[發明專利]一種基于力平衡反饋的電化學地震檢波器

在審

• 申請號: 201510764438.1
• 申請日: 2015-11-10
• 公開（公告）號: CN105425282A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發明（設計）人: 王軍波;李光磊;陳德勇;陳健;張正宇;孫振源;鄧濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及微機電結構(MEMS)地震檢波器技術領域，尤其涉及一種基于力平衡反饋的電化學地震檢波器。

背景技術

地震檢波器可以用來檢測由于地震、火山等自然運動引起的震動信號，它可以將很微小的被測量(位移、速度、加速度)轉變為不同的信號形式(光、電信號等)。基于MEMS的電化學地震檢波器由于其低頻靈敏度高而且制作成本低的優點逐漸被廣泛應用，但是檢波器的原始工作帶寬很窄(0.5Hz-10Hz)，并不能滿足實際的工作需要(小于0.0167Hz)，這時就需要借助其它方法來向更低頻拓展檢波器的工作帶寬。

目前拓展頻帶的方法有很多，在動圈式地震檢波器的研究中提出過一種方法，通過增大慣性擺體的質量或者減小彈簧的有效彈性系數，可以降低動圈式震動檢波器的諧振頻率，從而實現向低頻的拓展，提高其工作帶寬。然而實際應用中，增加慣性體的質量會使得傳感器的體積和質量都增大；而且由于材料和技術的限制，彈簧的彈性系數的減小也有很大的局限性。因此，通過改變檢波器的這兩個參數來大幅提高頻帶范圍是不實用的。

利用信號處理電路也可以達到拓展頻帶的目的，根據震動傳感器的頻響特性，使用低頻補償的方法來進行頻帶拓展(ZhengyuZhang,TheStudyofBandwidthExpansionBasedonElectrochemicalVibrationSensor)，即使用一個帶阻濾波器來補償傳感器的靈敏度曲線，減小檢波器在低頻時靈敏度的衰減，使之可以在一個較寬的頻帶內工作。遺憾的是，利用這種方法最多可以使檢波器的工作頻帶拓展到0.05Hz-20Hz，若再用這種方法提高低頻靈敏度的話，系統就會失去穩定性，使輸出信號發生漂移。

上述方法雖然都可以在一定程度上拓展檢波器工作帶寬，但是都存在一定的局限性，而且MEMS電化學地震檢波器采用的是液體慣性擺體，許多技術不能直接采用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于，提供一種基于力平衡反饋的電化學地震檢波器，既能保證大幅度的拓展電化學檢波器的頻帶范圍，又能保證檢波器輸出的穩定性以及減小線性失真度。

(二)技術方案

本發明提供一種電化學地震檢波器，用于檢測外部震動力產生輸出信號，包括拾振單元、轉換單元、反饋單元、輸出單元、檢測電路及反饋電路，其中：

拾振單元用于感應外部震動力，產生震動信號；

轉換單元采用電化學原理將所述震動信號轉換為輸出電流；

檢測電路用于檢測所述輸出電流，得到所述輸出信號；

反饋電路根據所述輸出信號，產生反饋電流；

反饋單元根據所述反饋電流，產生反饋力，并使該反饋力作用于拾振單元上，其中，反饋力與震動力的方向相反。

(三)有益效果

本發明具有以下優點：

1、采用了力平衡反饋機制，從系統的輸出端引出信號加入到輸入端，形成負反饋系統，負反饋具有穩定閉環增益的作用，對于頻率上升(或下降)所引起的開環增益的變化同樣具有穩定作用，即能減小頻率變化對閉環增益的影響，從而展寬閉環增益的頻帶，提高系統的穩定性。

2、通過力平衡反饋機制，較大的輸入信號會產生較大的負反饋力，從而使系統的凈輸入信號變小，進而增大了檢波器可測量信號的上限，擴大了檢波器的工作范圍。

3、通過力平衡反饋機制，若輸入信號保持不變，加入負反饋之后，則閉環增益會減小，系統的凈輸入及輸出也會隨之減小，使器件更容易工作在工作范圍內。并且引入負反饋能夠使閉環傳輸特性曲線變平緩，線性范圍明顯展寬，提高了檢波器系統的線性度，有效地減小了幅度與相位的非線性失真。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的基于MEMS技術的電化學地震檢波器的結構示意圖；

圖2是本發明實施例提供的電化學地震檢波器的電路信號傳輸框圖。

具體實施方式

本發明提供一種電化學地震檢波器，包括拾振單元、轉換單元、反饋單元、輸出單元、檢測電路及反饋電路，其中，拾振單元感應外部震動力，產生震動信號，轉換單元將震動信號轉換為輸出電流，檢測電路檢測輸出電流，得到所述輸出信號，反饋電路根據所述輸出信號，產生反饋電流，反饋單元根據反饋電流，產生與震動力的方向相反的反饋力，并使該反饋力作用于拾振單元上。本發明既能保證大幅度的拓展電化學檢波器的頻帶范圍，又能保證檢波器輸出的穩定性以及減小線性失真度。