[发明专利]微谐振器温度控制系统

权利要求书

1.一种微谐振器温度控制系统，其特征在于由微谐振器(200)、微谐振器驱动电路(300)、温度控制电路(400)、温度执行元件(500)构成微谐振器温度控制闭环回路，其中微谐振器驱动电路(300)与微谐振器(200)构成微谐振器驱动闭环回路，所述的微谐振器驱动电路(300)驱动微谐振器(200)使其稳定工作在固有频率点处，微谐振器驱动电路(300)输出的微谐振器驱动交流信号(313)为驱动微谐振器工作的交流信号，微谐振器驱动电路(300)输出的直流偏置电压(314)为驱动微谐振器(200)工作的直流偏置电压信号，从而微谐振器驱动电路(300)驱动微谐振器(200)自激振荡，稳定输出微谐振器振动敏感检测电流信号(310)，同时该微谐振器振动敏感检测电流信号(310)为微谐振器驱动电路(300)的输入信号，微谐振器(200)的Q值具有温度系数导致微谐振器驱动电路(300)中的电压有效值信号(312)随温度变化，温度控制电路(400)取出电压有效值信号(312)进行运算放大后驱动温度执行元件(500)工作，使微谐振器(200)的温度保持恒定，温度执行元件(500)由第一温度执行元件(500a)和第二温度执行元件(500b)构成，上下对称分布在微谐振器(200)两侧并与微谐振器(200)集成加工在同一硅片上。

2.根据权利要求1所述的微谐振器温度控制系统，其特征在于：系统的具体构造将微谐振器(200)、微谐振器驱动电路(300)、温度控制电路(400)、温度执行元件(500)集成如下：所述的微谐振器(200)为制作在单晶硅上的梳状微谐振器结构，在单晶硅基底(210)上加工出信号引线，梳状微谐振器结构由双端固定音叉(202)、左边驱动线性梳状梳齿(203a)、右边驱动线性梳状梳齿(203b)、左边第一敏感线性梳状梳齿(204a)、左边第二敏感线性梳状梳齿(204b)、右边第一敏感线性梳状梳齿(204c)和右边第二敏感线性梳状梳齿(204d)组成，其中双端固定音叉(202)由上锚定点(201a)和下锚定点(201b)悬浮固定在单晶硅基底(210)上，左边驱动线性梳状梳齿(203a)和右边驱动线性梳状梳齿(203b)为驱动梳齿锚定在单晶硅基底(210)上，左边第一敏感线性梳状梳齿(204a)、左边第二敏感线性梳状梳齿(204b)、右边第一敏感线性梳状梳齿(204c)、右边第二敏感线性梳状梳齿(204d)为检测梳齿分别锚定在单晶硅基底(210)上，加工在单晶硅基底(210)上的左边驱动电极(205a)与左边驱动线性梳状梳齿(203a)连接并在左边驱动线性梳状梳齿(203a)上施加直流偏置的交流电压，加工在单晶硅基底(210)上的右边驱动电极(205b)与右边驱动线性梳状梳齿连接并在右边线性梳状梳齿(203b)上施加相同的直流偏置的交流电压，左边第一敏感线性梳状梳齿(204a)和左边第二敏感线性梳状梳齿(204b)连接到加工在单晶硅基底(210)上的左边敏感电极(205c)，右边第一敏感线性梳状梳齿(204c)和右边第二敏感线性梳状梳齿(204d)连接到加工在单晶硅基底(210)上的右边敏感电极(205d)；

所述的微谐振器驱动电路(300)由互阻放大器(301)、有效值电路(302)、增益控制电路(303)、直流偏置电路(304)组成，其中微谐振器(200)的左边敏感电极(205c)和右边敏感电极(205d)连接到互阻放大器(301)的输入端，增益控制电路(303)的输出端连接到左边驱动电极(205a)和右边驱动电极(205b)，互阻放大器(301)将左边敏感电极(205c)和右边敏感电极(205d)输出的微谐振器振动敏感检测电流信号(310)转化为互阻放大器输出电压信号(311)，互阻放大器输出电压信号(311)一路经过有效值电路(302)检测转换后输出电压有效值信号(312)到增益控制电路(303)的控制信号输入端，互阻放大器输出电压信号(311)另一路输入给增益控制电路(303)的被控制信号输入端，增益控制电路(303)以电压有效值信号(312)为控制信号调节互阻放大器输出电压信号(311)的放大倍数输出微谐振器驱动交流信号(313)，微谐振器驱动交流信号(313)为左边驱动电极(205a)和右边驱动电极(205b)的输入交流信号，直流偏置电路(304)在左边驱动电极(205a)、右边驱动电极(205b)、左边敏感电极(205c)、右边敏感电极(205d)施加微谐振器(200)工作所需的直流偏置电压(314)；

所述的温度控制电路(400)包括依次相连的温度设定电压(403)、比较运算电路(402)和温度执行元件驱动电路(404)，将反映温度值的微谐振器驱动电路(200)中的电压有效值信号(312)转换输出给第一温度执行元件(500a)和第二温度执行元件(500b)，温度控制电路(400)的比较运算电路(402)连接到有效值电路(302)的输出端，取微谐振器驱动电路(200)中的电压有效值信号(312)作为温度控制电路(400)的温度控制输入信号(410)，温度控制输入信号(410)与温度设定电压值电路(403)输入给比较运算电路(402)，该比较运算电路(402)处理后再经温度执行元件驱动电路(404)放大后输出温度控制信号(411)到第一温度执行元件(500a)和第二温度执行元件(500b)，微谐振器(200)的设定温度通过改变温度设定电压(403)自由调节；

所述的温度执行元件(500)由第一温度执行元件(500a)和第二温度执行元件(500b)构成，所述的第一温度执行元件(500a)分布在微谐振器(200)的上侧，第二温度执行元件(500b)分布在微谐振器(200)的下侧，两个温度执行元件对称分布在微谐振器(200)的上下两侧，第一温度执行元件(500a)和第二温度执行元件(500b)均由加热丝组成，第一温度执行元件(500a)的第一电阻丝(501a)由温度执行元件上侧第一锚定点(502a)和温度执行元件上侧第二锚定点(502b)悬浮固定在单晶硅基底(210)上，第二温度执行元件(500b)的第二电阻丝(501b)由温度执行元件下侧第一锚定点(502c)和温度执行元件下侧第二锚定点(502d)悬浮固定在单晶硅基底(210)上，加工在单晶硅基底上的温度执行元件上侧第一电极(503a)、温度执行元件上侧第二电极(503b)、温度执行元件下侧第一电极(503c)、温度执行元件下侧第二电极(503d)分别对应的连接到温度执行元件上边第一锚定点(502a)、温度执行元件上边第二锚定点(502b)、温度执行元件下边第一锚定点(502c)、温度执行元件下边第二锚定点(502d)，温度控制电路(400)产生的温度控制信号(411)同时施加在温度执行元件上侧第一电极(503a)与温度执行元件上侧第二电极(503b)两端和温度执行元件下侧第一电极(503c)与温度执行元件下侧第二电极(503d)两端。