[發明專利]一種基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計

有效

• 申請號: 202010003092.4
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111175540B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 韋學勇;徐柳;王曙東;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01P15/097
• 分類號: G01P15/097;G01P15/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，包括MEMS諧振式加速度計和外部高頻諧振器，MEMS諧振式加速度計的質量塊模塊兩側對稱設置有諧振傳感模塊，兩個諧振傳感模塊分別通過對應的杠桿機構模塊與質量塊模塊連接，MEMS諧振式加速度計和外部高頻諧振器分別通過振蕩回路完成數據采集，MEMS諧振式加速度計用于將振動信號以電信號的形式引入至外部高頻振蕩器中并形成超諧同步，在同步帶寬內，高頻諧振器呈倍數地放大MEMS諧振式加速度計的頻率偏移量輸出；

高頻諧振器為梁式結構，包括諧振梁(10)，諧振梁(10)的兩端分別連接有固支模塊，諧振梁(10)的下端懸空設置于單晶硅基底處，固支模塊包括位于單晶硅基底上的第一固定支撐端(11-1)和第二固定支撐端(12-1)；第一固定支撐端(11-1)和第二固定支撐端(12-1)上分別均勻濺射有第一金屬電極層(11-2)和第二金屬電極層(12-2)，單晶硅基底上設置有激勵端(13-1)，激勵端(13-1)上均勻濺射有第三金屬電極層(13-2)，激勵端(13-1)與諧振梁(10)之間存在間隙形成電容，間隙尺寸為1～20um，單晶硅基底上設置有檢測端(14-1)，檢測端(14-1)上均勻濺射有第四金屬電極層(14-2)，檢測端(14-1)與諧振梁(10)之間存在間隙并形成電容，間隙尺寸為1～20um。

2.根據權利要求1所述的基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，諧振傳感模塊用于感受質量塊模塊傳導的應力變化并將其轉化為諧振頻率偏移量輸出，頻率偏移量Δf_L具體為：

其中，f_L為諧振傳感結構的諧振頻率，a為外界環境加速度，m_eff為質量塊模塊的有效質量，為杠桿機構的有效放大倍數，L為諧振傳感結構的低頻諧振器的梁長，E為楊氏模量，I為旋轉慣量。

3.根據權利要求2所述的基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，在同步帶寬內，外部高頻諧振器和振蕩回路組成的高頻振蕩器的頻率輸出量Δf_H為：

Δf_H＝N·Δf_L

其中，N為超諧同步階數。

4.根據權利要求1所述的基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，外部高頻諧振器的諧振頻率f_h與諧振傳感模塊的諧振頻率f_l的頻率比為1：N。

5.根據權利要求4所述的基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，外部高頻諧振器中諧振梁(10)的梁長、梁寬及梁厚尺寸均為0～500μm。

6.根據權利要求1所述的基于單向電同步的超諧同步諧振式加速度計，其特征在于，諧振傳感模塊的比較器信號經分壓電阻R'₂輸出后，單向輸入至加法器(9)，加法器(9)將諧振傳感模塊輸出信號與高頻振蕩回路的反饋信號進行疊加，以交流電壓的形式輸入至外部高頻諧振器。