CN113917838A - 一种基于边带激励的谐振式传感器 - Google Patents

一种基于边带激励的谐振式传感器 Download PDF

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CN113917838A CN202111151260.5A CN202111151260A CN113917838A CN 113917838 A CN113917838 A CN 113917838A CN 202111151260 A CN202111151260 A CN 202111151260A CN 113917838 A CN113917838 A CN 113917838A
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赵纯
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高禄
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    • G05B11/01—Automatic controllers electric
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Abstract

本发明公开了一种基于边带激励的谐振式传感器，包括：MEMS谐振器和反馈控制系统，谐振器包括至少两个电极，反馈控制系统用于实现反馈闭环控制并在传感过程中自适应调整边带激励信号的频率，从而维持谐振器的自激振荡。反馈控制系统包括：第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，第一反馈控制电路用于通过检测相位差变化来实时跟踪谐振器一阶模态的频率变化，从而解调出谐振器一阶模态的振荡幅值从而产生与振荡基频频率相等的解调参考信号；第二反馈控制电路用于通过检测振荡幅值的变化来输出边带激励信号，同时提取边带激励信号的频率信息作为传感器输出。本发明可以解决现有技术中谐振式加速度传感器灵敏度低和分辨率较低的问题。

Description

一种基于边带激励的谐振式传感器
技术领域
本发明属于信息工程领域中的微机电系统及其传感、控制领域；更具体地，涉及一种针对边带激励调制自激振荡效应的谐振式MEMS传感器的反馈控制电路，以提升MEMS传感器的灵敏度。
背景技术
MEMS传感器具有尺寸小、低成本等优势，在消费电子、汽车电子等商用领域，以及石油勘探、重力调查等高端领域均有应用。相较于采用电压输出的MEMS传感器，包括电容读出、光强读出等方式，MEMS谐振式传感器采用频率输出，其具有稳定性、分辨率高的优点，因此是高性能MEMS传感器的发展方向和趋势。为实现高稳定性和分辨率，需要提高MEMS谐振式传感器的灵敏度。
目前提高MEMS谐振式传感器的灵敏度主要有力、位移、应变放大等方式，以及采用高阶模态较高灵敏度的方式。力、位移的放大倍数的方法较为常见，例如意法半导体的专利US9354246B2等，其放大倍数受限于杠杆的尺寸。对于MEMS传感器中较小的尺寸而言，杠杆的放大倍数通常较为有限。应变放大的方式，例如Kose，et al.Journal ofMicromechanics and Microengineering，26(4)，045012，2016等，则受限于器件加工的工艺。采用高阶模态提升灵敏度的方式，例如Zhao，Chun，et al.Journal ofMicroelectromechanical Systems，28(3)，pp.324-326，2019，则受限于高阶模态较低的信噪比，即便提高了灵敏度，最终传感器噪声并未明显提升。这些限制因素均会降低灵敏度提升的效率，因此需要探索新的提升灵敏度的方式，进而实现高性能MEMS谐振式传感器。
近年来，针对MEMS谐振器边带激励效应的研究成为研究热点之一。通过在MEMS谐振器上施加一个边带激励调制交流电压信号，且该信号的频率等于MEMS谐振器多个本征模态频率之和时，同时该信号的幅值满足一定条件时，谐振器的品质因数、以及振动幅值会大幅提升，甚至进入自激振荡状态。然而，截止至目前，基于该效应的传感器仍未被实现。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于边带激励的谐振式传感器，旨在解决现有技术中由于谐振器杠杆尺寸有限、器件加工工艺困难以及高阶模态信噪比低的原因导致传感器的灵敏度低和分辨率低的问题。
本发明提供了一种基于边带激励的谐振式传感器，包括：MEMS谐振器和反馈控制系统，MEMS谐振器包括至少两个电极，通过其中的一个电极施加驱动信号和边带激励信号，另一个电极作为检测电极；反馈控制系统与所述MEMS谐振器连接，用于实现反馈闭环控制，并在传感过程中自适应调整边带激励信号的频率，从而维持所述MEMS谐振器的自激振荡。
更进一步地，反馈控制系统包括：第一反馈控制电路和第二反馈控制电路，第一反馈控制电路的输入端连接至MEMS谐振器的检测端，用于通过检测相位差变化来实时跟踪MEMS谐振器一阶模态的频率变化，并提取一阶模态的振荡幅值；第二反馈控制电路的输入端连接至第一反馈控制电路的输出端，第二反馈控制电路的输出端连接至MEMS谐振器反馈控制端，用于通过检测振荡幅值的变化来输出边带激励信号。
更进一步地，第一反馈控制电路包括：依次连接的跨阻放大电路、模数转换电路和数字锁相放大电路，跨阻放大电路的输入端作为第一反馈控制电路的输入端，数字锁相放大电路的输出端作为第一反馈控制电路的输出端；跨阻放大电路用于将MEMS谐振器运动所产生的电流转化为电压信号；模数转换电路用于将跨阻放大电路输出的模拟信号转换为数字信号；数字锁相放大电路用于读出MEMS谐振器一阶模态的振荡幅值以及所述MEMS谐振器一阶模态频率信号与一个参考频率信号之间的相位差，并通过检测相位差变化来实时跟踪MEMS谐振器一阶模态的频率变化。
其中，数字锁相放大电路包括：依次连接的乘法器、数字低通滤波器、幅值相位解调器、第一加法器、第一PID控制器、第二加法器和第一数控振荡器；乘法器的输入端与所述模数转换器的输出端及第一数控振荡器的输出端相连；第一加法器的第一输入端连接幅值相位解调器的输出端Φ，第一加法器的第二输入端连接给定初始相移Φo；第二加法器的第一输入端连接所述第一PID控制器的输出端，第二加法器的第二输入端连接给定初始中心频率fo；乘法器用于将模数转换电路输出的数字信号与所述第一数控振荡器输出的一对正交信号sin,cos相乘；数字低通滤波器用于滤除乘法器输出的高频信号；幅值相位解调器用于解调出MEMS谐振器一阶模态频率信号的相位信息Φ和幅值信息A；第一PID控制器通过调节幅值相位解调器输出的相位信息来控制所述第一数控振荡器的输出频率；第一数控振荡器受PID控制器调节输出一对正交频率信号sin和cos。
更进一步地，第二反馈控制电路包括：依次连接的控制模块和反馈调节模块；控制模块的输入端作为第二反馈控制电路的输入端，反馈调节模块的输出端作为第二反馈控制电路的输出端；控制模块通过检测MEMS谐振器一阶模态的振荡幅值变化来输出用于控制边带激励信号的频率的控制信号；反馈调节模块用于根据控制信号由第一输出端输出所述边带激励信号，使得传感器工作在自激振荡状态；同时提取所述边带激励信号的频率信息并由第二输出端输出。
其中，控制模块采用查找表法、PID调节法、线性拟合或多项式拟合调节法来控制边带激励信号的频率。
作为本发明的一个实施例，控制模块包括：第三加法器、第四加法器和第二PID控制器；所述第三加法器的第一输入端作为所述控制模块的输入端，所述第三加法器的第二输入端连接给定初始幅值偏移Ao信号，所述第二PID控制器的输入端连接至所述第三加法器的输出端，所述第四加法器的第一输入端连接至所述第二PID控制器的输出端，所述第四加法器的第二输入端用于连接给定初始中心频率foo信号，所述第四加法器的输出端作为所述控制模块的输出端。
其中，反馈调节模块包括：依次连接的第二数控振荡器、数模转换电路、和幅值调整电路；所述第二数控振荡器的输入端作为所述反馈调节模块的输入端，第二数控振荡器的第二输出端作为反馈调节模块的第二输出端，第二数控振荡器用于输出边带激励信号作为反馈信号，同时提取边带激励信号的频率信息作为传感输出；数模转换电路的输入端连接至反馈调节模块的第一输出端，数模转换电路用于将第二数控振荡器输出的数字信号转换为模拟信号；幅值调整电路的输入端连接至数模转换电路的输出端，幅值调整电路的输出端作为反馈调节模块的输出端，幅值调整电路用于调节边带激励信号的幅值，使其满足MEMS谐振器自激振荡的幅值要求。
在本发明实施例中，MEMS谐振器可以为二自由度二电极结构的谐振器，也可以为二自由度四电极结构的谐振器。
其中，边带激励信号的频率等于a*fp+b*fq，其中fp和fq分别是p阶、q阶模态本征频率，p、q为互不相等的正整数；a和b为正整数。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于本发明利用边带激励维持MEMS谐振器自激振荡的特性，通过一种闭环反馈系统实现在传感过程中自适应调整边带激励信号的频率，从而维持MEMS谐振器的自激振荡，最终通过读出边带激励信号的频率，提升谐振式MEMS传感器灵敏度；具有如下技术效果：
(1)本发明中，传感器灵敏度的提升不受工艺限制，任何谐振式传感器都可通过此方法，借助于高阶模态灵敏度更高的特性，从而实现灵敏度提升。
(2)本发明借助于高阶模态灵敏度更高特性的同时，并未受高阶模态信噪比更低这一问题所带来的负面影响，因为第一反馈控制电路跟踪的依然是一阶模态的频率信号，幅值也是一阶模态的幅值，由于采用边带激励以将一阶模态和高阶模态联系起来，达到灵敏度传递的效果，从而提高灵敏度。此外，一阶模态信噪比较高，而且加入边带激励后，谐振器的品质因数和振动幅值会大幅提升，所以在提升灵敏度的同时可以有效提升分辨率。
(3)本发明实施方法简便，且成本较低，可用市面上已有的可编程逻辑门阵列电路(FPGA)、微控制器电路等方式实现。
附图说明
图1是本发明实施例提供的面向谐振式的传感器的原理框图；
图2是本发明第一实施例提供的面向谐振式的传感器中MEMS谐振器的结构示意图；
图3是本发明第二实施例提供的面向谐振式的传感器中MEMS谐振器的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的面向谐振式的传感器的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种新的提升谐振式MEMS传感器灵敏度的方式；本发明利用边带激励维持MEMS谐振器自激振荡的特性，通过实现一种闭环反馈系统，实现在传感过程中自适应调整边带激励信号频率，从而维持MEMS谐振器的自激振荡，最终通过读出边带激励信号频率，提升MEMS谐振式传感器灵敏度。
本发明中，MEMS谐振式传感器包括MEMS谐振器和反馈控制系统，其中MEMS谐振器包括至少两个电极，通过其中的一个电极施加驱动信号和边带激励信号，另一个电极作为检测电极；反馈控制系统与MEMS谐振器连接，用于实现反馈闭环控制，并在传感过程中自适应调整边带激励信号的频率，从而维持所述MEMS谐振器的自激振荡。
在本发明实施例中，MEMS谐振式传感器的谐振频率是待测物理量的函数；MEMS谐振器具有多个本征频率，分别记为f1，f2，…，fn，其中，脚标n(n为正整数)代表n阶本征模态。此外，该谐振器还配备有至少两个电极，其中一个电极可用于施加驱动信号，以及边带激励信号，另一个电极用于检测谐振器的运动位移或速度。需指出的是，电极可以多于两个，例如，配备三个电极时，其中一个用于施加驱动信号，一个用于施加边带激励信号，一个用于检测谐振器的运动。如配备四个或更多电极，其中一个用于施加驱动信号，一个用于施加边带激励信号，一个用于检测谐振器的运动，另外剩余电极可用于施加参考电压信号，例如0V电压信号，可用于隔绝信号耦合串扰。
图1示出了本发明实施例提供的面向谐振式的传感器的原理框图；为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
面向谐振式的传感器包括：MEMS谐振器1和反馈控制系统，反馈控制系统包括：第一反馈控制电路2和第二反馈控制电路3，其中，第一反馈控制电路2的输入端连接至所述MEMS谐振器1的检测端，用于通过检测相位差变化来实时跟踪MEMS谐振器1一阶模态的频率变化，同时解调出MEMS谐振器一阶模态的振荡幅值；第二反馈控制电路3的输入端连接至所述第一反馈控制电路2的输出端，所述第二反馈控制电路3的输出端连接至所述MEMS谐振器1反馈控制端，用于通过检测振荡幅值的变化来输出边带激励信号。
在本发明实施例中，第一反馈控制电路2包括：依次连接的跨阻放大电路21、模数转换电路22和数字锁相放大电路23，跨阻放大电路21的输入端作为第一反馈控制电路2的输入端，数字锁相放大电路23的输出端作为第一反馈控制电路2的输出端；跨阻放大电路21用于将MEMS谐振器1运动所产生的电流转化为电压信号；模数转换电路22用于将跨阻放大电路21输出的模拟信号转换为数字信号；数字锁相放大电路23用于读出MEMS谐振器1一阶模态的振荡幅值以及MEMS谐振器1一阶模态频率信号与一个参考频率信号之间的相位差，并通过检测相位差变化来实时跟踪MEMS谐振器一阶模态的频率变化。
在本发明实施例中，第二反馈控制电路3包括：依次连接的控制模块31和反馈调节模块32；控制模块的输入端作为第二反馈控制电路3的输入端，反馈调节模块32的输出端作为第二反馈控制电路3的输出端；控制模块31通过检测MEMS谐振器1一阶模态的振荡幅值变化来输出用于控制边带激励信号的频率的控制信号；反馈调节模块32用于根据控制信号由第一输出端输出边带激励信号，使得传感器工作在自激振荡状态；同时提取边带激励信号的频率信息并由第二输出端输出。
本发明中，数字锁相放大电路用于读出该谐振器一阶模态的振荡幅值，以及该谐振器一阶模态频率信号与一个参考频率信号间的相位差，通过检测相位差和振荡幅值的变化来形成两级反馈系统，第一反馈控制电路2通过检测相位差变化来实时跟踪谐振器一阶模态的频率变化，同时解调出MEMS谐振器一阶模态的振荡幅值。在第一反馈控制电路2稳定后，第二反馈控制电路3开始工作。第二反馈控制电路3中包括控制模块和反馈调节模块，通过检测振荡幅值的变化来控制后面反馈元件输出边带激励信号。其中控制模块通过检测谐振器输出的振荡幅值，经过特定的控制算法，来控制反馈调节模块输出的边带激励信号的频率；反馈调节模块，受控制模块调节，用于输出边带激励信号，以使传感器工作在自激振荡状态，同时提取边带激励信号的频率信息作为传感输出。边带激励信号的频率应等于a*fp+b*fq，其中fp和fq分别是p阶、q阶模态本征频率，p、q为互不相等的正整数；a和b为正整数，a和b可以相等。泵浦信号由本发明中前述反馈调节模块产生，反馈调节模块由控制模块控制。
图2示出了本发明第一实施例提供的面向谐振式的传感器中MEMS谐振器的结构，为了便于说明仅示出了与本发明第一实施例相关的部分，详述如下：
本发明第一实施例提供一种基于有源耦合的二自由度二电极谐振式MEMS传感器的结构，其中A1电极可用于施加驱动信号以及边带激励信号；A2电极可用于检测谐振器的运动位移或速度；A3电极用于施加直流偏置电压。
该谐振式MEMS加速度传感器具有多个本征频率，分别记为f1，f2，…，fn，其中，脚标n(n为正整数)代表n阶本征模态。其主要包括两个电极，其中一个电极可用于施加驱动信号，以及边带激励信号，另一个电极用于检测谐振器的运动位移或速度。通过施加边带激励信号可使该传感器工作在自激振荡状态，边带激励信号的频率等于a*fp+b*fq，其中fp和fq分别是p阶、q阶模态本征频率，p、q为互不相等的正整数；a和b为正整数，a和b可以相等；同时其幅值应满足特定条件(由器件具体设计所决定)。边带激励信号由本发明中的反馈调节模块产生，其频率由控制模块控制。
相比于现有技术中由于谐振器杠杆尺寸有限、器件加工工艺困难、高阶模态信噪比低等原因导致传感器的灵敏度低和分辨率低的问题，本发明提出了一种可以提高传感器的灵敏度和分辨率的方案。
图3是本发明第二实施例提供的面向谐振式的传感器中MEMS谐振器的结构示意图，为了便于说明仅示出了与本发明第二实施例相关的部分，详述如下：
本发明第二实施例提供一种基于有源耦合的二自由度四电极谐振式MEMS传感器的结构，其中B1电极可用于施加驱动信号；B2电极可用于施加边带激励信号；B3电极可用于施加0V电压信号；B4电极可用于检测谐振器的运动位移或速度；B5电极用于施加直流电压。
该结构与第一实施例所示结构相比，多出两个电极，电极可分配如下：其中一个用于施加驱动信号，一个用于施加边带激励信号，一个用于检测谐振器的运动，另外剩余电极可用于施加参考电压信号，例如0V电压信号，可用于隔绝信号耦合串扰。其他参数设置与第一实施例所示结构相同，在此不再赘述。
图4示出了本发明实施例提供的面向谐振式的传感器的电路结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
前端跨阻放大电路(TIA)，用于将谐振器运动所产生的电流转化为电压信号；
模数转换电路(ADC)，用于将模拟电压信号转换为数字电压信号，以作为数字锁相放大电路的输入信号；
数字锁相放大电路，用于读出该谐振式MEMS加速度传感器输出信号的振荡幅值，以及该传感器输出信号与一个参考频率信号间的相位差，其中振荡幅值和相位差分别作为两级反馈系统的输入。第一反馈控制电路2通过检测相位差变化来实时跟踪谐振器一阶模态的频率变化。在第一反馈控制电路2稳定前，系统不宜进行传感工作。在第一反馈控制电路2稳定后，第二反馈控制电路3开始工作，此时系统即可实现传感。第二级反馈控制系统通过检测振荡幅值的变化来控制后面反馈元件输出边带激励信号。
作为本发明的一个实施例，数字锁相放大电路23包括：依次连接的乘法器、数字低通滤波器、幅值相位解调器、第一加法器、第一PID控制器、第二加法器和第一数控振荡器；乘法器的输入端与模数转换器的输出端及第一数控振荡器的输出端相连；第一加法器的第一输入端连接幅值相位解调器的输出端Φ，第一加法器的第二输入端连接给定初始相移Φo；第二加法器的第一输入端连接第一PID控制器的输出端，第二加法器的第二输入端连接给定初始中心频率fo；乘法器用于将模数转换电路22输出的数字信号与第一数控振荡器输出的一对正交信号sin,cos相乘；数字低通滤波器用于滤除乘法器输出的高频信号；幅值相位解调器用于解调出MEMS谐振器一阶模态频率信号的相位信息Φ和幅值信息A；第一PID控制器通过调节幅值相位解调器输出的相位信息来控制第一数控振荡器的输出频率；第一数控振荡器受PID控制器调节输出一对正交频率信号sin和cos。
控制模块，通过检测谐振器输出的振荡幅值来控制反馈调节模块输出的边带激励信号的频率，使其输出的边带激励信号频率等于a*fp+b*fq，其中fp和fq分别是p阶、q阶模态本征频率，p、q为互不相等的正整数；a和b为正整数，a和b可以相等。控制模块的输入电压(即MEMS谐振器的振荡幅值)发生变化时，此时意味着MEMS谐振器感受到了输入信号的变化。控制器通过检测幅值变化的大小，采用一种或多种调节方法，具体的调节方法包括但不限于：查找表(LUT)法、PID调节、线性拟合调节、多项式拟合调节等，即可相应地产生控制信号，从而控制边带激励信号的频率。
作为本发明的一个实施例，控制模块31包括：第一加法器、第二加法器和PID控制器；第一加法器的第一输入端作为所述控制模块的输入端，第一加法器的第二输入端连接给定初始幅值偏移Ao信号，PID控制器的输入端连接至第一加法器的输出端，第二加法器的第一输入端连接至PID控制器的输出端，第二加法器的第二输入端连接给定初始中心频率foo信号，第二加法器的输出端作为所述控制模块的输出端。
反馈调节模块，根据控制模块输出的控制信号来输出相应的边带激励信号作为反馈信号，同时提取其频率信息作为系统输出。该模块可由数控振荡器(NCO)、数模转换电路(DAC)、幅值调整电路(AMP)构成。NCO用于输出边带激励信号作为反馈信号，同时提取边带激励信号的频率信息作为系统输出；DAC用于将NCO输出的数字信号转换为模拟信号。DAC也可以去除，如果去除，须将NCO输出的多位频率信号转换为一位频率信号，即方波信号；AMP用于调节边带激励信号的幅值，使其满足MEMS谐振器自激振荡的边带激励信号幅值要求。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于边带激励的谐振式传感器，其特征在于，包括：MEMS谐振器(1)和反馈控制系统，
所述MEMS谐振器(1)包括至少两个电极，通过其中的一个电极施加驱动信号和边带激励信号，另一个电极作为检测电极；
所述反馈控制系统与所述MEMS谐振器(1)连接，用于实现反馈闭环控制，并在传感过程中自适应调整边带激励信号的频率，从而维持所述MEMS谐振器的自激振荡。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述反馈控制系统包括：第一反馈控制电路(2)和第二反馈控制电路(3)，
所述第一反馈控制电路(2)的输入端连接至所述MEMS谐振器(1)的检测端，用于通过检测相位差变化来实时跟踪所述MEMS谐振器(1)一阶模态的频率变化，并提取MEMS谐振器(1)一阶模态的振荡幅值；
所述第二反馈控制电路(3)的输入端连接至所述第一反馈控制电路(2)的输出端，所述第二反馈控制电路(3)的输出端连接至所述MEMS谐振器(1)反馈控制端，用于通过检测振荡幅值的变化来输出边带激励信号。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述第一反馈控制电路(2)包括：依次连接的跨阻放大电路(21)、模数转换电路(22)和数字锁相放大电路(23)，所述跨阻放大电路(21)的输入端作为所述第一反馈控制电路(2)的输入端，所述数字锁相放大电路(23)的输出端作为所述第一反馈控制电路(2)的输出端；
所述跨阻放大电路(21)用于将所述MEMS谐振器(1)运动所产生的电流转化为电压信号；
所述模数转换电路(22)用于将所述跨阻放大电路(21)输出的模拟信号转换为数字信号；
所述数字锁相放大电路(23)用于读出所述MEMS谐振器(1)一阶模态的振荡幅值以及所述MEMS谐振器(1)一阶模态信号与一个参考频率信号之间的相位差，并通过检测相位差变化来实时跟踪MEMS谐振器一阶模态的频率变化。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述数字锁相放大电路(23)包括：依次连接的乘法器、数字低通滤波器、幅值相位解调器、第一加法器、第一PID控制器、第二加法器和第一数控振荡器；
所述乘法器的输入端与所述模数转换器的输出端及所述第一数控振荡器的输出端相连；第一加法器的第一输入端连接所述幅值相位解调器的输出端Φ，第一加法器的第二输入端连接给定初始相移Φo；第二加法器的第一输入端连接所述第一PID控制器的输出端，第二加法器的第二输入端连接给定初始中心频率fo；
所述乘法器用于将模数转换电路(22)输出的数字信号与所述第一数控振荡器输出的一对正交频率信号sin,cos相乘；
所述数字低通滤波器用于滤除乘法器输出的高频信号；
所述幅值相位解调器用于解调出MEMS谐振器一阶模态频率信号的相位信息Φ和幅值信息A；
所述第一PID控制器通过调节幅值相位解调器输出的相位信息来控制所述第一数控振荡器的输出频率；
所述第一数控振荡器受PID控制器调节输出一对正交信号sin和cos。
5.如权利要求2-4任一项所述的传感器，其特征在于，所述第二反馈控制电路(3)包括：依次连接的控制模块(31)和反馈调节模块(32)；所述控制模块的输入端作为所述第二反馈控制电路(3)的输入端，所述反馈调节模块(32)的输出端作为所述第二反馈控制电路(3)的输出端；
所述控制模块(31)通过检测所述MEMS谐振器(1)一阶模态的振荡幅值变化来输出用于控制所述边带激励信号的频率的控制信号；
所述反馈调节模块(32)用于根据所述控制信号由第一输出端输出所述边带激励信号，使得传感器工作在自激振荡状态；同时提取所述边带激励信号的频率信息并由第二输出端输出。
6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述控制模块(31)采用查找表法、PID调节法、线性拟合或多项式拟合调节法来控制所述边带激励信号的频率。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述控制模块(31)包括：第三加法器、第四加法器和第二PID控制器；
所述第三加法器的第一输入端作为所述控制模块的输入端，所述第三加法器的第二输入端连接给定初始幅值偏移Ao信号，所述第二PID控制器的输入端连接至所述第三加法器的输出端，所述第四加法器的第一输入端连接至所述第二PID控制器的输出端，所述第四加法器的第二输入端用于连接给定初始中心频率foo信号，所述第四加法器的输出端作为所述控制模块的输出端。
8.如权利要求5-7任一项所述的传感器，其特征在于，所述反馈调节模块(32)包括：依次连接的第二数控振荡器、数模转换电路和幅值调整电路；
所述第二数控振荡器的输入端所述反馈调节模块(32)的输入端，第二数控振荡器的第二输出端作为所述反馈调节模块(32)的第二输出端，第二数控振荡器用于输出边带激励信号作为反馈量，同时提取边带激励信号的频率信息作为传感输出；
所述数模转换电路的输入端连接至所述反馈调节模块(32)的第一输出端，数模转换电路用于将第二数控振荡器输出的数字信号转换为模拟信号；
所述幅值调整电路的输入端连接至所述数模转换电路的输出端，幅值调整电路的输出端作为所述反馈调节模块(32)的输出端，所述幅值调整电路用于调节边带激励信号的幅值，使其满足MEMS谐振器自激振荡的边带激励信号幅值要求。
9.如权利要求1-8任一项所述的传感器，其特征在于，所述MEMS谐振器(1)为二自由度二电极结构的谐振器或二自由度四电极结构的谐振器。
10.如权利要求1-8任一项所述的传感器，其特征在于，所述边带激励信号的频率等于a*fp+b*fq，其中fp和fq分别是p阶、q阶模态本征频率，p、q为互不相等的正整数；a和b为正整数。
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