本發(fā)明涉及加速度計(jì)噪聲測(cè)試，具體的說(shuō)，涉及了一種電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、加速度計(jì)作為一種能夠?qū)⑼饨缂铀俣茸兓D(zhuǎn)化為電學(xué)量的裝置，廣泛應(yīng)用于國(guó)計(jì)民生、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。此外加速度計(jì)在科研領(lǐng)域同樣有著不俗的表現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于地球重力場(chǎng)測(cè)量、微震監(jiān)測(cè)及引力波測(cè)量領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)上述微弱信號(hào)的測(cè)量，需要深入分析加速度計(jì)整機(jī)系統(tǒng)中各個(gè)噪聲源的影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

2、在對(duì)加速度計(jì)的噪聲分析當(dāng)中，對(duì)電阻而言只是考慮熱噪聲對(duì)于整體的影響程度，也即當(dāng)輸入端接地時(shí)電阻內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)的影響。但是在實(shí)際動(dòng)態(tài)環(huán)境應(yīng)用中，外界加速度處于變化狀態(tài)，意味著電阻內(nèi)部必然存在電流。而對(duì)于電阻而言，流過(guò)電阻內(nèi)部的電流會(huì)由于電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷而存在微放電現(xiàn)象，而此種放電則會(huì)造成電流不穩(wěn)定，引入過(guò)剩噪聲，此類噪聲有明顯的1/f趨勢(shì)，因此也稱之為電阻的1/f噪聲。結(jié)合過(guò)剩噪聲特性可得其表達(dá)式erex為：

3、

4、其中，kex為一個(gè)與電阻結(jié)構(gòu)、材料和類型相關(guān)的常數(shù)，vdc為電阻兩端施加的直流電壓。

5、結(jié)合上述電阻過(guò)剩噪聲表達(dá)式可得，電阻過(guò)剩噪聲存在其影響程度與所加載反饋電壓的幅值成正比的現(xiàn)象，會(huì)造成加速度計(jì)本底噪聲隨輸出增大而抬升，限制加速度計(jì)在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)低噪聲加速度計(jì)的設(shè)計(jì)，需要對(duì)應(yīng)用于加速度計(jì)中的電阻過(guò)剩噪聲進(jìn)行有效評(píng)估。傳統(tǒng)的過(guò)剩噪聲評(píng)估裝置一般是通過(guò)外加直流電壓，進(jìn)而通過(guò)搭建惠斯通電橋的方式，實(shí)現(xiàn)電阻過(guò)剩噪聲的測(cè)量，此種方式雖然可以有效測(cè)量，但是除去上述裝置外，還需搭建高精度測(cè)控電路，同樣會(huì)引入額外的噪聲，且此種方式無(wú)法直接反應(yīng)其對(duì)加速度計(jì)的影響程度，因此通過(guò)惠斯通電橋的方式進(jìn)行過(guò)剩噪聲測(cè)試的方法則不再適用于加速度計(jì)的噪聲評(píng)估，需要研發(fā)適用于加速度計(jì)電阻過(guò)剩噪聲評(píng)估裝置及方法。

6、為了解決以上存在的問(wèn)題，人們一直在尋求一種理想的技術(shù)解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，從而提供一種電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)裝置及方法，本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有通過(guò)搭建惠斯通電橋的方式測(cè)量電阻過(guò)剩噪聲時(shí)，需要搭建裝置及電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且無(wú)法直觀反映其對(duì)加速度計(jì)噪聲影響程度的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)裝置，包括待測(cè)電阻、直流電源模塊、底座、驅(qū)動(dòng)線圈、具有氣隙磁場(chǎng)的力-位移轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)臂、外框架、簧片結(jié)構(gòu)、電容動(dòng)極板和角度位移檢測(cè)模塊；

3、驅(qū)動(dòng)線圈和外框架間隔安裝在底座上；

4、直流電源模塊、待測(cè)電阻和驅(qū)動(dòng)線圈通過(guò)電路串聯(lián)連接形成回路，直流電源模塊用于在工作時(shí)施加直流偏執(zhí)電壓至待測(cè)電阻，以激發(fā)待測(cè)電阻的電阻過(guò)剩噪聲；

5、驅(qū)動(dòng)線圈處于力-位移轉(zhuǎn)換模塊的氣隙磁場(chǎng)中，工作時(shí)驅(qū)動(dòng)線圈通入直流偏執(zhí)電壓，與氣隙磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生安培力，用于將驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)流過(guò)電流的變化量轉(zhuǎn)化為力-位移轉(zhuǎn)換模塊受到的安培力擾動(dòng)量；

6、驅(qū)動(dòng)臂與力-位移轉(zhuǎn)換模塊固連，驅(qū)動(dòng)臂通過(guò)簧片結(jié)構(gòu)連接在外框架上并以簧片結(jié)構(gòu)為支點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，用于將力-位移轉(zhuǎn)換模塊受到的安培力擾動(dòng)量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)臂繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量；

7、電容動(dòng)極板與驅(qū)動(dòng)臂固連并構(gòu)成以簧片結(jié)構(gòu)為支點(diǎn)的杠桿機(jī)構(gòu)，電容動(dòng)極板的長(zhǎng)度大于驅(qū)動(dòng)臂的長(zhǎng)度，將驅(qū)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量轉(zhuǎn)化為電容動(dòng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量，用于放大驅(qū)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量；

8、角度位移檢測(cè)模塊設(shè)置在電容動(dòng)極板的一側(cè)，用于測(cè)量電容動(dòng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量。

9、基于上述，角度位移檢測(cè)模塊包括電容位移檢測(cè)電路和兩塊電容定極板，兩塊電容定極板分別設(shè)置在電容動(dòng)極板的兩側(cè)并固定安裝在底座上，電容動(dòng)極板與兩塊電容定極板呈正對(duì)狀排布以組成差分電容，電容位移檢測(cè)電路分別與電容動(dòng)極板和兩塊電容定極板連接；當(dāng)電容動(dòng)極板產(chǎn)生角度變化量時(shí)，電容動(dòng)極板與電容定極板間所形成的差分電容信號(hào)就會(huì)被電容位移檢測(cè)電路檢測(cè)，得到電壓信號(hào)，從而將電容動(dòng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

10、基于上述，力-位移轉(zhuǎn)換模塊由內(nèi)部永磁體及外圍的厄鐵塊構(gòu)成，永磁體為圓柱形，永磁體沿左右方向水平設(shè)置，永磁體與厄鐵塊之間形成有環(huán)形間隙，永磁體的中部與厄鐵塊的內(nèi)孔中部固定連接，環(huán)形間隙內(nèi)部具有所述的氣隙磁場(chǎng)，氣隙磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。

11、基于上述，驅(qū)動(dòng)線圈設(shè)置有兩組，兩組驅(qū)動(dòng)線圈前后間隔布置在厄鐵塊的兩側(cè)并均通過(guò)支架固定在底座上，前側(cè)的驅(qū)動(dòng)線圈的后端部插接在環(huán)形間隙的前端口中并套在永磁體的前端部，后側(cè)的驅(qū)動(dòng)線圈的前端部插接在環(huán)形間隙的后端口中并套在永磁體的后端部，兩組驅(qū)動(dòng)線圈通過(guò)飛線串聯(lián)為線圈模塊；直流電源模塊的正極與待測(cè)電阻的一端連接，待測(cè)電阻的另一端與線圈模塊的一端連接，線圈模塊的另一端與直流電源模塊的負(fù)極連接。

12、基于上述，驅(qū)動(dòng)臂沿左右方向水平設(shè)置在外框架的左側(cè)，驅(qū)動(dòng)臂的左端固定連接在厄鐵塊的右側(cè)面上，電容動(dòng)極板沿左右方向豎直設(shè)置在外框架的右側(cè)，電容動(dòng)極板的右側(cè)邊中部設(shè)有與驅(qū)動(dòng)臂的右端一體成型固定連接的凸起，驅(qū)動(dòng)臂的右端與凸起的連接處上部和下部均連接有豎向設(shè)置的簧片結(jié)構(gòu)，上側(cè)的簧片結(jié)構(gòu)的上端連接在外框架上，下側(cè)的簧片結(jié)構(gòu)的下端支撐在底座上。

13、基于上述，驅(qū)動(dòng)線圈通過(guò)漆包線繞制的方式制成。

14、基于上述，簧片結(jié)構(gòu)采用鈹銅材料制成。

15、本發(fā)明還提供一種電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)方法，采用上述的電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)，包括以下步驟：

16、通過(guò)直流電源施加直流偏置電壓給待測(cè)電阻和驅(qū)動(dòng)線圈，使待測(cè)電阻內(nèi)部流過(guò)電流，激發(fā)待測(cè)電阻過(guò)剩噪聲，同時(shí)電流會(huì)流過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈并疊加待測(cè)電阻過(guò)剩噪聲；

17、驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)流過(guò)電流，通過(guò)與力-位移轉(zhuǎn)換模塊的氣隙磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生安培力，將驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)流過(guò)電流的變化量轉(zhuǎn)化為力-位移轉(zhuǎn)換模塊受到的安培力擾動(dòng)量，力-位移轉(zhuǎn)換模塊帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)臂以簧片結(jié)構(gòu)為支點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將力-位移轉(zhuǎn)換模塊受到的安培力擾動(dòng)量轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)臂繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量；

18、由于驅(qū)動(dòng)臂與電容動(dòng)極板構(gòu)成以簧片結(jié)構(gòu)為支點(diǎn)的杠桿機(jī)構(gòu)，則電容動(dòng)極板同樣繞支點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，而且電容動(dòng)極板得長(zhǎng)度大于驅(qū)動(dòng)臂的長(zhǎng)度，因此電容動(dòng)極板會(huì)產(chǎn)生更大的角度變化量，放大驅(qū)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量；

19、電容動(dòng)極板產(chǎn)生角度變化量時(shí)，電容動(dòng)極板與電容定極板就會(huì)產(chǎn)生差分電容信號(hào)，通過(guò)電容位移檢測(cè)電路檢測(cè)差分電容信號(hào)，得到電壓信號(hào)，從而將電容動(dòng)極板轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容動(dòng)極板的角度變化的測(cè)量并記錄，通過(guò)相關(guān)法對(duì)電流導(dǎo)致的角度變化量進(jìn)行扣除，從而實(shí)現(xiàn)電阻過(guò)剩噪聲的量化評(píng)估。

20、本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步，具體的說(shuō)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了將不易測(cè)量的電阻過(guò)剩噪聲轉(zhuǎn)化為具有多種測(cè)量手段的角度變化量，在此轉(zhuǎn)化過(guò)程中，通過(guò)杠桿放大效應(yīng)，將電阻過(guò)剩噪聲帶來(lái)的影響進(jìn)一步放大，提高信噪比，最終借助當(dāng)前常用的電容位移檢測(cè)電路及數(shù)據(jù)相關(guān)法處理，實(shí)現(xiàn)電阻過(guò)剩噪聲的量化評(píng)估。相對(duì)于現(xiàn)有的電阻過(guò)剩噪聲檢測(cè)方法而言，在高精度加速度計(jì)領(lǐng)域，可以通過(guò)本發(fā)明提供的檢測(cè)方法量化電阻過(guò)剩噪聲引起的等效加速度噪聲，從而進(jìn)一步降低加速度計(jì)的本底噪聲。