[发明专利]复合振动平面内加速度计

说明书

本文描述用于检测和测量惯性参数(例如加速度)的系统和方法。具体而言，所述系统和方法涉及实现时域感测技术的振动惯性传感器。在复合质量块传感器系统内，感测质量块可以以与其致动频率不同的频率振荡，从而在将传感器集成到驱动系统中时允许灵活性而不牺牲灵敏度。

技术领域

本发明一般涉及用于检测和测量惯性参数(例如加速度)的系统和方法。具体而言，所述系统和方法涉及实现时域感测技术的振动惯性传感器。

背景技术

振动惯性传感器通常以已知的驱动频率振荡感测质量块并测量感测质量块的扰动以检测惯性力和参数。但是，有时候需要，特别是在使用具有用于多个传感器的单个驱动机构的系统时，以可能并非其最佳感测频率的频率驱动感测质量块。允许感测质量块以其驱动频率之外的频率响应于加速度对于保持传感器对惯性力的灵敏度可能是重要的。

发明内容

因此，本文描述了利用感测质量块以与其驱动频率不同的频率测量惯性参数的系统和方法。诸如振动惯性传感器的系统可包括机械地联接到驱动质量块的感测质量块。感测质量块可以被配置为以第一频率在第一方向上响应于惯性力，而驱动质量块被配置为以第二频率在第一方向上被驱动。第一时域开关可以被配置为基于第一电流来生成输出电压，第一电流部分地通过感测质量块的运动来生成。输出可以是第一输出电压。系统可包括与第一时域开关进行信号通信的逻辑电路，并且被配置为基于输出电压确定时间间隔。

在一些示例中，感测质量块的共振频率不同于驱动质量块的共振频率。在一些示例中，第一频率是感测质量块的共振频率，并且第二频率是驱动质量块的共振频率。在一些示例中，第二频率可以高于第一频率。在一些示例中，驱动质量块可利用在第一方向上柔性的联接弹簧机械地联接到感测质量块。

在一些示例中，该系统还可包括刚性地联接到支撑结构的锚结构，并且驱动质量块可利用驱动弹簧机械地联接到锚结构。在一些示例中，联接弹簧的弹簧常数可以高于驱动弹簧的弹簧常数。

在一些示例中，该系统还可包括臂，臂具有沿径向从锚结构穿过到达驱动质量块的主轴。在一些示例中，驱动弹簧可以联接到臂并被配置为使得当臂围绕与第一方向和主轴限定的平面垂直的轴线旋转时驱动质量块基本上在第一方向上移动。在一些示例中，第一方向基本上与臂的旋转相切。在一些示例中，联接弹簧在高振荡频率下可具有高弹簧常数，并且在低振荡频率下具有低弹簧常数。在一些示例中，驱动质量块可利用梳状驱动驱动。

在一些示例中，时域开关包括联接到感测质量块的第一半部分和联接到支撑结构的第二半部分，以及电流在所述第一半部分与所述第二半部分之间生成。在一些示例中，时域开关包括多个时域开关。在一些示例中，第二时域开关可以被配置为基于第二电流来生成第二电压，第二电流部分地通过感测质量块生成。在一些示例中，第一电流与第二电流异相。逻辑还可以被配置为将从第一时域开关生成的信号与从第二时域开关生成的信号线性组合。在示例中，逻辑可以进一步被配置为至少部分地基于时间间隔来确定惯性参数。

本文描述的另一个示例是一种用于确定惯性参数的方法，利用感测质量块以第一频率在第一方向上响应于惯性力，以第二频率在第一方向上驱动机械地联接到感测质量块的驱动质量块，基于部分地通过感测质量块的运动生成的第一电流来从第一时域开关生成输出；以及基于输出确定时间间隔。输出可以是输出电压。驱动和响应的步骤可以同时发生。

在一些示例中，该方法可包括以感测质量块的共振频率利用该感测质量块响应于惯性力，以驱动质量块的共振频率驱动该驱动质量块，并且感测质量块的共振频率可以不同于驱动质量块的共振频率。在一些示例中，振荡感测质量块还可包括利用在第一方向上柔性的联接弹簧将驱动质量块机械地联接到感测质量块。在一些示例中，驱动该驱动质量块还可包括利用驱动弹簧将驱动质量块机械地联接到锚结构，并且其中锚结构刚性地联接到支撑结构。在一些示例中，将感测质量块机械地联接到驱动质量块以及将驱动质量块机械地联接到支撑结构还包括将联接弹簧的弹簧常数设置为低于驱动弹簧的弹簧常数。