[发明专利]一种基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻加速度计装置

权利要求书

1.一种基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：包括上层隧道磁阻传感元件结构、中层硅微传感器结构、下层布有电极引线的玻璃衬底结构；上层结构和中层结构分别通过第一组锚点和第二组锚点键合在下层结构上；

其中，上层结构包括衬底、设置在衬底背面的绝缘层、布置在绝缘层上的第一隧道磁阻传感器、第二隧道磁阻传感器、第一、二、三、四敏感输出电极，第一、二隧道磁阻传感器位于衬底水平方向中线上，关于衬底垂直方向中线左右对称布置，第一、二敏感输出电极分别位于第一隧道磁阻传感器的上下两侧，且关于衬底的水平方向中线上下对称分布，它们与第一隧道磁阻传感器连接，用于输出第一隧道磁阻传感器的检测信号，第三、四敏感输出电极分别位于第二隧道磁阻传感器的上下两侧，且关于衬底的水平方向中线上下对称分布，它们与第二隧道磁阻传感器连接，用于输出第二隧道磁阻传感器的检测信号；上层结构通过第一组锚点键合在下层结构衬底之上；

中层结构包括位于中心位置的质量块、位于质量块中心位置的磁片、质量块外部框架以及连接在质量块与质量块外部框架之间的四根“Z形”杠杆机构，四根杠杆机构的输入端分别连接至质量块和外部框架，支点连接至第二组锚点；

下层结构包括衬底以及设置在衬底上的第一力反馈电极、第二力反馈电极、信号引线以及若干金属电极，第一力反馈电极位于衬底表面中心位置，且位于质量块的正下方；第一力反馈电极通过电极引线引出，第二力反馈电极呈分布于第一敏感反馈电极和第二组锚点之间，且位于外部框架的正下方，并通过电极引线引出，分别位于外部框架左上侧位置和右下侧位置；第二组锚点有两个锚点通过电极引线引出；

所述第一隧道磁阻传感器的中心线与磁片的右侧面重合，所述第二隧道磁阻传感器的中心线与磁片的左侧面重合；

质量块与外部框架的质量不相等。

2.根据权利要求1所述的基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：所述第一隧道磁阻传感器和第二隧道磁阻传感器结构相同，由上至下依次包括顶层、自由层、隧道势垒层、铁磁层、反铁磁层和底层。

3.根据权利要求1所述的基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：所述杠杆机构包括杠杆主梁、输入端横梁和支点直梁，其中杠杆主梁分别通过输入端横梁与质量块相连，通过输入端横梁与外部框架相连，通过支点直梁与第二组锚点相连。

4.根据权利要求1所述的基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：所述磁片为永磁体材料。

5.根据权利要求1所述的基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：第一组锚点为四个，锚点上端分别位于上层衬底的右下、右上、左上、左下四个顶点处。

6.根据权利要求1所述的基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置，其特征在于：基于杠杆机构的差动质量块式隧道磁阻微加速度计装置的实现方法包括如下过程：

当加速度信号输入时，质量块与外部框架所受惯性力大小不同，质量块和外部框架在杠杆机构的支撑下做差分运动；

磁片在其垂直方向中线左右产生对称的恒定磁场，当加速度信号沿着方向输入时，质量块带动磁片受向上的惯性力，产生向上的位移，导致磁片与第一、二隧道磁阻传感器的间距变小，从而引起第一、二隧道磁阻传感器周围磁场强度发生相同的改变，第一、二隧道磁阻传感器输出值反向变化，实现差分检测；

检测完成之后，第一、二力反馈电极根据检测输出来反馈静电力，使得质量块和外框回到平衡位置，以初始状态检测下一个加速度信号。