[發(fā)明專利]一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器及應(yīng)用

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010734433.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN113968570A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙純
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B81B7/02
• 分類號(hào): B81B7/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于，包括有源耦合模塊、感測(cè)模塊和MEMS諧振器件；

所述MEMS諧振器件包括第一諧振器(1)和第二諧振器(4)，所述第一諧振器(1)和所述第二諧振器(4)通過所述有源耦合模塊連接形成閉環(huán)回路，從而實(shí)現(xiàn)有源耦合；

相互耦合后的所述第一諧振器(1)和所述第二諧振器(4)出現(xiàn)反奇偶-時(shí)間對(duì)稱現(xiàn)象，使所述第一諧振器(1)和所述第二諧振器(4)對(duì)待測(cè)量具有靈敏度；

所述感測(cè)模塊連接所述第一諧振器(1)或所述第二諧振器(4)，用于感應(yīng)待測(cè)量并引起互相耦合的所述第一諧振器和所述第二諧振器頻率變化，以得到用于計(jì)算待測(cè)量的頻率信號(hào)數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述有源耦合模塊包括第一有源耦合電路和第二有源耦合電路；所述第一有源耦合電路的輸入端連接所述第一諧振器(1)的輸出端，其輸出端連接所述第二諧振器(4)的輸入端；所述第二有源耦合電路的輸入端連接所述第二諧振器(4)的輸出端，其輸出端連接所述第一諧振器(1)的輸入端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述第一有源耦合電路包括第一放大電路(2)和第一調(diào)節(jié)電路(3)，所述第一放大電路(2)的輸入端連接所述第一諧振器(1)的輸出端，所述第一放大電路(2)的輸出端連接所述第一調(diào)節(jié)電路(3)的輸入端；

所述第一放大電路(2)用于將所述第一諧振器(1)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電流轉(zhuǎn)化為第一電壓，并將所述第一電壓施加于所述第二諧振器(4)；所述第一調(diào)節(jié)電路(3)用于調(diào)節(jié)所述第一放大電路(2)產(chǎn)生的第一電壓的幅值及其與驅(qū)動(dòng)電壓間的相位。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述第一諧振器(1)包括第一調(diào)節(jié)電極(11)、第二調(diào)節(jié)電極(12)、第一驅(qū)動(dòng)電極(13)和第一檢測(cè)電極(14)；

所述第一驅(qū)動(dòng)電極(13)的輸入端連接驅(qū)動(dòng)電源的輸出端，所述第一驅(qū)動(dòng)電極(13)用于驅(qū)動(dòng)所述第一諧振器(1)振蕩以產(chǎn)生其固有頻率；

所述第一檢測(cè)電極(14)的輸出端連接所述第一放大電路(2)的輸入端，所述第一檢測(cè)電極(14)用于將所述第一諧振器(1)的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)電流輸入至所述第一放大電路(2)；

所述第一調(diào)節(jié)電極(11)和所述第二調(diào)節(jié)電極(12)對(duì)稱設(shè)置，均用于調(diào)節(jié)工藝誤差導(dǎo)致的初始失偏。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述第一放大電路(2)為電荷放大電路或電流放大電路。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述第二有源耦合電路包括第二放大電路(9)和第二調(diào)節(jié)電路(10)，所述第二放大電路(9)的輸入端連接所述第二諧振器(4)的輸出端，所述第二放大電路(9)的輸出端連接所述第二調(diào)節(jié)電路(10)的輸入端，所述第二調(diào)節(jié)電路(10)的輸出端連接所述第一諧振器(1)的輸入端；

所述第二放大電路(9)用于將所述第二諧振器(4)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電流轉(zhuǎn)化為第二電壓，并將所述第二電壓施加于所述第一諧振器(1)；所述第二調(diào)節(jié)電路(10)用于調(diào)節(jié)所述第二放大電路(9)產(chǎn)生的第二電壓的幅值及其與驅(qū)動(dòng)電壓間的相位。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于有源耦合的二自由度諧振式MEMS傳感器，其特征在于：所述第二諧振器(4)包括第三調(diào)節(jié)電極(5)、第四調(diào)節(jié)電極(6)、第二驅(qū)動(dòng)電極(7)和第二檢測(cè)電極(8)；

所述第二驅(qū)動(dòng)電極(7)的輸入端連接驅(qū)動(dòng)電源的輸出端，所述第二驅(qū)動(dòng)電極(7)用于驅(qū)動(dòng)所述第二諧振器(4)振蕩以產(chǎn)生其固有頻率；

所述第二檢測(cè)電極(8)的輸出端連接于所述第二放大電路(9)的輸入端，所述第二檢測(cè)電極(8)用于將所述第二諧振器(4)的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)電流輸入至所述第二放大電路(9)；

所述第三調(diào)節(jié)電極(5)和所述第四調(diào)節(jié)電極(6)對(duì)稱設(shè)置，均用于調(diào)節(jié)工藝誤差導(dǎo)致的初始失偏。