本發(fā)明涉及加速度測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及一種單軸MEMS加速度計(jì)。

背景技術(shù)：

加速度計(jì)是測(cè)量運(yùn)載體線加速度的儀表，按照牛頓第二定律，加速度是物體位移隨時(shí)間的二次導(dǎo)數(shù)，等于物體受到的合外力除以其質(zhì)量。通過(guò)測(cè)量加速度可以知道物體偏離慣性運(yùn)動(dòng)的情況，一般的加速度計(jì)測(cè)量檢驗(yàn)質(zhì)量受到的非保守力，是慣性導(dǎo)航需要測(cè)量的主要物理量。在飛行控制系統(tǒng)中，加速度計(jì)是重要的動(dòng)態(tài)特性校正元件，在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，高精度的加速度計(jì)是最基本的敏感元件之一。在各類(lèi)飛行器的飛行實(shí)驗(yàn)中，加速度計(jì)是研究飛行器顫振和疲勞壽命的重要工具?？梢?jiàn)，加速度計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合需要加速度計(jì)具有極高的精度，然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，加速度計(jì)的精度還有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種精度高、測(cè)量范圍大、體積小的單軸MEMS加速度計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種單軸MEMS加速度計(jì)，所述加速度計(jì)包括：

磁場(chǎng)源，磁場(chǎng)源由微型永磁體構(gòu)成，其尺寸應(yīng)遠(yuǎn)小于永磁體到隧道磁電阻芯片之間的距離。所述磁場(chǎng)源用于產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)源的位置固定；

隧道磁電阻芯片，所述隧道磁電阻芯片為具有隧道磁電阻傳感器的芯片，所述隧道磁電阻芯片用于感知磁場(chǎng)大小和方向的變化；

所述隧道磁電阻芯片的數(shù)量為兩個(gè)，分別位于所述磁場(chǎng)源的兩側(cè)，所述芯片與所述磁場(chǎng)源位于同一直線上，所述芯片的磁敏感方向與所述磁場(chǎng)源的磁矩方向位于同一直線上，且所述隧道磁電阻芯片關(guān)于所述磁場(chǎng)源對(duì)稱(chēng)，所述隧道磁電阻芯片在加速度的作用下能夠沿所述直線在同一方向上移動(dòng)。

可選的，所述加速度計(jì)還包括：

檢驗(yàn)質(zhì)量塊，所述隧道磁電阻芯片安裝于所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊上；

懸臂軸，所述懸臂軸用于支撐所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊；

晶圓外框，所述晶圓外框包括橫梁與豎梁，所述橫梁與所述豎梁垂直連接，所述晶圓外框關(guān)于所述豎梁對(duì)稱(chēng)。

所述懸臂軸與所述橫梁垂直連接，所述懸臂軸的數(shù)量為偶數(shù)個(gè)，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊和所述隧道磁電阻芯片的數(shù)量均為兩個(gè)，且所述懸臂軸、所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊和所述隧道磁電阻芯片均關(guān)于所述豎梁對(duì)稱(chēng)分布，所述磁場(chǎng)源位于所述豎梁上，所述懸臂軸沿所述磁場(chǎng)源的磁矩方向的厚度小于所述懸臂軸垂直于所述磁矩方向的厚度，使得所述懸臂軸所支撐的所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊能夠沿磁矩方向所在直線上擺動(dòng)。

可選的，所述懸臂軸的數(shù)量為兩個(gè)，包括第一懸臂軸和第二懸臂軸，所述懸臂軸的一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊相連接，所述懸臂軸的另一端與所述橫梁連接。

可選的，所述橫梁包括兩個(gè)相互平行的第一橫梁與第二橫梁，所述懸臂軸的數(shù)量為四個(gè)，分別為第三懸臂軸、第四懸臂軸、第五懸臂軸和第六懸臂軸，所述第三懸臂軸一端與所述第一橫梁垂直連接，另一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的第一端相連接，所述第四懸臂軸一端與所述第二橫梁垂直連接，另一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊的第二端相連接，所述第三懸臂軸軸線和第四懸臂軸的軸線重合，所述第五懸臂軸與所述第三懸臂軸關(guān)于所述豎梁對(duì)稱(chēng)，所述第六懸臂軸與所述第四懸臂軸關(guān)于所述豎梁對(duì)稱(chēng)。

可選的，所述磁場(chǎng)源為微型永磁體或者微型通電線圈。

可選的，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊關(guān)于所述懸臂軸的軸線對(duì)稱(chēng)，所述隧道磁電阻芯片位于所述驗(yàn)質(zhì)量塊上，且位于所述懸臂軸的軸線上。

可選的，所述加速度計(jì)外層包覆有高磁超導(dǎo)材料。

可選的，所述晶圓外框?yàn)楦咦杞^緣材料或半導(dǎo)體材料。

可選的，所述晶圓外框、所述懸臂梁和所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊是在晶圓上通過(guò)光刻、離子刻蝕或化學(xué)腐蝕獲得的。

可選的，所述加速度計(jì)采用微電子加工工藝進(jìn)行封裝。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：本發(fā)明采用對(duì)磁場(chǎng)變化敏感的隧道磁電阻芯片元件與磁場(chǎng)相配合的方式，隧道磁電阻芯片元件在加速度的作用下，能夠在磁場(chǎng)中移動(dòng)，通過(guò)感知磁場(chǎng)的變化獲得加速度的大小，與現(xiàn)有技術(shù)中的加速度測(cè)量?jī)x器相比，提高了加速度的測(cè)量精度，擴(kuò)大了加速度的測(cè)量范圍。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例懸臂梁式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例簡(jiǎn)支梁式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例懸臂梁式加速度計(jì)的微懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸示意圖；

圖4為地面上檢驗(yàn)質(zhì)量塊受力示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種精度高、測(cè)量范圍廣、線性度好的單軸MEMS加速度計(jì)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明提供的單軸MEMS加速度計(jì)包括：磁場(chǎng)源，所述磁場(chǎng)源用于產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，所述磁場(chǎng)源的位置固定，磁場(chǎng)源由微型永磁體構(gòu)成，其尺寸應(yīng)遠(yuǎn)小于永磁體到隧道磁電阻芯片之間的距離；隧道磁電阻芯片，所述隧道磁電阻芯片為具有隧道磁電阻傳感器的芯片，所述隧道磁電阻芯片用于感知磁場(chǎng)大小和方向的變化；圖1為本發(fā)明實(shí)施例單軸MEMS加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述隧道磁電阻芯片的數(shù)量為兩個(gè)，分別位于所述磁場(chǎng)源的兩側(cè)，所述芯片與所述磁場(chǎng)源位于同一直線上，所述芯片的磁敏感方向與所述磁場(chǎng)源的磁矩方向位于同一直線上，且所述隧道磁電阻芯片關(guān)于所述磁場(chǎng)源對(duì)稱(chēng)，所述隧道磁電阻芯片在加速度的作用下能夠沿所述直線在同一方向上移動(dòng)。

作為一種優(yōu)選的方案，所述加速度計(jì)還包括：

檢驗(yàn)質(zhì)量塊102、102’，所述隧道磁電阻芯片103、103’分別安裝于所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊102、102’上；

懸臂軸101、101’，所述懸臂軸101、101’分別用于支撐所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊102、102’；

晶圓外框，所述晶圓外框包括橫梁105與豎梁106，所述橫梁105與所述豎梁106垂直連接，所述晶圓外框關(guān)于所述豎梁106對(duì)稱(chēng)。

所述懸臂軸101、101’與所述橫梁105垂直連接，所述懸臂軸的數(shù)量可以為偶數(shù)個(gè)，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊和所述隧道磁電阻芯片的數(shù)量均為兩個(gè)，且所述懸臂軸關(guān)于所述豎梁106對(duì)稱(chēng)，所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊102與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊102’關(guān)于所述豎梁106對(duì)稱(chēng)，所述隧道磁電阻芯片103與所述隧道磁電阻芯片103’關(guān)于所述豎梁106對(duì)稱(chēng)分布，所述磁場(chǎng)源104位于所述豎梁106上，所述懸臂軸沿所述磁場(chǎng)源的磁矩方向的厚度T遠(yuǎn)小于所述懸臂軸垂直于所述磁矩方向的厚度，使得懸臂軸在加速度的作用下，沿磁矩方向擺動(dòng)，進(jìn)而，帶動(dòng)懸臂軸所支撐的所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊102、102’能夠沿磁矩方向所在直線上擺動(dòng)。

作為一種優(yōu)選的方案，所述懸臂軸的數(shù)量為兩個(gè)，包括第一懸臂軸101和第二懸臂軸101’，所述懸臂軸的一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊相連接，所述懸臂軸的另一端與所述橫梁連接。

作為另一種優(yōu)選的方案，圖2為本發(fā)明實(shí)施例簡(jiǎn)支梁式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述橫梁包括兩個(gè)相互平行的第一橫梁205與第二橫梁208，所述懸臂軸的數(shù)量為四個(gè)，分別為第三懸臂軸201、第四懸臂軸204、第五懸臂軸201’和第六懸臂軸204’，所述第三懸臂軸201一端與所述第一橫梁205垂直連接，另一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊203的第一端相連接，所述第四懸臂軸204一端與所述第二橫梁208垂直連接，另一端與所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊203的第二端相連接，所述第三懸臂軸201軸線和第四懸臂軸204的軸線重合，所述第五懸臂軸201’與所述第三懸臂軸201關(guān)于所述豎梁207對(duì)稱(chēng)，所述第六懸臂軸204’與所述第四懸臂軸204關(guān)于所述豎梁207對(duì)稱(chēng)。

所述磁場(chǎng)源206位于所述豎梁207上。所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊202、202’本身分別關(guān)于其所連接的懸臂軸的軸線對(duì)稱(chēng)。所述隧道磁電阻芯片203、203’分別位于所述驗(yàn)質(zhì)量塊202和202’上，且位于所述懸臂軸的軸線上。

磁場(chǎng)源可以為微型永磁體或者微型通電線圈。

所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊本身關(guān)于所述懸臂軸的軸線對(duì)稱(chēng)，所述隧道磁電阻芯片位于所述驗(yàn)質(zhì)量塊上，且位于所述懸臂軸的軸線上。

在封裝好的MEMS加速度計(jì)外包覆有高磁超導(dǎo)材料，避免了地磁場(chǎng)和雜散場(chǎng)對(duì)加速度計(jì)造成的影響，高磁導(dǎo)率材料可以為坡莫合金，包覆一層，起到屏蔽地磁場(chǎng)和雜散磁場(chǎng)的作用。

所述晶圓外框可以為高阻絕緣材料或半導(dǎo)體材料。所述晶圓外框、所述懸臂梁和所述檢驗(yàn)質(zhì)量塊是在晶圓上通過(guò)光刻、離子刻蝕或化學(xué)腐蝕獲得的。所述加速度計(jì)采用微電子加工工藝進(jìn)行封裝。

隧道磁電阻芯片是通過(guò)半導(dǎo)體工藝集成在檢驗(yàn)質(zhì)量塊上面；懸臂梁及檢驗(yàn)質(zhì)量塊是在高阻絕緣材料或半導(dǎo)體材料的晶圓上通過(guò)光刻、離子刻蝕或化學(xué)腐蝕等半導(dǎo)體微加工工藝手段獲得；微型永磁體可通過(guò)鍍膜制備永磁體薄膜，而后再磁化的方法制作而得，或通過(guò)機(jī)械加工的手段，直接制作微型尺寸的永磁體，置于晶圓外框的中間邊框里。

加速度計(jì)中微懸臂梁的厚度T(懸臂軸沿磁矩方向的厚度)要遠(yuǎn)小于它的寬度W(懸臂軸沿垂直于磁矩方向的厚度)，以確保微懸臂梁只能在垂直于微懸臂梁軸向的方向獲得受力并發(fā)生形變(圖1、2中的x方向)，微型永磁體中心與隧道磁電阻芯片中心保持在同一水平線上(圖1、2中磁場(chǎng)源中心與兩個(gè)隧道磁電阻芯片中心的y坐標(biāo)相同)，且微型永磁體磁矩方向、隧道磁電阻芯片磁敏感方向以及檢驗(yàn)質(zhì)量塊位移方向應(yīng)在同一條直線上(圖1圖2中x方向)，以保證在隧道磁電阻芯片只感受到x方向的磁場(chǎng)，并在檢驗(yàn)質(zhì)量塊發(fā)生位移時(shí)，能感受到最大的磁場(chǎng)變化量。

需要說(shuō)明的是，產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的微型永磁體也可用微小通電線圈來(lái)替代。

本發(fā)明提供的加速度計(jì)可用于太空環(huán)境和地面環(huán)境中加速度的測(cè)量，下面對(duì)本發(fā)明提供的加速度計(jì)的使用原理進(jìn)行介紹。

1、太空中微懸臂梁的受力

在太空環(huán)境中，加速度計(jì)中的檢驗(yàn)質(zhì)量塊不會(huì)受到重力作用，當(dāng)加速度計(jì)載體在圖3(圖3為本發(fā)明實(shí)施例懸臂梁式加速度計(jì)的微懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸示意圖)的x方向產(chǎn)生的加速度為a，以載體為參照系，檢驗(yàn)質(zhì)量塊在x方向產(chǎn)生的慣性力大小為

F＝ma (1)

慣性力F的方向與載體加速度a的方向相反，在此慣性力的作用下，微懸臂梁將在x方向發(fā)生形變，即檢驗(yàn)質(zhì)量塊在x方向即微型永磁體的磁矩方向產(chǎn)生一個(gè)位移Δx₂。

根據(jù)微懸臂梁的受力公式有

式中Δx₁為微懸臂梁端頭的位移量，E為微懸臂梁的彈性模量，L₁、T分別為懸臂梁的長(zhǎng)度和厚度，W為懸臂梁的寬度，如圖3所示。Δx₁與檢驗(yàn)質(zhì)量的位移量Δx₂有如下關(guān)系式(在位移量小時(shí))

式中L₂為檢驗(yàn)質(zhì)量塊的長(zhǎng)度，將上式代入(2)式，有

將(3)式代入(1)式，則載體的加速度為

用差分原理對(duì)檢驗(yàn)質(zhì)量塊位移的測(cè)量，在實(shí)際工藝中，微型永磁體尺寸遠(yuǎn)小于TMR芯片(隧道磁電阻芯片)與小磁體之間距離，故微型永磁體可等效為一磁偶極子。

當(dāng)檢驗(yàn)質(zhì)量塊未產(chǎn)生位移時(shí)，微型永磁體在TMR芯片區(qū)域產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為

式中M為微型永磁體的磁矩大小，是一個(gè)可測(cè)值，x為未產(chǎn)生位移時(shí)TMR芯片中心到微型永磁體中心的距離，μ₀為真空介電常數(shù)。

當(dāng)圖1中左側(cè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊102在x方向產(chǎn)生位移Δx₂時(shí)，所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化即梯度磁場(chǎng)變化量為

由于兩個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊在x方向所受到的慣性力是相同的，故右側(cè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊102’也將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同方向的位移Δx₂，但梯度磁場(chǎng)變化量是異號(hào)的，即右側(cè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊2′所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化即梯度磁場(chǎng)變化量為

左側(cè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊102的梯度磁場(chǎng)變化量ΔB_x可通過(guò)其上的TMR芯片103的電阻變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量，即

式中ΔR為T(mén)MR芯片103的電阻變化量，dR/dB為T(mén)MR芯片103的磁場(chǎng)靈敏度。

同樣，右側(cè)檢驗(yàn)質(zhì)量塊102’的梯度磁場(chǎng)變化量ΔB_x′可通過(guò)其上的TMR芯片103’的電阻變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量。由于兩個(gè)TMR芯片103、103’完全相同，故磁場(chǎng)靈敏度相同，即

式中ΔR′為T(mén)MR芯片103’的電阻變化量，ΔR′與ΔR異號(hào)。

將(6)式與(6')式，(7)式與(7')式兩兩分別進(jìn)行差分，得

則檢驗(yàn)質(zhì)量塊產(chǎn)生的位移Δx₂為

通過(guò)以上差分手段，可最大程度消除熱噪聲，使得測(cè)量準(zhǔn)確度和靈敏度得到進(jìn)一步增強(qiáng)。

2、太空中載體的加速度公式

將(8)式代入前面的(4)式，可得到太空中載體的加速度大小公式為

式中W、T、E、L₁、L₂、x、m、dR/dB在加速度計(jì)封裝完成后均為已知值，B_x可通過(guò)(5)式求取，ΔR、ΔR′通過(guò)各自的TMR芯片實(shí)時(shí)讀取。故通過(guò)(9)式即可實(shí)時(shí)測(cè)量出太空環(huán)境中加速度計(jì)載體的加速度。

3、太空中加速度計(jì)的測(cè)量精度和測(cè)量范圍

(1)所能測(cè)量的檢驗(yàn)質(zhì)量塊的最小位移和最大位移

設(shè)TMR芯片的分辨率即磁場(chǎng)測(cè)量精度為ΔB_T，由(6)式，TMR芯片所能測(cè)量到的檢驗(yàn)質(zhì)量塊的最小位移為

設(shè)TMR芯片磁場(chǎng)工作范圍的最大值為B_M，由(5)式，則TMR芯片所能測(cè)量到的檢驗(yàn)質(zhì)量塊與永磁體小磁體的最小距離為

即TMR芯片所能測(cè)量到的檢驗(yàn)質(zhì)量塊最大位移為

因?yàn)锽_x＜B_M，故Δx_max＜x，即檢驗(yàn)質(zhì)量塊能夠被測(cè)量的最大位移始終在MEMS器件尺寸范圍內(nèi)。

(2)太空中加速度計(jì)的測(cè)量精度

將(10)式代入前面的(4)式，在m一定時(shí)，可得太空中加速度計(jì)的測(cè)量精度為

如果取m～10^－3kg,W～10^-4m,T～5×10^-6m，B_x～10^-5T，x～10^-3m,L₁～10^-3m，L₂～10^-3m，E＝1.6×10¹¹Pa,ΔB_T＝0.1nT。

則有

即在太空中加速度計(jì)可實(shí)現(xiàn)10^－8g量級(jí)或更高量級(jí)的測(cè)量精度。這是因?yàn)樵谔罩袡z驗(yàn)質(zhì)量塊不會(huì)受到重力的作用，可以增大檢驗(yàn)質(zhì)量塊的質(zhì)量m來(lái)提高測(cè)量精度。

(3)太空中加速度計(jì)的測(cè)量范圍

將(12)式代入前面的(4)式，在m一定時(shí)，可得太空中加速度計(jì)的最大測(cè)量范圍為

而最大測(cè)量范圍與測(cè)量精度的比值為：

一般情況下，取B_x～10^-5T,B_M～10^-4T,ΔB_T＝0.1nT，則有

即加速度計(jì)的最大測(cè)量范圍與測(cè)量精度可相差5～6個(gè)數(shù)量級(jí)。

4、地面環(huán)境中加速度的測(cè)量

當(dāng)加速度計(jì)在地面使用時(shí)，此時(shí)在x方向，檢驗(yàn)質(zhì)量塊不僅受到慣性力F＝ma作用；還會(huì)受到檢驗(yàn)質(zhì)量塊的重力分力mg_x的作用，如圖4所示，圖4為地面上檢驗(yàn)質(zhì)量塊受力示意圖，g_x為重力加速度在x方向的分量，可通過(guò)高精度的姿態(tài)傳感器來(lái)測(cè)量。此時(shí)，檢驗(yàn)質(zhì)量塊在x方向受到的合力為

F_合＝ma+mg_x (16)

同樣利用微懸臂梁的受力公式即(3)式，可得

則可得地面上加速度計(jì)載體的加速度公式為

在g_x測(cè)量精確的前提條件下，地面上加速度計(jì)的測(cè)量精度取決于(17)式的第一項(xiàng)，即與太空中加速度計(jì)的測(cè)量精度公式(13)式一致。但在地面上，由于重力的影響，檢驗(yàn)質(zhì)量塊的質(zhì)量需滿足一定的取值范圍，導(dǎo)致測(cè)量精度會(huì)降低，而最大測(cè)量范圍與測(cè)量精度的比值與太空中的計(jì)算即(15)式相同。從理論上來(lái)估算，地面上加速度計(jì)的測(cè)量精度可達(dá)到10^－4g量級(jí)，測(cè)量范圍0～100g。

本發(fā)明研究的高精度加速度計(jì)在選取合適的參數(shù)情況下，在太空中可獲得10^－8g或更高的測(cè)量精度。在地面上，由于檢驗(yàn)質(zhì)量塊將會(huì)受到重力的影響，檢驗(yàn)質(zhì)量塊的質(zhì)量需滿足一定的取值范圍，從而導(dǎo)致測(cè)量精度會(huì)降低，可獲得10^-4g量級(jí)的測(cè)量精度。以上兩種情況加速度計(jì)的最大測(cè)量范圍均可達(dá)測(cè)量精度之上5～6個(gè)數(shù)量級(jí)，整個(gè)MEMS器件尺寸只有幾個(gè)毫米大小。采用該方法，相比于其它MEMS器件的加速度計(jì)，具有靈敏度高，加速度大小與待測(cè)信號(hào)之間線性度更好，測(cè)量準(zhǔn)確度、測(cè)量精度以及測(cè)量范圍更大的優(yōu)點(diǎn)。

基于上述原理，下面對(duì)本發(fā)明提供的加速度計(jì)的性能進(jìn)行具體驗(yàn)證。對(duì)于圖1所示的結(jié)構(gòu)，假設(shè)微型永磁體磁矩M＝10^-7Am²，磁矩中心到兩個(gè)TMR芯片中心的距離x＝1mm＝10^-3m；選用的TMR芯片為江蘇多維科技有限公司研制的TMR9002線性傳感器芯片，分辨率ΔB_T＝0.15nT，磁場(chǎng)工作范圍為0～10^-4T，即B_M＝10^-4T；微懸臂梁的長(zhǎng)度L₁＝2mm＝2×10^-3m，寬度W＝500μm＝5×10^-4m，厚度T＝5μm＝5×10^-6m，彈性模量E＝160GPa＝1.6×10¹¹Pa；檢驗(yàn)質(zhì)量塊的長(zhǎng)度L₂＝1mm＝10^-3m。

(1)在太空中使用時(shí)，檢驗(yàn)質(zhì)量選取m＝1g＝10^-3kg。

根據(jù)(5)式可得

將以上各參數(shù)代入(13)式，可得太空中使用時(shí)加速度計(jì)測(cè)量精度

根據(jù)(15)式，最大測(cè)量范圍與測(cè)量精度的比值為

即在太空中使用時(shí)，加速度計(jì)的最大測(cè)量范圍為

a_max＝1.64×10⁵×a_min＝8.54×10^-2m/s²

(2)在地面上使用時(shí)，檢驗(yàn)質(zhì)量選取m＝10^－7kg。

根據(jù)(13)式，地面上使用時(shí)加速度計(jì)精度

地面上使用時(shí)，加速度計(jì)的最大測(cè)量范圍為

a_max＝1.64×10⁵×a_min＝8.54×10²m/s²

可見(jiàn)，本發(fā)明研制的加速度計(jì)具有測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度高的特點(diǎn)。

本發(fā)明采用對(duì)磁場(chǎng)變化敏感的隧道磁電阻芯片元件與磁場(chǎng)相配合的方式，隧道磁電阻芯片元件在加速度的作用下，能夠在磁場(chǎng)中移動(dòng)，通過(guò)感知磁場(chǎng)的變化獲得加速度的大小，與現(xiàn)有技術(shù)中的加速度測(cè)量?jī)x器相比，提高了加速度的測(cè)量精度，擴(kuò)大了加速度的測(cè)量范圍。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。