● 摘要
谐振式传感器工作时，必须让谐振子处于谐振状态，谐振子激振、拾振的好坏关系到谐振器的性能。常见的激励/检测技术中，静电激励/电容检测方式具有体积小、工艺简单、集成度高、功耗低、非接触激励与检测等优点，已经成为目前的典型技术。目前大多采用双端口静电激励/电容检测方式，但激励、检测信号之间的电耦合串扰增加了信号检测的难度。针对上述问题，本文提出一种基于数字式快速互相关检测的单端口静电激励/电容检测方法，既避免了同频激励耦合干扰的问题，又简化了谐振子结构，为实现单端口谐振子的闭环奠定了基础。本论文的主要工作内容包括以下几部分：
1、静电激励/电容检测方式及研究现状、静电激励/电容检测中存在的耦合干扰问题。本文采用纯交流电压激励谐振子，并分析了信号输出情形。理论分析表明，采用检测谐振子输出电流的三倍频信号的办法，既可以解算出谐振子的振动信息，又使得检测信号在频域上与激励信号、寄生干扰信号分离，提高了检测信号的信噪比；
2、介绍实验样件，研究基于频域分离法的单端口检测原理，并针对微弱电容检测方法进行比较选择最优方案。在方案选定后，对单端口静电激励/电容检测谐振器在纯交流电压激励情况下的输出电流进行快速互相关解调仿真分析。仿真结果表明基于线性拟合解调的快速互相关检测方法能有效检测出有用信号；
3、设计了微机械谐振子的单端口静电激励/电容检测系统，包括硬件部分和软件部分。硬件部分主要包括电源电路，信号源电路，信号调理电路及控制采集系统等；软件部分主要包括相关设计流程及其功能分析；
4、对软件设计中的主要部分进行详细阐述并进行了时序仿真，以验证相关软件设计的正确性；
5、利用所设计的测试装置进行实验，检测谐振子的激励信号、输出信号、振动信息等。通过解算谐振子输出信号中三倍频信号的信息可以获知谐振子的振动信息，验证了课题设计的激励检测方法的正确性。