[发明专利]一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构及控制方法

权利要求书

1.一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构，其特征在于：包括底层结构、中层结构、上层结构，所述底层结构包括整体支撑框架(1)、加速度计检测梁(2)、质量块(3)，所述加速度计检测梁(2)固定在整体支撑框架(1)的内侧面，所述质量块(3)通过加速度计检测梁(2)固定在整体支撑框架(1)的中心，所述中层结构包括磁膜阵列(4)，所述磁膜阵列(4)键合在质量块(3)上，所述上层结构包括磁阻支撑框架(5)、磁阻基板(6)、支撑梁(7)、隧道磁阻元件(8)，所述磁阻支撑框架(5)固定在整体支撑框架(1)的上方，所述磁阻基板(6)通过支撑梁(7)固定在磁阻支撑框架(5)上，所述磁阻基板(6)设置在质量块(3)的正上方，所述磁阻基板(6)上固定有隧道磁阻元件(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构，其特征在于：所述加速度计检测梁(2)可以采用直梁或至少一层弯曲折叠的细长梁。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构，其特征在于：所述磁膜阵列(4)横向排布，所述磁膜阵列(4)包括至少两个磁膜，每个磁膜内录有磁信号，所述磁信号的极性首尾相接，所述磁信号的磁场在水平方向呈正弦波变换。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构，其特征在于：所述隧道磁阻元件(8)包括有磁阻桥路、电源(81)，所述磁阻桥路有两个，两个磁阻桥路之间并联连接，所述磁阻桥路包括负相关磁阻结R1、正相关磁阻结R2，所述负相关磁阻结R1与正相关磁阻结R2串联连接，所述电源(81)并联连接在磁阻结的两端。

5.一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构的控制方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、定义质量块的法向方向为Z方向，定义磁膜的磁极方向为X方向，依据右手定则建立XYZ坐标系；

S2、当X轴方向有加速度输入时，加速度计检测梁发生形变，质量块受离心力作用沿X轴方向运动；

S3、质量块带动上方的磁膜阵列沿X轴方向运动，磁膜阵列和其上方的隧道磁阻元件之间相对位移发生变化；

S4、磁阻元件敏感到微小位移引起的磁场变化，磁场变化引起隧道磁阻元件发生隧道磁阻效应；

S5、通过对隧道磁阻输出电压进行计算，从而计算出隧道磁阻元件位移的距离，通过磁阻元件位移的距离计算出X轴方向输入的加速度。

6.根据权利要求5所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构的控制方法，其特征在于：所述S5中计算隧道磁阻输出电压的计算公式为：

V_out＝V_a-V_b

所述V_out为输出电压，所述V_a、V_b为分别为两个磁阻桥路的电压。

7.根据权利要求5所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构的控制方法，其特征在于：所述S5中计算隧道磁阻元件位移距离的方法为：根据输出电压V_out和磁阻元件位移的距离x的关系公式求出磁阻元件位移的距离x，其中输出电压V_out和磁阻元件位移的距离x的关系公式为：

所述V₀为输入电压，所述A为调制深度，所述d为磁阻桥路距离，所述W为磁栅内的磁信号周期，所述x为磁阻元件位移的距离，所述负相关磁阻结的阻值R₁＝R₀-KB，所述正相关磁阻结的阻值R₂＝R₀+KB，所述磁阻结的阻值仅随磁场强度B的变化而变化，所述R₀、K是表示磁阻结相关性的两个定值。

8.根据权利要求5所述的一种基于磁膜的隧道磁阻MEMS加速度计结构的控制方法，其特征在于：所述S5中加速度的计算公式为：

所述a为加速度，所述ω_n为加速度计阻尼自振角速率。