本發(fā)明是關(guān)于一種兩用共振型磁力計(jì)，特別是關(guān)于一種不須外接震蕩器，且可用以量測(cè)加速度的共振型磁力計(jì)。

背景技術(shù)：

微型磁力計(jì)是一種廣泛應(yīng)用在例如智能型手機(jī)、穿戴型裝置及物聯(lián)網(wǎng)裝置(Internet of Things–IOT–devices)的組件。微型磁力計(jì)也可以應(yīng)用在其他工程、科學(xué)及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。為能在現(xiàn)代的應(yīng)用上提供磁力量測(cè)的功能，微型磁力計(jì)必須高度集積化，低耗電且能提供正確的磁力/磁場(chǎng)量測(cè)。

在各種微型磁力計(jì)中，應(yīng)用羅倫茲力(the Lorentz forces)原理制作的磁力計(jì)，較合于實(shí)用。因?yàn)檫@種微型磁力計(jì)可以標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制程制作。此外，共振型磁力計(jì)，亦即在共振頻率下工作的磁力計(jì)，可以提供相對(duì)較高的敏感度，且偵測(cè)器所產(chǎn)生的反應(yīng)可以利用依照其質(zhì)量因子(quality factor–Q-factor或Q值)所設(shè)計(jì)的放大器放大，故可提供較強(qiáng)的輸出信號(hào)與較佳的訊號(hào)噪聲比。在此條件下，新型的微型磁力計(jì)結(jié)構(gòu)，都是應(yīng)用羅倫茲力原理，在其共振頻率下工作。

應(yīng)用羅倫茲力的磁力計(jì)基本上包括一質(zhì)量塊，以彈簧懸吊在結(jié)構(gòu)上或基板上。對(duì)該質(zhì)量塊提供一定電流，該電流與存在地球的磁場(chǎng)或其他磁性物體發(fā)出的磁場(chǎng)(magnetic field)發(fā)生交互作用，會(huì)產(chǎn)生羅倫茲力，將該質(zhì)量塊向垂直于該電流方向及該磁力方向的方向移動(dòng)。偵測(cè)用電極通常形成梳形或指狀，與該質(zhì)量塊邊緣形成的梳形或指狀 交錯(cuò)，并維持一距離；兩者間等同一電容。該偵測(cè)用電極可偵測(cè)到因質(zhì)量塊移動(dòng)，導(dǎo)致質(zhì)量塊與偵測(cè)用電極間的相對(duì)位置變化，產(chǎn)生的電容值變化，而產(chǎn)生偵測(cè)信號(hào)。該偵測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)變成電壓形式并放大后，作為輸出信號(hào)。所產(chǎn)生的輸出信號(hào)代表該質(zhì)量塊在磁力影響下的位移方向與位移量，可據(jù)以計(jì)算出該磁力值。

共振型磁力計(jì)的架構(gòu)與工作原理基本上上述羅倫茲力磁力計(jì)相同，但在操作時(shí)，使用一驅(qū)動(dòng)電路將一固定值的電流信號(hào)提供到該磁力塊。該電流信號(hào)的頻率與該質(zhì)量塊的機(jī)械共振頻率相同，用于驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊以其共振頻率振動(dòng)。當(dāng)該質(zhì)量塊在其共振頻率下振動(dòng)時(shí)，擷取該質(zhì)量塊因羅倫茲力而產(chǎn)生的位移以及位移量，可以據(jù)以計(jì)算該質(zhì)量塊所受到的磁場(chǎng)。其信號(hào)強(qiáng)度高于非共振型羅倫茲力磁力計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。

已知的共振型磁力計(jì)大多需使用一外接震蕩器，以驅(qū)動(dòng)該微機(jī)電磁力計(jì)的質(zhì)量塊在其共振頻率下振動(dòng)。在這種先前技術(shù)中，是使用一外接震蕩器，產(chǎn)生一固定頻率的震蕩信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)該磁力計(jì)的質(zhì)量塊振動(dòng)，并將其振動(dòng)頻率鎖定在其共振頻率。關(guān)于這種外接式震蕩器的應(yīng)用以及該質(zhì)量塊在其共振頻率下振動(dòng)，用于偵測(cè)當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)的技術(shù)，可參考Dominguez-Nicolas所發(fā)表的「Signal Conditioning System With a 4–20mA Output for a Resonant Magnetic Field Sensor Based on MEMS Technology」一文，刊登在Sensors Journal,IEEE,Vol.12,No.5,pp.935-942,May 2012。

已知的共振型磁力計(jì)使用外接震蕩器雖可驅(qū)動(dòng)該微機(jī)電磁力計(jì) 的質(zhì)量塊在其共振頻率下振動(dòng)，但該外接震蕩器的設(shè)置不但會(huì)提高磁力計(jì)的制作成本與體積，更會(huì)造成該共振結(jié)構(gòu)校正上的困難。主要原因是組件制程本身的不穩(wěn)定性會(huì)使各震蕩器的共振結(jié)構(gòu)的共振頻率發(fā)生變化，無(wú)法達(dá)成一致。因此，磁力計(jì)在使用之前，必須經(jīng)過(guò)調(diào)校，才能使各個(gè)磁力計(jì)都能在其共振頻率下振動(dòng)，并鎖定到該頻率。此外，微機(jī)電偵測(cè)器的高Q值同時(shí)也代表該偵測(cè)器作為震蕩器的頻率響應(yīng)帶寬相當(dāng)狹窄。例如，如果微機(jī)電偵測(cè)器的共振頻率為1kHz，其Q值為10,000，則其頻率響應(yīng)的帶寬只有1000/10000＝0.1Hz。這種特性使得該外接震蕩器必須具備高度的頻率穩(wěn)定性，使其能夠提供數(shù)百ppm級(jí)的穩(wěn)定性。不但如此，該共振驅(qū)動(dòng)用頻率穩(wěn)定性也會(huì)直接影響其振幅，進(jìn)而影響所得信號(hào)的分辨率。

此外，應(yīng)用羅倫茲力的磁力計(jì)可以用來(lái)量測(cè)加速度，為已知的技術(shù)。簡(jiǎn)言之，這種磁力計(jì)在對(duì)質(zhì)量塊提供定電流時(shí)，電流會(huì)與地磁或其他磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生羅倫茲力。但如不對(duì)該質(zhì)量塊提供電流，該質(zhì)量本身在加速度作用下，也會(huì)發(fā)生位移。由于該磁力計(jì)本身即具有量測(cè)該質(zhì)量塊的位移量與位移方向的功能，在無(wú)羅倫茲力作用下量得的質(zhì)量塊位移量與位移方向，即可用來(lái)計(jì)算該質(zhì)量塊的加速度。不過(guò)，如何控制該磁力計(jì)，以分別提供磁場(chǎng)與加速度的量測(cè)功能，則有賴(lài)針對(duì)不同磁力計(jì)架構(gòu)，提供特殊設(shè)計(jì)的控制電路。

因此，目前業(yè)界亟須提供一種兩用共振型磁力計(jì)的新穎結(jié)構(gòu)，以提供穩(wěn)定的共振頻率。

同時(shí)也需要提供一種新穎的兩用共振型磁力計(jì)結(jié)構(gòu)，可以選擇性 的提供磁場(chǎng)與加速度的量測(cè)功能，并將其共振結(jié)構(gòu)鎖定在其共振頻率。

同時(shí)也需要提供一種不需使用外接震蕩器的兩用共振型磁力計(jì)。

同時(shí)也需要有一種能正確選擇提供磁場(chǎng)與加速度的量測(cè)功能的兩用共振型磁力計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種不需使用外接震蕩器的兩用共振型磁力計(jì)，可以選擇性的提供磁場(chǎng)與加速度的量測(cè)功能。根據(jù)本發(fā)明的兩用共振型磁力計(jì)，乃是包括：一偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體，一轉(zhuǎn)換器電路及一振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路。其中，該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體具有一質(zhì)量塊，懸浮于該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體；兩組位移偵測(cè)電極，配置在該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體上，該質(zhì)量塊所在平面上的第一方向X兩側(cè)，用于偵測(cè)該質(zhì)量塊在特定方向的位移量。

該轉(zhuǎn)換器電路連接該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體的位移偵測(cè)電極，用于將由該位移偵測(cè)電極所輸出的偵測(cè)結(jié)果，轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器電路可包括一放大器，用于將該電容電壓轉(zhuǎn)換器輸出的電壓信號(hào)放大，輸出放大后之偵測(cè)信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器電路的輸出信號(hào)可提供后級(jí)計(jì)算電路根據(jù)該位移偵測(cè)電極所偵測(cè)到的位移量，計(jì)算一磁場(chǎng)磁力值或一加速度值。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路連接該轉(zhuǎn)換器電路的輸出，將該輸出以電流型態(tài)提供予該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體內(nèi)的質(zhì)量塊，用于驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊產(chǎn)生振動(dòng)。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路提供的電流以一第二方向Y流經(jīng)該質(zhì)量塊；該第二方向Y為在該質(zhì)量塊所在平面上，與該第一方向X直交的方向。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，該兩用共振型磁力計(jì)另包括一選擇電 路，連接該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路，以選擇性的停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路供應(yīng)該驅(qū)動(dòng)電流到該質(zhì)量塊。在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，該磁力計(jì)的轉(zhuǎn)換器電路包括一帶通濾波器，用于從該偵測(cè)信號(hào)中濾出對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)強(qiáng)度的信號(hào)成分，以及一低通濾波器，用于從該偵測(cè)信號(hào)中濾出對(duì)應(yīng)于加速度的信號(hào)成分。

在本發(fā)明之較佳實(shí)例中，該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路可包括一比較器電路，其輸入為該放大器的輸出，以及一參考電位，用于輸出該放大器輸出信號(hào)與該參考電位的比較結(jié)果，作為該質(zhì)量塊的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的輸出提供至該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體的質(zhì)量塊，用于驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊振動(dòng)。該振動(dòng)的頻率即為該質(zhì)量塊的共振頻率。該質(zhì)量塊的振幅隨時(shí)間加大，經(jīng)過(guò)短暫的時(shí)間后達(dá)成穩(wěn)定。該在本發(fā)明的較佳實(shí)例中，該參考電位為接地電位。

如該兩用共振型磁力計(jì)配備選擇電路，當(dāng)該選擇電路未停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的操作時(shí)，該轉(zhuǎn)換器電處輸出的偵測(cè)信號(hào)即代表該質(zhì)量塊在羅倫茲力影響下的位移量及位移方向，可據(jù)以計(jì)算當(dāng)時(shí)該質(zhì)量塊在特定方向所受的磁場(chǎng)；當(dāng)該選擇電路停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路的操作時(shí)，該轉(zhuǎn)換器電處輸出的偵測(cè)信號(hào)即代表該質(zhì)量塊在無(wú)羅倫茲力影響下的位移量及位移方向，可據(jù)以計(jì)算當(dāng)時(shí)該質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的加速度。如該兩用共振型磁力計(jì)配備該帶通濾波器與低通濾波器，則該帶通濾波器的輸出信號(hào)即代表該質(zhì)量塊在羅倫茲力影響下的位移量及位移方向，可據(jù)以計(jì)算當(dāng)時(shí)該質(zhì)量塊在特定方向所受的磁場(chǎng)；該低通濾波器的輸出信號(hào)即代表該質(zhì)量塊在無(wú)羅倫茲力影響下的位移量及位移方向，可 據(jù)以計(jì)算當(dāng)時(shí)該質(zhì)量塊在特定方向的加速度場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)一種實(shí)施例之系統(tǒng)圖。

圖2為適用在本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)之一種偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10之平面圖。

圖3為對(duì)第1圖之電路中輸出Vout(上圖)與Vdrive(下圖)進(jìn)行瞬時(shí)模擬分析結(jié)果。

圖4為第3圖之放大圖。

圖5為第3圖另一放大圖。

圖6為適用于本發(fā)明一實(shí)施例之帶通濾波器信號(hào)頻率分布圖。

具體實(shí)施方式

以下將利用多種實(shí)施例，說(shuō)明本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)的結(jié)構(gòu)。該等實(shí)施例是用來(lái)例示本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)的可能結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，并非用來(lái)窮盡列舉本發(fā)明所有可能的實(shí)施方式。本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，仍應(yīng)以申請(qǐng)專(zhuān)利范圍記載為準(zhǔn)。

圖1顯示本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)一種實(shí)施例的系統(tǒng)圖。如圖所示，本實(shí)施例之共振型磁力計(jì)包括：一偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10，一轉(zhuǎn)換器電路20，及一振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30。該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10是由任何適用的制程制作的微型磁力計(jì)結(jié)構(gòu)體，用以提供代表該結(jié)構(gòu)體所受磁力及磁力方向，以及加速度的偵測(cè)信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器電路20將該偵測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓型態(tài)后，成為輸出信號(hào)。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30則是用于驅(qū)動(dòng) 該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10內(nèi)的質(zhì)量塊振動(dòng)，并將其振動(dòng)頻率鎖定在其共振頻率。

圖2顯示適用在本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)之一種偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10的平面圖。如圖所示，該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10具有一質(zhì)量塊11，以彈簧16、17、18、19懸吊在該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10上，呈懸浮狀態(tài)。該彈簧16、17、18、19懸吊在該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10之處，形成兩電極14a與14b。

該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10另包括兩組位移偵測(cè)電極12、13，配置在該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10上，該質(zhì)量塊11所在平面上的第一方向X兩側(cè)，用來(lái)偵測(cè)該質(zhì)量塊11在特定方向的位移量。在圖中所示的實(shí)施例中，該質(zhì)量塊11在X方向兩側(cè)伸出多個(gè)的指狀或梳形突出11a、11b。該位移偵測(cè)電極12、13在相對(duì)于該指狀突出11a、11b的一側(cè)，也各延伸出指狀或梳形突出12a、13a。該位移偵測(cè)電極12、13的指狀突出12a、13a，分別與對(duì)應(yīng)的質(zhì)量塊11指狀突出11a、11b沿該平面上與該X方向垂直的Y方向，交錯(cuò)配置。使得任兩支位移偵測(cè)電極12、13的指狀突出12a、13a，分別夾置一支質(zhì)量塊11指狀突出11a、11b。當(dāng)然，這種交錯(cuò)配置的形式，只是本發(fā)明一種較佳實(shí)例。在微型磁力計(jì)，乃至于微型加速度計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域中，早已發(fā)展出各種質(zhì)量塊指狀電極與偵測(cè)方指狀電極的配置方式，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。均可應(yīng)用在本發(fā)明。再者，該質(zhì)量塊與該位移偵測(cè)電極也未必須要使用指狀或梳狀電極。凡是可以用來(lái)偵測(cè)該質(zhì)量塊任一方向移動(dòng)及其移動(dòng)量的偵測(cè)方式，都可應(yīng)用在本發(fā)明。該質(zhì)量塊11與位移偵測(cè)電極12、13的形狀， 結(jié)構(gòu)并非本發(fā)明的重點(diǎn)，且屬習(xí)知技術(shù)的范疇，其技術(shù)細(xì)節(jié)即不須在此多加贅述。

該質(zhì)量塊11與位移偵測(cè)電極12、13須具備電導(dǎo)體，以供偵測(cè)質(zhì)量塊11在磁力影響下的位移與位移方向。通常而言，使用任何微機(jī)電技術(shù)制作的含導(dǎo)體質(zhì)量塊與位移偵測(cè)電極，都可應(yīng)用在本發(fā)明。不過(guò)，在本發(fā)明的較佳實(shí)例中，該質(zhì)量塊11與位移偵測(cè)電極12、13是使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS制程制作。在這種實(shí)例中，該質(zhì)量塊11與位移偵測(cè)電極12、13均會(huì)包括一層或數(shù)層金屬層，以及包覆該金屬層或界接兩金屬層的介電層。此外，該質(zhì)量塊11的懸浮結(jié)構(gòu)與該彈簧16、17、18、19、電極14a與14b等的制作，都可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制程完成制作。詳細(xì)技術(shù)也不須在此贅述。

共振型磁力計(jì)所用來(lái)驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊振動(dòng)的電流供應(yīng)器在本實(shí)施例中為該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30，經(jīng)由該電極14a與14b連接該質(zhì)量塊11。以對(duì)該質(zhì)量塊11供應(yīng)一第二方向Y的電流Idrive(jω)。該第二方向Y是指在該質(zhì)量塊11所在平面上，與該第一方向X直交的方向。

該轉(zhuǎn)換器電路20連接該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10的輸出V-與V+，亦即該位移偵測(cè)電極12、13的輸出，用以將該位移偵測(cè)電極12、13輸出的偵測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。該轉(zhuǎn)換器電路20可包括一電容電壓轉(zhuǎn)換器21，以及放大器22、23，連接于該電容電壓轉(zhuǎn)換器21之后級(jí)，用以將該電容電壓轉(zhuǎn)換器21輸出的電壓信號(hào)放大，輸出放大后的偵測(cè)信號(hào)Vout。其中，該放大器22的輸出可提供后級(jí)計(jì)算電路(未圖標(biāo))計(jì)算該位移偵測(cè)電極12、13所偵測(cè)到的磁場(chǎng)磁力值。而該放大器 23的輸出則可提供后級(jí)計(jì)算電路計(jì)算該質(zhì)量塊11運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度。該放大后之輸出信號(hào)Vout即為本發(fā)明兩用共振型磁力計(jì)的偵測(cè)結(jié)果。根據(jù)洛蘭茲力原理，該放大器22的輸出信號(hào)Vout與該質(zhì)量塊11在Z方向所受的磁力成正比。

該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30為本發(fā)明的重點(diǎn)之一。振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30連接該放大器22的輸出Vout，將該輸出信號(hào)以電流型態(tài)提供予該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10內(nèi)的質(zhì)量塊11，用以驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊11產(chǎn)生振動(dòng)。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30并提供放大功能，以放大該放大器22的輸出信號(hào)。

在本發(fā)明之較佳實(shí)例中，該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30包括一比較器電路，其一輸入為該轉(zhuǎn)換器電路20的輸出Vout，另一輸入為一參考電位Vref，輸出該轉(zhuǎn)換器電路20輸出信號(hào)Vout與該參考電位Vref的比較結(jié)果，作為共振驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdrive，以電流Idrive的形式，經(jīng)由該電極14a與14b提供給該質(zhì)量塊11。該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30的輸出連接該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入Vdrive/Idrive，用以驅(qū)動(dòng)該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10內(nèi)的質(zhì)量塊11，產(chǎn)生振動(dòng)。該振動(dòng)的頻率即為該質(zhì)量塊11的共振頻率。經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間后，即可使該質(zhì)量塊11以其共振頻率，穩(wěn)定的振動(dòng)。

該共振型磁力計(jì)另可包括一時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器15，連接至該偵測(cè)器10，用以提供取樣所需的頻率信號(hào)Vm。

根據(jù)先前技術(shù)已知的原理，當(dāng)對(duì)該質(zhì)量塊11供給第二方向Y(Y方向或負(fù)Y方向)的電流時(shí)，若該質(zhì)量塊11所受磁場(chǎng)方向?yàn)橄驁D面接近的方向(負(fù)Z方向)，受到羅倫茲力的牽引，該質(zhì)量塊11及會(huì)發(fā)生 向第一方向(負(fù)X方向或X方向)的位移。如果該電流的頻率與該質(zhì)量塊11之共振頻率相同，則該質(zhì)量塊11將會(huì)產(chǎn)生同于其共振頻率的振動(dòng)。

雖不欲為任何理論所拘束，然而經(jīng)本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在上述電路架構(gòu)下，該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10輸出的偵測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電流后，可用以驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊振動(dòng)。該質(zhì)量塊11起振后，振動(dòng)頻率即會(huì)達(dá)到該質(zhì)量塊11之共振頻率。該頻率信號(hào)與一參考電位Vref比較后的結(jié)果，所輸出的信號(hào)振幅會(huì)隨著時(shí)間經(jīng)過(guò)而放大，達(dá)到穩(wěn)定。該質(zhì)量塊11即可在其共振頻率下以穩(wěn)定的振幅振動(dòng)。

在本發(fā)明的較佳實(shí)例中，該參考電位Vref為接地電位。但該參考電位可以根據(jù)應(yīng)用上的需求，做適當(dāng)?shù)脑O(shè)定。在該參考電位Vref為接地電位的情況下，只要該比較器30的輸出不是0電位，該輸出將以電流形式驅(qū)動(dòng)該質(zhì)量塊11起振。其振動(dòng)頻率即為共振頻率。而在本發(fā)明的電路設(shè)計(jì)下，該比較器30的輸出信號(hào)會(huì)逐漸放大，直到達(dá)到穩(wěn)定為止。第3圖即顯示對(duì)第1圖的電路中，放大器32的輸出Vout(上圖)與Vdrive(下圖)的進(jìn)行瞬時(shí)模擬分析結(jié)果。在第3圖的模擬分析中，該參考電位Vref設(shè)為接地電位。該瞬時(shí)仿真分析結(jié)果顯示約在開(kāi)始振動(dòng)后250ms范圍內(nèi)的結(jié)果，顯示系統(tǒng)在短暫的初始階段后，振動(dòng)即達(dá)到穩(wěn)定。其中，114mV的振幅與Vout的頻率，與仿真條件即輸入磁場(chǎng)10μT與共振頻率5.3kHz相符。雖然該回饋驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdrive為方波型態(tài)，但偵測(cè)器的電容變化為正弦波信號(hào)。該微型偵測(cè)器為一高Q值的共振器，可提供窄頻段帶通濾波器的功 能。

圖4為圖3的放大圖。圖中顯示該質(zhì)量塊11在該比較器30的輸出不是0電位時(shí)，即可發(fā)振。其振幅隨時(shí)間增大，但頻率則為該質(zhì)量塊11的共振頻率。圖5為圖3另一放大圖。圖中顯示在輸入磁力于1ms內(nèi)由10μT改變成70μT，并維持3ms后，變回10μT的過(guò)程中所測(cè)得的波形變化。此時(shí)，Vout發(fā)生良好的響應(yīng)，但Vdrive的頻率并無(wú)變化。證明本發(fā)明共振型磁力計(jì)確能用來(lái)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量塊起振，并將其振動(dòng)頻率鎖定在其共振頻率。該共振型磁力計(jì)并能立即響應(yīng)所受磁力變化，并呈現(xiàn)正確的量測(cè)結(jié)果。

為提供本發(fā)明的兩用共振型磁力計(jì)可選擇的提供磁場(chǎng)與加速度的量測(cè)功能，該磁力計(jì)可另配備一選擇電路(未圖標(biāo))，用來(lái)選擇性的停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30供應(yīng)該驅(qū)動(dòng)電流到該質(zhì)量塊11。該選擇電路40的實(shí)施方式有許多種可能。任何已知用來(lái)選擇性的停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30功能的組件或軟件，都可以使用在本發(fā)明。例如，以一開(kāi)關(guān)(未圖示)連接在該轉(zhuǎn)換器電路20與該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30之間，即為可行的做法。在該開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，即停止該振動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路30供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流到該質(zhì)量塊11。此時(shí)，該轉(zhuǎn)換器電路20的輸出即代表該質(zhì)量塊11在未受羅倫茲力的影響下，在特定方向的位移量。反之，該轉(zhuǎn)換器電路20的輸出即代表該質(zhì)量塊11在受羅倫茲力的影響下，在特定方向的位移量。在這種實(shí)施例中，并無(wú)必要設(shè)置該放大器23。同時(shí)，在這種實(shí)施例中，該放大器22即為一低通濾波器，截止頻率大于磁力計(jì)的共振頻5.3kHz且小于裝置15提供給裝置21的取樣頻率 500kHz，用以濾除裝置21輸出信號(hào)的取樣頻率500kHz并根據(jù)操作狀態(tài)得到加速度或磁場(chǎng)強(qiáng)度訊號(hào)，使結(jié)構(gòu)放置靜止不動(dòng)時(shí)訊號(hào)輸出為磁場(chǎng)強(qiáng)度訊號(hào)，結(jié)構(gòu)受外力搖動(dòng)時(shí)則輸出為加速度訊號(hào)。

在本發(fā)明另一種較佳實(shí)施例中，并不使用該選擇電路。在這種實(shí)例中(參考第1圖)，該放大器22為一帶通濾波器，而放大器則可為一低通濾波器。根據(jù)本發(fā)明，不論是勞倫茲力還是其他外力，都會(huì)使質(zhì)量塊11與位移偵測(cè)電極12、13間的電容產(chǎn)生變化。偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10輸出的電容變化信號(hào)事實(shí)上已經(jīng)混和了兩個(gè)主要成分，亦即對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)的電容變化與對(duì)應(yīng)于加速度的電容變化。而不同外力對(duì)該電容的改變，主要表現(xiàn)在不同的信號(hào)頻率。例如，因勞倫茲力而產(chǎn)生的電容變化，信號(hào)頻率可鎖定在質(zhì)量塊的共振頻，例如5kHz。而外力加速度產(chǎn)生的電容變化，信號(hào)頻率一般應(yīng)用約在100Hz以下。因此，只要使用兩個(gè)濾波器，分別設(shè)定其通過(guò)頻率，即可分別濾出該偵測(cè)器結(jié)構(gòu)體10輸出信號(hào)中，對(duì)應(yīng)于磁場(chǎng)的電容變化成分與對(duì)應(yīng)于加速度的電容變化成分。

該帶通濾波器22與低通濾波器23可依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)定，輸出選定頻段的信號(hào)。例如，電路如果設(shè)定加速度值的取樣頻率為小于100Hz，共振頻磁場(chǎng)訊號(hào)為5000Hz，且電路取樣頻率為500kHz，則可：

1.將低通濾波器23設(shè)定成濾除100Hz以上的訊號(hào)，即得到小于100Hz的加速度偵測(cè)信號(hào)。

2.將帶通濾波器23設(shè)定成濾除小于100Hz和大于6000Hz的訊號(hào)，得到5000Hz的共振頻磁場(chǎng)偵測(cè)信號(hào)。

圖6為適用于本發(fā)明一實(shí)施例之帶通濾波器信號(hào)頻率分布圖。如圖所示，本發(fā)明可以利用低通濾波器(LPF)，得到加速度偵測(cè)信號(hào)。并可利用帶通濾波器(BPF)，得到共振頻磁場(chǎng)偵測(cè)信號(hào)。本發(fā)明這種實(shí)施例可以不使用選擇電路，同時(shí)量測(cè)磁場(chǎng)與加速度并同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)的電壓訊號(hào)，獲得一個(gè)雙物理量同時(shí)輸出的加速度計(jì)/磁力計(jì)，且磁力計(jì)的部分采用自振型設(shè)計(jì)，提高偵測(cè)的靈敏度。

如上所述，本發(fā)明提供一種不須外接震蕩器的兩用共振型磁力計(jì)。該磁力計(jì)在發(fā)振之后可以將質(zhì)量塊的振動(dòng)頻率鎖定在其共振頻率，并不需使用一外接震蕩器。該磁力計(jì)在停止供應(yīng)共振驅(qū)動(dòng)信號(hào)到質(zhì)量塊時(shí)，則提供加速度的偵測(cè)功能。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。