[发明专利]一种基于PT对称谐振器的微机械加速度计及其检测方法

权利要求书

1.一种基于PT对称谐振器的微机械加速度计的加速度检测方法，其特征在于，该加速度计具有：

PT对称谐振器包括质量、刚度完全相同的第一谐振器(A1)和第二谐振器(A2)，第一谐振器(A1)和第二谐振器(A2)通过固定在锚区(122)的机械耦合结构(121)形成串联连接；第一谐振器(A1)包括第一质量块(101)和第一弹性支撑梁(103)，第二谐振器(A2)包括第二质量块(102)和第二弹性支撑梁(104)；第一质量块(101)与第二质量块(102)在水平方向上左右对称放置；第一弹性支撑梁(103)和第二弹性支撑梁(104)分别将第一质量块(101)、第二质量块(102)支撑在上下两侧的机械耦合结构(121)上；

第一耦合极板(105)通过短梁连接在第一质量块(101)的右侧，第二耦合极板(106)通过短梁连接在第二质量块(102)的左侧；

第一谐振器(A1)的第一输入极板(107)通过短梁连接在第一质量块(101)的左侧，第二输入极板(117)固定在第三锚区电极(118)，并和第一输入极板(107)正对靠近放置；第二谐振器(A2)的第三输入极板(108)通过短梁连接在第二质量块(102)的右侧，第四输入极板(119)固定在第四锚区电极(120)，并和第三输入极板(108)正对靠近放置；

固定在第一上锚区电极(110)上的第一上差分电容检测极板(109)与第一质量块(101)的顶端左侧的梳状极板相耦合，固定在第一下锚区电极(112)上的第一下差分电容检测极板(111)与第一质量块(101)的底端左侧的梳状极板相耦合；固定在第二上锚区电极(114)上的第二上差分电容检测极板(113)与第二质量块(102)的顶端右侧的梳状极板相耦合，固定在第二下锚区电极(116)上的第二下差分电容检测极板(115)与第二质量块(102)的底端右侧的梳状极板相耦合；

闭环自激驱动电路(B)的输入端(201)连接到第二上锚区电极(114)和第二下锚区电极(116)，输出端(207)连接到第三锚区电极(118)；

加速度检测方法包括以下步骤：

通过第三锚区电极(118)给PT对称谐振器施加初始激励信号，调节闭环自激驱动电路(B)使第一谐振器(A1)和第二谐振器(A2)的阻尼大小相等、符号相反，PT对称谐振器工作在奇异点，只有一个谐振频率；

将工作在奇异点的PT对称谐振器置于待测加速度环境中，加速度对PT对称谐振器的刚度产生微扰，PT对称谐振器的工作状态偏离奇异点，第一谐振器(A1)与第二谐振器(A2)的谐振频率间产生频率分裂量Δω；

根据检测得到的频率分裂量Δω，得到待测加速度对PT对称谐振器产生的刚度微扰量Δk；最后根据刚度微扰量Δk与待测加速度的标定关系得到待测加速度。

2.如权利要求1所述的一种基于PT对称谐振器的微机械加速度计的加速度检测方法，其特征在于，所述频率分裂量Δω计算公式为：

其中，k为PT对称谐振器的刚度、m为PT对称谐振器的质量、c为PT对称谐振器的运动阻尼、k_c为PT对称谐振器的耦合刚度，且k、m、c、k_c均为已知。

3.如权利要求1所述的一种基于PT对称谐振器的微机械加速度计的加速度检测方法，其特征在于，所述闭环自激驱动电路(B)的输入端(201)还可连接到第一上锚区电极(110)和第一下锚区电极(112)，输出端(207)连接到第三锚区电极(118)。

4.如权利要求1所述的一种基于PT对称谐振器的微机械加速度计的加速度检测方法，其特征在于，所述闭环自激驱动电路(B)包括按顺序连接的输入端(201)、机电转换模块(202)、滤波模块(203)、增益控制模块(204)、相位控制模块(205)、电机转换模块(206)、输出端(207)。