复合振动平面内加速度计制造技术

本文描述用于检测和测量惯性参数(例如加速度)的系统和方法。具体而言，所述系统和方法涉及实现时域感测技术的振动惯性传感器。在复合质量块传感器系统内，感测质量块可以以与其致动频率不同的频率振荡，从而在将传感器集成到驱动系统中时允许灵活性而不牺牲灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合振动平面内加速度计
本专利技术一般涉及用于检测和测量惯性参数(例如加速度)的系统和方法。具体而言，所述系统和方法涉及实现时域感测技术的振动惯性传感器。
技术介绍
振动惯性传感器通常以已知的驱动频率振荡感测质量块并测量感测质量块的扰动以检测惯性力和参数。但是，有时候需要，特别是在使用具有用于多个传感器的单个驱动机构的系统时，以可能并非其最佳感测频率的频率驱动感测质量块。允许感测质量块以其驱动频率之外的频率响应于加速度对于保持传感器对惯性力的灵敏度可能是重要的。
技术实现思路
因此，本文描述了利用感测质量块以与其驱动频率不同的频率测量惯性参数的系统和方法。诸如振动惯性传感器的系统可包括机械地联接到驱动质量块的感测质量块。感测质量块可以被配置为以第一频率在第一方向上响应于惯性力，而驱动质量块被配置为以第二频率在第一方向上被驱动。第一时域开关可以被配置为基于第一电流来生成输出电压，第一电流部分地通过感测质量块的运动来生成。输出可以是第一输出电压。系统可包括与第一时域开关进行信号通信的逻辑电路，并且被配置为基于输出电压确定时间间隔。在一些示例中，感测质量块的共振频率不同于驱动质量块的共振频率。在一些示例中，第一频率是感测质量块的共振频率，并且第二频率是驱动质量块的共振频率。在一些示例中，第二频率可以高于第一频率。在一些示例中，驱动质量块可利用在第一方向上柔性的联接弹簧机械地联接到感测质量块。在一些示例中，该系统还可包括刚性地联接到支撑结构的锚结构，并且驱动质量块可利用驱动弹簧机械地联接到锚结构。在一些示例中，联接弹簧的弹簧常数可以高于驱动弹簧的弹簧常数。在一些示例中，该系统还可包括臂，臂具有沿径向从锚结构穿过到达驱动质量块的主轴。在一些示例中，驱动弹簧可以联接到臂并被配置为使得当臂围绕与第一方向和主轴限定的平面垂直的轴线旋转时驱动质量块基本上在第一方向上移动。在一些示例中，第一方向基本上与臂的旋转相切。在一些示例中，联接弹簧在高振荡频率下可具有高弹簧常数，并且在低振荡频率下具有低弹簧常数。在一些示例中，驱动质量块可利用梳状驱动驱动。在一些示例中，时域开关包括联接到感测质量块的第一半部分和联接到支撑结构的第二半部分，以及电流在所述第一半部分与所述第二半部分之间生成。在一些示例中，时域开关包括多个时域开关。在一些示例中，第二时域开关可以被配置为基于第二电流来生成第二电压，第二电流部分地通过感测质量块生成。在一些示例中，第一电流与第二电流异相。逻辑还可以被配置为将从第一时域开关生成的信号与从第二时域开关生成的信号线性组合。在示例中，逻辑可以进一步被配置为至少部分地基于时间间隔来确定惯性参数。本文描述的另一个示例是一种用于确定惯性参数的方法，利用感测质量块以第一频率在第一方向上响应于惯性力，以第二频率在第一方向上驱动机械地联接到感测质量块的驱动质量块，基于部分地通过感测质量块的运动生成的第一电流来从第一时域开关生成输出；以及基于输出确定时间间隔。输出可以是输出电压。驱动和响应的步骤可以同时发生。在一些示例中，该方法可包括以感测质量块的共振频率利用该感测质量块响应于惯性力，以驱动质量块的共振频率驱动该驱动质量块，并且感测质量块的共振频率可以不同于驱动质量块的共振频率。在一些示例中，振荡感测质量块还可包括利用在第一方向上柔性的联接弹簧将驱动质量块机械地联接到感测质量块。在一些示例中，驱动该驱动质量块还可包括利用驱动弹簧将驱动质量块机械地联接到锚结构，并且其中锚结构刚性地联接到支撑结构。在一些示例中，将感测质量块机械地联接到驱动质量块以及将驱动质量块机械地联接到支撑结构还包括将联接弹簧的弹簧常数设置为低于驱动弹簧的弹簧常数。在一些示例中，驱动质量块由梳状驱动驱动。在一些示例中，生成输出电压还可包括，其中时域开关包括联接到感测质量块的第一半部分和联接到支撑结构的第二半部分，并且在第一半部分和第二半部分之间生成电流。在一些示例中，该方法还可包括基于部分地通过感测质量块生成的第二电流从第二时域开关生成第二电压，并且其中第一电流与第二电流异相。在一些示例中，该方法还包括将从第一时域开关生成的信号与从第二时域开关生成的信号线性组合。在一些示例中，该方法可包括至少部分地基于时间间隔来确定惯性参数。在一些示例中，该方法还可包括至少部分地基于时间间隔来确定加速度。附图说明通过结合附图考虑以下详细描述，本公开的主题的进一步特征、性质和各种优点将变得显而易见，其中，相同的附图标记始终表示相同的部件，并且其中：图1描绘根据本专利技术的说明性实施方式的复合质量块加速度计的俯视图；图2描绘根据另一个说明性实施方式的复合质量块加速度计的俯视图；图3描绘根据说明性实施方式将四个复合质量块加速度计集成到单个驱动系统中；图4描绘根据说明性实施方式将四个复合质量块加速度计与四个陀螺仪集成到单个驱动系统中；图5描绘根据说明性实施方式的复合质量块加速度计的驱动质量块的振荡频率和感测质量块共振频率的示例；图6描绘三个视图，每个视图示出根据说明性实施方式的多个时域开关(TDS)结构的可移动元件和固定元件的示意图；图7描绘根据说明性实施方式的复合质量块加速度计的感测质量块振荡的概念示意图；图8是示出根据示例性实施方式的由TDS结构产生的感测质量块振荡的同相和异相电容响应的曲线图；图9描绘根据说明性实施方式的同相和异相TDS结构；图10描绘根据说明性实施方式的用于从TDS结构提取惯性信息的处理；图11是表示根据示例性实施方式的从复合质量块惯性加速度计导出的模拟信号与感测质量块的位移之间的关系的曲线图；图12是描绘根据示例性实施方式的外部扰动对复合质量块加速度计的输出信号的影响的曲线图；图13是描绘根据说明性实施方式的对于感测质量块的位移的电流响应的曲线图；图14是描绘根据说明性实施方式从图13所示的电流信号的过零时间产生的矩形波信号的曲线图；图15是描绘根据说明性实施方式从非过零参考水平产生的时间间隔的曲线图；图16是描绘根据示例性实施方式的作为复合质量块惯性加速度计的感测质量块的位移的函数的电容的曲线图；图17是描绘根据说明性实施方式的作为复合质量块加速度计的感测质量块的位移的函数的电容的第一空间导数的曲线图；图18是描绘根据说明性实施方式的作为复合质量块加速度计的感测质量块的位移的函数的电容的第二空间导数的曲线图；图19是描绘根据说明性实施方式的作为位移的函数的电容性电流的时间导数的曲线图；图20描绘根据说明性实施方式的用于从非线性周期信号中提取惯性参数的方法的流程图；图21描绘根据说明性实施方式的用于基于非线性周期信号确定两个值之间的转变时间的方法的流程图；以及图22描绘根据说明性实施方式的用于从时间间隔计算惯性参数的方法的流程图。具体实施方式为了提供对本公开的全面理解，下面描述某些说明性实施方式，包括用于通过感测质量块以与其驱动频率不同的频率响应于加速度来测量惯性参数的系统和方法。振动传感器利用测得的振荡感测质量块的扰动来确定惯性参数以及作用在传感器上的力。这些测得的扰动可以是来自中性平衡的感测质量块的物理扰动。因为传感系统的机电特性，这些扰动被转换成模拟电信号。因为感测质量块的物理运动转化为它的输出模拟信号，所以感测质量块的物理振荡频率与惯性传感器的灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合质量块系统，包括：感测质量块，其中所述感测质量块以第一频率在第一方向上响应于惯性力；驱动质量块，所述驱动质量块机械地联接到所述感测质量块，其中所述驱动质量块以第二频率在所述第一方向上被驱动；第一时域开关，所述第一时域开关被配置为基于第一电流来生成输出电压，所述第一电流部分地通过所述感测质量块生成；以及逻辑，所述逻辑与所述第一时域开关进行信号通信并且被配置为基于所述输出电压确定时间间隔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.27 US 62/367,624;2016.09.23 US 15/275,1881.一种复合质量块系统，包括：感测质量块，其中所述感测质量块以第一频率在第一方向上响应于惯性力；驱动质量块，所述驱动质量块机械地联接到所述感测质量块，其中所述驱动质量块以第二频率在所述第一方向上被驱动；第一时域开关，所述第一时域开关被配置为基于第一电流来生成输出电压，所述第一电流部分地通过所述感测质量块生成；以及逻辑，所述逻辑与所述第一时域开关进行信号通信并且被配置为基于所述输出电压确定时间间隔。2.根据权利要求1所述的复合质量块系统，其中，所述第一频率是所述感测质量块的共振频率，并且所述第二频率是所述驱动质量块的共振频率，并且所述第二频率高于所述第一频率。3.根据任一项前述权利要求所述的复合质量块系统，其中，所述驱动质量块利用在所述第一方向上柔性的联接弹簧机械地联接到所述感测质量块。4.根据权利要求3所述的复合质量块系统，还包括锚结构，所述锚结构刚性地联接到支撑结构，并且其中所述驱动质量块利用驱动弹簧机械地联接到所述锚结构。5.根据权利要求4所述的复合质量块系统，其中，所述联接弹簧的弹簧常数低于所述驱动弹簧的弹簧常数。6.根据权利要求4所述的复合质量块系统，还包括臂，所述臂具有沿径向从所述锚结构穿过到达所述驱动质量块的主轴，并且其中所述驱动弹簧联接到所述臂并被配置为使得当所述臂围绕与所述第一方向和所述主轴限定的平面垂直的轴线旋转时所...

【专利技术属性】
技术研发人员：厄赞·阿纳克，黄小浚，
申请(专利权)人：卢米达因科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US