專利名稱：微弱脈沖信號檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感技術(shù)，尤其涉及一種微噴微流體慣性角速度傳感器中，在微小尺寸范圍內(nèi)的流體分布檢測式微陀螺敏感信號的提取裝置。
背景技術(shù)：
利用轉(zhuǎn)動角速度產(chǎn)生的柯里奧利力可以改變流體的空間速度、密度分布。分布的不均勻性可以表現(xiàn)在熱傳導(dǎo)的不均勻性方面。通過加熱式溫度敏感元件可以檢測熱傳導(dǎo)的不均勻性。在微陀螺中，流體(氣體)的流動是靠微噴技術(shù)實現(xiàn)的。溫度檢測是用半導(dǎo)體熱敏電阻來實現(xiàn)的。人們用壓電或電容靜電力驅(qū)動膜片往復(fù)運動帶動流體運動，膜片是氣體腔的一個側(cè)面。氣體腔對外有一小孔，小孔對外產(chǎn)生脈動氣流噴射效果。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值不但與溫度有關(guān)，而且與所受到的機械力引起的微應(yīng)變有關(guān)。在微小的一體化結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體熱敏電阻與膜片固聯(lián)在同一基體上，膜片往復(fù)運動所產(chǎn)生的機械波嚴重地改變半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值，這是一種裝置自我產(chǎn)生的嚴重的干擾信號(以下稱機械干擾)。在微小的一體化結(jié)構(gòu)中，相互靠近的電路之間的雜散電容又產(chǎn)生了另一種形式的嚴重的自我干擾(以下稱電場干擾)。
機械干擾和電場干擾比柯氏力產(chǎn)生的信號大數(shù)倍，并且具有相同的基頻。用機械對稱，電氣對稱差動相消的方法原理上是可以消去這二種干擾，但是工藝上卻難于實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的是提供一種在微小尺寸范圍內(nèi)的流體分布檢測式微陀螺敏感信號的提取裝置，即微噴微流體慣性角速度傳感器中脈沖信號同步檢測器。
技術(shù)方案本實用新型的脈沖信號同步檢測器由蓋板和底座鍵合在一起所組成一個具有氣體腔、微噴小孔、氣流管道的空心體，氣流管道的外端通向該同步檢測器的外部，氣流管道的內(nèi)端通過微噴小孔與氣體腔連通，在氣體腔的上端面設(shè)有薄膜片，第一電容極板位于氣體腔下部的底座上，第二電容極板位于氣體腔上部的的薄膜片的下側(cè)；第一熱敏電阻、第二熱敏電阻分別位于氣流管道內(nèi)的蓋板和底座上。
該檢測器的另一種結(jié)構(gòu)是在由蓋板和底座鍵合在一起所組成一個具有氣體腔、微噴小孔、氣流管道的空心體的檢測裝置中，氣流管道的外端通向該同步檢測裝置的外部，氣流管道的內(nèi)端通過微噴小孔與氣體腔連通，在與微噴小孔相對稱的氣體腔的對面設(shè)有光注入透明窗，在光注入透明窗外設(shè)有半導(dǎo)體激光器。
由于脈沖氣流的運動速度比固體中的脈沖波(機械干擾)要慢，當然比脈沖電場干擾傳播速度更慢。在脈沖機械波和脈沖電場到達半導(dǎo)體溫度敏感絲時，脈沖氣流還未到達，這段時間的半導(dǎo)體敏感部分的信號輸出都是干擾。如果采用連續(xù)震蕩激勵，連續(xù)監(jiān)測的方法，有用信號和干擾都混在了一起。如果激勵和檢測交替進行，時間差一個氣體脈沖包運行間隔，并且激勵和檢測差一定相位同步。則可以在很大程度上避開干擾。
只有氣體腔中氣壓的周期性變化，才能使出口小孔產(chǎn)生脈沖氣流。這里提出兩種驅(qū)動氣體腔中氣壓的周期性變化的方法電容靜電力方法，光注入法。
1、電容靜電力方法氣體腔的上側(cè)是電容極板和連在一起的薄膜片，下側(cè)電容極板與基座相連。在電容兩極板上加上電壓，極板上的靜電力使膜片彎曲，從而改變了氣體腔體積，進而改變腔內(nèi)壓力。極板上所加電壓是帶有直流偏置的交變電壓，或脈沖電壓。
2、光注入法氣體被注入熱量后可產(chǎn)生熱膨脹，從而產(chǎn)生氣體壓力變化。把半導(dǎo)體激光器發(fā)出的脈沖光注入進氣體腔，可產(chǎn)生瞬時溫升，進而改變腔內(nèi)壓力。這種方法所產(chǎn)生的前述人為干擾要小，但工藝上仍不可完全避免，所以仍需要上述激勵和檢測交替進行的方法。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點1、由于采用激勵和檢測交替進行的方案，減少了機械干擾和電場干擾；
2、由于使用柯里奧利力偏轉(zhuǎn)的脈沖氣流，檢測電路中可以采用交流耦合，減少了靜態(tài)直流零點調(diào)整的難度；3、由于采用取樣積分器電路，提高了微弱信號的檢測能力。


圖1是采用電容靜電力方法測量時使用的脈沖信號同步檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖1a是剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b是俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是采用光注入法測量時使用的的脈沖信號同步檢測器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖2a是剖視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2b是俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有微噴小孔1、第一熱敏電阻2、第二熱敏電阻3、受柯里奧利力偏轉(zhuǎn)的氣流4、蓋板5、氣體腔6、薄膜片7、第一電容極板8、第二電容極板9、底座10、氣流管道11、光注入透明窗12、半導(dǎo)體激光器13。
圖3是本實用新型實施例電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是圖3電路中采樣積分電路U2的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖3電路中時序調(diào)整電路U5的時序圖。
具體實施方式
本實用新型采用電容靜電力方法測量時使用的脈沖信號同步檢測器由蓋板5和底座10鍵合在一起所組成一個具有氣體腔6、微噴小孔1、氣流管道11的空心體，氣流管道11的外端通向該同步檢測裝置的外部，氣流管道11的內(nèi)端通過微噴小孔1與氣體腔6連通，在氣體腔6的上端面設(shè)有薄膜片7，第一電容極板8位于氣體腔6下部的底座10上，第二電容極板9位于氣體腔6上部的的薄膜片7的下側(cè)；第一熱敏電阻2、第二熱敏電阻3分別位于氣流管道11內(nèi)的蓋板5和底座10上。
本實用新型采用光注入法測量時使用的的脈沖信號同步檢測器由蓋板5和底座10鍵合在一起所組成一個具有氣體腔6、微噴小孔1、氣流管道11的空心體，氣流管道11的外端通向該同步檢測裝置的外部，氣流管道11的內(nèi)端通過微噴小孔1與氣體腔6連通，第一熱敏電阻2、第二熱敏電阻3分別位于氣流管道11內(nèi)的蓋板5和底座10上。在與微噴小孔1相對稱的氣體腔6的對面設(shè)有光注入透明窗12，在光注入透明窗12外設(shè)有半導(dǎo)體激光器13。
圖3、4中有半導(dǎo)體第一熱敏電阻R1、半導(dǎo)體第二熱敏電阻R2，平衡調(diào)整電阻R5、R6，限流電阻R3、R4，差動放大器U1，直流隔離電路電容C3、直流隔離電路電阻R7，取樣積分器U2，放大器U3，時鐘U4，時序調(diào)整電路U5、放大驅(qū)動電路U6，靜電力驅(qū)動電容C1，直流偏置電阻R8，直流隔離電容C2。如果不采用電容靜電力驅(qū)動，而采用光注入法，用激光器LAS、限流電阻R9代替靜電力驅(qū)動電容C1、直流隔離電容C2、直流偏置電阻R8。積分電路原理如圖2(b)所示，其中有差動放大器U7，電容C4、電阻R10、放大器U8組成積分電路，積分開關(guān)SW1、積分器清零開關(guān)SW2，采樣保持器U9，采樣保持器的邏輯控制S3。
由第一熱敏電阻R1、第二熱敏電阻R2，平衡調(diào)整電阻R5、R6，限流電阻R3、R4組成不平衡電橋；橋路電流使熱敏電阻被加熱，柯里奧利力偏轉(zhuǎn)的脈沖氣流4改變了兩熱敏電阻的散熱條件，使兩電阻的自身溫度不同，從而出現(xiàn)阻值差的變化，橋路輸出的電壓發(fā)生變化，這個變化形成與脈沖氣流同步的幅值變化的脈沖。差動放大器U1從不平衡電橋取出差動信號進行放大。直流隔離電容C3濾除靜態(tài)直流成分，讓脈沖量通過。取樣積分器U2在時序分配的時刻對脈沖量進行積分，解決了微弱信號的檢測。放大器U3完成信號的最后放大和輸出。，時鐘源U4、時序調(diào)整電路U5產(chǎn)生時鐘脈沖，控制取樣積分器的工作，并產(chǎn)生驅(qū)動脈沖。驅(qū)動脈沖經(jīng)由放大器輸出。放大器U6輸出電壓可經(jīng)隔直耦合電容加到靜電力驅(qū)動電容極板上。直流偏置電阻R8對靜電力驅(qū)動電容加上偏置電壓。當采用光注入方案時，放大器輸出電壓經(jīng)限流電阻R9向激光二極管LAS提供脈沖直流。
不平衡電橋的調(diào)整方法為調(diào)整限流電阻R3、R4使橋路兩臂對機械干擾振動引起的交流共模干擾的靈敏度相同，交流共模輸出接近零；調(diào)整平衡調(diào)整電阻R5、R6使橋路靜態(tài)輸出接近零。
時序調(diào)整電路U5的時序如圖3所示。采樣積分控制信號S1比驅(qū)動控制信號S4落后，采樣積分控制信號S1動作n次，積分器輸出為一階梯鋸齒波，完成n次積分后采樣保持器的邏輯控制S3動作，把積分值(階梯波峰值)保存在采樣保持器中，之后積分清零控制信號S2動作，電容C4上電荷被復(fù)零，下一次驅(qū)動控制信號S4→采樣積分控制信號S1(n次)→保持控制信號S3→清零控制信號S2循環(huán)開始。n越大信噪比越大，但系統(tǒng)的跟蹤速度越慢。
權(quán)利要求1.一種微弱脈沖信號檢測器，其特征在于該檢測裝置由蓋板(5)和底座(10)鍵合在一起所組成一個具有氣體腔(6)、微噴小孔(1)、氣流管道(11)的空心體，氣流管道(11)的外端通向該同步檢測裝置的外部，氣流管道(11)的內(nèi)端通過微噴小孔(1)與氣體腔(6)連通，在氣體腔(6)的上端面設(shè)有薄膜片(7)，第一電容極板(8)位于氣體腔(6)下部的底座(10)上，第二電容極板(9)位于氣體腔(6)上部的的薄膜片(7)的下側(cè)；第一熱敏電阻(2)、第二熱敏電阻(3)分別位于氣流管道(11)內(nèi)的蓋板(5)和底座(10)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微弱脈沖信號檢測器，其特征在于在與微噴小孔(1)相對稱的氣體腔(6)的對面設(shè)有光注入透明窗(12)，在光注入透明窗(12)外設(shè)有半導(dǎo)體激光器(13)。
專利摘要脈沖信號同步檢測器涉及傳感技術(shù)，尤其涉及一種微噴微流體慣性角速度傳感器中，在微小尺寸范圍內(nèi)的流體分布檢測式微陀螺敏感信號的提取裝置。該檢測裝置由蓋板(5)和底座(10)鍵合在一起所組成一個具有氣體腔(6)、微噴小孔(1)、氣流管道(11)的空心體，氣流管道(11)的外端通向該同步檢測裝置的外部，氣流管道(11)的內(nèi)端通過微噴小孔(1)與氣體腔(6)連通，在氣體腔(6)的上端面設(shè)有薄膜片(7)，第一電容極板(8)位于氣體腔(6)下部的底座上，第二電容極板(9)位于氣體腔(6)上部的的薄膜片(7)的下側(cè)；第一熱敏電阻(2)、第二熱敏電阻(3)分別位于氣流管道(11)內(nèi)的蓋板(5)和底座上。
文檔編號G01C19/02GK2835951SQ20052007554
公開日2006年11月8日 申請日期2005年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者陳建元, 蘇巖, 丁衡高, 許康平 申請人:東南大學(xué)