[发明专利]一种基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计

权利要求书

1.一种基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，包括MEMS谐振式加速度计和外部高频谐振器，MEMS谐振式加速度计的质量块模块两侧对称设置有谐振传感模块，两个谐振传感模块分别通过对应的杠杆机构模块与质量块模块连接，MEMS谐振式加速度计和外部高频谐振器分别通过振荡回路完成数据采集，MEMS谐振式加速度计用于将振动信号以电信号的形式引入至外部高频振荡器中并形成超谐同步，在同步带宽内，高频谐振器呈倍数地放大MEMS谐振式加速度计的频率偏移量输出；

高频谐振器为梁式结构，包括谐振梁(10)，谐振梁(10)的两端分别连接有固支模块，谐振梁(10)的下端悬空设置于单晶硅基底处，固支模块包括位于单晶硅基底上的第一固定支撑端(11-1)和第二固定支撑端(12-1)；第一固定支撑端(11-1)和第二固定支撑端(12-1)上分别均匀溅射有第一金属电极层(11-2)和第二金属电极层(12-2)，单晶硅基底上设置有激励端(13-1)，激励端(13-1)上均匀溅射有第三金属电极层(13-2)，激励端(13-1)与谐振梁(10)之间存在间隙形成电容，间隙尺寸为1～20um，单晶硅基底上设置有检测端(14-1)，检测端(14-1)上均匀溅射有第四金属电极层(14-2)，检测端(14-1)与谐振梁(10)之间存在间隙并形成电容，间隙尺寸为1～20um。

2.根据权利要求1所述的基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，谐振传感模块用于感受质量块模块传导的应力变化并将其转化为谐振频率偏移量输出，频率偏移量Δf_L具体为：

其中，f_L为谐振传感结构的谐振频率，a为外界环境加速度，m_eff为质量块模块的有效质量，为杠杆机构的有效放大倍数，L为谐振传感结构的低频谐振器的梁长，E为杨氏模量，I为旋转惯量。

3.根据权利要求2所述的基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，在同步带宽内，外部高频谐振器和振荡回路组成的高频振荡器的频率输出量Δf_H为：

Δf_H＝N·Δf_L

其中，N为超谐同步阶数。

4.根据权利要求1所述的基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，外部高频谐振器的谐振频率f_h与谐振传感模块的谐振频率f_l的频率比为1：N。

5.根据权利要求4所述的基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，外部高频谐振器中谐振梁(10)的梁长、梁宽及梁厚尺寸均为0～500μm。

6.根据权利要求1所述的基于单向电同步的超谐同步谐振式加速度计，其特征在于，谐振传感模块的比较器信号经分压电阻R'₂输出后，单向输入至加法器(9)，加法器(9)将谐振传感模块输出信号与高频振荡回路的反馈信号进行叠加，以交流电压的形式输入至外部高频谐振器。