一種慣性追蹤模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人機交互技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種慣性追蹤模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 人機交互技術(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 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，抗干擾強等優(yōu)點。
[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 抗干擾能力強的三軸磁傳感器是保證人機交互結(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)中三維目標定位易受噪音干擾的缺陷，提供一 種慣性追蹤模塊，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] -種慣性追蹤模塊，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] 所述三軸陀螺儀為MEMS三軸陀螺儀，所述MEMS三軸陀螺儀包括襯底，以及通過錨 點彈性支撐在襯底上方的主質(zhì)量塊，所述襯底上設(shè)有與主質(zhì)量塊構(gòu)成驅(qū)動電容并驅(qū)動主質(zhì) 量塊轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電極；以主質(zhì)量塊的橫向方向為X軸方向，以主質(zhì)量塊的豎向方向為Y軸方 向，以垂直于主質(zhì)量塊所在平面的方向為Z軸方向；還包括XY軸檢測結(jié)構(gòu)，所述XY軸檢測 結(jié)構(gòu)包括通過錨點彈性支撐在所述襯底上方的隨動質(zhì)量塊，其中，所述隨動質(zhì)量塊的側(cè)壁 通過驅(qū)動彈性梁與主質(zhì)量塊連接；在所述隨動質(zhì)量塊上還設(shè)置有X軸檢測質(zhì)量塊、Y軸檢測 質(zhì)量塊，其中，其中X軸檢測質(zhì)量塊位于隨動質(zhì)量塊的Y軸方向上，并通過沿Y軸方向的第 一連接梁與隨動質(zhì)量塊連接；所述Y軸檢測質(zhì)量塊位于隨動質(zhì)量塊的X軸方向上，且通過沿 X軸方向的第二連接梁與隨動質(zhì)量塊連接；所述X軸檢測質(zhì)量塊、Y軸檢測質(zhì)量塊的兩端具 有分別沿對應(yīng)的第一連接梁、第二連接梁對稱的第一可動電極、第二可動電極；所述襯底上 設(shè)置有與第一可動電極、第二可動電極構(gòu)成差分檢測電容的相應(yīng)的固定電極；還包括Z軸 檢測結(jié)構(gòu)，所述Z軸檢測結(jié)構(gòu)包括通過第三連接梁與主質(zhì)量塊連接的Z軸解耦質(zhì)量塊，還包 括與Z軸解耦質(zhì)量塊平行布置的Z軸檢測質(zhì)量塊，其中所述Z軸檢測質(zhì)量塊通過位于其兩 側(cè)的第四連接梁與Z軸解耦質(zhì)量塊連接；所述Z軸檢測質(zhì)量塊通過第五連接梁連接在固定 于襯底的錨點上，且第四連接梁與第五連接梁垂直；所述Z軸檢測質(zhì)量塊上設(shè)置有第三可 動電極、第四可動電極，所述襯底上設(shè)置有與第三可動電極、第四可動電極構(gòu)成差分電容的 固定電極；
[0009] 所述三軸加速度傳感器包括MEMS加速度芯片、用于過濾干擾信號并處理感應(yīng)信 號的信號處理芯片和基板，所述MEMS加速度芯片由蓋體、微機械系統(tǒng)和用于產(chǎn)生感應(yīng)信號 的電路基片組成，該微機械系統(tǒng)由X軸加速度感應(yīng)區(qū)、Y軸加速度感應(yīng)區(qū)和用于感應(yīng)外界Z 軸運動的Z軸加速度感應(yīng)區(qū)組成，所述蓋體與電路基片四周邊緣通過密封膠層粘接從而形 成一密封腔，所述微機械系統(tǒng)位于密封腔內(nèi)且在電路基片上表面，該密封腔的高度為45~ 55 μ m；
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 優(yōu)選的，所述參考電橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準橋結(jié)構(gòu)。
[0018] 優(yōu)選的，所述基片上集成有一ASIC芯片，或所述基片與一獨立的ASIC芯片相電連 接。
[0019] 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。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0021] 本發(fā)明提