书名：微机械谐振器串并联敏感理论
定价：228.0
ISBN：9787030778543
作者：常洪龙等
版次：1
出版时间：2026-06

内容提要：

本书系统总结了作者在微机械谐振器与传感器领域的研究成果。针对微机械传感器在精度提升与长期稳定性方面面临的挑战，本书提出了两项关键理论：一是基于谐振器串联耦合的模态局部化敏感理论，通过多个谐振器串联产生的模态局部化效应实现灵敏度放大；二是基于传感器并联的敏感理论，借助多个传感器并联信号融合以抑制噪声和振动干扰。全书内容涵盖微机械谐振器的基本理论、动力学建模方法、耦合谐振器中的模态局部化机理，以及模态局部化传感器的灵敏度、噪声特性、分辨力、共模噪声抑制特性、输出线性化方法和闭环驱动检测技术等，并结合典型传感器实例，阐述了并联敏感系统的滤波方法与实现途径。

目录：
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 谐振现象的物理学简述 1
1.2 谐振现象的研究简史 3
1.2.1 机械谐振研究 3
1.2.2 声学谐振研究 5
1.2.3 电磁学谐振研究 5
1.3 微机械谐振器 6
1.3.1 微机械谐振器的基本类型 7
1.3.2 微机械谐振器的驱动与检测 8
1.4 谐振式传感器与串并联敏感架构 9
1.4.1 微机械谐振式传感器 9
1.4.2 微机械谐振式加速度计案例 10
1.4.3 基于耦合微机械谐振器的模态局部化传感器 15
1.4.4 基于数据融合的传感器阵列 18
1.4.5 微机械谐振器串并联敏感理论的体系架构 19
1.5 本章小结 21
第2章 耦合微机械谐振器动力学模型 22
2.1 单自由度微机械谐振器的动力学模型 22
2.1.1 梁的弯…振动 22
2.1.2 谐振器的等效模型与强迫振动 26
2.2 耦合微机械谐振器的动力学模型 28
2.2.1 二自由度耦合微机械谐振器的无阻尼自由振动 28
2.2.2 二自由度耦合微机械谐振器的特征值与特征向量 29
2.2.3 二自由度耦合微机械谐振器的受迫振动 30
2.2.4 多自由度耦合谐振器的动力学模型 31
2.2.5 多自由度耦合谐振器的有阻尼受迫振动与特征向量 35
2.3 耦合微机械谐振器的电学模型 39
2.3.1 机械系统与电学系统的等效 39
2.3.2 单自由度谐振器的电学模型 39
2.3.3 二自由度耦合谐振器的电学模型 40
2.3.4 多自由度耦合谐振器的电学模型 40
2.4 本章小结 41
第3章 串联敏感理论模型 42
3.1 微机械谐振器的耦合与扰动施加方法 42
3.1.1 微机械谐振器的耦合方法 42
3.1.2 刚度参数的电学扰动方法 43
3.1.3 刚度参数的轴向力扰动方法 44
3.1.4 刚度扰动可调节的耦合微机械谐振器 45
3.2 弱耦合微机械谐振器中的模态局部化 47
3.2.1 失调耦合谐振器的传递函数分析方法 48
3.2.2 失调耦合谐振器中的振动能量集中效应 51
3.2.3 耦合谐振器中的频率分离现象 59
3.3 多自由度弱耦合谐振器的模态局部化 60
3.3.1 多自由度耦合谐振器的模态分离现象 60
3.3.2 多自由度耦合谐振器的能量集中效应 63
3.4 本章小结 69
第4章 模态局部化传感器灵敏度 70
4.1 模态局部化对传感器灵敏度的放大效应 70
4.1.1 耦合微机械传感器的频率灵敏度 70
4.1.2 耦合微机械传感器的振幅比灵敏度 71
4.2 耦合系数对振幅比灵敏度的影响 72
4.2.1 耦合系数与模态频率差 72
4.2.2 耦合系数与振幅比灵敏度 74
4.2.3 耦合系数与品质因数 74
4.3 模态混叠区域的振幅比灵敏度 76
4.4 耦合自由度对振幅比灵敏度的影响 81
4.4.1 多自由度耦合谐振器的振幅比输出 81
4.4.2 多自由度耦合谐振器灵敏度的提高 82
4.4.3 多自由度系统相对于二自由度系统灵敏度的提高 85
4.5 杜芬非线性对灵敏度的影响 87
4.6 耦合谐振器的其他输出方式灵敏度分析 91
4.7 本章小结 97
第5章 模态局部化传感器的噪声与分辨力 99
5.1 模态局部化传感器噪声来源与分析 99
5.1.1 热机械噪声来源与分析 100
5.1.2 电学噪声来源与分析 103
5.2 二自由度模态局部化传感器的分辨力模型 105
5.2.1 剑桥大学等效分辨力与单输出分辨力模型 105
5.2.2 西北工业大学基于传递函数的分辨力模型 108
5.2.3 巴黎中央理工学院基于雅可比行列式的分辨力模型 111
5.3 多自由度耦合谐振器的分辨力提升规律 113
5.3.1 多自由度耦合谐振器分辨力模型 113
5.3.2 分辨力提升实验验证 115
5.4 本章小结 117
第6章 模态局部化传感器共模噪声抑制特性 118
6.1 模态局部化传感器的共模噪声抑制机理 118
6.2 模态局部化传感器的温度特性共模噪声抑制实验 121
6.2.1 模态局部化传感器的温度特性实验设计 121
6.2.2 模态局部化传感器的温度特性实验 123
6.3 模态局部化传感器的压力共模噪声抑制特性实验 125
6.4 本章小结 128
第7章 模态局部化传感器的线性化方法 129
7.1 幅值比输出的非线性分析 129
7.2 基于初始工作点调节的线性化方法 130
7.3 基于幅值比之和输出的线性化方法 132
7.3.1 谐振频率与幅值比之间的线性关系 132
7.3.2 基于幅值比之和的线性化输出 133
7.4 基于幅值差输出的线性化方法 135
7.4.1 幅值差输出方法 135
7.4.2 双谐振器驱动下的幅值差线性输出方法 136
7.4.3 幅值差与幅值比线性区间的互补关系 139
7.5 多自由度模态局部化传感器的输出线性化方法 140
7.5.1 幅值比灵敏度的非线性 140
7.5.2 幅值比输出的弱非线性 143
7.5.3 多自由度模态局部化传感器的非线性度测试 144
7.5.4 多自由度模态局部化传感器的幅值比之和输出 146
7.6 本章小结 152
第8章 模态局部化传感器的闭环驱动与检测 153
8.1 耦合微机械谐振器闭环控制 153
8.1.1 硅微机械谐振器的电容驱动检测方案 153
8.1.2 单自由度硅微机械谐振器的常见闭环控制方案 155
8.1.3 耦合微机械谐振器的闭环驱动控制方法 157
8.2 耦合谐振器的闭环驱动控制电路 160
8.2.1 模态局部化传感器的位移提取 160
8.2.2 模态局部化传感器的幅值自稳定 162
8.2.3 模态局部化传感器的频率追踪 164
8.2.4 模态局部化传感器的幅值比输出检测 165
8.3 模态局部化传感器的系统级仿真 166
8.4 耦合谐振器的驱动馈通信号及消除方法 170
8.4.1 馈通信号的RLC电路分析 170
8.4.2 馈通信号消除方法 173
8.4.3 馈通信号消除实验 174
8.4.4 去馈通差分结构设计 176
8.5 本章小结 178
第9章 模态局部化传感器设计规则及案例 179
9.1 模态局部化传感器设计规则与加工工艺 179
9.1.1 模态局部化传感器设计规则 179
9.1.2 模态局部化传感器加工工艺 180
9.2 切向力调制的模态局部化加速度计 183
9.2.1 切向力调制加速度敏感原理及结构设计 183
9.2.2 模态局部化加速度计测试方法 185
9.2.3 切向力加速度计主要指标 187
9.3 轴向力调制的模态局部化加速度计 190
9.3.1 轴向力调制加速度敏感原理及结构设计 190
9.3.2 加速度计测试方法 191
9.3.3 轴向力加速度计主要指标 192
9.4 模态局部化静电计 196
9.4.1 静电荷检测原理及结构设计 196
9.4.2 静电计测试方法 197
9.4.3 静电计主要指标 198
9.5 模态局部化电流计 200
9.5.1 电流检测原理及结构设计 200
9.5.2 电流计测试方法 202
9.5.3 电流计主要指标 203
9.6 模态局部化磁强计 207
9.6.1 磁场强度检测原理及结构设计 207
9.6.2 磁强计测试方法 209
9.6.3 磁强计主要指标 210
9.7 本章小结 212
第10章 并联敏感原理 213
10.1 谐振器并联敏感理论 213
10.1.1 并联系统概念 213
10.1.2 基于加法的并联系统滤波原理 215
10.1.3 基于减法的并联系统滤波原理 217
10.2 并联系统误差建模方法 218
10.2.1 误差源分类 218
10.2.2 随机误差模型 220
10.2.3 随机误差建模方法 220
10.3 随机误差量化分析 224
10.3.1 各项随机误差分量辨识 224
10.3.2 各项随机误差分量特征分析 227
10.4 本章小结 229
第11章 基于加法的并联系统滤波方法 230
11.1 基于贝叶斯理论的滤波方法 230
11.1.1 MEMS陀螺噪声模型构建 230
11.1.2 贝叶斯融合方法 231
11.1.3 贝叶斯融合方法实验验证 232
11.2 卡尔曼滤波 233
11.2.1 MEMS陀螺状态模型与误差模型构建 233
11.2.2 卡尔曼滤波方法 234
11.2.3 卡尔曼滤波方法实验验证 236
11.3 基于算术平均的滤波方法 244
11.3.1 平均融合方法 244
11.3.2 基于加法的滤波方法对比 244
11.4 本章小结 245
第12章 基于减法的并联系统滤波方法 246
12.1 环境干扰作用下MEMS陀螺误差分析 246
12.1.1 MEMS陀螺零位输出 247
12.1.2 温度变化对MEMS陀螺的影响 248
12.1.3 冲击/振动对MEMS陀螺的影响 256
12.2 模型未知误差的两阶滤波 257
12.2.1 误差模型未知时的MEMS陀螺模型构建 257
12.2.2 模型未知误差的两阶滤波方法 258
12.2.3 两阶滤波方法实验验证 263
12.3 模型未知误差的期望…化滤波方法 269
12.3.1 MEMS陀螺内外误差模型构建 269
12.3.2 期望…化方法 270
12.3.3 期望…化方法实验验证 277
12.4 本章小结 281
参考文献 282
后记 289