[发明专利]基于多频率激励的微梁非线性振动组合信号发生装置

说明书

基于多频率激励的微梁非线性振动组合信号发生装置包括信号驱动装置和信号采集装置两部分。信号驱动装置由上极板驱动直流电源、上极板驱动交流电源、上极板、微梁、下极板、下极板驱动交流电源、下极板驱动直流电源和固定端组成。信号采集装置由压阻振动信号采集器、分压电阻、信号采集电源、信号功率放大器、倍频信号和带通滤波器组成。当组合信号频率接近于振动系统固有频率时，微梁产生非线性组合共振，产生组合共振信号，组合共振信号由基波信号和组合信号组成，再经过带通滤波器滤波后产生倍频信号。

技术领域

本发明专利是一种组合信号发生装置，特别是一种基于多频率激励的微梁非线性振动组合信号发生装置，属于振动信号发生领域。

背景技术

随着微波技术的发展,微波倍频器广泛用于通信、雷达、频率合成和测量等技术中,它在小功率高稳定的振荡器、频率综合器、锁相振荡器和毫微秒脉冲产生器等技术中也得到了广泛的应用。近年来，超高频信号发射和接收装置、新一代高速计算机时钟信号发生装置等高新技术装备已经或者将要进入人们的生活，成为高速通讯、无人驾驶、高端机器人和大数据信息处理等领域的核心部件。基于信号倍频原理的倍频技术成为微波频率放大的主要方法之一，其电路和关键器件性能研究与制备成为近年来研究的焦点问题。但是，基于电子振荡倍频器的静态工作点容易受温度、电磁场等因素影响，导致倍频电路工作稳定性变差。另外，电路板的工作稳定性还受电路性能、材料所使用铜箔类型及铜箔表面粗糙度、介电常数随温度的变化、材料吸湿性等因素影响，导致电路结构复杂，信号稳定性变差，制约了高频信号倍频放大技术的发展。

发明内容

基于多频率激励的微梁非线性振动组合信号发生装置包括信号驱动装置和信号采集装置两部分。所述信号驱动装置由上极板驱动直流电源、上极板驱动交流电源、上极板、微梁、下极板、下极板驱动交流电源、下极板驱动直流电源和固定端组成。微梁与左、右端固定端固定连接，形成两端固支梁；微梁正上方为上极板，上极板左端与上极板驱动直流电源和上极板驱动交流电源串联，上极板驱动直流电源接地，微梁与上极板形成一个电容器；上极板驱动直流电源向电容器充直流电压，上极板驱动交流电源向电容器充放电，驱动微梁产生振动。微梁正下方为下极板，下极板左端与下极板驱动直流电源和下极板驱动交流电源串联，下极板驱动直流电源接地，微梁与下极板形成一个电容器；下极板驱动直流电源向电容器充直流电压，下极板驱动交流电源向电容器充放电，驱动微梁产生振动。

所述信号采集装置由压阻振动信号采集器、分压电阻、信号采集电源、信号功率放大器、倍频信号和带通滤波器组成。压阻振动信号采集器与微梁粘接在一起，压阻振动信号采集器随着微梁振动时，其电阻发生周期性变化；分压电阻与压阻振动信号采集器串联，组成桥式电路，由信号采集电源提供直流供电电压，振动电压信号经信号功率放大器放大后，通过带通滤波器滤波后形成倍频信号。

所述基于多频率激励的微梁非线性振动组合信号发生装置，当组合信号频率接近于振动系统固有频率时，微梁产生非线性组合共振，产生组合共振信号，组合共振信号由基波信号和组合信号组成，再经过带通滤波器滤波后产生倍频信号

其中，m、c、k₁和k₃分别代表系统的等效质量、阻尼、线性和非线性刚度，它们与梁的材料和结构参数有关，ρ、w、h和l分别是微梁的单位长度密度、宽度、高度和长度，E为微梁的弹性模量，I为微梁的惯性矩，为信号相位，n为信号放大倍数，C微梁为电容器电容值，V_ac1和V_ac2分别是上极板驱动交流电源和下极板驱动交流电源电压，上极板驱动直流电源和下极板驱动直流电源电压均为V_dc；Ω₁、Ω₂和ω₀分别是上极板驱动交流电源电压驱动频率、下极板驱动交流电源电压驱动频率和微梁固有频率；m＝0.396ρwhl，

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.静电驱动方法是一种无接触驱动方法，机械方法产生电信号，抗干扰能力强。