[發明專利]一種基于磁流體反饋的MEMS電化學角加速度傳感器及方法

有效

• 申請號: 202011643285.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112666367B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 王軍波;梁天;陳德勇;劉博文;許超;齊文杰;佘旭
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: G01P15/08
• 分類號: G01P15/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供一種基于磁流體反饋的MEMS電化學角加速度傳感器，包括：外殼(100)，呈圓柱環形狀，該圓柱環內部設有電解液(203)；敏感核心(200)，包括至少兩對相同的陽極(201)和陰極(202)，至少部分設于電解液(203)中，用于檢測轉動信號并使之轉化為電流輸出信號；反饋核心，包括至少一對反饋電極(301)和至少一對磁鐵(302)，反饋電極(301)至少部分設于電解液(203)中，磁鐵(302)位于外殼(100)的上表面和下表面；用于根據輸出信號產生反饋力，形成負反饋系統。本發明MEMS電化學角加速度傳感器既能保證大幅度地拓展電化學檢波器的頻帶范圍，又能保證傳感器輸出的穩定性以及減小線性失真度。

技術領域

本發明MEMS傳感器技術領域，具體涉及一種基于磁流體反饋的MEMS電化學角加速度傳感器及方法。

背景技術

地震時剛體在某一點完整運動特性包括東西、南北和鉛錘3個方向的平動和轉動，尤其是近場地震，轉動分量更加明顯。電化學角加速度傳感器可以用來檢測由于地震、火山等自然運動引起的振動信號的轉動分量，將被測的轉動量(角位移、角速度、角加速度等)轉換為電信號進行輸出。與其他類型的角加速度傳感器相比，MEMS電化學角加速度傳感器具有低頻性能好、動態范圍大、制作成本低等優點并逐漸被應用在地震活動監測等領域，但是MEMS電化學角加速度傳感器的原始頻帶范圍窄(DC-0.3Hz)，不能滿足實際的工作需要(大于10Hz)，因此需要借助其他方法拓展傳感器的工作帶寬。

目前對電化學角加速度傳感器性能優化拓展工作帶寬的方法有很多，根據MEMS電化學角加速度傳感器的傳遞函數，可通過減小慣性質量塊和增大系統阻尼的方法提高電化學角加速度傳感器的轉折頻率，從而實現頻帶的拓展，增加其工作帶寬。減小慣性質量塊質量和增大系統阻尼可通過減小流道結構尺寸實現，然而在實際應用中，對于慣性質量塊的減小將降低靈敏度，同時也增加傳感器封裝的難度。

利用信號處理電路也可以達到拓展頻帶的目的，根據傳感器的頻率響應特性，采用電路補償的方法，可進行頻帶的拓展。然而，采用這種方法補償后的傳感器頻帶范圍內不平整，穩定性差，易使輸出信號發生偏移。

上述方法雖然在一定程度上可以拓展MEMS電化學角加速度傳感器的工作帶寬，但是都存在一定的局限性，而且MEMS電化學角加速度傳感器采用的是液體慣性塊，許多技術不能直接采用。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對上述問題，本發明提供了一種基于磁流體反饋的MEMS電化學角加速度傳感器及方法，用于至少部分解決傳統傳感器的原始頻帶范圍窄、靈敏度低、穩定性差等技術問題。

(二)技術方案

本發明一方面提供了一種基于磁流體反饋的MEMS電化學角加速度傳感器，包括：外殼100，呈圓柱環形狀，該圓柱環內部設有電解液203；敏感核心200，包括至少兩對相同的陽極201和陰極202，至少部分設于電解液203中，用于檢測轉動信號并使之轉化為電流輸出信號；反饋核心，包括至少一對反饋電極301和至少一對磁鐵302，反饋電極301至少部分設于電解液203中，磁鐵302位于外殼100的上表面和下表面；用于根據輸出信號產生反饋力，形成負反饋系統。

進一步地，還包括：外部檢測電路，與敏感核心200連接，用于檢測電流輸出信號；反饋電路，與反饋核心連接，用于根據電流輸出信號產生反饋電流，反饋電流施加在反饋電極301上流經電解液產生反饋力。

進一步地，反饋核心和敏感核心200與外殼100的中心軸對稱分布。

進一步地，敏感核心200包括兩對相同的陽極201和陰極202，其按照陽極-陰極-陰極-陽極的順序排布。

進一步地，反饋核心包括一對反饋電極301和一對磁鐵302，一對磁鐵302中的兩個磁鐵的磁極方向相同。