微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构和方法技术

本申请实施例提供了一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构和方法，涉及微机电传感器领域，所述方法包括：在微音叉谐振器件的两个子谐振器上添加独立的加力结构，通过微音叉谐振器件实际受力产生的加速度计算驱动电压，施加驱动电压在加力结构上产生与实际受力相同的虚拟振动力，进而等效外界的振动力输入对音叉谐振器进行测试，本申请通过在子谐振器的振动质量块上设置加力结构，能够可以高效、便捷、灵活地对微音叉谐振器的振动敏感性进行测试。并且，本申请的可摆脱现有测试方法中对振动台的依赖，不受振动台激励信号频率范围限制，当微音叉谐振器在应用场景安装固定后仍然可以实现原位在线测试，无需使用振动台。无需使用振动台。无需使用振动台。

【技术实现步骤摘要】
微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构和方法


[0001]本申请实施例涉及电压传感器领域，具体而言，涉及一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构和方法。

技术介绍

[0002]微音叉谐振器是用微电子工艺加工的特征尺寸在微米量级的谐振式器件，是多类微传感器的核心基础结构组件，如微机电陀螺、微谐振式温度传感器、微质量传感器等，其体积小、成本低、适于批量加工，有着广泛的应用前景。
[0003]微音叉谐振器的振动敏感性是指音叉谐振器的差模振动输出信号对外界共模振动干扰输入的敏感性。音叉谐振器通常将两个子谐振器的检测结构进行差分互连以敏感有用的差分输入信号，抑制外界的共模干扰信号，降低音叉谐振器对共模振动信号的敏感性。实际应用环境中存在大量的振动干扰信号，由于工艺误差的存在，使得音叉两个子谐振器的结构参数不一致，不能完全抵消外界的振动干扰，造成音叉谐振器输出误差，因此必须对音叉谐振器的振动敏感性进行测试和评估。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构和方法，旨在解决如何对微音叉谐振器的振动敏感性进行高效、便捷、灵活的测试的问题。
[0005]本申请实施例第一方面提供一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构，所述结构包括：
[0006]微音叉谐振器的至少两个子谐振器，每个子谐振器的振动质量块上设置有加力结构；
[0007]计算电路，与所述加力结构连接，用于根据测试所需振动加速度计算出所需的驱动电压信号，并将所述驱动电压信号施加至所述加力结构上；r/>[0008]读出电路，与所述子谐振器的振动拾取结构的输出端连接，读取所述子谐振器输出的振动位移信号；
[0009]差分电路，与读出电路的输出端连接，得到子谐振器之间的差模信号，根据所述差模信号评估所述微音叉谐振器的振动敏感性。
[0010]可选的，所述计算电路根据测试所需输入振动加速度计算出所需的驱动电压信号，包括：
[0011][0012]其中，m
s
为子谐振器的质量，V(t)为所述驱动电压信号，K
vf
为所述加力结构力电转换系数，a(t)为所述振动加速度。
[0013]可选的，所述子谐振器的振动拾取结构采用以下任一：
[0014]电容拾取结构、压电拾取结构、电磁拾取结构、压阻拾取结构。
[0015]可选的，所述加力结构采用以下任一：
[0016]静电加力结构、压电加力结构、电磁加力结构、电热加力结构。
[0017]可选的，所述子谐振器的振动拾取结构输出的信号为以下任一：
[0018]电容变化量、电荷变化量、电阻变化量。
[0019]本申请实施例第二方面提供一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试方法，所述方法应用于以上任一所述结构，，所述方法包括：
[0020]利用所述计算电路根据测试所需输入振动加速度计算出所需的驱动电压信号；
[0021]将所述驱动电压信号施加至所述加力结构上；
[0022]通过所述子谐振器的所述振动拾取结构读取所述子谐振器的位移变化，得到位移变化信号；
[0023]将每个子谐振器输出的位移变化信号连接到差分电路，得到子谐振器变化量的差模信号；
[0024]通过所述差模信号对所述微音叉谐振器的振动敏感性进行评估。
[0025]采用本申请提供的微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构，在微音叉谐振器件的两个子谐振器上添加独立的加力结构，通过微音叉谐振器件实际受力产生的加速度计算驱动电压，施加驱动电压在加力结构上产生与实际受力相同的虚拟振动力，进而等效外界的振动力输入对音叉谐振器进行测试，本申请通过在子谐振器的振动质量块上设置加力结构，能够可以高效、便捷、灵活地对微音叉谐振器的振动敏感性进行测试。并且，本申请的可摆脱现有测试方法中对振动台的依赖，不受振动台激励信号频率范围限制，当微音叉谐振器在应用场景安装固定后仍然可以实现原位在线测试，无需使用振动台。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本申请一实施例提出的一种微音叉谐振器的示意图；
[0028]图2是本申请一实施例提出的一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构；
[0029]图3是本申请一实施例提出的微音叉谐振器振动敏感性片上测试方法的流程图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0031]参考图2，图2是本申请一实施例提出的一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构。如图2所示，该结构包括：
[0032]微音叉谐振器的至少两个子谐振器200，每个子谐振器的振动质量块上设置有加力结构；
[0033]参考图1，图1是本申请一实施例提出的一种微音叉谐振器，微音叉谐振器结构100一般包括两个子谐振器101和102：子谐振器101由振动质量块1、振动弹簧梁5、锚点3以及振动拾取结构12所组成，振动质量块1通过振动弹簧梁5连接至锚点3；子谐振器102由振动质量块2、振动弹簧梁7、锚点4以及振动拾取结构13所组成，振动质量块2通过振动弹簧梁7连接至锚点4。子谐振器101和子谐振器102之间通过耦合弹簧梁6连接，构成音叉式结构。振动拾取结构12和13通常采用差分式电容式结构，或者压电式结构。
[0034]对微音叉谐振器振动敏感性测试的方法是将音叉谐振器置于振动台上。利用振动台产生加速度信号作用于被测谐振器的某一测试轴向上，再对输出进行采集。如图1，由振动台产生一定幅值和频率的加速度a(t),振动质量块1和2受该加速度作用，产生惯性力8和9，所生成的惯性力8和9使振动质量块1和2产生同向振动位移10和11。位移变化量10和11被振动拾取结构12和13转变为电容变化量、电荷变化量或者电阻变化量等，再通过读出电路14和15，以及差分电路16转换为差模振动电压信号17。电压输出信号17即可表示为微音叉谐振器在加速度a(t)作用下的振动敏感性。
[0035]此种测试音叉谐振器的方法的缺点是，测试时间花费较长，成本高，振动台激励信号频率范围有限，且对于已经在应用场景中安装好的器件无法进行离线振动敏感性验证测试。
[0036]本申请基于上述方法的缺陷，如图2所示，在微音叉谐振器200的每个子谐振器的振动质量块上设置有加力结构，微音叉谐振器200包括子谐振器201和202，子谐振器201设置有加力结构18，加力结构18与振动质量块1、振动弹簧梁5、锚点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微音叉谐振器振动敏感性片上测试结构，其特征在于，所述结构包括：微音叉谐振器的至少两个子谐振器，每个子谐振器的振动质量块上设置有加力结构；计算电路，与所述加力结构连接，用于根据测试所需振动加速度计算出所需的驱动电压信号，并将所述驱动电压信号施加至所述加力结构上；读出电路，与所述子谐振器的振动拾取结构的输出端连接，读取所述子谐振器输出的振动位移信号；差分电路，与读出电路的输出端连接，得到子谐振器之间的差模信号，根据所述差模信号评估所述微音叉谐振器的振动敏感性。2.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述计算电路根据测试所需输入振动加速度计算出所需的驱动电压信号，包括：其中，m
s
为子谐振器的质量，V(t)为所述驱动电压信号，K
vf
为所述加力结构力电转换系数，a(t)为所述振动加速度。3.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述子谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔健，赵前程，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：