[發明專利]一種基于PT對稱原理的MEMS諧振式磁場傳感器及其使用方法

有效

• 申請號: 202111137121.7
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113900053B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 黃見秋;魏振宇;黃慶安;王立峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R33/028
• 分類號: G01R33/028
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉倩

1.一種基于PT對稱原理的MEMS諧振式磁場傳感器，其特征在于：包括左諧振器和右諧振器，所述左諧振器和右諧振器呈左右鏡像對稱結構，且通過耦合彈簧相連接；其中，左諧振器和右諧振器分別外連阻尼調制電路，阻尼調制電路控制左諧振器和右諧振器的等效阻尼大小相等，符號相反，形成PT對稱諧振器系統；所述左諧振器包括左諧振插指、左驅動插指和左檢測插指，右諧振器包括右諧振插指、右驅動插指和右檢測插指，左諧振插指和右諧振插指的上下兩端固定在傳感器襯底上，其余部分懸于襯底之上；左驅動插指、左檢測插指和右驅動插指、右檢測插指固定在傳感器襯底上，耦合彈簧懸于傳感器襯底之上；

還包括左直流電源和右直流電源，所述左直流電源加載在左諧振器上，形成自上向下的直流電流，所述右直流電源加載在右諧振器上，形成自下而上的直流電流，在洛倫茲力的作用下，左右諧振器之間的耦合系數改變，進而改變了PT對稱諧振系統的諧振頻率，通過阻尼大小調制，使得PT對稱諧振器系統工作在耦合系數和損耗參數相等的奇異點。

2.如權利要求1所述的一種基于PT對稱原理的MEMS諧振式磁場傳感器，其特征在于左驅動插指和左諧振插指之間設置左驅動端口，左檢測插指和左諧振插指之間設置左檢測端口；右驅動插指和右諧振插指之間設置右驅動端口，右檢測插指和右諧振插指之間設置右檢測端口，所述左檢測端口、左驅動端口和右檢測端口、右驅動端口分別和阻尼調制電路相連，當存在垂直紙面的磁場時，左右諧振器之間的耦合系數因左諧振插指和右諧振插指受洛倫茲力的作用而改變。

3.如權利要求1所述的MEMS諧振式磁場傳感器的使用方法，其特征在于包括如下步驟：

S1，通過阻尼調制電路分別控制左諧振器和右諧振器，使得左諧振器和右諧振器的等效阻尼始終保持大小相等，符號相反，形成PT對稱諧振器系統；

S2，打開左直流電源和右直流電源，使得左諧振器中的左諧振插指上形成自上向下的直流電源，右諧振器中的右諧振插指上形成自下向上的直流電源；

S3，當存在垂直紙面的磁場時，左諧振插指和右諧振插指受到洛倫茲力的作用，使得左右諧振器之間的耦合系數變化，改變了PT對稱諧振系統的諧振頻率；

S4，通過阻尼大小調制使得PT對稱諧振器系統工作在耦合系數和損耗參數相等的奇異點，檢測PT對稱諧振系統諧振頻率變化用于測量磁場大小。

4.包括如權利要求1所述MEMS諧振式磁場傳感器的基于PT對稱原理的諧振器系統，其特征在于，包括：左諧振器、右諧振器和阻尼調制電路；

所述左諧振器和右諧振器呈左右鏡像對稱結構，并分別與阻尼調制電路相連接；

所述阻尼調制電路至少包括機電轉換控制電路、電機轉換控制電路、增益控制電路和相位控制電路，機電轉換控制電路將左諧振器和右諧振器的輸出轉化為電信號，并通過增益控制電路和相位控制電路進行增益和相位控制，再通過電機轉換控制電路轉換為阻尼調制控制信號，并反饋到左諧振器和右諧振器中，其中，增益控制器和相位控制器控制阻尼大小，相位控制器控制阻尼的正負；

所述系統中左諧振器和右諧振器的等效阻尼始終保持大小相等，符號相反。

5.如權利要求4所述的基于PT對稱原理的諧振器系統，其特征在于，相位控制器控制阻尼的正負，當阻尼調制控制信號與諧振器振動信號同相時，系統體現負阻尼；當阻尼調制控制信號與諧振器振動信號反相時，系統體現正阻尼。