[发明专利]多桥路隧道磁阻双轴加速度计

说明书

本发明涉及一种多桥路隧道磁阻双轴加速度计，包括支撑框架一、支撑框架二、X轴质量块、Y轴质量块、X轴隧道磁阻元件、Y轴隧道磁阻元件、X轴回折线圈、Y轴回折线圈，X轴质量块上固定设置相互正交的X轴回折线圈和Y轴回折线圈；X轴回折线圈的两端以及Y轴回折线圈的两端分别通过导线与支撑框架一上的相应电极连接；支撑框架二上固定设置X轴隧道磁阻元件和Y轴隧道磁阻元件；X轴隧道磁阻元件位于X轴回折线圈的正上方；Y轴隧道磁阻元件位于Y轴回折线圈的正上方，隧道磁阻元件内部设置多桥路结构。本发明提出的基于多桥路隧道磁阻的双轴MEMS加速度计极大提高了加速度计的极限检测能力和检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及微机电系统和微惯性器件技术领域，具体涉及一种多桥路隧道磁阻双轴加速度计。

背景技术

MEMS加速度计的检测方式有压阻式、压电式、电容式、共振隧穿式、电子隧道效应式等。电容检测陀螺仪目前是主流检测方式，其具有精度高、稳定性好、适合批量加工和易集成的优点，但由于梳齿多且间距较小，在外部作用力下梳齿容易发生吸合导致器件失效。虽然电容式陀螺的噪声水平和检测精度一直在提高，但仍受接口电路分辨率，寄生电容、工艺加工技术的限制，检测分辨率已经达到了极限，噪声水平很难突破0.1°/h；压阻效应检测的微加速度计，固有温度限制了其应用，难以提高其灵敏度；压电效应检测的灵敏度易漂移，需要经常校正，且归零慢，不宜连续测试；共振隧穿效应检测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低，存在的问题是偏置电压容易因加速度计驱动而漂移，导致加速度计不能稳定工作；电子隧道效应检测制造工艺及其复杂，检测电路也相对较难实现，成品率低，难以正常工作。

2008年，哈尔滨工业大学公开了一种具有梳状电极结构的双轴加速度计，在梳齿电容式加速度计中，各可动梳齿垂直于质量块的边缘并沿着敏感方向平行放置，而固定梳齿等间距地分布在移动梳齿的两边，构成电容差分对，但这种结构要求每个固定梳齿都必需与基片单独键合，大大地增加了工艺的难度，不利于成品率的提高。2015年，无锡科技职业学院提出了一种集成CMOS双轴加速度计，该加速度计包含8个弹簧。弹簧在设计时需要保证在Z方向的弹性常数大于在XOY平面内的弹性常数，并且X和Y方向的弹性常数不能过小，以避免增加系统的热噪声。该加速度计测试局限性大，不利于提高测试精度。2016年，东南大学提出一种基于间隙改变的隧道磁阻加速度计，该结构利用四个间隙调整电极形成两个差动电容力矩器，可以很高地检测单轴加速度。目前对于双轴加速度检测的检测设备不够完善，使用的加速度计的极限检测能力和检测灵敏度也不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多桥路隧道磁阻双轴加速度计。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：多桥路隧道磁阻双轴加速度计，包括固定连接的支撑框架一和支撑框架二；

支撑框架一上设置X轴质量块和Y轴质量块；Y轴质量块通过若干个具有弹性形变能力的Y轴检测梁与支撑框架一连接；X轴质量块通过若干个具有弹性形变能力的X轴检测梁与Y轴质量块连接；

X轴质量块上固定设置相互正交的X轴回折线圈和Y轴回折线圈；X轴回折线圈的两端以及Y轴回折线圈的两端分别通过导线与支撑框架一上的相应电极连接；

支撑框架二上固定设置X轴隧道磁阻元件和Y轴隧道磁阻元件；X轴隧道磁阻元件位于X轴回折线圈的正上方；Y轴隧道磁阻元件位于Y轴回折线圈的正上方；

X轴隧道磁阻元件的内部多桥路结构包括磁阻R₁、R₂、R₃、R₄；R₁、R₃为正相关磁阻结；R₂、R₄为负相关磁阻结；