一種三維人機(jī)交互系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種三維人機(jī)交互系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 人機(jī)交互技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如電子產(chǎn)品、游戲、醫(yī)療等。然而，在人機(jī) 交互系統(tǒng)中，經(jīng)常因為噪音原因，會導(dǎo)致最終結(jié)構(gòu)不精確。
[0003] 在人機(jī)交互技術(shù)中，項目產(chǎn)品通過對構(gòu)成慣性追蹤模塊的三軸陀螺儀、三軸加速 度傳感器、三軸磁傳感器及外圍電路設(shè)計，成功將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用到體感互動健身系統(tǒng)， 以精確確定運(yùn)動載體的方位、姿態(tài)和速度，且具有在較小范圍內(nèi)測量精度高，誤差小，響應(yīng) 快，抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 其中傳統(tǒng)的三軸磁傳感器會因為其他磁場的干擾而導(dǎo)致位置不精確，所以，一種 抗干擾能力強(qiáng)的三軸磁傳感器是保證人機(jī)交互結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中三維目標(biāo)定位易受噪音干擾的缺陷，提供一 種三維人機(jī)交互系統(tǒng)，來解決上述問題。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述技術(shù)內(nèi)容：
[0007] -種三維人機(jī)交互系統(tǒng)，包括慣性追蹤模塊；所述慣性追蹤模塊包括三軸陀螺儀、 三軸加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器；所述三軸加速度傳感器包括兩個加速計； 所述兩個加速計相隔一定距離設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀設(shè)置在人體上；所述三軸傳 感器設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器均與所 述控制器連接；
[0008] 所述三軸磁傳感器為單芯片三軸磁場傳感器，所述單芯片三軸磁場傳感器傳感 器包括：一位于XY平面內(nèi)的基片，所述基片上集成設(shè)置有一X軸傳感器、一Y軸傳感器和 一Z軸傳感器，分別用于檢測磁場在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向上的分量；所述X軸傳 感器和所述Y軸傳感器各自均包含有一參考電橋和至少兩個磁通量控制器，所述參考電橋 的參考臂和感應(yīng)臂均包含有一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元件，所述參考臂 上的磁電阻傳感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿著所述磁通量控制器的長 度方向排列形成參考元件串，所述感應(yīng)臂上的磁電阻傳感元件位于相鄰兩個所述磁通量控 制器之間的間隙處，并沿著所述磁通量控制器的長度方向排列形成感應(yīng)元件串；所述參考 元件串和所述感應(yīng)元件串相互交錯排放，每個所述參考元件串至少與一個所述感應(yīng)元件串 相鄰，每個所述感應(yīng)元件串也至少與一個所述參考元件串相鄰；所述Y軸傳感器中的各元 件和所述X軸傳感器中對應(yīng)的元件排布方向相互垂直；所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器 中各自兩個相鄰所述磁通量控制器之間的間隙處的磁場的增益系數(shù)均為l〈Asns〈100,所 述X軸傳感器和所述Y軸傳感器的磁通量控制器的上方或者下方處的磁場的衰減系數(shù)均 為0〈Aref〈l;所述Z軸傳感器包含有一推挽電橋和至少一個磁通量控制器，所述推挽電橋 的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一個或多個相同的相互電連接的磁電阻傳感元 件，所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件均沿著所述Z軸傳感器中磁通量控制器的長 度方向排列，分別位于所述Z軸傳感器中磁通量控制器的下方兩側(cè)或上方兩側(cè)；所述X軸傳 感器和所述Y軸傳感器上的磁電阻傳感元件的釘扎層的材料不同，并且釘扎層的磁化方向 垂直；所述Z軸傳感器和所述X軸傳感器的釘扎層的磁化方向相同；在沒有外加磁場時，所 有所述磁電阻傳感元件的磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向均垂直；其中，X軸、 Y軸和Z軸兩兩相互正交。
[0009] 優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件為GMR自旋閥元件或者TMR傳感元件。
[0010] 優(yōu)選的，所述磁通量控制器為矩形長條陣列，其在垂直于所述磁電阻傳感元件的 釘扎層的磁化方向上的長度大于沿著所述磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化方向的長度，并 且其組成材料為軟鐵磁合金。
[0011] 優(yōu)選的，所述X軸傳感器和所述Y軸傳感器各自的所述感應(yīng)臂和所述參考臂上的 磁電阻傳感元件的數(shù)量相同；所述Z軸傳感器的所述推臂和所述挽臂上的磁電阻傳感元件 的數(shù)量相同。
[0012] 優(yōu)選的，所述磁電阻傳感元件在垂直于釘扎層磁化方向上的長度大于沿著釘扎層 磁化方向的長度。
[0013] 優(yōu)選的，所述Z軸傳感器的相鄰兩個所述磁通量控制器之間的間距S不小于所述 Z軸傳感器的所述磁通量控制器的三維尺寸中最小的一個。
[0014] 優(yōu)選的，在沒有外加磁場時，所述磁電阻傳感元件通過永磁偏置、雙交換作用、形 狀各向異性或者它們的任意結(jié)合來實現(xiàn)磁性自由層的磁化方向與釘扎層的磁化方向垂直。
[0015] 優(yōu)選的，所述參考電橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準(zhǔn)橋結(jié)構(gòu)。
[0016] 優(yōu)選的，所述基片上集成有一ASIC芯片，或所述基片與一獨(dú)立的ASIC芯片相電連 接。
[0017] 優(yōu)選的，所述單芯片三軸磁場傳感器還包含有至少3個焊盤或所述X軸傳感器、所 述Y軸傳感器和所述Z軸傳感器上各自至少有3個硅通孔。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0019] 本發(fā)明提供的三維人機(jī)交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用了本發(fā)明提供的單芯片三軸磁感 應(yīng)器，該單芯片三軸磁場傳感器能直接輸出X、Y、Z三個方向的磁信號，無需使用算法來進(jìn) 行計算。此外，其制備無需刻槽形成斜坡，直接通過雙次沉積便能得到該三軸磁場傳感器， 其含有的X軸傳感器和Y軸傳感器相互垂直，它們含有的磁電阻傳感元件的釘扎層的磁化 方向也相互垂直。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明中的單芯片三軸磁場傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明中的單芯片三軸磁場傳感器的數(shù)字信號處理電路原理圖；
[0022] 圖3為X軸傳感器和Y軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為X軸傳感器中磁電阻元件周圍的磁場分布圖；
[0024] 圖5為X軸傳感器中MTJ元件所在位置與所感應(yīng)磁場強(qiáng)度的關(guān)系曲線；
[0025] 圖6為X軸傳感器的響應(yīng)曲線；
[0026] 圖7為X軸傳感器的電路示意圖；
[0027] 圖8為Z軸傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖9為Z軸傳感器在Z方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖；
[0029] 圖10為Z軸傳感器的電路原理示意圖；
[0030] 圖11為Z軸傳感器在X方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖；
[0031] 圖12為Z軸傳感器在Y方向磁場中的磁通量控制器周圍的磁場分布圖；
[0032] 圖13為Z軸傳感器的響應(yīng)曲線。
【具體實施方式】
[0033] 為使對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，用以較佳的 實施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下：
[0034] -種三維人機(jī)交互系統(tǒng)，包括慣性追蹤模塊；所述慣性追蹤模塊包括三軸陀螺儀、 三軸加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器；所述三軸加速度傳感器包括兩個加速計； 所述兩個加速計相隔一定距離設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀設(shè)置在人體上；所述三軸傳 感器設(shè)置在人體上；所述三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器、三軸磁傳感器以及控制器均與所 述控制器連接。
[0035] 本發(fā)明中的三軸磁傳感器為單芯片三軸磁場傳感器。圖1為單芯片三軸磁場傳感 器在XY平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。該傳感器包括基片1，在基片1上集成設(shè)置有X軸傳感器3、 Y軸傳感器4、Z軸傳感器5以及多個用于輸入輸出的焊盤2,其中，X軸