[发明专利]一种基于弱耦合谐振式传感器的反馈式传感方法及装置

说明书

本申请提供了一种基于弱耦合谐振式传感器的方法及装置。在执行所述方法时，先根据待测物理量转化得到扰动信号，后将扰动信号输入目标传感器，以使目标传感器根据该扰动信号生成至少一个谐振信号，其中目标传感器为多自由度弱耦合谐振式传感器，该目标传感器通过模态局域化效应得到至少一个谐振信号。最后，根据得到的谐振信号生成反馈信号并输出。这样，通过生成的反馈信号平衡作用于目标传感器的刚度扰动信号，将反馈信号作为传感结果输出，使传感器中多自由度弱耦合谐振器的灵敏度与传感器整体的量程范围解除关联关系，如此，在不影响传感器中多自由度弱耦合谐振器超高灵敏性的前提下，大大拓宽了传感器的检测量程。

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于弱耦合谐振式传感器的反馈式传感方法及装置。

背景技术

谐振式传感器是利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器，又称频率式传感器。当被测参量发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与被测参量成一定关系的电信号。谐振式传感器以其体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点在多个领域中被广泛应用，特别是力、加速度、微质量、电场和磁场等测量方面有着广泛的应用。

近年来为了开发高灵敏度的谐振式传感器，在单自由度谐振式传感器的基础上，应用模态局部化效应形成了多自由度弱耦合谐振式传感器。通过将多个对称的谐振器形成弱耦合连接，当多个对称的弱耦合谐振器系统接收到被测物理量时，使得能量在这多个弱耦合谐振器中重新分配，检测多个弱耦合谐振器振动幅值比、幅值差等信息，推算出被测物理量的大小。与传统的谐振式传感器相比，弱耦合谐振式传感器利用模态局域化效应，实现了检测灵敏度的大幅度提高。然而，由于现有的弱耦合谐振式传感器具有超高的灵敏度，其能识别的被测物理量的量程范围受到了极大的限制，不利于弱耦合谐振式传感器的广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于弱耦合谐振式传感器的反馈式传感方法及装置，旨在不影响传感器中多自由度弱耦合谐振器的超高灵敏性的同时，拓宽传感器的检测量程。

第一方面，本申请提供了一种基于弱耦合谐振式传感器的反馈式传感方法，所述方法包括：

接收扰动信号，所述扰动信号是根据待测物理量转化得到的；

将所述扰动信号输入目标传感器，以使所述目标传感器根据所述扰动信号生成至少一个谐振信号，所述目标传感器为多自由度弱耦合谐振式传感器；

检测到所述目标传感器生成的至少一个谐振信号后，并根据所述至少一个谐振信号生成反馈信号，以根据所述反馈信号平衡所述扰动信号；

将所述反馈信号作为测量结果输出。

可选地，所述目标传感器包括多个相互耦合的谐振器，所述以使所述目标传感器根据所述扰动信号生成至少一个谐振信号，包括：

将所述目标传感器中的多个相互耦合的谐振器调节至目标振动模态频率；

利用所述扰动信号使所述目标传感器发生模态局域化效应，产生至少一个谐振信号。

可选地，所述将所述扰动信号输入目标传感器，以使目标传感器根据所述扰动信号生成至少一个谐振信号后，还包括：

检测所述目标传感器的实际振动模态频率；

根据所述实际振动模态频率生成调谐电压信号，所述调谐电压信号用于调节所述目标传感器所需的振动模态频率。

可选地，所述根据所述至少一个谐振信号生成反馈信号，包括：

将所述至少一个谐振信号分别进行解调；

根据解调后的谐振信号确定谐振信号信息，所述谐振信号信息包括所述至少一个谐振信号对应的幅值、幅值比或幅值差；