[发明专利]一种加速度传感器

说明书

本发明涉及一种新型结构的加速度传感器，属于磁传感器技术领域。

加速度传感器是一种广泛用于航空、机械、纺织、造船、建筑、交通运输、石油地质等部门测量设备振动和冲击加速度等状况的敏感器件，它也可为结构动态分析提供测量手段。现有的各种加速度传感器大多采用压电效应作为其工作原理的：即当加速度传感器受振动时，敏感的质量块产生一个变化的力作用在压电晶片上，由于压电效应缘故，在该晶体两端面会出现一个变化的电荷或电势，该电荷量与承受力成正比，也就是电荷量与此加速度传感器所承受的振动加速度成正比。这种传感器结构比较复杂，其内装填有质量重块、压电晶体、电子线路和硅油等。制造工艺较繁琐，而使用的寿命也受到压电晶体工作寿命的限制。

本发明的目的是提供一种结构新颖、简单、使用寿命长的加速度传感器。

本发明的结构示意图参见附图1∶1是金属壳体，其外形可制成常规的线性固体组件的形状。2是用钢丝制作的悬丝，其一端固装在金属壳体的上侧，另一端悬挂有用稀土永磁材料制成的磁摆3，在磁摆3的下侧是其上刻有薄膜霍尔器件的集成电路硅片4，硅片4放置在用稀土永磁材料制成的静磁体5的顶部，金属壳体1的下侧则引出有多个金属插针6作为本发明的外接插脚。集成电路硅片4与普通工艺制成的集成电路硅片是不同的，其区别在于在同一硅片上除了差分运算放大器和类同射极跟随器的VMOS低阻抗输出级等其他电路外，还用离子注入或硅外延方法制作一组其厚度为微米量级的薄膜霍尔器件。该霍尔器件的功能与传统的霍尔器件无异，但其性能更优，可以在很宽的磁场强度范围内有很好的线性关系，并且能在很宽的温度范围内稳定工作。而利用薄膜霍尔器件与集成电路工艺相兼容方法制成的本发明集成电路硅片4，更具备有缩小体积尺寸，提高霍尔器件灵敏度，减小失调电压，便于大量生产等许多优点。

霍尔器件是利用霍尔效应进行电磁转换的固态电子器件。本发明就是应用此原理（霍尔效应）进行工作的。当本发明在其敏感方向（即与磁摆的悬丝相垂直的平面内）产生动态位移时，磁摆3将受惯性作用产生摇摆或振荡，与其下方的静磁体5之间产生相对位移，该位移的距离和速度都是与壳体1所受到的运动加速度或振动相对应的。当磁摆3与静磁体5发生相对运动时，放置在它们之间的集成电路硅片4上的霍尔器件就对垂直于磁场方向的磁力线作切割运动，并由此产生与切割速度相对应的感生电动势。这种感生的霍尔电动势经过刻在同一硅片上的差分运算放大器放大和VMOS低阻抗输出级等其他电路输出成具有足够驱动能力和抗干扰能力的模拟电压或电流信号由外接插针输出。由于霍尔器件与集成制成电路在同一硅片上，既方便于把微弱的霍尔电动势取出放大，减少测量误差和运算放大器的零漂、失调;同时又完全保留了霍尔器件的测量特性：器件可以做得很小很薄，仍具有很高的灵敏度、准确度和稳定性、以及很宽的工作温度范围。经试验，本发明输出的模拟信号可达4～20毫安或0～10伏。

本发明的磁摆和静磁体都是采用铁硼或其他性能甚好的稀土永磁材料制成的，而磁摆这种类似钟摆的结构本身就具有灵敏度高的特点，所以，采用永磁材料作为不消耗能源的“发射机”、用霍尔器件作为“接收机”的本发明结构具有极高的灵敏度。

由于本发明采用的稀土永磁材料具有磁能积高，内禀矫顽力强，磁感应强度大等特点，所以，磁摆和静磁体的体积、重量都可以做得很小、很轻，可以缩小到足以放入固态组件壳体内所元件的程度。而且，除了两个磁体以外，其余所有的内部组成零件均被集成电路硅片所包容和取代，结构新颖、简单，装配工艺大大简化，适合大批量生产，使本发明的生产效率高。再此，除了磁摆以外，本发明没有其他运动部件，而稀土磁性材料的磁性能是高度稳定的“永磁体”，所以，本发明的使用寿命是相当长的，可以达到与集成电路硅片的寿命大体相称的程度。这些优良性能对于用户，无疑是极受欢迎的。