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置在人體上；所述三軸陀螺儀設置在人體上；所述三軸傳感器設置在 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； 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，所述襯底上設有與主質(zhì)量塊構成驅(qū)動電容并驅(qū)動主質(zhì)量塊 轉動的驅(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軸檢測結構，所述XY軸檢測結構 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；所述襯底上設置 有與第一可動電極、第二可動電極構成差分檢測電容的相應的固定電極；還包括Z軸檢測 結構，所述Z軸檢測結構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)量塊上設置有第三可動電 極、第四可動電極，所述襯底上設置有與第三可動電極、第四可動電極構成差分電容的固定 電極； 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)生感應信號的電 路基片組成，該微機械系統(tǒng)由X軸加速度感應區(qū)、Y軸加速度感應區(qū)和用于感應外界Z軸 運動的Z軸加速度感應區(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~ 55μm； 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元件串；所述參考元件串和 所述感應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元件串相鄰，每 個所述感應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1^8118〈100，所述乂軸傳感 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)均為〇〈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或上方兩側；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。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于：所述磁電阻傳感元件為GMR 自旋閥元件或者TMR傳感元件。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于：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。4. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項一種慣性追蹤模塊，其特征在于，所述X軸傳感器和所 述Y軸傳感器各自的所述感應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。5. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于，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。6. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于：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。7. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于：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 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。8. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于：所述參考電 橋和所述推挽電橋均為半橋、全橋或者準橋結構。9. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于，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。10. 根據(jù)權利要求1-3中的任一項所述的一種慣性追蹤模塊，其特征在于，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。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種慣性追蹤模塊，包括慣性追蹤模塊；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；三軸加速度傳感器包括兩個加速計；兩個加速計相隔一定距離設置在人體上；三軸陀螺儀設置在人體上；三軸傳感器設置在人體上；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控制器連接。與現(xiàn)有技術相比，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。
【IPC分類】G01C21/16
【公開號】CN105371845
【申請?zhí)枴緾N201510963336
【發(fā)明人】陳擁權, 李建中, 鄭榮穩(wěn), 魯加旺
【申請人】安徽寰智信息科技股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月17日