[发明专利]一种基于隧道磁阻效应的微机械陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及微惯性导航技术相关领域，具体而言，涉及一种基于隧道磁阻效应的微机械陀螺。

背景技术

目前，微机械陀螺常用的检测方式是电容式和压阻式，压阻式是基于高掺杂硅的压阻效应原理实现的，高掺杂硅形成的压敏器件对温度有较强的依赖性，其由压敏器件组成的电桥检测电路也会因温度变化引起灵敏度漂移；电容式精度的提高是利用增大电容面积，由于器件的微小型化，其精度因有效电容面积的缩小而难以提高。

微机械陀螺对角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，由于陀螺仪微型化和集成化，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，从而限制了陀螺仪检测精度的进一步提高，很难满足现代军事、民用装备的需要。

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，由于在磁性钉扎层和磁性自由层之间的电流通过基于电子的隧穿效应，因此称这一多层膜结构称为磁性隧道结(MTJ,Magnetic Tunnel Junction)。这种磁性隧道结在横跨绝缘层的电压作用下，其隧道电流和隧道电阻依赖于两个铁磁层(磁性钉扎层和磁性自由层)磁化强度的相对取向。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，因此称为隧道磁电阻效应(TMR,Tunneling Magnetoresistance)。也就是说TMR磁传感器是利用磁场的变化来引起磁电阻变化，另一方面，我们可以通过观测TMR磁传感器的电阻变化来测量外磁场的变化。

实际的TMR器件及其制造工艺要远比以上三层膜结构复杂，但是就磁性传感器的应用来讲，我们可以认为TMR传感器就是一个电阻，只是TMR传感器的电阻值随外加磁场值的变化，其阻值发生改变，并且这种改变对于氧化铝Al₂O₃可达30～50％，对于氧化镁MgO可达200％，因此其输出相当可观，灵敏度非常高。正是由于TMR的这些优点，TMR已经在硬盘磁头这一对工作稳定性等各项性能要求极高的高精技术领域取代GMR磁头，因此TMR的性能已经经受了最为严格的考验.而随着TMR磁性传感器的大规模应用，其优异的性能将随着其产业化的发展，而渗透到传感器行业方面和应用领域，为很多传感器应用领域提供全新的技术解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种微机械陀螺，该微机械陀螺为基于隧道磁阻效应的微机械陀螺，可以提高微机械陀螺的检测精度。

本发明提供了一种微机械陀螺，其包括：

一种基于隧道磁阻效应的微机械陀螺，包括：键合基体、永磁体及微陀螺角速度敏感体，所述键合基体几何中心处具有一凹槽，所述永磁体设置在上述凹槽中心位置；所述微陀螺角速度敏感体设置在永磁体相反于键合基体的一侧，并所述微陀螺角速度敏感体固定在键合基体上；

所述微陀螺角速度敏感体包括对应设置在凹槽上方的灵敏测量体，所述灵敏测量体上表面设有隧道磁敏电阻、通孔及置梁槽，所述隧道磁敏电阻位于灵敏测量体上表面中心，并与永磁体位置对应，所述通孔及置梁槽均匀布置在隧道磁敏电阻四周，所述灵敏测量体可在凹槽中进行水平方向及竖直方向的运动。

进一步地，所述微机械陀螺应用公式C_水平＝R₁(C₁+C₃+C_j)来计算陀螺水平方向阻尼，应用公式C_竖直＝R₂(C₂+C₃+C_j)来计算陀螺竖直方向阻尼，其中R₁及R₂为经验系数，C₁为灵敏测量体与底板间的滑膜阻尼，C₂为灵敏测量体与底板间的压膜阻尼，C₃为热弹性阻尼；C_j为压膜阻尼与滑膜阻尼的耦合阻尼。

进一步地，所述计算灵敏测量体与底板间的滑膜阻尼，所述计算灵敏测量体与底板间的压膜阻尼，所述计算热弹性阻尼；