技术特征：
1.一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于，包括有源耦合模块、感测模块和mems谐振器件；所述mems谐振器件包括第一谐振器(1)和第二谐振器(4)，所述第一谐振器(1)和所述第二谐振器(4)通过所述有源耦合模块连接形成闭环回路，从而实现有源耦合；相互耦合后的所述第一谐振器(1)和所述第二谐振器(4)出现反奇偶-时间对称现象，使所述第一谐振器(1)和所述第二谐振器(4)对待测量具有灵敏度；所述感测模块连接所述第一谐振器(1)或所述第二谐振器(4)，用于感应待测量并引起互相耦合的所述第一谐振器和所述第二谐振器频率变化，以得到用于计算待测量的频率信号数据。2.根据权利要求1所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述有源耦合模块包括第一有源耦合电路和第二有源耦合电路；所述第一有源耦合电路的输入端连接所述第一谐振器(1)的输出端，其输出端连接所述第二谐振器(4)的输入端；所述第二有源耦合电路的输入端连接所述第二谐振器(4)的输出端，其输出端连接所述第一谐振器(1)的输入端。3.根据权利要求1或2所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第一有源耦合电路包括第一放大电路(2)和第一调节电路(3)，所述第一放大电路(2)的输入端连接所述第一谐振器(1)的输出端，所述第一放大电路(2)的输出端连接所述第一调节电路(3)的输入端；所述第一放大电路(2)用于将所述第一谐振器(1)产生的动态电流转化为第一电压，并将所述第一电压施加于所述第二谐振器(4)；所述第一调节电路(3)用于调节所述第一放大电路(2)产生的第一电压的幅值及其与驱动电压间的相位。4.根据权利要求3所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第一谐振器(1)包括第一调节电极(11)、第二调节电极(12)、第一驱动电极(13)和第一检测电极(14)；所述第一驱动电极(13)的输入端连接驱动电源的输出端，所述第一驱动电极(13)用于驱动所述第一谐振器(1)振荡以产生其固有频率；所述第一检测电极(14)的输出端连接所述第一放大电路(2)的输入端，所述第一检测电极(14)用于将所述第一谐振器(1)的振动转化为动态电流输入至所述第一放大电路(2)；所述第一调节电极(11)和所述第二调节电极(12)对称设置，均用于调节工艺误差导致的初始失偏。5.根据权利要求3所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第一放大电路(2)为电荷放大电路或电流放大电路。6.根据权利要求1或2所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第二有源耦合电路包括第二放大电路(9)和第二调节电路(10)，所述第二放大电路(9)的输入端连接所述第二谐振器(4)的输出端，所述第二放大电路(9)的输出端连接所述第二调节电路(10)的输入端，所述第二调节电路(10)的输出端连接所述第一谐振器(1)的输入端；所述第二放大电路(9)用于将所述第二谐振器(4)产生的动态电流转化为第二电压，并将所述第二电压施加于所述第一谐振器(1)；所述第二调节电路(10)用于调节所述第二放
大电路(9)产生的第二电压的幅值及其与驱动电压间的相位。7.根据权利要求6所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第二谐振器(4)包括第三调节电极(5)、第四调节电极(6)、第二驱动电极(7)和第二检测电极(8)；所述第二驱动电极(7)的输入端连接驱动电源的输出端，所述第二驱动电极(7)用于驱动所述第二谐振器(4)振荡以产生其固有频率；所述第二检测电极(8)的输出端连接于所述第二放大电路(9)的输入端，所述第二检测电极(8)用于将所述第二谐振器(4)的振动转化为动态电流输入至所述第二放大电路(9)；所述第三调节电极(5)和所述第四调节电极(6)对称设置，均用于调节工艺误差导致的初始失偏。8.根据权利要求6所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述第二放大电路(9)为电荷放大电路或电流放大电路。9.根据权利要求1所述的一种基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器，其特征在于：所述检测模块包括力放大装置(15)、悬臂梁(16)和质量块(17)；所述悬臂梁(16)对称设置于所述质量块(17)的两侧，所述质量块(17)通过所述力放大装置(15)连接所述第一谐振器(1)。10.一种基于权利要求1-9任一项所述的基于有源耦合的二自由度谐振式mems传感器在测量温度、磁场强度、压力、应力应变中的应用。
技术总结
本发明公开了一种基于有源耦合的二自由度谐振式MEMS传感器及应用，属于信息工程领域中的微机电系统及其传感、控制领域。包括有源耦合模块、感测模块和MEMS谐振器件，MEMS谐振器件包括第一谐振器和第二谐振器；有源耦合模块将第一谐振器和第二谐振器相互有源耦合起来，使得第一谐振器的频率和第二谐振器的频率在特定区间内快速收敛，在频率快速收敛的区间内，待测量的变化导致的第一谐振器和第二谐振器的频率变化远高于无有源耦合结构的传统谐振式传感方式，通过检测第一谐振器和第二谐振器的频率变化，以及第一谐振器和第二谐振器的频率变化之差，即可测得待测量变化。本发明可以解决现有技术中谐振式加速度传感器灵敏度和分辨率较低的问题。和分辨率较低的问题。和分辨率较低的问题。
技术研发人员：赵纯
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2020.07.24
技术公布日：2022/1/25