一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器

本发明涉及电子传感器，尤其是涉及一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器。

背景技术：

1、在上个世纪半导体技术诞生后，集成电路产业得到了迅猛的发展，各种各样的新技术使得电路性能大大提高。近年来逐步步入物联网时代，人们的日常生活需求愈发丰富，亟需各种智能化电子设备以便捷日常生活。加速度计是电子领域最早研究的传感器之一，其主要功能是测量物体的加速度，开发人员可以运用加速度这一物理量设计出各种各样衍生的产品。加速度计具有体积小、功耗低、制作成本较低、集成化程度高等优点。加速度传感器通常用于测量震动和冲击，普通的加速度计可以应用于只能手机、鼠标以及各种便携式的游戏机等电子产品，满足了人们的日常娱乐需求，而精密的加速度计应用于国防军事、车载驾驶、生物医疗等各个领域。

2、加速度计主要分为：压阻式加速度计、谐振式加速度计、压电式加速度计和电容式加速度计。对比各个类型的加速度计，电容式加速度计应用最为广泛，能够适应与对精度需求更高的领域，综合性能最为优良。电容式加速度传感器是一种测量加速度和振动的传感器，电容式加速度计是将被测量的加速度大小转化为电容量的变化进行测量，它利用电容原理来测量加速度，根据其质量和初始位置，外界加速度的作用产生的惯性力会引起传感器的微小位移，这个微小位移将会导致电容器的电容值发生变化，这种变化可以被读取和转换为加速度数据。电容量的变化又将导致外接电路的谐振频率等电路特性产生变化，从而加电容量的变化转变为可读的电信号，实现加速度的检测。加速度计的灵敏度是指每单位加速的输入产生的电信号值的输出。

3、虽然现有的电容式加速度传感器的相对其它类型的加速度传感器具有重复性好、线性度高的优点，但是其接口电路复杂，易受到噪声的干扰，且仍存在高精度提升的困难，灵敏度、分辨率达不到惯性级的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，解决了接口电路复杂、易受到噪声干扰、高精度提升的困难和灵敏度、分辨率达不到惯性级的要求的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，包括电容式加速计c0、lm6171高速同向放大器和无源元件，所述无源元件包括左lc谐振器和右lc谐振器，所述左lc谐振器和所述右lc谐振器之间连接有所述电容式加速计，所述左lc谐振器和所述右lc谐振器分别与一个正电阻r、电压源vg、电压源内阻z0、电阻r0、电阻rf和含有所述lm6171高速同向放大器的等效电路并联。

3、优选的，所述等效电路包括所述lm6171高速同向放大器，所述lm6171高速同向放大器分别与另一个正电阻r和rg并联。

4、优选的，所述电容加速计包括弹簧一、弹簧二和介质层，所述介质层两侧分别与所述弹簧一和所述弹簧二连接，所述介质层的上方和下方分别设置有电容上极板和电容下极板。

5、优选的，所述弹簧一和所述弹簧二的弹性材料为ni-ti合金丝。

6、优选的，所述介质层为ccto(calcium copper titanate,cacu3ti4o12)陶瓷材质。

7、优选的，所述电容上极板和所述电容下极板的材料为铝，所述电容上极板和所述电容下极板的尺寸为4mm*3mm，所述电容上极板和所述电容下极板的间距为3mm。

8、优选的，所述电容式加速计c0所处的环境为空气环境。

9、因此，本发明采用上述结构的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，具备以下有益效果：

10、(1)用电容式加速度计，传感精度高、结构稳定性强、制作工艺简单、成本低，适合实际使用；

11、(2)电容式加速度计的介质块采用ccto(calcium copper titanate,cacu3ti4o12)陶瓷材料，该材料介电常数极高，且介电损耗小，作为电容间介质材料使用，综合性能好、响应快、灵敏度高；

12、(3)利用lm6171放大器构成负阻值为-r的等效电路，该放大器具有高速响应和低噪声性能，输入阻抗高、输出电流高，适合构成负阻值等效电路；

13、(4)弹簧振子采用ni-ti形状记忆合金丝，该合金既有形状记忆、超弹性和可逆形变性能，对微小扰动也能产生形变，适用于微型机械期间和高精度仪器；

14、(5)该电容式加速度传感器运用在非厄米电路结构中，非厄米电路效率高、灵活度高，自由度和可调节性强，电路谐振频移剧烈，灵敏度高。

15、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，包括电容式加速计c0、lm6171高速同向放大器和无源元件，其特征在于：所述无源元件包括左lc谐振器和右lc谐振器，所述左lc谐振器和所述右lc谐振器之间连接有所述电容式加速计，所述左lc谐振器和所述右lc谐振器分别与一个正电阻r、电压源vg、电压源内阻z0、电阻r0、电阻rf和含有所述lm6171高速同向放大器的等效电路并联。

2.根据权利要求1所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述等效电路包括所述lm6171高速同向放大器，所述lm6171高速同向放大器分别与另一个正电阻r和rg并联。

3.根据权利要求2所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述电容加速计包括弹簧一、弹簧二和介质层，所述介质层两侧分别与所述弹簧一和所述弹簧二连接，所述介质层的上方和下方分别设置有电容上极板和电容下极板。

4.根据权利要求3所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述弹簧一和所述弹簧二的弹性材料为ni-ti合金丝。

5.根据权利要求4所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述介质层为ccto陶瓷材质。

6.根据权利要求5所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述电容上极板和所述电容下极板的材料为铝，所述电容上极板和所述电容下极板的尺寸为4mm*3mm，所述电容上极板和所述电容下极板的间距为3mm。

7.根据权利要求6所述的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，其特征在于：所述电容式加速计c0所处的环境为空气环境。

技术总结
本发明公开了一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，属于电子传感器技术领域。包括电容式加速计C<subgt;0</subgt;、LM6171高速同向放大器和无源元件，无源元件包括左LC谐振器和右LC谐振器，左LC谐振器和右LC谐振器之间连接有电容式加速计，左LC谐振器和右LC谐振器分别与一个正电阻R、电压源V<subgt;g</subgt;、电压源内阻Z<subgt;0</subgt;、电阻R<subgt;0</subgt;、电阻R<subgt;f</subgt;和含有LM6171高速同向放大器的等效电路并联。本发明提供的一种基于高阶非厄米电路的高精度电容式加速度传感器，用电容式加速度计，传感精度高、结构稳定性强、制作工艺简单、成本低、综合性能好、响应快、灵敏度高，适合实际使用。并且非厄米电路效率高、灵活度高，自由度和可调节性强，电路谐振频移剧烈，灵敏度高。

技术研发人员：吕博,木弘扬,史金辉,关春颖,陈晚,潘泽宇,王影,夏诗韵,申志超
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14