[发明专利]微音叉谐振器刚度自动匹配结构和方法

权利要求书

1.一种微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，包括：

所述微音叉谐振器的至少两个子谐振器，每个子谐振器上设置有加力结构和匹配结构；

偏置电压电路，所述偏置电压电路的输出端与所述子谐振器的振动质量块连接；

电压发生电路，所述电压发生电路的输出端与所述加力结构连接，以使所述加力结构产生共模驱动力并作用于所述子谐振器；

前置读出电路，所述前置读出电路的输入端与所述子谐振器输出端连接，用于接收所述子谐振器输出的振动位移信号并输出振动信号；

数字处理电路，所述数字处理电路与所述前置读出电路输出端连接，用于对所述振动信号处理，得到开关控制信号和匹配电压信号；

开关电路，所述开关电路与数字处理电路输出端连接，用于将所述匹配电压信号施加于所述开关控制信号所指示的匹配结构中，以使该匹配结构调节与其连接的所述子谐振器的振动质量块的刚度，直至所述子谐振器的振动质量块之间的刚度匹配。

2.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，所述电压发生电路，包括：

正弦波发生器，所述正弦波发生器的输出端与第一数模转换器输入端连接；

第一数模转换器，所述第一数模转换器的输出端与所述加力结构连接，以使所述加力结构产生共模驱动力并作用于所述子谐振器。

3.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，所述前置读出电路，包括：

两条前置读出子电路，所述前置读出子电路与子谐振器的检测电极输出端连接；

差分放大器，所述差分放大器与所述两条前置读出子电路的两个输出端连接，输出差模振动信号。

4.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，所述数字处理电路，包括：

模数转换器，所述模数转换器与所述前置读出电路输出端连接，将所述振动信号数字化处理得到数字量化信号；

全波整流器，所述全波整流器与所述模数转换器输出端连接，对所述数字量化信号进行全波整流；

低通滤波器，所述低通滤波器与所述全波整流器输出端连接，得到幅值信号；

比例积分微分PID控制器，所述PID控制器与所述低通滤波器的输出端连接，对所述幅值信号进行处理得到匹配信号；

第二数模转换器，所述第二数模转换器与所述数字处理电路的匹配信号输出端连接，输出匹配电压信号；

开关控制电路，所述开关控制电路与所述低通滤波器的输出端连接，输出所述开关控制信号。

5.根据权利要求4所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，所述PID控制器对所述幅值信号进行处理得到所述匹配信号，包括：

其中，为一子谐振器在某一振动方向上的刚度，为一子谐振器的所述匹配结构的调节刚度，为另一子谐振器在某一振动方向上的刚度，分别为另一谐振器的所述匹配结构的调节刚度，为和的绝对值，为所述匹配结构的调节电压，为所述两个子谐振器的偏置电压，为静电负刚度转换系数；

通过（1）式和（2）式得到，匹配信号为

其中，为两子谐振器的刚度差。

6.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，所述开关电路，包括：

电子单刀双掷开关，所述电子单刀双掷开关的公共端与所述数字处理电路的匹配电压信号输出端连接，所述电子单刀双掷开关的控制端与所述数字处理电路的开关控制信号输出端连接，所述电子单刀双掷开关将所述匹配电压信号施加于所述开关控制信号所指示的匹配结构中，以使该匹配结构调节与其连接的所述子谐振器的振动质量块的刚度，直至所述子谐振器的振动质量块之间的刚度匹配。

7.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，

所述子谐振器的振动拾取结构包括以下任一：

差分式电容式结构、压电式结构。

8.根据权利要求1所述的微音叉谐振器刚度自动匹配结构，其特征在于，

所述匹配结构为压膜电容的静电负刚度调节结构。