本实用新型涉及一种压力检测装置，尤其是涉及一种基于同步共振的压力检测装置。
背景技术：
现在市场上的压力检测装置主要有谐振式、压阻式和电容式。后两者的输出信号均为模拟量，需要用高精度调整电路对其进行信号处理，这种处理方式的缺点就是会导致测量精度的下降。而谐振式压力检测装置则是利用压力变化来改变梁的谐振频率，从而通过测量频率的变化来间接测量压力，可提高测量精度。由于谐振式压力检测装置输出的是准数字信号，因此具有测量灵敏度高、精度高、分辨率高、抗干扰能力强等特点，具有长距离传输而不会降低其精度的优势，比较适合对压力进行高精度检测。
利用MEMS工艺、精密加工或者其他精密加工方法制造的微压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、可靠性高等优点，成为世界范围内具有战略性的研究领域。目前国内外对MEMS谐振式压力传感器的研究主要是硅微谐振式压力传感器，传感器的弹性元件和敏感元件均采用硅材料，利用硅工艺加工。例如中国科学院电子学研究所的专利“一种梁膜分体结构谐振梁压力传感器”和厦门大学的实用新型专利“一种全对称硅微谐振式压力传感器”采用的都是一个振动单元包含一个振动梁。
技术实现要素：
本实用新型提供一种基于同步共振的压力检测装置，目的是提高现有压力传感器的测量精度、灵敏度、分辨率。
本实用新型采取的技术方案是：上基底的正面刻蚀上凹槽，在中心形成上单岛；上基底的背面刻蚀下凹槽，在中心形成下单岛，上凹槽内侧均布2N个边缘基座，N为正整数；上凹槽、下凹槽的圆心均位于上基底的轴线上，下基底上方与下单岛下方接触、且下基底与上基底四周固定连接在一起，2N个谐振单元的耦合部分分别与2N个边缘基座固定连接、固支梁分别与中心基底的侧面固定连接，中心基底的下方与上单岛上方接触。
所述上基底与下基底具有相同的外形尺寸、呈现圆柱状。
所述下基底的正面刻蚀了凹槽，凹槽和下单岛密封连接，凹槽的中心加工一个压力孔。
所述谐振单元的结构是：悬臂梁和固支梁分别与耦合部分连接，压电片一和压电片二分别安装在固支梁和悬臂梁的固定端。
本实用新型的优点在于：采用一个谐振单元包含两个耦合在一起的振动梁，利用同步共振效应，使得耦合在一起的固支梁与悬臂梁输出信号将按照二者频率比倍增，从而使得输出的频率更大，灵敏度和分辨率增大。此外，中心对称布置的2N个谐振单元中，将N组数据进行误差对照，以及单元信号的叠加放大，可提高检测精度。采用MEMS工艺、精密加工或者其他精密加工方法制作的上下基底具有尺寸精度好、可靠性高、成本低等优良特性，基底正面设计粘接凸台和背面设计单岛可以提高线性度。结合此二者优点，本实用新型设计制作的基于新型同步共振结构的谐振式压力传感器芯片，具有高灵敏度、高精度、高分辨率、线性度好等特点。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型检测接触式压力的半剖结构示意图；
图3是本实用新型检测气体压力的半剖结构示意图；
图4是本实用新型谐振单元的结构示意图；
图5是本实用新型谐振单元个数为8个的结构示意图；
图6是本实用新型谐振单元个数为4个的结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，上基底1的正面刻蚀上凹槽102，在中心形成上单岛104；上基底1的背面刻蚀下凹槽103，在中心形成下单岛105，上凹槽内侧均布2N个边缘基座101，N为正整数；上凹槽、下凹槽的圆心均位于上基底的轴线上，下基底4上方与下单岛105下方接触、且下基底4与上基底1四周固定连接在一起，2N个谐振单元2的耦合部分201分别与2N个边缘基座101固定连接、固支梁203分别与中心基底3的侧面固定连接，中心基底3的下方与上单岛104上方接触；
所述上基底1与下基底4具有相同的外形尺寸、呈现圆柱状。
参照图3，所述下基底4的正面刻蚀了凹槽401，凹槽401和下单岛105密封连接，凹槽的中心加工一个压力孔402；压力孔402与大气相通形成表压式检测装置，或者与另一被测气源相通形成压差式检测装置。
参照图4，所述谐振单元2的结构是：悬臂梁202和固支梁203分别与耦合部分201连接，压电片一204和压电片二205分别安装在固支梁203和悬臂梁202的固定端。
外加待测压力并不是直接作用于谐振机构，而是通过下单岛105和上单岛104作用在中心基底3上，进而改变谐振单元的刚度，改变其谐振频率，间接测量待测压力，当测量气体压力时，下单岛105受到向上的力为F＝p·A孔,每根矩形梁均布受力为FN＝F/N。
工作时，先激励谐振单元谐振，之后承受压力或者通入待测气体，压力将迫使下单岛和上单岛向上移动，并向上挤压中心基底3，从而带动固支梁203形变；由于形变导致其轴向机械应力发生改变，进而影响梁的固有频率。假设矩形截面固支梁产生的轴向应力近似与FN成线性比例关系，即：
σ＝δ·FN
式中σ是矩形截面梁轴向应力，δ为线性系数；
当σ＝0
固支梁一阶固有频率为：
当σ≠0
式中，临界欧拉方程E为材料的弹性模量，ρ为梁的体密度，a、b、c分别是矩形截面梁的长、宽、高。
固支梁和悬臂梁是基于同步共振原理设计，若固支梁和悬臂梁固有频率为f1和f2，则二者满足：
利用布置于固支梁上的压电片的逆压电效应驱动硅梁振荡，当振动频率趋近于固支梁的固有频率时发生谐振，通过耦合部分的作用，固支梁与悬臂梁发生同步共振，固支梁与悬臂梁一阶固有频率比为m：n，m、n均为整数，n>m，从而实现频率倍增，将放大的频率输出，提高灵敏度，输出的频率为：
最终输出频率f2与压力p近似线性关系，即：
N组谐振单元成中心对称分布，将N组进行误差对照，若多组数据相差较大，说明芯片损坏，数据有误；否则数据无误，测量准确；
参照图5和图6，本实用新型装置上的谐振单元个数为2N个，属于可变量，其中N为大于1的整数，图5中N＝4，图6中N＝2。
所述的均布谐振单元各个梁的形状不固定，可以是带状，也可以是S形等形状。
一种基于同步共振的压力检测方法，包括下列步骤：
(1)在检测压力之前用电信号激励固支梁谐振，然后将压力或气体作用于下基底中心，待信号稳定后撤掉压力或气体；
(2)在压力的作用下，上基底的薄膜向上移动，进而迫使中心基座向上移动，改变固支梁的固有频率，在悬臂梁上拾取被放大的频率信号并输出；
(3)N组数据中满足误差条件范围内的所有数据求取平均值，作为最终的频率输出信号；
(4)通过输出频率和所受压力之间的关系来确定待测压力。