一种微机械谐振传感器的频率读出及分析方法.pdf

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1、2013钲仪表技术与2Ol3第7期InstrumentTechniqueNo．7一种微机械谐振传感器的频率读出及分析方法刘恒，孙冬娇，(1．南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京210044；2．江苏省气象探测与信息处理重点实验室，江苏南京210044)摘要：为了对微机械谐振传感器的振动信号频率进行读出及短期稳定度分析，文中以静电驱动的某微机械振动双框架陀螺为例，介绍了频率调制解调的接口信号读取方法，并利用频率计和软件插件对振动频率进行了采样，最后利用Al—lan方差分析了频率的短期稳定性。利用介绍方法测得实验室制作的微机

2、械振动陀螺驱动模态谐振频率为13．552kHz。7min内频率偏差在-4-10ppm(1ppm=10)以内，稳定度达到应用要求。关键词：谐振传感器；频率；稳定度；艾伦方差中图分类号：TN911．23文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)07—0014—03ResearchonFrequencyReadoutandStabilityAnalysisMethodforMIEMSResonantSensorLIUHeng一，SUNDong-jiao’，(1．CollegeofElectronic＆information

3、Engineering，NanjingUniversityofinformation＆technology，Nanjing210044，China；2．JiangsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandInformationProcessing，Nanjing21004，China)Abstract：InordertoreadouttheresonancefrequencysignalandanalyzethefrequencystabilityinshorttimeforMEM

4、Sreso—nantsensor，thispaperintroducedtheprincipleoffrequencymodulation，andan—modulationandthenmadeuseofthisprincipletoreadouttheoutputsignalofadoubleframeworksgyroscope．Meanwhile，afrequencycounterandsoftwareplug—inblockwereusedfordataacquisition．shorttimefrequencystab

5、ilityanalysiswasfinishedbyAllanerrormethod．Theexperimentshowstheresonancefrequencyofdoubleframeworksgyroscopeis13．552kHzfordrivemodeandthefrequencyaccuracyoftheclose—loopselfoscilla—tionsystemisabout±10ppmin7minutes．Keywords：resonantsensor；frequency；stability；Allaner

6、or0引言极板问的杂散电容。虽然杂散电容相对驱动电容和静态检测基于硅微机械加E技术制造的，具有力学谐振频率的微谐电容小很多，但杂散电容比检测电容中由于振梁振动引起的动振式传感器是一类非常重要的传感器。它通过检测其机械谐态电容大很多，信号读取需要测量的是检测电容中的动态电振器谐振频率的变化来实现外部物理量的测量，特点是尺寸容，所以需要抑制杂散电容的同频干扰。读取的信号是正弦小，制作成本低廉，功耗小，易与数字电路接口，具有广阔的应波，频率与振梁的振动频率一致，为了反映频率信号对待测量用前景⋯。同时，微谐振式传感器的重复性、分辨率和稳

7、定性物理量的最小分辨率，需要分析频率信号本身的稳定度。文中非常优良。它适于测茸多种物理量，如压力、真空度、角速度、首先提出了频率调制解调的信号读取方法，并针对信号分析了加速度、流量、温度、湿度和气体成分等。目前谐振传感器大多振梁振动的频率稳定度。是频率输出，一般通过开环激励的方法测量微谐振器特性，如1静电驱动微机械谐振传感器读出电路原理谐振频率、谐振峰值、谐振相移、品质因数Q等，而应用时则采典型静电驱动的微机械谐振器一般包括振梁、驱动极板、用闭环驱动微谐振器工作。因此其闭环驱动电路主要是围绕检测极板，其中振梁主要有悬臂梁、双端固

8、支梁等几种，目前应着频率输出来设计的、闭环工作的谐振器可以提高测量精度，用比较多的为双端固支梁。加载静电力的驱动极板和电容检扩大量程，改善系统动态特性J。由于谐振传感器要振动起测极板有梳齿结构和平行板两种，一般为了减小静电驱动力的来，目前的驱动方式有电热激励、电