[发明专利]一种基于场效应管栅极敏感效应的压电振动传感装置

说明书

本发明针对振动信号难以提取的现状，提供一种基于场效应管栅极敏感效应的压电振动传感装置。悬臂梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述悬臂梁的静电激励振动装置由悬臂梁、接地端、静电驱动极板、交流信号源、底板、金金属层、侧板、压电片、驱动开关和导线组成。所述振动信号提取装置由场效应管、栅极电源、电容、源漏极电源、信号采集器、开关和导线组成。悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；当悬臂梁振动时，压电片随着悬臂梁的振动发生变形，不断被压缩和拉伸，产生随着梁振动的周期性电压，该电压与场效应管的栅极所连接的栅极电源叠加，使场效应管源漏极之间产生变化规律相同的周期性变化电流。悬臂梁振动时，其频率和振动信号提取回路上电流的变化频率是一样的，这样就完成了振动信号的提取。

技术领域

本发明专利是一种振动信号检测装置，特别是一种用于振动信号提取装置，属于振动信号检测领域。

背景技术

振动信号的提取广泛应用于机械振动研究、汽车系统、传感器等领域中。在振动信号的提取中，如何消除外部因素对信号的影响是决定信号精度的主要因素。对于一些振动信号的提取方法，在提取信号时受到一些外部因素如噪声或其他振动的影响等，使得振动信号的提取和检测有较大的误差。为了实现更高的信号提取灵敏度，需要采用影响更小的测量方式，然而如何降低外部因素的影响，成为制约振动信号提取精度提高的难题之一。压电片具有变形后能产生电压的特性，且产生的电压信号较强，非常适合用于测量振动信号。场效应管具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象安全工作区域宽等优点。在振动信号提取方面，通常采用检测位移信号的方法，即将位移信号转化为光、电、磁等信号，通过测量这些信号，实现高灵敏度的位移测量。本发明可以广泛应用于机械振动、力学分析等领域的振动信号检测和提取工作。

发明内容

本发明针对振动信号难以提取的现状，提供一种基于场效应管栅极敏感效应的压电振动传感装置。

本发明专利解决其技术问题所采用的方案是：所述基于场效应管栅极敏感效应的压电振动传感装置，包括悬臂梁的静电激励振动装置、振动信号提取装置两部分。所述悬臂梁的静电激励振动装置，其特征在于：所述悬臂梁的静电激励振动装置由悬臂梁、接地端、静电驱动极板、交流信号源、底板、金金属层、侧板、压电片、驱动开关和导线组成。所述悬臂梁左端固定在侧板上，右端自由，在悬臂梁下表面镀上一层金金属层；所述静电驱动极板位于悬臂梁的正下方，固结于底板上，长度比悬臂梁稍微短一些，悬臂梁下表面的金金属层的左端通过导线连接交流信号源的左端，交流信号源的右端通过导线连接驱动开关的左端，驱动开关的右端通过导线连接静电驱动极板的右端；所述压电片固结在悬臂梁上表面的左端，压电片的右端通过导线与接地端连接，压电片的左端伸出导线(即a端)，与振动信号提取回路上电容的右端(即a端)连接。

所述振动信号提取装置由场效应管、栅极电源、电容、源漏极电源、信号采集器、开关和导线组成。所述场效应管的c端通过导线连接源漏极电源负极，源漏极电源正极通过导线连接信号采集器的左端，信号采集器的右端通过导线连接开关左端，开关右端通过导线连接场效应管的d端，场效应管的b端通过导线连接栅极电源，栅极电源通过导线连接电容的左端，电容的右端通过导线连接悬臂梁上压电片的左端(即a端)。

所述场效应管由金属电极、漏极、源极和栅极组成。所述栅极接出的导线为b端，源极接出的导线为c端，漏极接出的导线为d端。

悬臂梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；当悬臂梁振动时，压电片随着悬臂梁的振动发生变形，不断被压缩和拉伸，产生随着梁振动的周期性电压，该电压与场效应管的栅极所连接的栅极电源叠加，使场效应管源漏极之间产生变化规律相同的周期性变化电流。悬臂梁振动时，其频率和振动信号提取回路上电流的变化频率是一样的，这样就完成了振动信号的提取。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.场效应管应用于机械敏感时，可以使得机械敏感信号能够同电子信号处理与逻辑电路直接耦合，从而使引入的寄生效应最小化。