[发明专利]一种电磁悬浮微质量测量系统

说明书

本发明公开了一种电磁悬浮微质量测量系统，包括检测信号发生器、前置放大器、锁相放大器、激振信号发生器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器；所述锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路；所述前置放大器包括相连接的I‑V转换电路和放大器；所述控制器的输入端与锁相放大器相连，控制器的输出端与激振信号发生器连接，激振信号发生器所输出的激振交流电压经高压放大器放大、控制电压合成器处理后输出到控制电极对上，通过产生的静电力控制电磁悬浮微质量的轴向振动以获取谐振频率，谐振频率的变化反映微质量大小。本发明能实现微小质量测量，且具有测量精度高的优点。

1、技术领域

本发明涉及微机电系统中的微质量测量领域，特别涉及一种电磁悬浮微质量测量系统。

2、背景技术

MEMS即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems)，是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。利用微加工技术制造出微型器件并进行相应处理电路设计，可广泛应用于传感器和驱动器中。MEMS谐振式质量测量是其中一个典型应用，主要原理是通过改变MEMS谐振器固有的物理特性，如有效质量和刚度，将改变谐振器的相应谐振频率，从而将频移视为传感输出度量，被广泛应用于微质量测量中。

为实现对微质量的测量，现有的方法一般是把质量块安装在悬臂梁上，在交流电压的静电驱动下使质量块产生谐振，得出谐振频率。当安装微质量后，再次测出谐振频率，得到的频率差反映所测微质量大小。这种方法所测微质量精度受机械扭转梁刚度限制，还存在加工工艺复杂，成品率不高、难以更换质量块的缺陷。

3、发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种电磁悬浮微质量测量系统，能实现对微质量的测量，且测量精度高。

本发明所采用的技术方案如下：一种电磁悬浮微质量测量系统，包括检测信号发生器、前置放大器、锁相放大器、激振信号发生器、高压放大器、控制电压合成器、移相电路及控制器；检测信号发生器分别与移相电路、控制电压合成器连接，移相电路与锁相放大器连接；锁相放大器包括相连接的乘法器和低通滤波电路，乘法器分别与前置放大器、移相电路连接，低通滤波电路与控制器连接；前置放大器包括相连接的I-V转换电路、放大器，I-V转换电路用于采集电磁悬浮微质量轴向振动位移信息，放大器经锁相放大器后与控制器的输入端连接；控制器的输出端与激振信号发生器连接，所输出的激振交流电压经高压放大器放大、控制电压合成器处理后输入到电磁悬浮微质量测量机械结构的谐振控制电极上，通过产生的静电力控制电磁悬浮微质量轴向振动。

优选地，所述控制器包括一路A/D转换电路和三路I/O输出电路，通过I/O输出数字信号控制激振信号发生器以产生相应激振频率信号，再通过A/D转换电路将质量块轴向振幅模拟信号转换成数字信号以得到谐振频率。

优选地，所述控制器为DSP或ARM控制器。

优选地，所述检测信号发生器包括相连接的主控芯片和DDS芯片，其中主控芯片为单片机。

优选地，所述激振信号发生器包括相连接的DDS芯片和带通滤波器。

优选地，所述检测信号发生器还包括两路带通滤波器，其中一路带通滤波器与控制电压合成器连接，另外一路带通滤波器经移相电路与锁相放大器连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明技术方案通过公共电极检出质量块的轴向振幅信号，经过处理后进入控制器获得数字信号，再和相应的激振频率构成频率-振幅关系，最大振幅处所对应的激振频率即为谐振频率，由于采用全数字化闭环测量方法，该谐振频率测量精度高，利用谐振频率的偏移能实现对微小质量的测量。

4、附图说明