電接觸。導(dǎo)電單元7完成的運(yùn)動(dòng)基本上是圍繞圓柱部分31限定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖9中，第二接觸點(diǎn)17與圓柱部分31之間的間隙是夸大的，然而，確實(shí)存在一定量的間隙，因此，導(dǎo)電單元7完成的運(yùn)動(dòng)不是純粹的轉(zhuǎn)動(dòng)，而是轉(zhuǎn)動(dòng)與平動(dòng)的組合。
從圓柱部分31延伸的扁平部分33的高度小于沿所述圓柱部分31軸方向測(cè)量的圓柱部分31高度。在圖10中可以更細(xì)致地觀察到這一點(diǎn)，其中畫(huà)出示圓柱部分31和扁平部分33的剖面。按照這種方式，我們可以避免扁平部分33與基片1的接觸以減小摩擦力和粘連。
可以看出，只要間隙是足夠的，可以用平行六面體代替圓柱部分31以及利用有四邊形斷面的接觸點(diǎn)代替有圓形斷面的第二接觸點(diǎn)17，我們可以設(shè)計(jì)一種理論上相當(dāng)于圖9和10所示的繼電器。
例如，若在圖9和10的繼電器中去掉第一接觸點(diǎn)15和/或第三接觸點(diǎn)21，則正是這兩個(gè)電容器板(具體地說(shuō)，第三電容器板11和第四電容器板5)可以作為接觸點(diǎn)和擋板。適當(dāng)選取電容器板必須工作的電壓，我們可以得到的這個(gè)電壓總是VCC或GND。另一種可能性是，例如，第三接觸點(diǎn)21不與任何外電路進(jìn)行電連接。于是，第三接觸點(diǎn)僅僅是擋板，而當(dāng)導(dǎo)電單元7接觸第二接觸點(diǎn)17與第三接觸點(diǎn)21時(shí)，第二接觸點(diǎn)17在電路中就處在高阻抗?fàn)顟B(tài)。
圖11所示的繼電器設(shè)計(jì)成利用polyMUMPS技術(shù)制造。如以上所提到的，這種技術(shù)在專業(yè)人員中是眾所周知的，它的特征是，表面被微型機(jī)械加工成三個(gè)結(jié)構(gòu)層和兩個(gè)保護(hù)層。然而，理論上，它類似于圖9和10所示的繼電器，雖然其中有一些差別。因此，在圖11所示的繼電器中，第一電容器板3與第三電容器板11相等，但它不同于第二電容器板9和第四電容器板5，這二者相等并小于前者。關(guān)于第二接觸點(diǎn)17，它的頂端有加寬部分，允許導(dǎo)電單元7保持在過(guò)渡空間25中。圖9和10中的第二接觸點(diǎn)17也可以配置這種類型的加寬部分。值得注意的是，在這種繼電器中，第一接觸點(diǎn)15與第三接觸點(diǎn)21之間的距離與兩個(gè)電容器板之間的距離相等。假設(shè)導(dǎo)電單元7的運(yùn)動(dòng)是圍繞第二接觸點(diǎn)17的轉(zhuǎn)動(dòng)，則導(dǎo)電單元7的相反端描繪這樣一條弧線，在扁平部分33可以接觸到電容器板之前，導(dǎo)電單元與第一接觸點(diǎn)15或第三接觸點(diǎn)21接觸。
圖12表示利用polyMUMPS技術(shù)制造設(shè)計(jì)的另一種繼電器。這種繼電器類似于圖4和5所示的繼電器，雖然它還有第五電容器板35和第六電容器板37。
圖13表示相當(dāng)于圖4和5所示的繼電器，但它在第一區(qū)有6個(gè)電容器板和在第二區(qū)有6個(gè)電容器板。此外，我們應(yīng)當(dāng)注意到可以防止導(dǎo)電單元7脫離的頂蓋。
圖14和15表示導(dǎo)電單元7是圓柱形的繼電器。參照?qǐng)D14所示的繼電器，圍繞導(dǎo)電單元的側(cè)壁是平行六面形，而在圖15所示的繼電器中，圍繞導(dǎo)電單元7的側(cè)壁29是圓柱形。關(guān)于圖16，它表示利用表面微型機(jī)械加工制造的球體，應(yīng)當(dāng)注意，它是由多個(gè)不同直徑的圓柱形盤構(gòu)成。具有球形導(dǎo)電單元7的繼電器，如圖16所示，它在理論上非常類似于圖14或15所示的繼電器，它是利用球形導(dǎo)電單元代替圓柱形導(dǎo)電單元7。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到，電容器板安排中的某些幾何調(diào)整和頂端的接觸點(diǎn)是為了防止球形導(dǎo)電單元7首先接觸電容器板而不是接觸點(diǎn)，這些接觸可以是相應(yīng)的擋板。
圖17表示圖4和5所示繼電器的變型。在這種情況下，導(dǎo)電單元7在它的側(cè)面41有突出部分39。
圖18表示按照本發(fā)明繼電器的變型，具體地說(shuō)，它設(shè)計(jì)成用作科里奧利力檢測(cè)器(陀螺儀)。在這種情況下，我們可以注意到，繼電器在導(dǎo)電單元7的左側(cè)(根據(jù)圖18)安排第一電容器板3和第四電容器板5，而在導(dǎo)電單元7的右側(cè)安排第二電容器板9和第三電容器板11。該繼電器在圖18的上半部分有兩個(gè)第一擋板13，它們是第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17，而在圖18的下半部分有兩個(gè)第二擋板19，它們是第三接觸點(diǎn)21和第四接觸點(diǎn)23。由于電容器板之間所加的電壓，導(dǎo)電單元7沿著兩個(gè)電容器板之間曲折的路線方式運(yùn)動(dòng)。若繼電器受到科里奧利力，則導(dǎo)電單元7沿橫向運(yùn)動(dòng)，即，圖18中的向上或向下運(yùn)動(dòng)(假設(shè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)垂直于附圖平面)。在與第一接觸點(diǎn)15和第二接觸點(diǎn)17(或第三接觸點(diǎn)21和第四接觸點(diǎn)23)接觸時(shí)，并取決于曲折運(yùn)動(dòng)的速度(以及繼電器的幾何參數(shù)和質(zhì)量)，可以確定科里奧利力的大小，從而確定旋轉(zhuǎn)速度。該繼電器還有第三擋板43和第四擋板，它們(附加和任選的)也可以是電接觸點(diǎn)。因此，通過(guò)閉合繼電器控制電路利用的相應(yīng)電路，可以檢測(cè)每個(gè)曲折運(yùn)動(dòng)行進(jìn)的終點(diǎn)?；蛘?，利用專業(yè)人員知道的其他過(guò)程，可以確定導(dǎo)電單元7的位置。
權(quán)利要求
1.一種小型繼電器，其特征是，它包括面對(duì)第二區(qū)的第一區(qū)，第一電容器板(3)，所述第二區(qū)中安排的第二電容器板(9)，其中所述第二板小于或等于所述第一板，所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間安排的過(guò)渡空間(25)，所述過(guò)渡空間(25)中安排的導(dǎo)電單元(7)，所述導(dǎo)電單元(7)機(jī)械上獨(dú)立于所述第一區(qū)和第二區(qū)并適合于運(yùn)動(dòng)穿越所述過(guò)渡空間(25)，它取決于所述第一電容器板和第二電容器板上的電壓，電路的第一接觸點(diǎn)(15)，所述電路的第二接觸點(diǎn)(17)，其中所述第一接觸點(diǎn)(15)和第二接觸點(diǎn)(17)限定第一擋板(13)，其中所述導(dǎo)電單元(7)適合于接觸所述第一擋板(13)，且在與所述第一擋板(13)接觸時(shí)，所述導(dǎo)電單元(7)閉合所述電路。
2.按照權(quán)利要求1的繼電器，其特征是，所述第一接觸點(diǎn)(15)是在所述第二區(qū)與所述導(dǎo)電單元(7)之間。
3.按照權(quán)利要求1或2的繼電器，其特征是，所述第一板是在所述第二區(qū)。
4.按照權(quán)利要求1或2的繼電器，其特征是，所述第一板是在所述第一區(qū)。
5.按照權(quán)利要求1至4中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，所述第二接觸點(diǎn)(17)也是在所述第二區(qū)。
6.按照權(quán)利要求4或5的繼電器，其特征是，它還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板(11)，其中所述第三電容器板(11)小于或等于所述第一電容器板(3)，且其中所述第二電容器板與第三電容器板一起大于所述第一電容器板(3)。
7.按照權(quán)利要求4或5的繼電器，其特征是，它還包括所述第二區(qū)中安排的第三電容器板(11)和所述第一區(qū)中安排的第四電容器板(5)，其中所述第一電容器板(3)與所述第二電容器板(9)相等，和所述第三電容器板(11)與所述第四電容器板(5)相等。
8.按照權(quán)利要求7的繼電器，其特征是，所述第一電容器板，第二電容器板，第三電容器板和第四電容器板都相等。
9.按照權(quán)利要求7或8的繼電器，其特征是，它還包括所述第一區(qū)中安排的第五電容器板(35)和所述第二區(qū)中安排的第六電容器板(37)，其中所述第五電容器板(35)與所述第六電容器板(37)相等。
10.按照權(quán)利要求9的繼電器，其特征是，它包括所述第一區(qū)中安排的6個(gè)電容器板和所述第二區(qū)中安排的6個(gè)電容器板。
11.按照權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，它包括所述第一區(qū)與所述導(dǎo)電單元(7)之間的第二擋板。
12.按照權(quán)利要求1至11中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，它包括所述第一區(qū)與所述導(dǎo)電單元(7)之間安排的第三接觸點(diǎn)(21)，其中所述第三接觸點(diǎn)(21)限定第二擋板，因此，在與所述第二接觸點(diǎn)(17)和所述第三接觸點(diǎn)(21)接觸時(shí)，所述導(dǎo)電單元(7)閉合第二電路。
13.按照權(quán)利要求12的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)包括限定軸的空心圓柱部分(31)，在其內(nèi)部放置所述第二接觸點(diǎn)(17)，和扁平部分(33)，它是從所述徑向空心圓柱部分(31)的一側(cè)突出并沿所述軸的方向延伸，其中所述扁平部分(33)沿所述軸方向測(cè)量的高度小于所述圓柱部分(31)沿所述軸方向測(cè)量的高度。
14.按照權(quán)利要求12的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)包括限定軸的空心平行六面體部分(31)，在其內(nèi)部放置所述第二接觸點(diǎn)(17)，和扁平部分(33)，它是從所述徑向空心平行六面體部分(31)的一側(cè)突出并沿所述軸的方向延伸，其中所述扁平部分(33)沿所述軸方向測(cè)量的高度小于所述平行六面體部分沿所述軸方向測(cè)量的高度。
15.按照權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，它包括所述第一區(qū)與所述導(dǎo)電單元(7)之間安排的第三接觸點(diǎn)(21)和第四接觸點(diǎn)(23)，其中所述第三接觸點(diǎn)(21)和第四接觸點(diǎn)(23)限定第二擋板(19)，因此，在與所述第三接觸點(diǎn)(21)和第四接觸點(diǎn)(23)接觸時(shí)，所述導(dǎo)電單元(7)閉合第二電路。
16.按照權(quán)利要求1至15中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，每個(gè)所述第一區(qū)和第二區(qū)中安排的每個(gè)所述電容器板集合有相對(duì)于對(duì)稱中心的點(diǎn)對(duì)稱性，且其中所述對(duì)稱中心與所述導(dǎo)電單元(7)的質(zhì)量中心重合。
17.按照權(quán)利要求1至15中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，每個(gè)所述第一區(qū)和第二區(qū)中安排的所述電容器板集合有中心不對(duì)稱性，因此產(chǎn)生相對(duì)于所述導(dǎo)電單元(7)質(zhì)量中心的力矩。
18.按照權(quán)利要求15至17中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間延伸兩個(gè)側(cè)壁(29)，其中所述側(cè)壁(29)與所述導(dǎo)電單元(7)之間有間隙，所述間隙是充分地小，為的是幾何上防止所述導(dǎo)電單元(7)同時(shí)接觸所述第一接觸點(diǎn)(15)和第二接觸點(diǎn)(17)構(gòu)成的接觸點(diǎn)組和所述第三接觸點(diǎn)(21)和第四接觸點(diǎn)(23)構(gòu)成的接觸點(diǎn)組。
19.按照權(quán)利要求1至18中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)有球形外表面。
20.按照權(quán)利要求19的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)是圓柱形。
21.按照權(quán)利要求19的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)是球形。
22.按照權(quán)利要求1至20中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)有上表面和下表面和至少一個(gè)側(cè)面，所述上表面和下表面與所述導(dǎo)電單元(7)的所述運(yùn)動(dòng)垂直，其中所述側(cè)面有細(xì)微的突出部分。
23.按照權(quán)利要求1至22中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，所述導(dǎo)電單元(7)是空心導(dǎo)電單元。
24.按照權(quán)利要求3的繼電器，其特征是，所述第一電容器板(3)和所述第二電容器板(9)有相同的表面積。
25.按照權(quán)利要求4的繼電器，其特征是，所述第一電容器板(3)的表面積與所述第二電容器板(9)的表面積相等或是它的二倍。
26.按照權(quán)利要求1至25中任何一個(gè)的繼電器，其特征是，所述電容器板(3，5，9，11，35，37)中的一個(gè)電容器板同時(shí)是所述接觸點(diǎn)(15，17，21，23)中的一個(gè)接觸點(diǎn)。
27.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作加速度計(jì)。
28.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作氣囊加速度計(jì)。
29.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作傾斜儀。
30.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作科里奧利力檢測(cè)器。
31.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作壓力傳感器。
32.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作微音器的用途。
33.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作流量傳感器。
34.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作溫度傳感器。
35.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作聲學(xué)裝置。
36.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作氣體傳感器。
37.按照權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)的繼電器用作磁場(chǎng)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及小型繼電器，包括設(shè)置成與第二區(qū)面對(duì)面的第一區(qū)；第一電容器板(3)；設(shè)置在第二區(qū)并小于或等于第一板的第二電容器板(9)；所述兩個(gè)區(qū)之間的過(guò)渡空間(25)；設(shè)置在上述過(guò)渡空間(25)的導(dǎo)電單元(7)，它在機(jī)械上獨(dú)立于相鄰的壁并可以自由運(yùn)動(dòng)通過(guò)所述過(guò)渡空間(25)作為兩個(gè)電容器板之間電壓的函數(shù)；和屬于電路的接觸點(diǎn)(15，17)。按照本發(fā)明，在與接觸點(diǎn)(15，17)對(duì)接時(shí)，上述導(dǎo)電單元(7)閉合該電路。例如，本發(fā)明的繼電器可用作加速度計(jì)，氣囊加速度計(jì)，傾斜儀，科里奧利力檢測(cè)器，作為聲學(xué)裝置的微音器，和作為壓力，流量，溫度，氣體，磁場(chǎng)傳感器等。
文檔編號(hào)G01C19/56GK1729136SQ200380107172
公開(kāi)日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月19日
發(fā)明者喬塞普·蒙坦亞·希爾韋斯特爾 申請(qǐng)人:寶蘭微系統(tǒng)公司