一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法
1.本发明涉及微机电传感器技术领域，特别涉及一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法。
背景技术：
2.微机电谐振式器件是用微电子工艺加工的特征尺寸在微米量级的器件，是多类微传感器的核心结构组件，如微机电陀螺、微谐振式加速度传感器、微谐振式压力传感器等，其体积小、成本低、适于批量加工，有着广泛的应用前景。
3.品质因数(q值)是微机电谐振式器件的重要结构参数，表征了微结构在一个振动周期内的能量损耗，如空气阻尼损耗、热弹性阻尼损耗、表面损耗和锚点支撑损耗等。通常利用真空封装技术获取高q值(104～105量级)以降低器件的机械热噪声和驱动能量。但过高的q值会使微机电谐振式器件在冲击和振动条件下，激发干扰模态，响应回复时间过长，影响其力学性能。因此，相对于高q值的获取，q值的热稳定性更为重要，微机电谐振式器件在温变环境中，封装内部的气体阻尼和结构阻尼均会发生变化，从而使q值发生极大的变化，影响器件的性能。因此对微机电谐振式器件q值的稳定性控制极为重要。
4.现有技术中，通过以下几种方式对q值进行控制：(1)通过在器件封装内放置吸气剂材料来对q值进行控制，但该方法只能在一定范围内调节q值，并不能有效提升q值的热稳定性；(2)利用速度反馈对器件的阻尼进行控制，由于不直接调节q值，因此不能避免谐振器横幅驱动时全温范围内驱动电压的总体变化；(3)在片上设计了多个压膜阻尼结构，通过改变间隙增加器件的阻尼，但是无法提升q值的热稳定性；(5)通过增加控温结构对芯片进行加温，尽管可以稳定q值，但该方法增加了系统的设计复杂性和成本。因此，现有的方法难以实现对q值的准确控制，以保证q值的稳定性。
技术实现要素：
5.鉴于上述问题，本发明实施例提供了种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
6.本发明实施例的第一方面，公开了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，所述装置包括：
7.微机电谐振式器件，所述微机电谐振式器件包括：驱动结构、振动质量块、振动拾取结构、阻尼调节结构；
8.闭环驱动电路，所述闭环驱动电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构连接，所述闭环驱动电路的第一输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构连接；
9.阻尼控制电路，所述阻尼控制电路的输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，所述阻尼控制电路的输出端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。
10.可选地，所述驱动结构、振动拾取结构和阻尼调节结构是变面积滑膜梳齿型电容结构，或变间隙压膜平行板型电容结构。
11.可选地，所述微机电谐振式器件包含片上阻尼调节电阻，所述片上调节电阻与所述微机电谐振式器件集成在同一芯片衬底上，所述片上调节电阻与所述阻尼调节结构相连。
12.可选地，所述闭环驱动电路，包括：
13.前置读出电路，所述前置读出电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构相连，将位移信息转换为振动位移电压，输出所述振动位移电压；
14.幅值提取单元，所述幅值提取单元的输入端与所述前置读出电路的输出端连接，输出所述振动位移电压的幅值信号；
15.移相器，所述移相器的输入端与所述前置读出电路的输出端相连，对所述振动位移电压进行相位调整，输出与驱动电压同相的电压信号；
16.加法器，所述加法器的第一输入端输入位移目标电压vr，所述加法器的第二输入端与所述幅值提取单元的输出端连接，输出位移误差电压；
17.控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出驱动闭环控制电压；
18.乘法器，所述乘法器的第一输入端与所述移相器的输出连接，所述乘法器的第二输入端与所述控制器的输出端连接，输出驱动电压，所述乘法器的输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构连接。
19.可选地，所述阻尼控制电路，包括：
20.加法器，所述加法器的第一输入端输入目标驱动电压vc，所述加法器的第二输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，输出品质因数误差电压；
21.控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出阻尼控制电压；
22.调节电阻，所述调节电阻为普通直插电阻，或贴片式双端电阻，所述调节电阻的输入端与所述控制器的输出端连接，所述调节电阻的输出端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。
23.可选地，所述阻尼控制电路，包括：
24.加法器，所述加法器的第一输入端输入目标驱动电压vc，所述加法器的第二输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，输出品质因数误差电压；
25.控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出阻尼控制电压；
26.调节电阻，所述调节电阻为具有电控的三端可变电阻器件，所述调节电阻的第一端与所述控制器的输出端连接，所述调节电阻的第二端输入固定控制电压vb，所述调节电阻的第三端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。
27.可选地，所述三端可变电阻器件是电压控制的压控电阻，或数字控制电位器；根据阻值需求，可将多个所述三端可变电阻器件串联或者并联，以得到不同阻值。
28.可选地，所述控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。
29.本发明实施例的第二方面，公开了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升方法，应用于权利要求本发明实施例第一方面所述的微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，所述方法包括：
30.在闭环驱动电路中输入位移目标电压vr使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，并得到驱动闭环控制电压；
31.将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，以实现对所述微机电谐振器品质因数的闭环动态调节。
32.可选地，所述将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，包括：
33.利用所述阻尼控制电路中的加法器将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压进行比较，得到品质因数误差电压；
34.利用控制器对所述品质因数误差电压进行调节，得到阻尼控制电压，并通过调节电阻将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构。
35.本发明实施例包括以下优点：
36.采用本发明实施例提供的微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，在微机电谐振式器件中增加了阻尼调节结构，通过闭环驱动电路可使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，并利用阻尼控制电路对阻尼控制电压或调节电阻进行动态调节，从而实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，以使与品质因数相关的驱动电压维持在目标驱动电压vc不变，实现品质因数稳定性提升。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件结构示意图；
39.图2是本发明实施例提供的另一种微机电谐振式器件结构示意图；
40.图3是本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置；
41.图4是本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件闭环驱动电路示意图；
42.图5是本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件阻尼控制电路示意图；
43.图6是本发明实施例提供的另一种微机电谐振式器件阻尼控制电路示意图；
44.图7是本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升方法步骤流程图。
具体实施方式
45.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.为提升温度变化条件下微机电谐振式器件q值的稳定性，发明实施例提出利用焦耳热耗散效应对微机电谐振式器件的q值进行动态调节，具体的，在微机电谐振器件的驱动模态方向上添加一组独立的用于阻尼调节的阻尼调节结构，通过一电阻连接至一控制电
压。当微机电谐振式器件被驱动时，会产生运动电流，该电流通过电阻会产生热耗散，通过这种能量耗散改变了微机电谐振式器件的q值。其调节基本原理可描述为：
[0047][0048]
其中，c
ej
为焦耳热效应所产生的焦耳，阻尼r为连接至阻尼调节结构上的电阻，k
vf
为微机电谐振式器件电压至驱动力的转换系数，c0为驱动结构初始电容，ωd为微机电谐振式器件的谐振频率，vb为控制电压。通过调节控制电压vb或者电阻r，增加了微机电谐振式器件的阻尼系数，进而改变了器件的q值。
[0049]
基于上述调节原理，本发明实施例提供了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置结构示意图，所述装置包括：微机电谐振式器件1、闭环驱动电路301和阻尼控制电路302组成。
[0050]
(一)微机电谐振式器件：
[0051]
如图1所示，图1是本实施例提供的一种微机电谐振式器件结构示意图，所述微机电谐振式器件包括：驱动结构3、振动质量块5、振动拾取结构6、阻尼调节结构8。2、4、7分别为驱动结构3、振动拾取结构6和阻尼调节结构8的对外引出电极。在驱动结构3上施加驱动电压可产生驱动力，该驱动力带动振动质量块5产生振动，其位移变化量被振动拾取结构6获取，并将获取到的位移变化量转变为电容变化量，并通过电极7输出。控制电压10通过一外置电阻9连接至阻尼调节结构电极4。通过改变控制电压10的大小及外置电阻9的大小，可对器件的阻尼进行调节。
[0052]
在一种可选的实施例中，所述微机电谐振式器件包含片上阻尼调节电阻，所述片上调节电阻与所述微机电谐振式器件集成在同一芯片衬底上，所述片上调节电阻与所述阻尼调节结构相连。示例地，如图2所示，该微机电谐振式器件不需要外置调节电阻，将调节电阻11和微机电谐振式器件做于同一芯片上，具体地，可采用多晶硅电阻。
[0053]
此外，所述驱动结构3、振动拾取结构6和阻尼调节结构8通常采用差分式电容式结构，可以是变面积滑膜梳齿型电容结构，或变间隙压膜平行板型电容结构。
[0054]
与现有的微机电谐振式器件相比，本实施例在微机电谐振式器件上增加了阻尼调节结构，进而通过改变控制电压和电阻的大小实现对微机电谐振式器件的阻尼调节，实现对微机电谐振式器件的q值的准确控制。
[0055]
(二)闭环驱动电路，所述闭环驱动电路301的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构6连接，所述闭环驱动电路的第一输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构3连接。
[0056]
在本实施例中，闭环驱动电路的输入端是通过振动拾取结构电极7与微机电谐振式器件连接，该闭环驱动电路有两个输出端，第一输出端输出驱动电压304通过微机电谐振式器件的驱动结构电极2与驱动结构3连接，形成驱动闭环。进而利用闭环驱动电路使微机电谐振式器件在位移目标电压vr的的控制下在其谐振频率处进行恒幅振动。
[0057]
在一种可选的实施例中，图4为本实施例提供的一种微机电谐振式器件闭环驱动电路示意图，所述闭环驱动电路301，包括：
[0058]
前置读出电路401，所述前置读出电路401的输入端300与所述微机电谐振式器件
的振动拾取结构6相连，将位移信息转换为振动位移电压402，输出所述振动位移电压402；
[0059]
幅值提取单元403，所述幅值提取单元403的输入端与所述前置读出电路的输出端连接，输出所述振动位移电压402的幅值信号404；
[0060]
移相器411，所述移相器411的输入端与所述前置读出电路的输出端相连，对所述振动位移电压402进行相位调整，输出与驱动电压304同相的电压信号407；
[0061]
加法器405，所述加法器405的第一输入端输入位移目标电压vr406，所述加法器405的第二输入端与所述幅值提取单元403的输出端连接，输出位移误差电压410；
[0062]
控制器408，所述控制器408的输入端与所述加法器405的输出端连接，输出驱动闭环控制电压303；
[0063]
乘法器409，所述乘法器409的第一输入端与所述移相器411的输出连接，所述乘法器409的第二输入端与所述控制器408的输出端连接，输出驱动电压304，所述乘法器409的输出端与所述微机电谐振式器件1的驱动结构2连接。
[0064]
在本实施例中，前置读出电路401的输入端300同微机电谐振式器件的振动拾取结构电极7相连，将振动拾取结构6输出的位移信息转换为振动位移电压402，其中，位移信息是振动拾取结构6获取的振动质量块5的位移变化量；前置读出电路401的输出振动位移电压402通过第一输出端输入到幅值提取单元403和第一输出端输入到移相器411。之后通过幅值提取单元403得到振动位移电压402的幅值信号404，并将该并幅值信号404输入到加法器405，同位移目标电压vr406进行作差得到位移误差电压410。再将位移误差电压410连接至控制器408得到驱动闭环控制电压303。同时振动位移电压402通过移相器411后得到电压信号407，该信号与驱动电压304同相。将电压信号407同驱动闭环控制电压303输入到乘法器409中得到驱动电压304，该驱动电压304将与微机电谐振式器件的驱动结构电极2连接。进而通过该闭环驱动电路可以使微机电谐振式器件在其谐振频率处以位移目标电压vr406进行恒幅振动。
[0065]
(三)阻尼控制电路，所述阻尼控制电路302的输入端与所述闭环驱动电路301的第二输出端连接，所述阻尼控制电路302的输出端与所述微机电谐振式器件1的阻尼调节结构8连接。
[0066]
由于在闭环驱动电路的控制下，该微机电谐振式器件的振动质量块将在其谐振频率处保持恒幅振动。此时，闭环驱动电路301将驱动闭环控制电压303(驱动电压304的幅值信号)通过第二输出端传输至阻尼控制电路302，阻尼控制电路302的输出连接至微机电谐振式器件的阻尼调节结构电极4。进而实现通过阻尼控制电路对微机电谐振式期间的q值进行调节。
[0067]
在一种可选的实施例中，图5为本实施例提供的一种微机电谐振式器件阻尼控制电路示意图，所述阻尼控制电路302，包括：
[0068]
加法器501，所述加法器501的第一输入端输入目标驱动电压vc502，所述加法器501的第二输入端与所述闭环驱动电路301的第二输出端连接，输出品质因数误差电压503；
[0069]
控制器504，所述控制器504的输入端与所述加法器502的输出端连接，输出阻尼控制电压505；
[0070]
调节电阻506，所述调节电阻506为普通直插电阻，或贴片式双端电阻，所述调节电阻506的输入端与所述控制器504的输出端连接，所述调节电阻506的输出端与所述微机电
谐振式器件的阻尼调节结构8连接。
[0071]
在本实施例中，将闭环驱动电路301中的驱动闭环控制电压303连接至加法器501同目标驱动电压vc502进行作差，得到品质因数误差电压503，再将品质因数误差电压503输入到控制器504得到阻尼控制电压505。阻尼控制电压505再通过调节电阻506直接连接至微机电谐振式器件的阻尼调节结构8，完成阻尼控制闭环。进而在温变条件下，通过该阻尼控制电路302对阻尼控制电压进行动态调节，从而实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，可以使与q值相关的驱动电压(即驱动闭环控制电压303)维持在目标驱动电压502不变，即实现了q值稳定性提升。此外，可以根据需要，调节目标驱动电压vc502的值大小，来获得不同的q值，实现对微机电谐振式器件的q值进行精确控制。
[0072]
在另一种可选的实施例中，如图6所示，图6为本实施例提供的另一种微机电谐振式器件阻尼控制电路示意图，所述阻尼控制电路302，包括：
[0073]
加法器501，所述加法器501的第一输入端输入目标驱动电压vc 502，所述加法器501的第二输入端与所述闭环驱动电路301的第二输出端连接，输出品质因数误差电压503；
[0074]
控制器504，所述控制器504的输入端与所述加法器502的输出端连接，输出阻尼控制电压505；
[0075]
调节电阻507，所述调节电阻507为具有电控的三端可变电阻器件，所述调节电阻507的第一端与所述控制器504的输出端连接，所述调节电阻507的第二端输入固定控制电压vb10，所述调节电阻507的第三端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节8结构连接。
[0076]
在本实施例中，调节电阻507为具有电控的三端可变电阻器件，具体地，所述三端可变电阻器件是电压控制的压控电阻，在实际使用时，可根据阻值需求，可将多个所述三端可变电阻器件串联或者并联，以得到不同阻值。
[0077]
将闭环驱动电路301中的驱动闭环控制电压303连接至加法器501同目标驱动电压vc502进行作差，得到品质因数误差电压503，再将品质因数误差电压503输入到控制器504得到阻尼控制电压505。将阻尼控制电压505连接至调节电阻507的控制端口508。调节电阻507的一端连固定控制电压vb10，另一端连接至微机电谐振式器件的阻尼调节结构8，进而完成阻尼控制闭环。在温变条件下，通过该阻尼控制电路对调节电阻进行动态调节，从而实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，可以使与q值相关的驱动电压(即驱动闭环控制电压303)维持在目标驱动电压502不变，即实现了q值稳定性提升。
[0078]
需要说明的是，当采用图2所示的微机电谐振式器件结构时，可不需要外置电阻，将阻尼控制电路输出阻尼控制电压505直接连接至片上电阻11的输入端12就能实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定。
[0079]
此外，在闭环驱动电路和阻尼控制电路中的控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。在实际应用中，将目标控制值与实际反馈值之间的误差输入到控制器中，以使控制器输入控制信号对控制对象进行控制。例如，在闭环驱动电路中，在控制器408中输入位移误差电压410，在经过控制器408调整后输出驱动闭环控制电压303；在阻尼控制电路中，在控制器504中输入品质因数误差电压503，在经过控制器504调整后输出阻尼控制电压505。
[0080]
在本实施例中，公开了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，在微机电谐振式器件中增加了阻尼调节结构，通过闭环驱动电路可使微机电谐振式器件在其谐振
频率处进行恒幅振动，并利用阻尼控制电路对阻尼控制电压或调节电阻进行动态调节，从而实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，以使与品质因数相关的驱动电压维持在目标驱动电压vc不变，实现品质因数稳定性(q值)提升。
[0081]
本发明实施例还提供了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升方法，所述方法应用于上述微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，如图7所示，图7是本发明实施例提出的一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升方法步骤流程图，所述方法包括：
[0082]
步骤s701：在闭环驱动电路中输入位移目标电压vr使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，并得到驱动闭环控制电压。
[0083]
步骤s702：将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，以实现对所述微机电谐振器品质因数的闭环动态调节。
[0084]
在本实施例中，位移目标电压vr是用于控制微机电谐振式器件进行恒幅振动的控制电压，当在闭环驱动电路中输入位移目标电压vr后，在该闭环驱动电路的控制下，将驱动电压输入到微机电谐振式器件的驱动结构，进而产生驱动力以使振动质量块产生振动，即使微机电谐振式器件处于恒幅振动，此外，该闭环驱动电路可以根据谐振式器件q值的大小动态调节驱动电压，使谐振式器件的振动位移保持恒定。其中，恒幅振动是指微机电谐振式器件以恒定幅值进行振动。
[0085]
目标驱动电压vc是用于控制微机电谐振式器件的品质因数(q值)的控制电压，当该微机电谐振式器件通过闭环驱动电路处于恒幅振动状态后，闭环驱动电路同时还输出的驱动闭环控制电压。阻尼控制电路根据该驱动闭环控制电压和目标驱动电压vc对微机电谐振器的阻尼进行控制，以实现对微机电谐振器品质因数的闭环动态调节，即使微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，进而与q值相关的驱动电压维持在目标驱动电压vc不变，实现了q值稳定性提升。
[0086]
具体地，所述将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，包括：
[0087]
利用所述阻尼控制电路中的加法器将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压进行比较，得到品质因数误差电压；
[0088]
利用控制器对所述品质因数误差电压进行调节，得到阻尼控制电压，并通过调节电阻将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构。
[0089]
在本实施例中，基于改进后的微机电谐振式器件、闭环驱动电路和阻尼控制电路可以实现高效、精确地对微机电谐振式器件的品质因数进行控制，实现温度变化条件下，q值变化极小，驱动电压幅度恒定。
[0090]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0091]
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、装置、电子设备和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备
的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0092]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0093]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0094]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0095]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0096]
以上对本发明所提供的一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
技术特征：
1.一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，其特征在于，所述装置包括：微机电谐振式器件，所述微机电谐振式器件包括：驱动结构、振动质量块、振动拾取结构、阻尼调节结构；闭环驱动电路，所述闭环驱动电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构连接，所述闭环驱动电路的第一输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构连接；阻尼控制电路，所述阻尼控制电路的输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，所述阻尼控制电路的输出端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动结构、振动拾取结构和阻尼调节结构是变面积滑膜梳齿型电容结构，或变间隙压膜平行板型电容结构。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微机电谐振式器件包含片上阻尼调节电阻，所述片上调节电阻与所述微机电谐振式器件集成在同一芯片衬底上，所述片上调节电阻与所述阻尼调节结构相连。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闭环驱动电路，包括：前置读出电路，所述前置读出电路的输入端与所述微机电谐振式器件的振动拾取结构相连，将位移信息转换为振动位移电压，输出所述振动位移电压；幅值提取单元，所述幅值提取单元的输入端与所述前置读出电路的输出端连接，输出所述振动位移电压的幅值信号；移相器，所述移相器的输入端与所述前置读出电路的输出端相连，对所述振动位移电压进行相位调整，输出与驱动电压同相的电压信号；加法器，所述加法器的第一输入端输入位移目标电压v
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，所述加法器的第二输入端与所述幅值提取单元的输出端连接，输出位移误差电压；控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出驱动闭环控制电压；乘法器，所述乘法器的第一输入端与所述移相器的输出连接，所述乘法器的第二输入端与所述控制器的输出端连接，输出驱动电压，所述乘法器的输出端与所述微机电谐振式器件的驱动结构连接。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻尼控制电路，包括：加法器，所述加法器的第一输入端输入目标驱动电压v
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，所述加法器的第二输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，输出品质因数误差电压；控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出阻尼控制电压；调节电阻，所述调节电阻为普通直插电阻，或贴片式双端电阻，所述调节电阻的输入端与所述控制器的输出端连接，所述调节电阻的输出端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻尼控制电路，包括：加法器，所述加法器的第一输入端输入目标驱动电压vc，所述加法器的第二输入端与所述闭环驱动电路的第二输出端连接，输出品质因数误差电压；控制器，所述控制器的输入端与所述加法器的输出端连接，输出阻尼控制电压；调节电阻，所述调节电阻为具有电控的三端可变电阻器件，所述调节电阻的第一端与所述控制器的输出端连接，所述调节电阻的第二端输入固定控制电压v
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，所述调节电阻的第三端与所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述三端可变电阻器件是电压控制的压控电阻，或数字控制电位器；根据阻值需求，可将多个所述三端可变电阻器件串联或者并联，以得到不同阻值。8.根据权利要求4-6任一所述的装置，其特征在于，所述控制器是pid控制器，或具有其它控制律的控制器。9.一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一所述的微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置，所述方法包括：在闭环驱动电路中输入位移目标电压v
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使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，并得到驱动闭环控制电压；将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，以实现对所述微机电谐振器品质因数的闭环动态调节。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压输入到阻尼控制电路得到阻尼控制电压，并将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构，包括：利用所述阻尼控制电路中的加法器将目标驱动电压vc和所述驱动闭环控制电压进行比较，得到品质因数误差电压；利用控制器对所述品质因数误差电压进行调节，得到阻尼控制电压，并通过调节电阻将所述阻尼控制电压输入到所述微机电谐振式器件的阻尼调节结构。
技术总结
本发明提供了一种微机电谐振式器件品质因数稳定性提升装置及方法，所述装置包括：微机电谐振式器件、闭环驱动电路和阻尼控制电路，闭环驱动电路的输入端与微机电谐振式器件的振动拾取结构连接，闭环驱动电路的第一输出端与微机电谐振式器件的驱动结构连接，阻尼控制电路的输入端与闭环驱动电路的第二输出端连接，阻尼控制电路输出端与微机电谐振式器件的阻尼调节结构连接。在本发明中，通过闭环驱动电路可使微机电谐振式器件在其谐振频率处进行恒幅振动，在温变条件下，通过阻尼控制电路对阻尼控制电压或调节电阻进行动态调节，实现微机电谐振式器件的阻尼维持恒定，使与品质因数相关的驱动电压维持在目标驱动电压不变，实现品质因数稳定性提升。实现品质因数稳定性提升。实现品质因数稳定性提升。
