[发明专利]基于弱耦合微机械谐振器的高灵敏度电压测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度电压测量方法及装置，属于电子测量仪器领域。包括了电压测量芯片及信号处理电路，电压测量芯片包括了不低于两个，通过机械耦合梁或者静电耦合连接在一起的弱耦合谐振器、电压输入电极、检测电极和驱动电极。电压信号的输入将改变电压输入电极与谐振器形成的静电负刚度，从而改变弱耦合谐振器系统的总刚度，谐振器系统刚度的变化会使得谐振器能量分布出现急剧失衡，作为输出的两个谐振器的幅值比会剧烈变化，因此，以两谐振器幅值比作为输出可实现超高灵敏的电压测量；输出的两个谐振器都设计有两组检测电极，可实现对于单谐振器的振幅实现差分检测，不仅可以增强信号的强度还消除由驱动电极与检测电极之间存在的电势差引起的馈通电容信号干扰，可以大幅提升测量信号的稳定性与准确度。基于谐振式电压计的测量方法可实时对待测电压信号进行连续测量并且具有较强的抗干扰能力，弥补了数字电压表显示不连续、抗干扰能力差的缺点。

所属领域：

本发明涉及了一种高灵敏度电压测量方法及装置，属于电子测量仪器领域。

背景技术：

电压的测试在工业生产、科学研究等众多领域都有广泛的应用，并且人们对电压测量的精度要求也越来越高，作为常用的电压测量仪器，电压表的测量精度、响应速度以及稳定性等参数也影响着其实际使用效果。

传统的指针式电压表是根据电流的磁效应测量电压大小，流过导线线圈的电流越大，产生的磁力也就使得指针的偏转越大。但是电压表的表头可以通过的电流很小，允许在两端加载的电压也很小，需要给表头并联一个大电阻，做成电压表。理想情况下电压表在电路中被视为断路，但是实际上的测量精确与内阻大小有直接关系。

数字电压表通过模/数转换将测量电压值转换成数字，避免读数时的视觉误差，取得了比传统指针式电压表更为广泛的应用。但目前的数字电压需要专用的A/D转换器进行模拟信号的采样，转换器本身的精度也在很大程度上限制了数字电压表的精度，且精度和速度在一定程度上呈反比。同时，需要搭配专门的译码以及锁存电路将模拟信号转换成数字信号，使得系统的外部设置和电路设计较为复杂。综上，数字电压表存在抗干扰能力差、显示不连续、转换和控制部分难以控制、精度受限等缺点。

本发明提出基于多个串联的弱耦合谐振器，其基于电荷量的计量，来测量电压。基于弱耦合谐振器的电荷分辨率与电压分辨率有如下关系

其中，R_v为电压分辨率，R_e为电荷分辨率，C电压测量芯片的敏感电容。基于弱耦合谐振器的电荷分辨率可达到单个电子级别，因此，基于弱耦合谐振器的电压分辨率可达到高灵敏度。与数字电压表相比，该发法可实时对待测电压信号进行连续测量并且具有较强的抗干扰能力。

发明内容：

本发明的目的是：基于电荷计量，提供一种高灵敏度电压测量装置和测量方法，可实现高灵敏度微弱电压信号的测量。