MEMS

Jul 08, 2023

Interruptores elétricos de todos os tipos ativam circuitos, enviam informações e iniciam ações. Um interruptor inercial é aquele que é acionado para ativar em um limite de aceleração específico. Nenhuma energia é consumida até que o switch seja 'despertado' pelo evento relevante, tornando-o ideal para ultra baixa potência (ULP) e aplicações remotas.

Os processos de fabricação de sensores miniaturizados permitem projetar um interruptor acionado por um nível específico de força inercial. Usando sistemas microeletromecânicos (MEMS), interruptores de aceleração em miniatura podem ser projetados para fechar um circuito apenas com base em um nível predefinido de força experimentado pelo dispositivo. Normalmente chamado de inercial ou G-switch, ele utiliza uma massa de prova suspensa em uma mola, atuando como um eletrodo móvel. O ponto de contato é um eletrodo estacionário. Quando uma força inercial é exercida sobre o dispositivo, a massa de prova se move em direção ao eletrodo estacionário. Se a magnitude e a duração da força forem suficientes, o eletrodo móvel tocará o eletrodo estacionário, fechando momentaneamente o circuito. O circuito será então reaberto pela mola (k) (Ver Fig. 2).

Existem inúmeras chaves inerciais em uso hoje em uma ampla gama de aplicações, e muitas técnicas diferentes podem ser utilizadas para realizar uma configuração de eletrodo, dependendo das características de desempenho desejadas e dos níveis de limite de ativação. Os principais parâmetros de uma chave inercial incluem tempo de resposta, tempo de contato e capacidade de sobrevivência a choques. O tempo de resposta é o atraso de tempo desde o momento em que o evento inercial é iniciado até que o eletrodo móvel toque inicialmente o eletrodo estacionário. O tempo de contato é quanto tempo os dois eletrodos mantêm contato. A capacidade de sobrevivência ao choque é uma medida do nível máximo de choque que o dispositivo pode suportar. Cada uma dessas características pode ser controlada com base na topografia do dispositivo, como a configuração do eletrodo springmass é projetada e os materiais selecionados.

O design do interruptor é determinado pelas necessidades da aplicação — por exemplo, um interruptor de airbag requer um tempo de resposta imediato. Por outro lado, a duração do tempo de contato pode ser a variável crucial para verificar se ocorreu um evento inercial real em vez de um ruído irrelevante. Isso é especialmente importante em condições de força g mais baixas.

Como a ação básica do interruptor é um fechamento momentâneo, o circuito é desligado assim que a mola retrai a massa de prova. As funções acionadas dependerão do restante do projeto do circuito e do resultado desejado ao acionar o circuito.

Os interruptores inerciais são ideais para funções, incluindo:

Sensor de despertarpara iniciar um processo.

Detecção de choquepara invocar um circuito de segurança ou encerrar um processo.

Monitoramento de processospara contar eventos inerciais.

Em uma situação em que você simplesmente deseja um alerta de que um limite de aceleração foi excedido em algum momento no passado, seria necessário um dispositivo de travamento mecânico. Nesse caso, em vez de um acionamento momentâneo do circuito, o projeto do interruptor inercial de travamento impediria que a mola invertesse a massa de prova e manteria o contato fechado com o eletrodo estacionário. Por exemplo, o limite pode ser definido alto o suficiente para evitar o alerta com um movimento normal (como uma máquina portátil de eletrocardiograma empurrando em cima de um carrinho). Impactos acima do limite solicitam um aviso, como uma luz de LED, para alertar os usuários de que devem verificar novamente a calibração.

A contagem de eventos pode ser realizada incrementando um registro para cada contato realizado. Essas informações podem indicar quantas vezes um dispositivo excedeu o limite de aceleração desejado. Por exemplo, um motor inteligente que conta o número de eventos inerciais acima de um parâmetro de segurança estabelecido.

Um caso de uso que ilustra a funcionalidade de um G-switch inercial é um sistema de ativação para monitorar o frete durante o transporte. Se um caminhão atingir uma estrada irregular e sua carga sofrer uma carga de choque acima de um limite, o eletrodo móvel atingirá o eletrodo estacionário e ativará o circuito. Isso libera um sinal de pulso para alertar o motorista de que possíveis danos à carga podem ter ocorrido. (Ver Fig. 3)