CN111229577A - 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置 - Google Patents

微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111229577A
CN111229577A CN202010092061.0A CN202010092061A CN111229577A CN 111229577 A CN111229577 A CN 111229577A CN 202010092061 A CN202010092061 A CN 202010092061A CN 111229577 A CN111229577 A CN 111229577A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
low
micro
piezoelectric control
doubling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010092061.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111229577B (zh
Inventor
刘灿昌
周英超
李磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN202010092061.0A priority Critical patent/CN111229577B/zh
Publication of CN111229577A publication Critical patent/CN111229577A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111229577B publication Critical patent/CN111229577B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/50—Application to a particular transducer type
    • B06B2201/55—Piezoelectric transducer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

所述基于超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置，包括静电激励振动装置、超谐波同步共振倍频信号调谐装置两部分。静电激励振动装置由低频微梁、低频压电控制块、固定端、静电驱动电极、底座、直流电压电源、信号源和导线组成。超谐波同步共振倍频信号调谐装置由低频微梁、低频压电控制块、固定端、高频压电控制块、高频微梁、信号采集传感器、耦合连接块和导线组成。设计适当的低频压电控制电压和高频压电控制电压，让低频微梁和高频微梁满足倍频同步条件，能实现倍频信号动态调谐，改变倍频信号的频率。

Description

微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置
技术领域
本发明专利是一种振动信号倍频放大装置，特别是一种微梁基于超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置，属于振动信号发生领域。
背景技术
振动信号的提取广泛应用于机械振动研究、汽车***、传感器等领域中。在振动信号的提取中，如何消除外部因素对信号的影响是决定信号精度的主要因素。基于信号倍频原理的倍频技术成为微波频率放大的主要方法之一，其电路和关键器件性能研究与制备成为近年来研究的焦点问题。但是，真空电子学信号源存在体积大、驱动电压高等问题；半导体电子学非线性电路产生幂级数信号，存在互调信号密集导致滤波困难和能量分散造成信噪比低的问题。超谐波共振和同步共振等都可实现倍频振动，还能实现振幅激增、能量耗散抑制等，提高传感器的性能指标。
发明内容
本发明针对振动信号难以提取的现状，提供一种振动信号提取的装置。
本发明专利解决其技术问题所采用的方案是：所述基于超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置，包括静电激励振动装置、超谐波同步共振倍频信号调谐装置两部分。所述静电激励振动装置由低频微梁、低频压电控制块、固定端、静电驱动电极、底座、直流电压电源、信号源和导线组成。所述低频微梁左端与固定端固定连接，右端与低频压电控制块固定连接，低频压电控制块与固定端固定连接；所述静电驱动电极位于低频微梁的正下方，固结于底座上，长度比低频微梁短一些；低频微梁的右端通过导线连接交流信号源的左端，交流信号源的左端通过导线连接直流电压电源上端，直流电压电源下端接地。
所述超谐波同步共振倍频信号调谐装置由低频微梁、低频压电控制块、固定端、高频压电控制块、高频微梁、信号采集传感器、耦合连接块和导线组成。所述高频微梁左端与固定端固定连接，右端与高频压电控制块固定连接，高频压电控制块与固定端固定连接；所述低频微梁左端与耦合连接块上端固定连接，耦合连接块下端与高频微梁固定连接；信号采集传感器粘贴固定在高频微梁上表面上，高频微梁振动时，信号采集传感器采集振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
低频微梁在交流信号激励作用下产生受迫振动；当交流信号源激励频率接近于低频微梁固有频率三分之一时，低频微梁会产生超谐波共振；当高频微梁的固有频率为低频微梁固有频率N倍时，高频微梁与低频微梁产生同步共振，高频微梁产生激励频率3N倍的谐波振动，实现超谐波同步共振的倍频振动；信号采集传感器采集倍频振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
当向低频压电控制块施加控制电压时，低频压电控制块沿着低频微梁轴向产生轴向力，低频微梁在轴向力的作用下固有频率发生改变，达到频率调谐的作用；当向高频压电控制块施加控制电压时，高频压电控制块沿着高频微梁轴向产生轴向力，高频微梁在轴向力的作用下固有频率发生改变；设计适当的低频压电控制电压和高频压电控制电压，让低频微梁和高频微梁满足倍频同步条件，能实现倍频信号动态调谐，改变倍频信号的频率。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.静电驱动方法是一种无接触驱动方法，测量干扰因素少，测量灵敏度高。
2.基于超谐波和同步组合共振信号倍频放大调谐装置结构简单，能够与微机电芯片集成制造。
附图说明
图1微梁静电驱动装置图；；
图2微梁组合共振信号倍频装置图
图中，1、低频微梁 2、低频压电控制块 3、固定端 4、静电驱动电极 5、底座 6、直流电压电源 7、交流信号源 8、高频压电控制块 9、高频微梁 10、信号采集传感器 11、耦合连接块
具体实施方式
以下结合附图做作进一步详述：
本实施例的主体结构包括悬臂梁的静电激励振动装置、超谐波同步共振倍频信号调谐装置两部分。所述静电激励振动装置由低频微梁1、低频压电控制块2、固定端3、静电驱动电极4、底座5、直流电压电源6、信号源7和导线组成。所述低频微梁1左端与固定端3固定连接，右端与低频压电控制块2固定连接，低频压电控制块2与固定端3固定连接；所述静电驱动电极4位于低频微梁1的正下方，固结于底座5上，长度比低频微梁1短一些；低频微梁1的右端通过导线连接交流信号源7的左端，交流信号源7的左端通过导线连接直流电压电源6上端，直流电压电源6下端接地。
所述超谐波同步共振倍频信号提取装置由低频微梁1、低频压电控制块2、固定端3、高频压电控制块8、高频微梁9、信号采集传感器10、耦合连接块11和导线组成。所述高频微梁9左端与固定端3固定连接，右端与高频压电控制块8固定连接，高频压电控制块8与固定端3固定连接；所述低频微梁1左端与耦合连接块11上端固定连接，耦合连接块11下端与高频微梁9固定连接；信号采集传感器10粘贴固定在高频微梁9上表面上，高频微梁9振动时，信号采集传感器10采集振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
低频微梁1在交流信号激励作用下产生受迫振动；当交流信号源7激励频率接近于低频微梁1固有频率三分之一时，低频微梁1会产生超谐波共振；当高频微梁9的固有频率为低频微梁1固有频率N倍时，高频微梁9与低频微梁1产生同步共振，高频微梁9产生激励频率3N倍的谐波振动，实现超谐波同步共振的倍频振动；信号采集传感器10采集倍频振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
当向低频压电控制块2施加控制电压时，低频压电控制块2沿着低频微梁1轴向产生轴向力，低频微梁1在轴向力的作用下固有频率发生改变，达到频率调谐的作用；当向高频压电控制块8施加控制电压时，高频压电控制块8沿着高频微梁9轴向产生轴向力，高频微梁9在轴向力的作用下固有频率发生改变；设计适当的低频压电控制电压和高频压电控制电压，让低频微梁1和高频微梁9满足倍频同步条件，能实现倍频信号动态调谐，改变倍频信号的频率。
算例1：低频微梁1的一阶固有频率为3KHz，高频微梁9的一阶固有频率为9KHz，交流信号源7激励频为999.8Hz，交流信号激励低频微梁1产生超谐波共振，低频微梁1的三倍频振动频率为2999.4Hz；高频微梁9产生同步振动，其振动频率为8998.2Hz；信号采集传感器10采集倍频振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
算例2：低频微梁1的一阶固有频率为3KHz，在低频压电控制块2轴向拉力作用下其固有频率变为3.2KHz；高频微梁9的一阶固有频率为9KHz，在高频压电控制块8轴向拉力作用下其固有频率变为9.6KHz；低频交流信号源7激励频为1066Hz，接近低频微梁1的一阶固有频率为3.2KHz的三分之一，能激励低频微梁1产生超谐波共振，低频微梁1的超谐波共振振动频率为3198Hz；高频微梁9产生同步振动，其振动频率为9594Hz；信号采集传感器10采集倍频振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进，均应包含在本发明所述的保护范围之内。

Claims (2)

1.微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置，包括静电激励振动装置和超谐波同步共振倍频信号调谐装置两部分；所述超谐波同步共振倍频信号调谐装置由低频微梁(1)、低频压电控制块(2)、固定端(3)、高频压电控制块(8)、高频微梁(9)、信号采集传感器(10)、耦合连接块(11)和导线组成；所述高频微梁(9)左端与固定端(3)固定连接，右端与高频压电控制块(8)固定连接，高频压电控制块(8)与固定端(3)固定连接；所述低频微梁(1)左端与耦合连接块(11)上端固定连接，耦合连接块(11)下端与高频微梁(9)固定连接；信号采集传感器(10)粘贴固定在高频微梁(9)上表面上，高频微梁(9)振动时，信号采集传感器(10)采集振动信号，经带通滤波器滤波后产生高频倍频信号。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，当向低频压电控制块(2)施加控制电压时，低频压电控制块(2)沿着低频微梁(1)轴向产生轴向力，低频微梁(1)在轴向力的作用下固有频率发生改变，达到频率调谐的作用；当向高频压电控制块(8)施加控制电压时，高频压电控制块(8)沿着高频微梁(9)轴向产生轴向力，高频微梁(9)在轴向力的作用下固有频率发生改变；设计适当的低频压电控制电压和高频压电控制电压，让低频微梁(1)和高频微梁(9)满足倍频同步条件，能实现倍频信号动态调谐，改变倍频信号的频率。
CN202010092061.0A 2020-02-14 2020-02-14 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置 Expired - Fee Related CN111229577B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010092061.0A CN111229577B (zh) 2020-02-14 2020-02-14 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010092061.0A CN111229577B (zh) 2020-02-14 2020-02-14 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111229577A true CN111229577A (zh) 2020-06-05
CN111229577B CN111229577B (zh) 2021-06-01

Family

ID=70879885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010092061.0A Expired - Fee Related CN111229577B (zh) 2020-02-14 2020-02-14 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111229577B (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003322557A (ja) * 2002-04-26 2003-11-14 Kawasaki Heavy Ind Ltd 振動の検出方法および振動検出センサ
JP2007187512A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Nec Corp モニタリングデバイス及びモニタリングシステム
CN101371132A (zh) * 2006-01-23 2009-02-18 德雷塞尔大学 自励、自感知压电悬臂梁传感器
CN101984330A (zh) * 2010-09-26 2011-03-09 中国计量科学研究院 低频或超低频振动测量套件
JP2013029136A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Takenaka Komuten Co Ltd アクティブ防振装置
CN103180697A (zh) * 2010-10-14 2013-06-26 佩里泰斯科公司 测量在材料上产生的振动的测量装置
CN103506299A (zh) * 2013-10-18 2014-01-15 西南科技大学 一种自动追踪固频的振动激励方法与装置
CN103528782A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 东北大学 基于压电陶瓷激振器的薄壁结构件振动测试装置及方法
CN104344938A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 霍尼韦尔国际公司 用于监测振动数据的***和方法
CN104764523A (zh) * 2008-03-27 2015-07-08 意美森公司 用于共振检测的***和方法
CN104763774A (zh) * 2014-01-07 2015-07-08 通用电气公司 转子***扭转模式频率调谐装置
CN105987957A (zh) * 2015-03-16 2016-10-05 台湾积体电路制造股份有限公司 检测***以及检测方法
WO2017064854A1 (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 日本電気株式会社 構造物異常検知装置、構造物異常検知方法、記録媒体及び構造物異常検知システム
CN107147304A (zh) * 2017-04-27 2017-09-08 山东理工大学 一种超谐波共振的信号频率放大装置
CN107515336A (zh) * 2016-06-17 2017-12-26 南京理工大学 一种低功耗谐振型电场传感器

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003322557A (ja) * 2002-04-26 2003-11-14 Kawasaki Heavy Ind Ltd 振動の検出方法および振動検出センサ
JP2007187512A (ja) * 2006-01-12 2007-07-26 Nec Corp モニタリングデバイス及びモニタリングシステム
CN101371132A (zh) * 2006-01-23 2009-02-18 德雷塞尔大学 自励、自感知压电悬臂梁传感器
CN104764523A (zh) * 2008-03-27 2015-07-08 意美森公司 用于共振检测的***和方法
CN101984330A (zh) * 2010-09-26 2011-03-09 中国计量科学研究院 低频或超低频振动测量套件
CN103180697A (zh) * 2010-10-14 2013-06-26 佩里泰斯科公司 测量在材料上产生的振动的测量装置
JP2013029136A (ja) * 2011-07-27 2013-02-07 Takenaka Komuten Co Ltd アクティブ防振装置
CN104344938A (zh) * 2013-08-07 2015-02-11 霍尼韦尔国际公司 用于监测振动数据的***和方法
CN103506299A (zh) * 2013-10-18 2014-01-15 西南科技大学 一种自动追踪固频的振动激励方法与装置
CN103528782A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 东北大学 基于压电陶瓷激振器的薄壁结构件振动测试装置及方法
CN104763774A (zh) * 2014-01-07 2015-07-08 通用电气公司 转子***扭转模式频率调谐装置
CN105987957A (zh) * 2015-03-16 2016-10-05 台湾积体电路制造股份有限公司 检测***以及检测方法
WO2017064854A1 (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 日本電気株式会社 構造物異常検知装置、構造物異常検知方法、記録媒体及び構造物異常検知システム
CN107515336A (zh) * 2016-06-17 2017-12-26 南京理工大学 一种低功耗谐振型电场传感器
CN107147304A (zh) * 2017-04-27 2017-09-08 山东理工大学 一种超谐波共振的信号频率放大装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘灿昌等: "悬臂梁智能结构主共振响应的最优化控制", 《中国机械工程》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111229577B (zh) 2021-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101400009B (zh) 麦克风电路
JP4607752B2 (ja) 可変容量回路、電圧測定装置および電力測定装置
CN105226994A (zh) 多频耦合振动能量俘获器
CN107147304A (zh) 一种超谐波共振的信号频率放大装置
EP0830658A4 (zh)
CN110763959A (zh) 一种高压开关柜局部放电检测电路及其检测方法
CN202710172U (zh) 低频、小幅度振动信号的测量装置
CN110429827B (zh) 一种超谐波共振信号倍频放大频率调谐装置
CN111229577B (zh) 微梁超谐波同步共振信号倍频调谐放大装置
CN106712575A (zh) 振幅放大叠加振动能量采集装置
CN111478678B (zh) 基于超谐波和同步共振信号倍频放大装置
Galanko et al. CMOS-MEMS resonant demodulator for near-zero-power RF wake-up receiver
US5594331A (en) Microelectromechanical powerline monitoring apparatus
CN108195460A (zh) 一种基于场效应管栅极敏感效应的二次滤波振动传感装置
US8373513B2 (en) Compensated micro/nano-resonator with improved capacitive detection and method for producing same
CN102710231B (zh) 谐振器及其控制方法
US3195037A (en) Signal measuring apparatus including a variable resonant circuit
US3391560A (en) Electroacoustic vibrator measuring system
CN111030632A (zh) 基础轴向力调谐超谐波共振信号频率放大装置
CN110932671B (zh) 微梁长度调谐的超谐波共振信号频率放大装置
CN101984557B (zh) 基于谐振原理工作的mems滤波器模块
CN210037028U (zh) 钢弦传感器数据采集装置
US11161147B2 (en) System and method for acoustic to electronic transduction
CN108303174A (zh) 一种基于场效应管的电磁感应振动信号提取装置
Lele et al. Frequency measurement and disturbance monitoring using piezoelectric transformers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210601

Termination date: 20220214