专利名称：微弱脉冲信号检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感技术，尤其涉及一种微喷微流体惯性角速度传感器中，在微小尺寸范围内的流体分布检测式微陀螺敏感信号的提取装置。
背景技术：
利用转动角速度产生的柯里奥利力可以改变流体的空间速度、密度分布。分布的不均匀性可以表现在热传导的不均匀性方面。通过加热式温度敏感元件可以检测热传导的不均匀性。在微陀螺中，流体(气体)的流动是靠微喷技术实现的。温度检测是用半导体热敏电阻来实现的。人们用压电或电容静电力驱动膜片往复运动带动流体运动，膜片是气体腔的一个侧面。气体腔对外有一小孔，小孔对外产生脉动气流喷射效果。半导体热敏电阻的阻值不但与温度有关，而且与所受到的机械力引起的微应变有关。在微小的一体化结构中，半导体热敏电阻与膜片固联在同一基体上，膜片往复运动所产生的机械波严重地改变半导体热敏电阻的阻值，这是一种装置自我产生的严重的干扰信号(以下称机械干扰)。在微小的一体化结构中，相互靠近的电路之间的杂散电容又产生了另一种形式的严重的自我干扰(以下称电场干扰)。
机械干扰和电场干扰比柯氏力产生的信号大数倍，并且具有相同的基频。用机械对称，电气对称差动相消的方法原理上是可以消去这二种干扰，但是工艺上却难于实现。
发明内容
技术问题本实用新型的目的是提供一种在微小尺寸范围内的流体分布检测式微陀螺敏感信号的提取装置，即微喷微流体惯性角速度传感器中脉冲信号同步检测器。
技术方案本实用新型的脉冲信号同步检测器由盖板和底座键合在一起所组成一个具有气体腔、微喷小孔、气流管道的空心体，气流管道的外端通向该同步检测器的外部，气流管道的内端通过微喷小孔与气体腔连通，在气体腔的上端面设有薄膜片，第一电容极板位于气体腔下部的底座上，第二电容极板位于气体腔上部的的薄膜片的下侧；第一热敏电阻、第二热敏电阻分别位于气流管道内的盖板和底座上。
该检测器的另一种结构是在由盖板和底座键合在一起所组成一个具有气体腔、微喷小孔、气流管道的空心体的检测装置中，气流管道的外端通向该同步检测装置的外部，气流管道的内端通过微喷小孔与气体腔连通，在与微喷小孔相对称的气体腔的对面设有光注入透明窗，在光注入透明窗外设有半导体激光器。
由于脉冲气流的运动速度比固体中的脉冲波(机械干扰)要慢，当然比脉冲电场干扰传播速度更慢。在脉冲机械波和脉冲电场到达半导体温度敏感丝时，脉冲气流还未到达，这段时间的半导体敏感部分的信号输出都是干扰。如果采用连续震荡激励，连续监测的方法，有用信号和干扰都混在了一起。如果激励和检测交替进行，时间差一个气体脉冲包运行间隔，并且激励和检测差一定相位同步。则可以在很大程度上避开干扰。
只有气体腔中气压的周期性变化，才能使出口小孔产生脉冲气流。这里提出两种驱动气体腔中气压的周期性变化的方法电容静电力方法，光注入法。
1、电容静电力方法气体腔的上侧是电容极板和连在一起的薄膜片，下侧电容极板与基座相连。在电容两极板上加上电压，极板上的静电力使膜片弯曲，从而改变了气体腔体积，进而改变腔内压力。极板上所加电压是带有直流偏置的交变电压，或脉冲电压。
2、光注入法气体被注入热量后可产生热膨胀，从而产生气体压力变化。把半导体激光器发出的脉冲光注入进气体腔，可产生瞬时温升，进而改变腔内压力。这种方法所产生的前述人为干扰要小，但工艺上仍不可完全避免，所以仍需要上述激励和检测交替进行的方法。
有益效果与现有技术相比，本实用新型具有如下优点1、由于采用激励和检测交替进行的方案，减少了机械干扰和电场干扰；
2、由于使用柯里奥利力偏转的脉冲气流，检测电路中可以采用交流耦合，减少了静态直流零点调整的难度；3、由于采用取样积分器电路，提高了微弱信号的检测能力。
图1是采用电容静电力方法测量时使用的脉冲信号同步检测器的结构示意图。其中图1a是剖视结构示意图，图1b是俯视结构示意图。
图2是采用光注入法测量时使用的的脉冲信号同步检测器的结构示意图。其中图2a是剖视结构示意图，图2b是俯视结构示意图。
以上的图中有微喷小孔1、第一热敏电阻2、第二热敏电阻3、受柯里奥利力偏转的气流4、盖板5、气体腔6、薄膜片7、第一电容极板8、第二电容极板9、底座10、气流管道11、光注入透明窗12、半导体激光器13。
图3是本实用新型实施例电路结构示意图。
图4是图3电路中采样积分电路U2的结构示意图。
图5是图3电路中时序调整电路U5的时序图。
具体实施方式
本实用新型采用电容静电力方法测量时使用的脉冲信号同步检测器由盖板5和底座10键合在一起所组成一个具有气体腔6、微喷小孔1、气流管道11的空心体，气流管道11的外端通向该同步检测装置的外部，气流管道11的内端通过微喷小孔1与气体腔6连通，在气体腔6的上端面设有薄膜片7，第一电容极板8位于气体腔6下部的底座10上，第二电容极板9位于气体腔6上部的的薄膜片7的下侧；第一热敏电阻2、第二热敏电阻3分别位于气流管道11内的盖板5和底座10上。
本实用新型采用光注入法测量时使用的的脉冲信号同步检测器由盖板5和底座10键合在一起所组成一个具有气体腔6、微喷小孔1、气流管道11的空心体，气流管道11的外端通向该同步检测装置的外部，气流管道11的内端通过微喷小孔1与气体腔6连通，第一热敏电阻2、第二热敏电阻3分别位于气流管道11内的盖板5和底座10上。在与微喷小孔1相对称的气体腔6的对面设有光注入透明窗12，在光注入透明窗12外设有半导体激光器13。
图3、4中有半导体第一热敏电阻R1、半导体第二热敏电阻R2，平衡调整电阻R5、R6，限流电阻R3、R4，差动放大器U1，直流隔离电路电容C3、直流隔离电路电阻R7，取样积分器U2，放大器U3，时钟U4，时序调整电路U5、放大驱动电路U6，静电力驱动电容C1，直流偏置电阻R8，直流隔离电容C2。如果不采用电容静电力驱动，而采用光注入法，用激光器LAS、限流电阻R9代替静电力驱动电容C1、直流隔离电容C2、直流偏置电阻R8。积分电路原理如图2(b)所示，其中有差动放大器U7，电容C4、电阻R10、放大器U8组成积分电路，积分开关SW1、积分器清零开关SW2，采样保持器U9，采样保持器的逻辑控制S3。
由第一热敏电阻R1、第二热敏电阻R2，平衡调整电阻R5、R6，限流电阻R3、R4组成不平衡电桥；桥路电流使热敏电阻被加热，柯里奥利力偏转的脉冲气流4改变了两热敏电阻的散热条件，使两电阻的自身温度不同，从而出现阻值差的变化，桥路输出的电压发生变化，这个变化形成与脉冲气流同步的幅值变化的脉冲。差动放大器U1从不平衡电桥取出差动信号进行放大。直流隔离电容C3滤除静态直流成分，让脉冲量通过。取样积分器U2在时序分配的时刻对脉冲量进行积分，解决了微弱信号的检测。放大器U3完成信号的最后放大和输出。，时钟源U4、时序调整电路U5产生时钟脉冲，控制取样积分器的工作，并产生驱动脉冲。驱动脉冲经由放大器输出。放大器U6输出电压可经隔直耦合电容加到静电力驱动电容极板上。直流偏置电阻R8对静电力驱动电容加上偏置电压。当采用光注入方案时，放大器输出电压经限流电阻R9向激光二极管LAS提供脉冲直流。
不平衡电桥的调整方法为调整限流电阻R3、R4使桥路两臂对机械干扰振动引起的交流共模干扰的灵敏度相同，交流共模输出接近零；调整平衡调整电阻R5、R6使桥路静态输出接近零。
时序调整电路U5的时序如图3所示。采样积分控制信号S1比驱动控制信号S4落后，采样积分控制信号S1动作n次，积分器输出为一阶梯锯齿波，完成n次积分后采样保持器的逻辑控制S3动作，把积分值(阶梯波峰值)保存在采样保持器中，之后积分清零控制信号S2动作，电容C4上电荷被复零，下一次驱动控制信号S4→采样积分控制信号S1(n次)→保持控制信号S3→清零控制信号S2循环开始。n越大信噪比越大，但系统的跟踪速度越慢。
权利要求1.一种微弱脉冲信号检测器，其特征在于该检测装置由盖板(5)和底座(10)键合在一起所组成一个具有气体腔(6)、微喷小孔(1)、气流管道(11)的空心体，气流管道(11)的外端通向该同步检测装置的外部，气流管道(11)的内端通过微喷小孔(1)与气体腔(6)连通，在气体腔(6)的上端面设有薄膜片(7)，第一电容极板(8)位于气体腔(6)下部的底座(10)上，第二电容极板(9)位于气体腔(6)上部的的薄膜片(7)的下侧；第一热敏电阻(2)、第二热敏电阻(3)分别位于气流管道(11)内的盖板(5)和底座(10)上。
2.根据权利要求1所述的微弱脉冲信号检测器，其特征在于在与微喷小孔(1)相对称的气体腔(6)的对面设有光注入透明窗(12)，在光注入透明窗(12)外设有半导体激光器(13)。
专利摘要脉冲信号同步检测器涉及传感技术，尤其涉及一种微喷微流体惯性角速度传感器中，在微小尺寸范围内的流体分布检测式微陀螺敏感信号的提取装置。该检测装置由盖板(5)和底座(10)键合在一起所组成一个具有气体腔(6)、微喷小孔(1)、气流管道(11)的空心体，气流管道(11)的外端通向该同步检测装置的外部，气流管道(11)的内端通过微喷小孔(1)与气体腔(6)连通，在气体腔(6)的上端面设有薄膜片(7)，第一电容极板(8)位于气体腔(6)下部的底座上，第二电容极板(9)位于气体腔(6)上部的的薄膜片(7)的下侧；第一热敏电阻(2)、第二热敏电阻(3)分别位于气流管道(11)内的盖板(5)和底座上。
文档编号G01C19/02GK2835951SQ20052007554
公开日2006年11月8日 申请日期2005年9月16日 优先权日2005年9月16日
发明者陈建元, 苏岩, 丁衡高, 许康平 申请人:东南大学