静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统技术方案
Electrostatic excitation / piezoresistive detection of closed loop self excitation system for silicon micro resonant pressure sensor
The invention relates to a closed-loop self-excited system of a silicon micro-resonant pressure sensor with electrostatic excitation/piezoresistive detection, including a sensitive structure, a pre-processing circuit, a phase-locked loop and an amplitude regulator. The sensitive structure consists of an exciting element, a resonator and a pickup resistance. The pre-processing circuit consists of an instrument amplifier, a band-pass filter, a phase shifter and a wave. The weak signal of the pickup resistance is amplified by the instrument amplifier, filtered by the band pass filter and trimmed the waveform. The phase of the system is adjusted by the phase shifter. The waveform converter is used as the interface circuit of analog circuit and digital circuit to change the sine wave into square wave, and then passes through. The divider takes the signal bisection as the input signal of the PLL, and the output signal of the PLL passes through the amplitude regulator as the excitation signal of the excitation element to excite the resonator, thus realizing the closed-loop phase-locked of the sensor. The invention improves the measuring precision and speed of resonance frequency, enlarges the measuring range and improves the dynamic characteristics of the system.
【技术实现步骤摘要】
静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统
本专利技术涉及谐振式压力传感器
，尤其是一种静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统。
技术介绍
静电激励/压阻检测硅微谐振压力传感器的谐振器采用基于SOI硅基的梳齿双端固定音叉结构，在谐振器内部利用硅重掺杂压敏电阻和体硅电阻构成惠斯通电桥实现压阻检测，通过硅岛结构将压力敏感薄膜上的压力转化为硅微谐振器平面振动的频率变化。谐振式压力传感器的敏感结构需要和闭环系统结合才能工作。闭环工作模式可以提高谐振频率测量精度和速度、扩大量程，并且能改善系统的动态特性。使用闭环自激谐振频率检测电路，当环境压力变化时，通过闭环系统的反馈作用，谐振器的输出频率会相应地做出响应，自动地使谐振器始终处于谐振状态，输出信号能够自动实时地反映出被测参量的信息，提高了系统的灵敏度和测量精度。谐振式压力传感器的闭环系统可分为自激震荡、自动增益控制、锁相环三种。自激振荡闭环是通过调节驱动静电力的直流分量来构成反馈闭环，自动增益控制环路是通过控制驱动静电力的交流分量来构成反馈闭环，锁相环路是通过锁定相位实现闭环谐振的。目前基于锁相环...
【技术保护点】
1.一种静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统，其特征在于：包括敏感结构(1)、前级处理电路、锁相环(7)和幅值调整器(8)，所述敏感结构(1)由激励元件、谐振器和拾振电阻组成，所述前级处理电路由仪表放大器(2)、带通滤波器(3)、移相器(4)、波形变换器(5)和分频器(6)组成，所述拾振电阻输出的微弱信号经过仪表放大器(2)放大，经过带通滤波器(3)滤除杂波并修整波形，通过移相器(4)对系统的相位进行调整，波形变换器(5)作为模拟电路和数字电路的接口电路将正弦波改变成方波，再经过分频器(6)将信号二分频作为锁相环(7)的输入信号，锁相环(7)的输出信号经过幅值...
【技术特征摘要】
1.一种静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统，其特征在于：包括敏感结构(1)、前级处理电路、锁相环(7)和幅值调整器(8)，所述敏感结构(1)由激励元件、谐振器和拾振电阻组成，所述前级处理电路由仪表放大器(2)、带通滤波器(3)、移相器(4)、波形变换器(5)和分频器(6)组成，所述拾振电阻输出的微弱信号经过仪表放大器(2)放大，经过带通滤波器(3)滤除杂波并修整波形，通过移相器(4)对系统的相位进行调整，波形变换器(5)作为模拟电路和数字电路的接口电路将正弦波改变成方波，再经过分频器(6)将信号二分频作为锁相环(7)的输入信号，锁相环(7)的输出信号经过幅值调整器(8)后作为激励元件的激励信号激励谐振器，实现传感器的闭环锁相。2.根据权利要求1所述的静电激励/压阻检测硅微谐振式压力传感器闭环自激系统，其特征在于：所述的仪表放大器(2)包括第一运放A1、第二运放A2、第三运放A3以及电阻R1～电阻R7，所述第一运放A1、第二运放A2的正相输入端均接拾振电阻的输出端，第一运放A1的输出端分别与电阻R1、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、第三运放A3的正相输入端相连，电阻R5的另一端与第三运放A3的输出端相连；电阻R1的另一端与分别与第一运放A1的反相输入端、电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端、第二运放A2的反相输入端相连，电阻R3的另一端分别与第二运放A2的输出端、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端分别与第三运放A3的反相输入端、电阻R7的一端相连，第三运放A3的输出端和电阻R7的另一端共同组成仪表放大器(2)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：许高斌，徐枝蕃，陈兴，马渊明，杨海洋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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