[發明專利]多橋路隧道磁阻雙軸加速度計

有效

• 申請號: 201911088785.1
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110780088B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 張瑞;李孟委;宮美梅;金麗;辛晨光
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08;G01P15/105
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 申紹中

本發明涉及一種多橋路隧道磁阻雙軸加速度計，包括支撐框架一、支撐框架二、X軸質量塊、Y軸質量塊、X軸隧道磁阻元件、Y軸隧道磁阻元件、X軸回折線圈、Y軸回折線圈，X軸質量塊上固定設置相互正交的X軸回折線圈和Y軸回折線圈；X軸回折線圈的兩端以及Y軸回折線圈的兩端分別通過導線與支撐框架一上的相應電極連接；支撐框架二上固定設置X軸隧道磁阻元件和Y軸隧道磁阻元件；X軸隧道磁阻元件位于X軸回折線圈的正上方；Y軸隧道磁阻元件位于Y軸回折線圈的正上方，隧道磁阻元件內部設置多橋路結構。本發明提出的基于多橋路隧道磁阻的雙軸MEMS加速度計極大提高了加速度計的極限檢測能力和檢測靈敏度。

技術領域

本發明涉及微機電系統和微慣性器件技術領域，具體涉及一種多橋路隧道磁阻雙軸加速度計。

背景技術

MEMS加速度計的檢測方式有壓阻式、壓電式、電容式、共振隧穿式、電子隧道效應式等。電容檢測陀螺儀目前是主流檢測方式，其具有精度高、穩定性好、適合批量加工和易集成的優點，但由于梳齒多且間距較小，在外部作用力下梳齒容易發生吸合導致器件失效。雖然電容式陀螺的噪聲水平和檢測精度一直在提高，但仍受接口電路分辨率，寄生電容、工藝加工技術的限制，檢測分辨率已經達到了極限，噪聲水平很難突破0.1°/h；壓阻效應檢測的微加速度計，固有溫度限制了其應用，難以提高其靈敏度；壓電效應檢測的靈敏度易漂移，需要經常校正，且歸零慢，不宜連續測試；共振隧穿效應檢測靈敏度較硅壓阻效應高一個數量級，但測試得到的檢測靈敏度低，存在的問題是偏置電壓容易因加速度計驅動而漂移，導致加速度計不能穩定工作；電子隧道效應檢測制造工藝及其復雜，檢測電路也相對較難實現，成品率低，難以正常工作。

2008年，哈爾濱工業大學公開了一種具有梳狀電極結構的雙軸加速度計，在梳齒電容式加速度計中，各可動梳齒垂直于質量塊的邊緣并沿著敏感方向平行放置，而固定梳齒等間距地分布在移動梳齒的兩邊，構成電容差分對，但這種結構要求每個固定梳齒都必需與基片單獨鍵合，大大地增加了工藝的難度，不利于成品率的提高。2015年，無錫科技職業學院提出了一種集成CMOS雙軸加速度計，該加速度計包含8個彈簧。彈簧在設計時需要保證在Z方向的彈性常數大于在XOY平面內的彈性常數，并且X和Y方向的彈性常數不能過小，以避免增加系統的熱噪聲。該加速度計測試局限性大，不利于提高測試精度。2016年，東南大學提出一種基于間隙改變的隧道磁阻加速度計，該結構利用四個間隙調整電極形成兩個差動電容力矩器，可以很高地檢測單軸加速度。目前對于雙軸加速度檢測的檢測設備不夠完善，使用的加速度計的極限檢測能力和檢測靈敏度也不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多橋路隧道磁阻雙軸加速度計。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：多橋路隧道磁阻雙軸加速度計，包括固定連接的支撐框架一和支撐框架二；

支撐框架一上設置X軸質量塊和Y軸質量塊；Y軸質量塊通過若干個具有彈性形變能力的Y軸檢測梁與支撐框架一連接；X軸質量塊通過若干個具有彈性形變能力的X軸檢測梁與Y軸質量塊連接；

X軸質量塊上固定設置相互正交的X軸回折線圈和Y軸回折線圈；X軸回折線圈的兩端以及Y軸回折線圈的兩端分別通過導線與支撐框架一上的相應電極連接；

支撐框架二上固定設置X軸隧道磁阻元件和Y軸隧道磁阻元件；X軸隧道磁阻元件位于X軸回折線圈的正上方；Y軸隧道磁阻元件位于Y軸回折線圈的正上方；

X軸隧道磁阻元件的內部多橋路結構包括磁阻R₁、R₂、R₃、R₄；R₁、R₃為正相關磁阻結；R₂、R₄為負相關磁阻結；