[发明专利]巨应力阻抗效应加速度计

说明书

本发明涉及的是一种惯性参数测量器件，具体是一种巨应力阻抗效应加速度计，属于传感器技术领域。 

技术背景

惯性导航器件如手机，笔记本电脑，以及其他移动物体如飞机，汽车等需要常常要涉及到运动物体加速度的测量，以此来判断物体的动态运动状态及方位，因此加速度计在这方面起到了非常重要的作用。通常加速度计包括一个质量块，当加速度计处于加速度状态时，质量块将能感受到惯性力的作用，通过与质量块相连的一定的力学结构来产生传感器的惯性力，并对受力状态进行分析，从而对质量块的加速度进行测量。 

悬臂梁是提供质量块受力作用的最常用的一种力学结构，其挠度、弹性变形和受力状况之间有简单的对应关系，可以很快地分析悬臂梁的受力状态，从而测量出质量块的加速度。 

根据悬臂梁力、变形和电信号测量原理的不同，主要有如下几种类型的加速度计，如电容类型，测量悬臂梁的挠度和电容之间的关系，压阻类型，通过亚阻传感器将悬臂梁的挠度通过电阻变化反应出来，压电类型，通过将变形转变成电压信号，磁力类型，通过在悬臂梁上挠度变形转变成磁场传感器和硬磁体之间距离的变化，通过磁性传感器磁场幅度的测量反应出来。但是。电容类型要求测量空间环境有严格的要求，其静电累积受到湿度，空气中带电电荷的影响。而亚阻类型的材料其电阻容易受到环境温度的影响。压电类型一般为陶瓷类材料，其柔韧性较差。而磁力类型则需要增加高灵敏度的磁场传感器，并且受到周围空间磁场的影响。 

研究表明，当软磁非晶合金通过高频交流电流时，由于趋肤效应，其电流分布在表面位置，并取决于磁导率的变化，对于具有高磁致伸缩效应的Fe基非晶软磁合金材料，当材料受到应力的作用时，其磁导率将发生改变，并导致电流分布发生改变，从而引起合金材料阻抗发生巨大的变化，这种效应称为巨应力阻抗效应。根据这种效应制备的力敏传感器具有高的灵敏度，高的信号幅度，非常适合于加速度计的力学敏感元件，并且还具有相应速度快、小尺寸、低功率的特点，并且受环境影响小的特点。 

发明内容

本发明的内容在于提出了加速度计设计的一种新方案，提供了一种巨应力阻抗效应的加速度计，采用微机电系统MEMS技术在硅基片上实现悬臂梁、巨应力阻抗效应力学传感器以及质量块的集成制造，当系统处于加速状态时，质量块将处于受力状态，悬臂梁将沿着固支端产生旋转，具有一定的挠度，悬臂梁的弯曲作用将在巨应力阻抗传感器产生应力作用，并使得其两端阻抗发生变化，从而可以建立加速度和阻抗的关系，实现对加速度的测量。 

本发明是通过以下技术方案实现，本发明由硅基片(1)上的悬臂梁(2)、巨应力阻抗效应力敏传感器(3)、质量块(4)组成。 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器(3)为非晶软磁薄带材料； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器(3)和质量块(4)位于硅基片(1)上； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器(3)其激励信号为高频交流信号或脉冲信号； 

本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果： 

(1)本发明采用巨应力阻抗效应来测量质量块的受力情况，具有灵敏度更高，反映速度更快，功率消耗少的特点，且测量结果受环境因素影响小； 

(2)本发明采用微细加工MEMS技术进行加工，可以实现其微型化生产，结构更为紧凑； 

附图说明

图1为本发明的巨应力阻抗效应加速度计的前视图 

其中：1为硅基片，2为悬臂梁，3为巨应力阻抗力敏传感器，4为质量块，5为氧化硅。 

图2为本发明的巨应力阻抗效应加速度计的顶视图。 

其中：1为硅基片，2为悬臂梁，3为巨应力阻抗力敏传感器，4为质量块 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体结构进一步的描述。 

如图1所示，本发明由Si基片1上的悬臂梁2，质量块3和巨应力阻抗力敏传感器4组成，Si基片表面覆盖一层绝缘SiO2层5； 

所述的悬臂梁2为通过微机电系统MEMS技术加工而成，其表层为SiO2氧化层5； 

所述的质量块4为软磁薄膜非晶合金薄带，具有优异的磁弹性性能的Fe基软磁非晶合金； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器3为曲折结合形状，其匝数在三匝或多匝，线条宽度为120微米，线条间距为60微米，线条长度为3-5毫米； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器3的各向异性场为沿着线条宽度方向； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器3表层为通过空气中退火形成表面的硬磁层，以提高其磁场灵敏度； 

所述的巨应力阻抗效应力敏传感器3激发电流为高频交流电力0.1-100MHz。