[发明专利]一种基于声子频率梳的低频信号检测系统

权利要求书

1.一种基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，包括用于感受振动信号的敏感质量块，敏感质量块通过放大梁(4-1)与菱形结构的检测元件(1-1)连接；敏感质量块将感受到的振动转化为拉力或压力施加在放大梁(4-1)上，再经放大梁传递并放大施加于检测元件(1-1)，动态改变检测元件(1-1)的刚度；检测元件(1-1)经差分电路与频谱分析仪(5-4)连接，利用频谱分析仪(5-4)读取检测元件(1-1)的频谱信息，通过计算谐振子输出信号频谱中频率梳的梳齿间距，得到低频信号的频率，通过一阶梳齿幅值与中心梳齿幅值的比值得到低频信号的幅值。

2.根据权利要求1所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，检测元件(1-1)悬置于镂空的衬底上，通过与衬底绝缘层固结的第一固支锚点(1-2)以及悬置的第二连接锚点(1-3)连接；第一固支锚点(1-2)上均匀溅射有第一金属电极层(1-4)，第二连接锚点(1-3)通过放大梁(4-1)与惯性传感模块的敏感质量块连接；检测元件(1-1)的左右两端向外侧伸出的第一电容平板(1-5)和第二电容平板(1-6)悬置于镂空的衬底上；在第一电容平板(1-5)的对侧设有第三电容平板(2-1)，第三电容平板(2-1)连接谐振子第一激励锚点(2-2)，第一激励锚点(2-2)上均匀溅射有第二金属电极层(2-3)，第一电容平板(1-5)和第三电容平板(2-1)构成第一平板电容；第二电容平板(1-6)的对侧设有第四电容平板(3-1)，第四电容平板(3-1)连接谐振子第一检测锚点(3-2)，第一检测锚点(3-2)上均匀溅射有第三金属电极层(3-3)，第二电容平板(1-6)和第四电容平板(3-1)构成第二平板电容。

3.根据权利要求2所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，第一固支锚点(1-2)、第一激励锚点(2-2)和第一检测锚点(3-2)均为正方形结构，正方形结构的边长为100～300μm。

4.根据权利要求2所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，第一金属电极层(1-4)、第二金属电极层(2-3)、第三金属电极层(3-3)的形状均为正方形，正方形结构的边长为80～250μm。

5.根据权利要求2所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，第一电容平板(1-5)和第三电容平板(2-1)之间，第二电容平板(1-6)和第四电容平板(3-1)之间均存在间隙并形成电容，间隙的距离为1～10μm。

6.根据权利要求2所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，敏感质量块通过放大梁(4-1)与第二连接锚点(1-3)连接。

7.根据权利要求2所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，频谱分析仪(5-4)经差分电路(5-3)分两路，一路与第三金属电极层(3-3)连接，另一路经可调电容(5-2)与第一信号发生器(5-1)连接，第一信号发生器(5-1)通过可调电容(5-2)匹配检测元件(1-1)的寄生电容，经差分电路(5-3)得到纯净的运动信号；第二金属电极层(2-3)与第二信号发生器(6-1)连接，第二信号发生器(6-1)用来激励检测元件(1-1)，检测元件(1-1)输出的振动信号通过频谱分析仪(5-4)读取。

8.根据权利要求1所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，频谱分析仪(5-4)测得的检测元件(1-1)的响应在频域呈现出以激励频率为中心且间距相等的频率梳，频率梳的梳齿间距由敏感质量块的振动频率调节，频率梳的梳齿间距始终等于敏感质量块的振动频率，通过计算频率梳的梳齿间距得到低频信号的频率，通过一阶梳齿幅值与中心梳齿幅值的比值得出低频信号的幅值。

9.根据权利要求8所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，梳齿间距的变化范围为1～300Hz。

10.根据权利要求1所述的基于声子频率梳的低频信号检测系统，其特征在于，检测元件(1-1)的主体为检测谐振子，检测谐振子的结构为菱形，单根梁的长度为200～300μm，单根梁的宽度为6～8μm。