[发明专利]一种基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置

说明书

本发明公开了一种基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置，该装置由位于顶层的隧道磁阻传感器检测结构，位于中间层的永磁体结构和底层机构形成一个统一整体。其中永磁体结构通过微组装固定在底层机构上表面，底层机构包括敏感外部加速度的敏感结构和静电反馈结构。敏感结构使得输入加速度转化为位移变化，进而转化为永磁体的位移变化，同时通过静电反馈结构实现对永磁体的控制，使得永磁体总是处于平衡位置，最后通过隧道磁阻传感器检测结构输出不同电压信号，实现对外界加速度的测量。本发明提出的基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置具有精度高、灵敏度高、动态范围大等优点。

技术领域

本发明涉及隧道磁阻传感技术和梳齿静电反馈技术领域，具体涉及到一种基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置。

背景技术

利用质量块-弹簧-阻尼器系统通过将外界加速度转化为敏感结构在水平方向的位移，使得永磁体位移的变化改变隧道磁阻传感器检测得磁场的大小，同时通过梳齿静电反馈技术产生的静电力使得敏感结构始终保持在平衡位置，实现了加速度-位移-磁场-电信号的转化，组成了灵敏度高、稳定性好的加速度计结构。

关于利用隧道磁阻效应来设计加速度计的工作已开展了很多研究。基于隧道磁阻效应设计的隧道磁阻传感器灵敏度很高，同时梳齿静电反馈结构以对敏感结构产生反馈静电力，可以在不影响磁场检测的条件下使永磁体始终处于平衡位置，提高系统稳定性和动态范围。

将隧道磁阻传感技术与梳齿静电反馈技术结合，从而形成用于检测外界输入加速度的完全集成的隧道磁阻加速度计结构。这种结构的加速度计灵敏度高、线性度好，检测范围大、稳定性强，为加速度计的发展提供了新的思路。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置，具有稳定性好，精度高，灵敏度高、动态范围大等诸多优点。

一种基于静电反馈结构的隧道磁阻加速度计装置，包括位于顶层的基板结构、左侧隧道磁阻传感器、右侧隧道磁阻传感器、位于中间的永磁体结构和底层机构构成；

其中所述永磁体结构的下表面位于底层机构的上表面中心位置，左侧隧道磁阻传感器和右侧隧道磁阻传感器对称分布在所述永磁体结构的正上方，左侧隧道磁阻传感器和右侧隧道磁阻传感器的上表面位于基板结构的下表面，同时关于基板结构下表面中心左右对称分布，用来检测两个相反的水平方向的磁场；

底层机构由玻璃基底、金属层结构、锚点层结构、主体结构及主体结构的反馈部分构成，玻璃基底上表面为带有凹槽的结构，金属层结构下表面与玻璃基底上表面重合，而金属层结构上表面整体高于玻璃基底上表面，锚点层结构下表面与金属层结构上表面重合并位于金属层结构上表面的中心位置，主体结构的下表面与锚点层结构上表面重合，反馈部分位于主体结构左右两侧对称放置，当外界加速度输入时，主体结构产生水平运动方向的位移，反馈部分产生水平方向的反馈力，使得主体结构总是处于平衡位置，从而构成统一整体。

由于主体结构中质量块-弹性梁结构的作用，使得外界输入加速度转化为水平轴位移变化量，由于永磁体被固定在质量块上，进而引起永磁体的位移变化，由此转化为不同的磁场强度大小，同时通过梳齿静电反馈结构实现对永磁体的控制，形成一个水平方向的静电反馈力，使得永磁体始终处于平衡位置，最后通过位于顶层的隧道磁阻传感器检测并输出不同电信号从而实现对外界加速度的测量。