[發(fā)明專利]一種基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻加速度計(jì)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811049038.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109142784B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊波;李成;高小勇;王斌龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/08
• 分類號(hào): G01P15/08;G01P15/105;G01P15/13
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

1.一種基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：包括上層隧道磁阻傳感元件結(jié)構(gòu)、中層硅微傳感器結(jié)構(gòu)、下層布有電極引線的玻璃襯底結(jié)構(gòu)；上層結(jié)構(gòu)和中層結(jié)構(gòu)分別通過(guò)第一組錨點(diǎn)和第二組錨點(diǎn)鍵合在下層結(jié)構(gòu)上；

其中，上層結(jié)構(gòu)包括襯底、設(shè)置在襯底背面的絕緣層、布置在絕緣層上的第一隧道磁阻傳感器、第二隧道磁阻傳感器、第一、二、三、四敏感輸出電極，第一、二隧道磁阻傳感器位于襯底水平方向中線上，關(guān)于襯底垂直方向中線左右對(duì)稱布置，第一、二敏感輸出電極分別位于第一隧道磁阻傳感器的上下兩側(cè)，且關(guān)于襯底的水平方向中線上下對(duì)稱分布，它們與第一隧道磁阻傳感器連接，用于輸出第一隧道磁阻傳感器的檢測(cè)信號(hào)，第三、四敏感輸出電極分別位于第二隧道磁阻傳感器的上下兩側(cè)，且關(guān)于襯底的水平方向中線上下對(duì)稱分布，它們與第二隧道磁阻傳感器連接，用于輸出第二隧道磁阻傳感器的檢測(cè)信號(hào)；上層結(jié)構(gòu)通過(guò)第一組錨點(diǎn)鍵合在下層結(jié)構(gòu)襯底之上；

中層結(jié)構(gòu)包括位于中心位置的質(zhì)量塊、位于質(zhì)量塊中心位置的磁片、質(zhì)量塊外部框架以及連接在質(zhì)量塊與質(zhì)量塊外部框架之間的四根“Z形”杠桿機(jī)構(gòu)，四根杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端分別連接至質(zhì)量塊和外部框架，支點(diǎn)連接至第二組錨點(diǎn)；

下層結(jié)構(gòu)包括襯底以及設(shè)置在襯底上的第一力反饋電極、第二力反饋電極、信號(hào)引線以及若干金屬電極，第一力反饋電極位于襯底表面中心位置，且位于質(zhì)量塊的正下方；第一力反饋電極通過(guò)電極引線引出，第二力反饋電極呈分布于第一敏感反饋電極和第二組錨點(diǎn)之間，且位于外部框架的正下方，并通過(guò)電極引線引出，分別位于外部框架左上側(cè)位置和右下側(cè)位置；第二組錨點(diǎn)有兩個(gè)錨點(diǎn)通過(guò)電極引線引出；

所述第一隧道磁阻傳感器的中心線與磁片的右側(cè)面重合，所述第二隧道磁阻傳感器的中心線與磁片的左側(cè)面重合；

質(zhì)量塊與外部框架的質(zhì)量不相等。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：所述第一隧道磁阻傳感器和第二隧道磁阻傳感器結(jié)構(gòu)相同，由上至下依次包括頂層、自由層、隧道勢(shì)壘層、鐵磁層、反鐵磁層和底層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：所述杠桿機(jī)構(gòu)包括杠桿主梁、輸入端橫梁和支點(diǎn)直梁，其中杠桿主梁分別通過(guò)輸入端橫梁與質(zhì)量塊相連，通過(guò)輸入端橫梁與外部框架相連，通過(guò)支點(diǎn)直梁與第二組錨點(diǎn)相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：所述磁片為永磁體材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：第一組錨點(diǎn)為四個(gè)，錨點(diǎn)上端分別位于上層襯底的右下、右上、左上、左下四個(gè)頂點(diǎn)處。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置，其特征在于：基于杠桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)質(zhì)量塊式隧道磁阻微加速度計(jì)裝置的實(shí)現(xiàn)方法包括如下過(guò)程：

當(dāng)加速度信號(hào)輸入時(shí)，質(zhì)量塊與外部框架所受慣性力大小不同，質(zhì)量塊和外部框架在杠桿機(jī)構(gòu)的支撐下做差分運(yùn)動(dòng)；

磁片在其垂直方向中線左右產(chǎn)生對(duì)稱的恒定磁場(chǎng)，當(dāng)加速度信號(hào)沿著方向輸入時(shí)，質(zhì)量塊帶動(dòng)磁片受向上的慣性力，產(chǎn)生向上的位移，導(dǎo)致磁片與第一、二隧道磁阻傳感器的間距變小，從而引起第一、二隧道磁阻傳感器周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生相同的改變，第一、二隧道磁阻傳感器輸出值反向變化，實(shí)現(xiàn)差分檢測(cè)；

檢測(cè)完成之后，第一、二力反饋電極根據(jù)檢測(cè)輸出來(lái)反饋靜電力，使得質(zhì)量塊和外框回到平衡位置，以初始狀態(tài)檢測(cè)下一個(gè)加速度信號(hào)。