具有叠加同相和反相模态的模态局域化传感器先进控制技术

《IEEE Sensors Journal》：Advanced Control Techniques for Mode-Localized Sensors With Superposed In-Phase and Anti-Phase Modes

　　摘要：本文报道了一种针对模式定位传感器的控制系统，该系统利用叠加的同相（IP）和反相（AP）振荡模式。基于特征模态正交性的IP/AP模式分离器被开发出来，用于同时控制IP和AP模式，即使这些模式存在重叠也能实现。利用AP和IP控制环路之间的干涉信号，开发了一种模态形状（振幅比）检测方法。所提出的控制方法和振幅比检测方法通过一个n=2环形谐振器进行了验证。IP和AP模式的模态形状以及谐振频率被同时检测，这意味着所提出的系统也可以作为模式定位和频率调制（FM）组合传感器使用。一、引言模式定位是一种涉及在弱耦合谐振器（WCRs）中检测微小刚度或质量扰动的现象，近年来备受关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。采用模式定位技术的MEMS传感器因其潜在的灵敏度提升而受到关注，并已成功应用于各种传感器中，包括加速度计[6]、[7]、[8]、[9]、[10]，陀螺仪[11]，电流传感器[12]，静电计[13]、[14]，磁力计[15]，以及质量传感器[16]、[17]、[18]。模式定位传感的关键优势在于，其振幅比的变化显著大于谐振频率的偏移[3]。事实上，模式定位传感器已证明其灵敏度比基于频率的传感器高出约1000倍[4]，使这些传感器能够以更高的分辨率检测扰动。此外，其高灵敏度还能够抑制温度[19]、[20]和压力[20]、[21]等共模噪声源的影响。