[实用新型]一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置

说明书

本实用新型属微惯性导航的技术领域，具体涉及一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置。一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置，主要结构由键合基板、支撑框架、敏感质量块、检测梁、连接块、悬臂梁、检测磁体、隧道磁阻元件、信号线组成，在支撑框架上设置敏感质量块、检测组合梁、悬臂梁，在敏感质量块上设置检测磁体，所述敏感质量块、及位于敏感质量块两侧的检测组合梁共同构成矩形体检测结构，所述矩形体检测结构位于三轴加速度计装置整体结构检测方向的轴线方向上，实现高精度的加速度检测。此装置结构对微弱磁场变化具有高灵敏特性，设计合理、简单，易单片集成，适合微型化。

技术领域

本实用新型属微惯性导航的技术领域，具体涉及一种隧道磁阻检测的三轴加速度计装置。

背景技术

微机械加速度计是用于测量加速度的传感器，是惯性技术的核心器件之一，在现代工业控制、航空航天、国防军事、消费电子等领域发挥着重要作用，一直受到世界微惯性导航技术领域的高度重视。

目前，微机械加速度计对加速度的测量是靠检测装置实现力电转换来完成的，其灵敏度、分辨率是十分重要的，由于加速度计微型化和集成化，检测的敏感区域随之减小，故而使检测的灵敏度、分辨率等指标已达到敏感区域检测的极限状态，从而限制了加速度计检测精度的进一步提高。此外，随着MEMS技术的不断提高，测量全空间加速度的单片集成三轴加速度计已成为发展的必然趋势。分立集成三轴加速度计具有设计简单的优点，但显露出体积大、集成度低、噪声大、正交性差等的问题，很难满足现代军事、民用装备的需要。

在现有技术中，微机械加速度计常用的检测方式有压阻式、压电式、电容式、共振隧穿式等，其中压阻效应检测，灵敏度较低，温度系数大，因而限制了检测精度的进一步提高；压电效应检测的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试；电容检测采用梳齿结构，位移分辨率较高，电容结构适用于MEMS工艺加工，但随着进一步微型化，梳齿电压容易击穿，横向冲击时也会吸合失效，尤其是梳齿制造工艺精度要求极高，成品率较低，制约该方向的发展；共振隧穿效应的灵敏度较硅压阻效应高一个数量级，但测试得到的检测灵敏度较低，无法稳定工作。因此，急需开展新效应检测原理的微机械加速度计研究。

隧道磁阻效应基于电子的自旋效应，在磁性钉扎层和磁性自由层中间间隔有绝缘体或半导体的非磁层的磁性多层膜结构，当磁性自由层在外场的作用下，其磁化强度方向改变，而钉扎层的磁化方向不变，此时两个磁性层的磁化强度相对取向发生改变，则可在横跨绝缘层的的磁性隧道结上观测到大的电阻变化，这一物理效应正是基于电子在绝缘层的隧穿效应，因此称为隧道磁阻效应，隧道磁阻效应具有“灵敏度高、微型化、容易检测”的优势，使我们产生了将隧道磁阻效应应用于加速度计检测的动机，以提高加速度计的检测灵敏度。

通过对本领域资料查新，本课题组前期申请了“一种巨磁阻效应三轴加速度计”(申请号为201210330126.6)，其采用的是巨磁阻检测，且驱动梁结构采取直梁式结构。本实用新型优势在于以下二点： 1、本次设计的驱动梁结构为正交梁结构，而参考文件为直梁，相比之下，本次设计的梁结构不容易因加工产生损坏，可得到高的成品率，同时通过有效的设计梁的长宽比和间隙，得到最佳的加速度计性能； 2、本次采用的是对磁场更加灵敏的隧道磁阻效应进行检测，而参考文件中采用巨磁阻效应进行检测，其对磁场敏感程度会远低于隧道磁阻效应，从而本次采用的隧道磁阻效应进行加速度检测，其加速度计的灵敏度会大大提高；本课题组前期申请了“一种隧道磁阻非谐振式三轴MEMS陀螺”(申请号为2017106955645)，其采用的结构既可以测角速率也可以测加速度，但是对于该结构进行加速度检测时，整体结构产生的离心力对隧道磁阻元件检测磁场变化时，产生极大的干扰，而目前仍没有产品可解决此类问题。

实用新型内容

实用新型目的

本实用新型的目的就是针对背景技术的不足，设计一种高集成的、用隧道磁阻元件检测的三轴加速度计装置，使三轴加速度计装置整体结构更加简单、易单片集成。

技术方案