[發明專利]改良的共振器

有效

• 申請號: 201380034908.8
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN104411618B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 海基·庫斯瑪
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;H03H9/02;G01P15/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 陳煒

技術領域

本發明涉及機械共振器，且特別地，涉及如在獨立權利要求的前序部分中所定義的控制元件、機械共振器和該機械共振器的操作方法。

背景技術

微機電系統(MEMS)可以被定義為小型化的機械和機電系統，這些系統中至少一些元件具有機械功能。因為MEMS器件都是利用被用來創建集成電路的相同工具而創建的，所以能夠在同一片硅上制造出微型機械裝置和微電子學裝置，從而使得機器具有智能。

MEMS結構能夠被應用于迅速且精確地檢測例如在慣性傳感器中的非常小的位移。例如，在加速計中，該裝置的主體中的懸置于彈簧結構上的質量塊可以與該裝置的加速度成比例地發生位移，并且該質量塊的這些位移被檢測出來。作為固體對象，該質量塊-彈簧結構通常具有共振頻率，它通過在被稱為它的共振頻率的某些頻率下以比其他頻率下的振幅大的振幅自然地振蕩而表現出共振或共振行為。因此，在這些共振頻率下的位移遠大于在其他頻率下的位移，并且它在MEMS結構的小型化尺寸中引起了會干擾檢測的過載。

這些干擾通常能夠通過所檢測的運動的阻尼而被消除。傳統方法是使用被動氣體阻尼，但是對于許多應用來說，氣體阻尼過于非線性且引起了過多的對系統的操作不利的效果。在像振動陀螺儀這樣的一些構造中，氣體阻尼甚至不能應用，因為對原始振動的共振激勵的阻尼必須保持為低。

在反饋阻尼或主動阻尼中，所檢測的位移被監控且相對力被生成以阻止運動。在已知系統中，利用如下的閉合反饋回路來實施主動阻尼：該閉合反饋回路包括微分器和響應于微分器信號的換能器。微分器具有許多性能，因為這些性能，微分器能夠非常適用于控制機械共振器中的位移的阻尼。然而，問題在于，結構極少是理想的，并且在現實生活的共振器中存在著額外的機械共振模式。當微分器輸出信號被放大以生成適當高的阻尼力時，所述反饋回路非常容易開始破壞性地振蕩。

發明內容

本發明的目的是提供用于機械共振器系統的改進的電反饋機構。本發明的目的是利用根據獨立權利要求的特征部分的控制元件、機械共振器和方法而實現的。

在從屬權利要求中披露了本發明的優選實施例。

本發明是以在阻尼反饋回路中包括信號處理濾波器的思想為基礎的。閉合反饋回路的反饋的符號可以根據所述信號處理濾波器的類型而被調整。優選地，信號處理濾波器的響應函數具有與受阻尼的機械共振器的共振頻率基本上一致的共振頻率特性。提供了允許所檢測的信號的有效放大率的穩定共振器。共振響應與非共振響應之間的重大差別能夠被應用以避免所述機械共振器的所述閉合反饋回路中的不想要的振蕩。

附圖說明

下面，將參照附圖且與優選實施例相結合來更詳細地說明本發明。附圖中：

圖1圖示了適用于將位移轉換成電信號的質量塊-彈簧系統；

圖2圖示了適用于將位移轉換成電信號的另一種質量塊-彈簧系統；

圖3示出了簡化的示例性傳感裝置的框圖；

圖4圖示了示例性機械共振器的構造；

圖5示出了示例性機械共振器的傳遞函數；

圖6示出了示例性機械共振器的相位傳遞圖；

圖7示出了受阻尼的機械共振器系統中的示例性傳統閉合回路傳遞函數；

圖8示出了受阻尼的機械共振器系統的相位傳遞圖；

圖9示出了基本的1個自由度的機械共振器的示意性模型；

圖10示出了具有附加的質量塊-彈簧系統的機械共振器構造的示意性模型；

圖11示出了示例性傳遞函數的模擬打印輸出；

圖12圖示了根據本發明實施例的裝置；

圖13示出了示例性微分器和示例性低通濾波器的傳遞函數；

圖14示出了具有低通濾波器的閉合回路的振幅響應函數；

圖15示出了具有低通濾波器的閉合回路的相位響應函數；

圖16示出了具有高通濾波器的閉合回路的振幅響應函數；

圖17示出了具有高通濾波器的閉合回路的相位響應函數；

圖18示出了具有帶通濾波器和全通濾波器的組合的閉合回路的振幅響應函數；

圖19示出了具有帶通濾波器和全通濾波器的組合的閉合回路的相位響應函數。

具體實施方式

下面的實施例是示例性的。雖然說明書可能提及“某個”、“一個”或“一些”實施例，但是這不一定意味著每個這樣的提及是相同實施例，或者意味著該特征只適用于單個實施例。不同實施例的單個特征可以結合起來以提供另外的實施例。