A resonator synchronous oscillation frequency detection method and tilt sensor based on including detection device and synchronization devices, respectively in the first and second oscillating circuit in the oscillation circuit and the formation of two self-excited oscillator, detection device and synchronization devices through flat capacitance electrostatic coupling, synchronous weak current to pass through, and reduce the effects of phase noise detecting element the oscillator frequency, greatly enhance its stability, its natural frequency can be read by a frequency counter. Three detection elements respectively amplified beam around a hexagonal mass uniform distribution by mass is used to sense the acceleration of gravity and pull pressure on the amplified beam, beam amplification and transmission of the power amplifier in the detecting element, change the self oscillation frequency, self-excited oscillation synchronization, by detecting the change of oscillation frequency and synchronization of three the self-excited oscillation circuit, reverse the device is the size and direction of acceleration.
【技术实现步骤摘要】
一种基于谐振器同步振荡的频率检测方法及其倾角传感器
本专利技术涉及倾角传感器
,特别涉及一种基于谐振器同步振荡的频率检测方法及其倾角传感器。
技术介绍
倾角传感器,尤其是高精度全量程倾角传感器的重要性是不言而喻的。高档数控机床和机器人、航空航天装备、高性能医疗器械这三个领域都与传感器,尤其是高精度倾角传感器密切相关,可以说,实现高精度全量程倾角传感器是建设制造强国的重要条件之一。谐振式MEMS倾角传感器作为一种高精度传感器一直受到各国研究者的青睐和重视。其一般由敏感元件、谐振元件及信号处理电路组成,传感器的敏感元件被用以感受面内重力加速度,该重力信号由谐振元件转化为频率信号,再由信号处理电路处理并反演角度值。对于谐振式倾角传感器,其测量精度受到传感器敏感元件的拓扑结构、加工工艺、驱动与检测原理以及振荡器频率稳定性等因素的影响。在绝大数情况下,微弱的重力加速度变化引起的谐振频率变化淹没在闭环振荡器的本底噪声中,从而导致无法精确的测量微重力变化。因此,近十年来各国研究者在努力提高加速度传感器标度因数的同时,也在不断探索新的方法来降低振荡器的本底噪声。2013年,本专利申请人及其剑桥大学的合作者分别在不同拓扑结构下发现了模态耦合和非线性幅值饱和效应对于提高硅微振荡器频率稳定性的作用,同年,本专利申请人的合作者设计了通过静电力相互作用的两个微音叉梁振荡器,并首次观察到了MEMS中的同步现象,同时发现了同步引起振荡器频率稳定性提高、本底噪声降低的现象。基于现有公开专利CN105737811A,本专利申请人进行了理论和实践上的优化和改进,并将同步测量原理 ...
【技术保护点】
一种基于同步振荡频率检测的MEMS全量程倾角传感器,其特征在于:包括用于感受重力加速度的质量块(1),该质量块(1)的四周布置有放大梁(2)、检测元件(3)和同步元件(4),所述的检测元件(3)和同步元件(4)耦合,所述的检测元件(3)和同步元件(4)均置于具有自动增益控制的振荡电路中,保证检测元件(3)和同步元件(4)分别与各自的振荡电路形成自激振荡;所述质量块(1)将感受到的重力加速度并转换为压力或拉力施加于放大梁(2)上,该力经过放大梁(2)传递并放大施加于检测元件(3)。
【技术特征摘要】
1.一种基于同步振荡频率检测的MEMS全量程倾角传感器,其特征在于:包括用于感受重力加速度的质量块(1),该质量块(1)的四周布置有放大梁(2)、检测元件(3)和同步元件(4),所述的检测元件(3)和同步元件(4)耦合,所述的检测元件(3)和同步元件(4)均置于具有自动增益控制的振荡电路中,保证检测元件(3)和同步元件(4)分别与各自的振荡电路形成自激振荡;所述质量块(1)将感受到的重力加速度并转换为压力或拉力施加于放大梁(2)上,该力经过放大梁(2)传递并放大施加于检测元件(3)。2.根据权利要求1所述的一种基于同步振荡频率检测的MEMS全量程倾角传感器,其特征在于:所述检测元件(3)的主体为检测谐振子(3-1),该检测谐振子(3-1)的两侧分别布置有第一电容平板(3-2)和第二电容平板(3-3),检测谐振子(3-1)的两端分别连接放大梁(2)和第一固定端(3-5),第一固定端(3-5)上溅射有第一金属电极层(3-4);在第一电容平板(3-2)的对侧设有第三电容平板(3-8),第一电容平板(3-2)和第三电容平板(3-8)构成第一平板电容,第三电容平板(3-8)被固定于第二固定端(3-7)上,第二固定端(3-7)上溅射有第二金属电极层(3-6)。3.根据权利要求2所述的一种基于同步振荡频率检测的MEMS全量程倾角传感器,其特征在于:所述同步元件(4)的主体为同步谐振子(4-1),同步谐振子(4-1)的两侧分别布置第四电容平板(4-2)和第五电容平板(4-3),顶部和底部分别布置有第三固定端(4-5)和第五固定端(4-9),第三固定端(4-5)上溅射有第三金属电极层(4-4);在第四电容平板(4-2)的对侧设有第六电容平板(4-8),第四电容平板(4-2)和第六电容平板(4-8)构成第二平板电容,第六电容平板(4-8)被固定于第四固定端(4-7)上,第四固定端(4-7)上溅射有第四金属电极层(4-6),第五电容平板(4-3)与第二电容平板(3-3)相对并构成第三平板电容。4.根据权利要求1所述的一种基于同步振荡频率检测的MEMS全量程倾角传感器,其特征在于:具有自动增益控制的振荡电路包括依次连接的馈通电流消除电路(5-1)、放大器(5-2)、带通滤波(5-3)或锁相环、移相电路(5-4)、比较器(5-5)和幅值调节电路(5-6),其中,馈通电流消除电路(5-1)与第一金属电极层(3-4)或第三金属电极层(4-4)连接,幅值调节电路(5-6)与第二金属电极层(3-6)或第四金属电极层(4-...
【专利技术属性】
技术研发人员:韦学勇,翁寅生,王曙东,浦东,蒋庄德,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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