專(zhuān)利名稱(chēng)：三維動(dòng)感傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能在三維空間中將低頻機(jī)械振動(dòng)、人及肢體的(低頻變向變速等)運(yùn)動(dòng)變?yōu)檫B續(xù)輸出電信號(hào)的三維動(dòng)感傳感器。主要應(yīng)用于電子安防領(lǐng)域和玩具等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在電子安防產(chǎn)品領(lǐng)域中，汽車(chē)、摩托車(chē)等防盜報(bào)警裝置所用的傳感器大多使用各種振動(dòng)類(lèi)傳感器。該類(lèi)傳感器是用有壓電效應(yīng)的壓電材料(如石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等)和電子線(xiàn)路結(jié)合制成，該類(lèi)傳感器在三維空間條件下能連續(xù)感知耒自固體、液體、空氣傳遞的音頻或高于音頻的振動(dòng)被，并輸出電信號(hào)。由于其靈敏度高，可靠性好，無(wú)方向性，故在安防領(lǐng)域中使用廣泛。
但是，該類(lèi)傳感器由于受固有的頻響范圍限制，對(duì)低于音頻的振動(dòng)難以感知，尤其是對(duì)人及肢體發(fā)生的很低頻率的變速變向運(yùn)動(dòng)(如悄無(wú)聲息的輕拿輕放、悄悄活動(dòng)等)無(wú)法感知。因此在安防領(lǐng)域中受到了一定的限制。其次，又由于強(qiáng)聲波通過(guò)空氣能使振動(dòng)類(lèi)傳感器產(chǎn)生信號(hào)，這使得很多車(chē)輛防盜報(bào)警器在強(qiáng)聲沖擊下產(chǎn)生誤報(bào)，增加了噪音污染。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有的振動(dòng)類(lèi)傳感器無(wú)法感知低于音頻的機(jī)械振動(dòng)和人及肢體變速變向等低頻運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型提供了一種三維動(dòng)感傳感器。該三維動(dòng)感傳感器從原理結(jié)構(gòu)到性能特點(diǎn)都與振動(dòng)類(lèi)傳感器有很大的不同，它不僅能感知一般低音頻范圍內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)，而且能感知低于音頻的機(jī)械振動(dòng)和變速變向的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，特別是對(duì)人及肢體所特有的變速變向運(yùn)動(dòng)能靈敏反應(yīng)和連續(xù)輸出電信號(hào)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案設(shè)計(jì)一個(gè)由機(jī)械結(jié)構(gòu)組成的振動(dòng)受感體和部份電子元件組成的電信號(hào)產(chǎn)生電路。振動(dòng)受感體由金屬空心管件、導(dǎo)電擋塊、球形金屬滾珠、絕緣體構(gòu)件等組成機(jī)械結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)特征為球形金屬滾珠置于金屬空心管內(nèi)(滾珠外徑小于金屬管內(nèi)徑)，兩個(gè)導(dǎo)電擋塊置于金屬空心管內(nèi)的球形金屬滾珠的兩端，與球形金屬滾珠之間留有間隙，使球形金屬滾珠在空腔內(nèi)能活動(dòng)自如。導(dǎo)電檔塊與金屬空心管件之間用絕緣體構(gòu)件組合固定并與金屬空心管件絕緣，兩導(dǎo)電擋塊分別用金屬絲電連以便外接。整體外形類(lèi)似一個(gè)分立電阻元件。其中的金屬空心管件，其端剖面為圓形、橢圓形、多邊形或半圓形結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電擋塊為金屬或碳材料制成的一端端面為平面、曲面或錐面的柱形、螺桿形或片形結(jié)構(gòu)件。
電信號(hào)產(chǎn)生電路由振動(dòng)受感體及與受感體電連接的電接點(diǎn)、電阻和電容組成，它們之間構(gòu)成電連接，由此合成為一個(gè)完整的三維動(dòng)感傳感器。具體電連接特征為金屬空心管件本身是一個(gè)電接端點(diǎn)，用金屬絲電連的兩個(gè)導(dǎo)電擋塊是另一個(gè)電接端點(diǎn)，將其中一個(gè)電接端點(diǎn)連接外電路的一個(gè)電接點(diǎn)，另一電接端點(diǎn)與電阻、電容的一端電連，電阻的另一端連接外電路的另一個(gè)電接點(diǎn)，電容的另一端是傳感器的輸出端。
在兩個(gè)外電路的電接點(diǎn)接上電源后，當(dāng)三維動(dòng)感傳感器在三維空間內(nèi)受到外界機(jī)械振動(dòng)時(shí)，金屬空心管內(nèi)的金屬滾珠勢(shì)必出現(xiàn)滾動(dòng)和擺動(dòng)，使電源電流經(jīng)金屬空心管件、金屬滾珠、導(dǎo)電擋塊至電阻回到電源時(shí)出現(xiàn)不規(guī)則通斷現(xiàn)象，在電阻兩端出現(xiàn)不規(guī)則高低電位跳變，呈直流脈沖態(tài)，此跳變脈沖隨振動(dòng)始終。當(dāng)人及肢體運(yùn)動(dòng)作用于該傳感器時(shí)，同樣也由于金屬滾珠的重力和慣性緣故，使金屬滾珠在金屬腔內(nèi)與腔壁出現(xiàn)相對(duì)碰撞滾動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致在電阻兩端出現(xiàn)一系列密集的直流脈沖。由于電容與電阻的一端電連接，直流脈沖在電容的充放電特性作用下，電容另一端向外輸出了交流電脈沖信號(hào)。在靜態(tài)時(shí)，由于電容的隔離作用，不管電流是通是斷、電阻上的電位是高是低，電容輸出端上是沒(méi)有電信號(hào)輸出的。
本實(shí)用新型的有益效果是對(duì)很低頻率的機(jī)械振動(dòng)、特別是人的肢體運(yùn)動(dòng)能很容易地直接或間接傳感輸出電信號(hào)，并持續(xù)于運(yùn)動(dòng)的始終。此外，它還是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無(wú)源裝置。
本實(shí)用新型機(jī)械運(yùn)動(dòng)變?yōu)殡娦盘?hào)的科學(xué)依據(jù)由電氣常識(shí)得知，在導(dǎo)體與導(dǎo)體處于碰接(非焊、絞、壓等緊固連接)導(dǎo)通的情況下，通導(dǎo)是極不可靠的。一旦受到振動(dòng)，碰接處立即出現(xiàn)不規(guī)則通斷。這一現(xiàn)象就是人們通常所指的“接觸不良”。排除導(dǎo)體表面的氧化及污垢等因素，“接觸不良”與運(yùn)動(dòng)和壓力有著密不可分的關(guān)系。
上述關(guān)系可用實(shí)驗(yàn)證明(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)圖2)在圖2中，電源(15)正極通過(guò)電接點(diǎn)(1)與金屬平板(13)相連，球形金屬滾珠(3)的兩側(cè)分別與金屬平板(13)及金屬平板(14)碰接電連，金屬平板(14)電連接電阻(10)，電阻(10)另一端通過(guò)電接點(diǎn)(12)至電源負(fù)極，在電阻(10)兩端跨接示波器。
當(dāng)金屬滾珠在兩塊金屬板之間縱向滾動(dòng)時(shí)，示波器顯示出一連串直流電位跳變(呈簇狀脈沖串)，其寬度、頻率與滾珠重量、運(yùn)動(dòng)方式和速度有一定關(guān)聯(lián)，其幅值為電源電壓值。在滾珠運(yùn)動(dòng)停止時(shí)，電阻兩端的電壓跳變就消失。
實(shí)驗(yàn)表明，在金屬滾珠與兩塊互不電連接的金屬板間碰接電連的情況下，滾動(dòng)的金屬滾珠與兩金屬板的電連接會(huì)不斷地出現(xiàn)“通”與“斷”。這種交替出現(xiàn)的通斷效果，具有實(shí)用意義。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是木實(shí)用新型的機(jī)電結(jié)合原理圖圖2是本實(shí)用新型機(jī)械振動(dòng)受感實(shí)驗(yàn)原理圖圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1機(jī)械電路綜合圖圖4是圖3(I-I)剖視圖圖中，1.電路電接點(diǎn)，2.金屬空心圓管，3.球形金屬滾珠，4.5.金屬錐頭螺桿形擋塊，6.7.絕緣管，8.9.金屬絲導(dǎo)線(xiàn)，10.負(fù)載電阻，11.電容，12.電路另一電接點(diǎn)，13.14金屬平板，15.直流電源，16.示波器。
具體實(shí)施方式
圖3是根據(jù)圖2原理設(shè)計(jì)的實(shí)用新型實(shí)施例機(jī)械電路綜合圖。
實(shí)施例1在圖3中，三維動(dòng)感傳感器的振動(dòng)受感體結(jié)構(gòu)特征是將外徑小于金屬空心園管(2)內(nèi)徑的球形金屬滾珠(3)置于金屬空心圓管(2)的管腔內(nèi)，直徑小于金屬空心圓管內(nèi)徑的金屬錐頭螺桿形擋塊(4)、(5)分別與絕緣管(6)、(7)組合并固定于金屬空心圓管(2)的兩端，與金屬空心圓管保持電氣絕緣，金屬錐頭螺桿形擋塊的錐頭分別向著管腔內(nèi)的球形金屬滾珠(3)，與金屬滾珠保持間隙，金屬錐頭螺桿形擋塊(4)、(5)的另一端分別電連接金屬絲導(dǎo)線(xiàn)(8)、(9)，構(gòu)成一個(gè)形似分立電阻元件的振動(dòng)受感體機(jī)械結(jié)構(gòu)。
電信號(hào)產(chǎn)生電路的具體電連接特征是金屬空心圓管與電接點(diǎn)(1)電連接，金屬絲導(dǎo)線(xiàn)(8)、(9)的另一端相互電連接并與負(fù)載電阻(10)、電容(11)的一端電連接，負(fù)載電阻(10)的另一端與電接點(diǎn)(12)電連接，電容(11)的另一端是傳感器的輸出端。
以下結(jié)合附圖3對(duì)本實(shí)用新型的工作過(guò)程作進(jìn)一步的描述在圖3中，將電接點(diǎn)(1)、(12)分別與外直流電源正負(fù)端電連接。靜態(tài)時(shí)，電流經(jīng)電接點(diǎn)(1)、金屬空心圓管(2)、球形金屬滾珠(3)、金屬螺桿形擋塊(4)與(5)、金屬絲(8)與(9)、負(fù)載電阻(10)、電接點(diǎn)(12)到電源負(fù)極，在負(fù)載電阻(10)的兩端呈現(xiàn)一穩(wěn)定的電源電壓，由于電容(11)的隔直流作用，其另一端無(wú)任何電信號(hào)輸出。
由于金屬滾珠與金屬錐頭螺桿形擋塊間存有間隙，傳感器有可能處于某一姿態(tài)而使球形金屬滾珠(3)與金屬螺桿形擋塊(4)、(5)均不碰接，即電源電流在此被斷開(kāi)，結(jié)果無(wú)電流流過(guò)負(fù)載電阻(10)，負(fù)載電阻(10)兩端電壓為零，電容(11)輸出端仍無(wú)信號(hào)輸出。
當(dāng)傳感器受到振動(dòng)或變速變向的運(yùn)動(dòng)時(shí)，球形金屬滾珠(3)在管腔內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)、滾動(dòng)等，使金屬空心圓管(2)與金屬螺桿形擋塊(4)或(5)在球形金屬滾珠(2)的碰接下出現(xiàn)一連串的導(dǎo)通與斷開(kāi)，致使負(fù)載電阻(10)兩端電位發(fā)生跳變，此跳變經(jīng)電容(11)交連輸出交流電脈沖信號(hào)，此信號(hào)一直持續(xù)到振動(dòng)停止為止。
實(shí)施例2實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基木相同，不同點(diǎn)是1、原金屬錐頭螺桿形擋塊(4)、(5)改為金屬圓柱形擋塊；2、將振動(dòng)受感體的兩個(gè)電接點(diǎn)顛倒后電連接，即原金屬絲(8)、(9)的另一端相互電連接并與負(fù)載電阻(10)、電容(11)的一端電連接改為金屬絲(8)、(9)的另一端相互電連接并與電接點(diǎn)(1)電連接，原金屬空心圓管與電接點(diǎn)(1)電連接改為金屬空心圓管與負(fù)載電阻(10)、電容(11)的一端共同電連接，負(fù)載電阻(10)的另一端與電接點(diǎn)(12)電連接，電容(11)的另一端是傳感器的輸出端。
除此之外，基木結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程同實(shí)施例1完全一樣。
實(shí)施例3
實(shí)施例3與實(shí)施例1中的振動(dòng)受感體結(jié)構(gòu)基本相同，不同點(diǎn)是金屬絲(8)、(9)的另一端互不電連，也不與其它器件電連接，各自成為振動(dòng)受感體的兩個(gè)輸出電接點(diǎn)，加上與金屬空心圓管電連接的電接點(diǎn)(1)，最終成為一體的有三個(gè)輸出端的三端器件。
權(quán)利要求1.一種三維動(dòng)感傳感器，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)受感體、電信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征是球形金屬滾珠置于金屬空心管件的空腔內(nèi)，直徑小于金屬空心管件內(nèi)徑的兩個(gè)導(dǎo)電擋塊，分別置于金屬空心管件內(nèi)的金屬滾珠的兩端，與金屬滾珠保持間隙，金屬滾珠在腔內(nèi)能活動(dòng)自如，導(dǎo)電擋塊另一端分別電連接金屬絲導(dǎo)線(xiàn)作為引出線(xiàn)，兩個(gè)導(dǎo)電擋塊均與金屬空心管件保持絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維動(dòng)感傳感器，其特征是所述的金屬空心管件是指端剖面為圓形、橢圓形、多邊形或半圓形的金屬管，導(dǎo)電擋塊是金屬或碳材料構(gòu)成的一端端面為平面、曲面或錐面的柱形、螺桿形或片形的結(jié)構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述三維動(dòng)感傳感器，其特征是所述的金屬空心管件本身是一個(gè)電接端點(diǎn)，用金屬絲電連的兩個(gè)導(dǎo)電擋塊是另一個(gè)電接端點(diǎn)，將其中一個(gè)電接端點(diǎn)連接外電路的一個(gè)電接點(diǎn)，另一電接端點(diǎn)與電阻、電容的一端電連，電阻的另一端連接外電路的另一個(gè)電接點(diǎn)，電容的另一端是傳感器的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維動(dòng)感傳感器，其特征是振動(dòng)受感體中的金屬絲(8)、(9)的另一端互不電連，也不與其它器件電連接，各自成為振動(dòng)受感體的兩個(gè)輸出電接點(diǎn)，加上與金屬空心圓管電連接的電接點(diǎn)(1)，使振動(dòng)受感體成為一個(gè)有三個(gè)輸出端的三端器件。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種能將低于音頻的機(jī)械振動(dòng)和人及肢體運(yùn)動(dòng)變?yōu)檫B續(xù)產(chǎn)生電信號(hào)的三維動(dòng)感傳感器。它包括一個(gè)內(nèi)含金屬滾珠的金屬管件和一對(duì)置于管件兩端的金屬擋塊、以及電阻電容等組成。其金屬擋塊與金屬管件構(gòu)成絕緣而與電阻電容的一端成共同電連接。該傳感器為無(wú)源器件。主要應(yīng)用于電子安防領(lǐng)域和電子玩具領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01H35/02GK2741169SQ20042009230
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者顧榮業(yè) 申請(qǐng)人:顧榮業(yè)