[发明专利]一种基于力平衡反馈的电化学地震检波器

说明书

技术领域

本发明涉及微机电结构(MEMS)地震检波器技术领域，尤其涉及一种基于力平衡反馈的电化学地震检波器。

背景技术

地震检波器可以用来检测由于地震、火山等自然运动引起的震动信号，它可以将很微小的被测量(位移、速度、加速度)转变为不同的信号形式(光、电信号等)。基于MEMS的电化学地震检波器由于其低频灵敏度高而且制作成本低的优点逐渐被广泛应用，但是检波器的原始工作带宽很窄(0.5Hz-10Hz)，并不能满足实际的工作需要(小于0.0167Hz)，这时就需要借助其它方法来向更低频拓展检波器的工作带宽。

目前拓展频带的方法有很多，在动圈式地震检波器的研究中提出过一种方法，通过增大惯性摆体的质量或者减小弹簧的有效弹性系数，可以降低动圈式震动检波器的谐振频率，从而实现向低频的拓展，提高其工作带宽。然而实际应用中，增加惯性体的质量会使得传感器的体积和质量都增大；而且由于材料和技术的限制，弹簧的弹性系数的减小也有很大的局限性。因此，通过改变检波器的这两个参数来大幅提高频带范围是不实用的。

利用信号处理电路也可以达到拓展频带的目的，根据震动传感器的频响特性，使用低频补偿的方法来进行频带拓展(ZhengyuZhang,TheStudyofBandwidthExpansionBasedonElectrochemicalVibrationSensor)，即使用一个带阻滤波器来补偿传感器的灵敏度曲线，减小检波器在低频时灵敏度的衰减，使之可以在一个较宽的频带内工作。遗憾的是，利用这种方法最多可以使检波器的工作频带拓展到0.05Hz-20Hz，若再用这种方法提高低频灵敏度的话，系统就会失去稳定性，使输出信号发生漂移。

上述方法虽然都可以在一定程度上拓展检波器工作带宽，但是都存在一定的局限性，而且MEMS电化学地震检波器采用的是液体惯性摆体，许多技术不能直接采用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种基于力平衡反馈的电化学地震检波器，既能保证大幅度的拓展电化学检波器的频带范围，又能保证检波器输出的稳定性以及减小线性失真度。

(二)技术方案

本发明提供一种电化学地震检波器，用于检测外部震动力产生输出信号，包括拾振单元、转换单元、反馈单元、输出单元、检测电路及反馈电路，其中：

拾振单元用于感应外部震动力，产生震动信号；

转换单元采用电化学原理将所述震动信号转换为输出电流；

检测电路用于检测所述输出电流，得到所述输出信号；

反馈电路根据所述输出信号，产生反馈电流；

反馈单元根据所述反馈电流，产生反馈力，并使该反馈力作用于拾振单元上，其中，反馈力与震动力的方向相反。

(三)有益效果

本发明具有以下优点：

1、采用了力平衡反馈机制，从系统的输出端引出信号加入到输入端，形成负反馈系统，负反馈具有稳定闭环增益的作用，对于频率上升(或下降)所引起的开环增益的变化同样具有稳定作用，即能减小频率变化对闭环增益的影响，从而展宽闭环增益的频带，提高系统的稳定性。

2、通过力平衡反馈机制，较大的输入信号会产生较大的负反馈力，从而使系统的净输入信号变小，进而增大了检波器可测量信号的上限，扩大了检波器的工作范围。

3、通过力平衡反馈机制，若输入信号保持不变，加入负反馈之后，则闭环增益会减小，系统的净输入及输出也会随之减小，使器件更容易工作在工作范围内。并且引入负反馈能够使闭环传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽，提高了检波器系统的线性度，有效地减小了幅度与相位的非线性失真。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于MEMS技术的电化学地震检波器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电化学地震检波器的电路信号传输框图。

具体实施方式

本发明提供一种电化学地震检波器，包括拾振单元、转换单元、反馈单元、输出单元、检测电路及反馈电路，其中，拾振单元感应外部震动力，产生震动信号，转换单元将震动信号转换为输出电流，检测电路检测输出电流，得到所述输出信号，反馈电路根据所述输出信号，产生反馈电流，反馈单元根据反馈电流，产生与震动力的方向相反的反馈力，并使该反馈力作用于拾振单元上。本发明既能保证大幅度的拓展电化学检波器的频带范围，又能保证检波器输出的稳定性以及减小线性失真度。