一种新型频率检测谐振式磁强计的制作方法

本发明涉及传感器制造技术领域，尤其涉及一种新型的频率检测谐振式磁强计。

背景技术：

谐振式传感器是利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器，又称频率式传感器。当被测参量发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与被测参量成一定关系的电信号。谐振式传感器可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等，谐振式传感器主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

当前，对于谐振式磁强计的研究多集中在幅值检测方向，而对于频率检测方向的研究较少。在少有的文献记载中，如2006年，加拿大的behraadbahreyni在文献《design，modeling，simulation，andtestingofresonantmicromachinedmagneticfieldsensors》中提出的频率检测谐振式磁强计，由于磁场与电流产生的安培力直接作用于谐振器上，往往需要较大的电流来产生足够的安培力以增加磁强计的灵敏度。另外，由于上述的频率检测谐振式磁强计仅采用单个的谐振器进行频率检测，往往具有较差的线性度，影响检测效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新型的频率检测谐振式磁强计，以解决现有技术中的磁强计工作时需要注入大电流和线性度低的技术问题。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是，提供一种谐振式磁强计，包括一敏感梁和至少一对梁谐振器，所述敏感梁的两端分别固定在一对第一锚点上；

每对所述梁谐振器中包括设置在所述敏感梁的第一面上的梁谐振器和设置在所述敏感梁的第二面上的梁谐振器，两个所述梁谐振器分别设置在所述敏感梁的两端；

每一所述梁谐振器均包括一谐振梁、一用于驱动所述梁谐振器工作的驱动部件和一用于检测所述梁谐振器谐振频率的检测部件，所述谐振梁的一端垂直固定在所述敏感梁上，所述谐振梁的另一端固定在一第二锚点上。

作为本发明的一种优选方案，所述敏感梁上从与所述第一锚点的连接点到所述敏感梁的中心点之间的结构构成所述谐振式磁强计的动力臂，所述敏感梁上从与所述第一锚点相接的连接点到所述谐振梁与所述敏感梁相接的连接点之间的结构构成所述谐振式磁强计的阻力臂。

作为本发明的一种优选方案，所述动力臂的长度大于所述阻力臂的长度。

作为本发明的一种优选方案，各个所述谐振梁距离所述敏感梁的中心点的距离相等。

作为本发明的一种优选方案，所述梁谐振器的数量为两对；

于不同对中，设置于所述敏感梁的同一面上的所述梁谐振器分别设置在所述敏感梁的两端。

作为本发明的一种优选方案，所述梁谐振器的数量为一对。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用的敏感梁相当于一微杠杆，微杠杆能够对作用于所述谐振式磁强计的磁场产生的安培力进行放大，所以本发明仅需要较小的电流便可产生足够的安培力以增加磁强计的灵敏度，不仅降低了磁强计的工作电流，还减少了焦耳热的产生。

2、本发明将现有技术中采用单个谐振器进行频率检测改为配置成对谐振器进行频率检测，成对谐振器频率检测方式可以实现差分检测，提高了谐振式磁强计检测的线性度。

3、本发明的谐振式磁强计内部结构层次分明，且各层次之间无交叉和立体结构，便于生产加工，制造成本低。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例一：

实施例一提供的一种新型频率检测谐振式磁强计，包括一敏感梁1和至少一对梁谐振器2，所述敏感梁1的两端分别固定在一第一锚点3上；

每对所述梁谐振器2中包括设置在所述敏感梁1的第一面上的梁谐振器2和设置在所述敏感梁的第二面上的梁谐振器2，两个所述梁谐振器2分别设置在所述敏感梁1的两端；

每一个梁谐振器2均包括一谐振梁4、一驱动部件5和一检测部件6，所述的驱动部件5用于驱动所述梁谐振器2工作，所述的检测部件6用于检测所述梁谐振器2的谐振频率。所述谐振梁4的一端垂直固定在所述敏感梁1上，所述谐振梁4的另一端固定在一第二锚点10上。

所述敏感梁1相当于一微杠杆，所述敏感梁1与所述第一锚点3相接的连接点到所述敏感梁1的中心点9之间的敏感梁结构构成所述谐振式磁强计的动力臂7，所述敏感梁1与所述第一锚点3相接的连接点到所述谐振梁4与所述敏感梁1相接的连接点之间的敏感梁结构构成所述谐振式磁强计的阻力臂8。优选地，动力臂7的长度远大于阻力臂8的长度，以使得所述的杠杆构成省力杠杆，以在磁场产生安培力时能够得到梁谐振器2的快速响应，进而增加谐振式磁强计的灵敏度。

需要说明的是，为了进一步提高谐振式磁强计的灵敏度，并且使得所述的谐振式磁强计内部结构简单，层次更为分明，每一个所述的梁谐振器2的所述谐振梁4距离所述敏感梁1的中心点9的距离优选为相等，也就是每一个梁谐振器2的动力臂7和阻力臂8的长度均相等。

应用本实施例一的谐振式磁强计检测磁场强度的工作原理如下：

将水平放置的所述敏感梁1置于沿z轴方向的磁场b中，并给予敏感梁1一从左向右流向的直流电流i，此时根据左手定则，敏感梁1会受到一沿y轴方向的安培力作用。安培力通过敏感梁1的微杠杆放大后作用于梁谐振器2的谐振梁4上，对角设置在所述敏感梁1两个面上的两个谐振梁4此时一个会受到一向上的受拉应力，另一个会受到一个向下的受压应力，同时两者的侧向弯曲刚度和谐振频率也会在应力的影响下一个变大，一个变小，然后通过差分检测方法检测两个梁谐振器2的谐振频率即可获得磁场b的强度大小。

上述的差分检测方法为现有技术中常用的检测方法，而且差分检测方法本身并未在本发明要求保护的范围内，在此不再赘述。

实施例二：

实施例二与实施例一的区别在于，在实施例二中，梁谐振器2的数量为两对，即为具有四个梁谐振器2，于不同对中，设置于所述敏感梁的同一面上的所述梁谐振器2分别设置在所述敏感梁1的两端。具体来说，四个梁谐振器2对称设置在所述的敏感梁1上，即每一个梁谐振器2与敏感梁1的中心点9间的水平距离均相同。

应用实施例二的谐振式磁强计检测磁场强度的工作原理如下：

将水平放置的敏感梁1置于沿z轴方向的磁场b中，并给予敏感梁1一从左向右流向的直流电流i，此时根据左手定则，敏感梁1会受到一沿y轴方向的安培力作用，安培力通过敏感梁1的微杠杆放大后作用于每一个梁谐振器2的谐振梁4上，设置在敏感梁1上方的两个谐振梁4此时会受到一向下的受拉应力，设置在敏感梁1下方的两个谐振梁4此时会受到一向下的受压应力，同时，四个谐振梁4的侧向弯曲刚度和谐振频率在应力的影响下，会出现相应的变大或变小。针对上述变化，通过差分检测的方法检测四个梁谐振器2的谐振频率即可获得磁场b的强度大小。

综上所述，本发明通过设置成对的梁谐振器2用于测量振动频率，减小了谐振式磁强计的非线性度，而且本发明通过敏感梁1的微杠杆原理对作用于磁强计的磁场产生的安培力进行放大，使得本发明仅需要较小的电流便可产生足够的安培力进而增加了磁强计检测的灵敏度，减少了焦耳热的产生。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。