[发明专利]一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统及方法

说明书

本发明提供了一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统及方法，检测系统包括中央处理器，中央处理器控制调理电路产生直流偏置的正弦波信号，激励悬臂梁谐振器，调理电路拾取悬臂梁谐振器的谐振信号，并传输给中央处理器分析处理，得到悬臂梁谐振器的谐振频率。利用本发明检测的悬臂梁谐振器谐振频率，检测速度快，检测精度高。

技术领域

本发明涉及一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统及方法，属于便携式实验室精密仪器领域。

背景技术

随着微电子器件的出现，微机械传感器以小体积、高精度的优势快速占领市场。目前，电子技术与悬臂梁谐振器制备技术已经非常成熟。传统的悬臂梁谐振器检测电路主频低、检测速度慢、检测频率范围有限、仪器笨重，传统的扫频算法运算耗时非常长，导致在研究开发谐振器件的过程中浪费了大量时间；目前，实验室微悬臂梁谐振器的制备，急需一种便携式的检测设备，来完成对制备谐振器件参数性能的检测。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统及方法，检测速度快、且精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测系统，包括调理电路、中央处理器和人机交互模块；所述中央处理器控制调理电路产生直流偏置的正弦波信号，激励悬臂梁谐振器，调理电路拾取悬臂梁谐振器的谐振信号，并传输给中央处理器分析处理，得到悬臂梁谐振器的谐振频率，在人机交互模块上显示。

上述技术方案中，所述调理电路包括电源电路、高速ADC采样电路、信号放大电路、峰值检波电路和高速DAC电路。

上述技术方案中，所述电源电路包括锂电池充电电路和电源自动切换电路，所述锂电池充电电路给锂电池进行充电，所述电源自动切换电路为：当外部交流电源接入时，外部电源给整个电源电路供电，5V电源给锂电池充电；当外部交流电源断开时，锂电池升压成5V，给3.3V电源、2V电源和1V电源供电。

上述技术方案中，所述中央处理器分析处理的具体过程为：中央处理器对信号进行快速傅里叶变换，得到悬臂梁谐振器响应信号的振幅，对接收到的128次振幅进行最小二乘法拟合，对拟合函数进行求导，得到悬臂梁谐振器的谐振频率。

一种悬臂梁谐振器的谐振频率检测方法，中央处理器扫描按键是否按下：若精度优化按键按下，则采用有限点精度优化方法进行优化；若采样按键按下，则对悬臂梁谐振器的谐振频率进行快速扫描；若联网更新按键按下，中央处理器控制GPRS模块进行联网更新；若开关机按键按下，则保存数据，并进行关机。

进一步，所述有限点精度优化方法，具体为：

步骤(1)，计算采样时间

步骤(2)，采样频率为f＝20MHz的标准正弦波信号；

步骤(3)，将采样时间T₀代入快速傅里叶变换；

步骤(4)，快速傅里叶变换计算当前频率f₀；

步骤(5)，计算频率差值f_error＝f₀-f；

步骤(6)，判断差值f_error是否小于±5‰，小于则跳转步骤(8)，否则跳转步骤(7)；

步骤(7)，进行比例反馈调节，f₀＝f₀+P×f_error，跳转到步骤(1)；

步骤(8)，输出最终的T₀。

进一步，所述悬臂梁谐振器的谐振频率进行快速扫描的具体过程为：