CN1987364A - 具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器 - Google Patents

Abstract

具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，由一次敏感结构、谐振梁、作为辅助敏感单元的压阻网络和信号处理单元组成，被测量通过一次敏感结构映射为谐振梁的谐振频率，信号处理单元检测谐振梁输出的拾取信号并向谐振梁输出激励信号构成闭环系统以维持其谐振状态，由拾取信号计算谐振频率，根据一次敏感结构和谐振梁模型由谐振频率求解被测量；同时被测量通过一次敏感结构映射为压阻网络各电阻阻值，信号处理单元检测各电阻阻值并据此求解谐振梁谐振频率估计值；谐振频率估计值用于辅助拾取信号的检测、谐振频率的计算和激励信号的产生，从而有效解决微弱信号检测问题，并改善传感器系统的动态响应和可靠性。

Description

具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器

技术领域

本发明涉及一种以压阻网络为辅助敏感单元，以压阻效应为辅助敏感效应的谐振式硅微机械传感器的性能改进方法。

背景技术

目前，现有的谐振式硅微机械传感器由一次敏感结构1和谐振梁4构成传统的谐振式硅微机械传感器，被测量q通过一次敏感结构1映射为谐振梁4的谐振频率f_r，信号处理单元3检测谐振梁4输出的拾取信号v_s并向谐振梁4输出激励信号v_x构成闭环自激振荡系统以维持其谐振状态，同时由v_s计算谐振频率f_r并由f_r求解q。这种谐振式硅微机械传感器通常面临三个关键技术问题：微弱振动拾取信号的检测问题——硅微机械传感器输出的振动拾取信号通常不到微伏(μV)量级；动态响应问题——频率信号的精确检测需要一定时间；闭环自激系统的可靠性问题——闭环系统环节较多，工作条件要求较苛刻，可靠性不如开环的硅压阻传感器。尤其是当技术条件还不足以实现敏感结构与处理电路的单片集成的时候，这三个问题更为突出。

发明内容

本发明解决的技术问题：为解决上述微弱信号检测、动态响应和可靠性问题，提出一种以压阻效应为辅助敏感效应，利用组合敏感原理改善相关性能的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器。

本发明的技术解决方案：具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，包括：一次敏感结构、谐振梁、作为辅助敏感单元的压阻网络和信号处理单元；一次敏感结构和谐振梁构成传统的谐振式硅微机械传感器，被测量q通过一次敏感结构映射为谐振梁的谐振频率f_r，信号处理单元检测谐振梁输出的拾取信号v_s并向谐振梁输出激励信号v_x构成闭环自激振荡系统以维持其谐振状态，同时由v_s计算谐振频率f_r并由f_r求解q；在传统的谐振式硅微机械传感器结构上新增压阻网络作为辅助敏感单元，被测量q通过一次敏感结构1映射为压阻网络各电阻阻值R，信号处理单元检测各电阻阻值R并据此求解谐振梁谐振频率估计值f_r ^*；谐振频率估计值f_r ^*用于辅助拾取信号v_s的检测、谐振频率f_r的计算和激励信号v_x的产生，从而有效解决微弱信号检测问题，并改善传感器系统的动态响应和可靠性。

本发明的原理：本发明核心思想为冗余信息原理，即设法获得额外的辅助信息从而改善对于目标信息的处理，这比任何仅针对目标信息本身的处理技术都更加有效，因为对于任何一个信息处理系统，有效的信息来源越多，其处理结果便越可信，而且只要方法适当，处理过程也可以加快。

但只有适当的冗余信息才具有上述优化作用。对于谐振式传感器，最重要的工作参数就是谐振频率f_r。如果能不依赖闭环系统而“提前”获得关于f_r的冗余信息，对于后续的信号检测和闭环反馈的实现，将是非常有利的。具体到本发明，就是在谐振式硅微机械传感器原有结构上增加简单的辅助敏感单元(压阻网络)，利用其压阻效应估测f_r，得到其估计值f_r ^*。

获得f_r ^*的具体方法为：根据有关理论，可以分别建立压阻效应敏感模型(R与σ的映射关系)、一次敏感结构敏感模型(σ与一次敏感结构1弹性变形的映射关系)、谐振梁敏感模型(一次敏感结构1弹性变形与f_r的映射关系)，联合这三个敏感模型即可推导出R与f_r的映射关系，此即辅助敏感效应模型(因电阻的温度特性，模型中通常还包含温度参数T)。理论上检测出R即可根据辅助敏感效应模型求出f_r。实践中由于器件参数的误差与漂移，及模型本身的近似性，此方法只能获得具有一定误差的近似值，即谐振频率估计值f_r ^*。

f_r ^*的误差量级是可以估计的。通过分析可以估计模型的误差量级(如建模过程中忽略的高阶小量的量级，及线性假设带来的最大误差)，根据有关设计要求及工艺条件(如所用加工设备的性能指标)也可估计器件参数的误差范围，综合二者即可得到f_r ^*的相对于f_r的最大相对误差ξ_max。

根据f_r ^*和ξ_max可确定谐振频率f_r的最大可能区间

$F=[f_{r\min },f_{r\max }]=[f_r^{*}\·(1-{\mathrm{\ξ}}_{\max }),f_r^{*}\·(1+{\mathrm{\ξ}}_{\max })]$

现有技术条件下可以做到ξ_max≤1％(市售硅压阻传感器产品精度已经可以达到0.2％量级)，故 $F\⋐[0.99f_r^{*},1.01f_r^{*}].$ f_r ^*、ξ_max及F在本发明的不同实施方式中都具有重要作用。

利用F可以有效解决微弱振动拾取信号v_s的检测问题。例如，利用F确定跟踪带通滤波器的最佳通带，在不妨碍有用信号的前提下使通带最小化，从而从最大限度提高信噪改善比SNIR；或利用F确定扫频参考信号v_ref的频率扫描范围，对v_ref和v_s进行互相关运算，从而利用互相关原理在最短时间内完成v_s的检测。由于互相关函数的固有性质，在完成v_s的检测的同时即可得到其频率，从而省去单独的频率测量过程。

当以线性调频信号为激励信号时，以F为线性调频信号的频率范围，可以在确保实现激励的前提下最大限度缩短激励过程。

通过比较f_r及f_r ^*，可以及时判断闭环自激振荡系统的失效状态并发出报警信息。

通过继续实时计算f_r ^*，利用失效前的f_r与f_r ^*之差修正f_r ^*，得到f_r的更精确的估计值并代替f_r以求解被测量q，从而在一段时间内维持有效的输出结果，从而提高系统的可靠性。

本发明与现有技术相比的优点：本发明以辅助敏感单元(压阻网络)获取冗余信息，改善对于目标信息的处理，使微弱信号的检测更容易，处理结果更可信，处理过程也得以加快。从工艺角度，硅微机械传感器采用MEMS技术，在芯片上增加几个电阻元件的成本相当低，并且，所针对的硅微机械传感器有时原本就具有电阻元件，因此所增加电阻可能只需在原有掩模板上增开几个窗口，由于光刻腐蚀技术的特点，此时所需辅助信息根本不增加成本。

附图说明

图1为本发明的基本原理框图；

图2为本发明应用于谐振式硅微机械压力传感器的实施例；

图3为本发明的直接闭环方式的原理框图；

图4为互相关函数与参考频率关系曲线；

图5为本发明的频率扫描方式的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一次敏感结构1和谐振梁4构成传统的谐振式硅微机械传感器，被测量q通过一次敏感结构1映射为谐振梁4的谐振频率f_r，信号处理单元3检测谐振梁4输出的拾取信号v_s并向谐振梁4输出激励信号v_x构成闭环自激振荡系统以维持其谐振状态。

本发明属于对已有的谐振式硅微机械传感器的改进，故一次敏感结构1和谐振梁4仍保持原有的设计，不再进行赘述。本发明的关键在于在原有结构上增加辅助敏感单元，即压阻网络5。

具体实施中，需考虑如下几个方面的问题。

一、辅助敏感单元——压阻网络5的实施方式

关于压阻网络5的设计，关键在于将各电阻布置在一次敏感结构1表面应力集中处以获得较大灵敏度，并设法使这些电阻分为阻值变化极性相反的两组从而实现差动检测。设计中所需的弹性力学理论，包括弹性膜片和弹性梁等理论，都已经很成熟；设计过程可借助拥有丰富素材库的计算机辅助设计软件工具(如ANSYS、CoventorWare等)实现。并且，本发明中的压阻网络5的工作原理与硅压阻式压力传感器(扩散硅压力传感器)的基本敏感原理非常相似，后者经过40余年的发展，已经形成了一整套成熟的设计方法并积累了大量经验。采用本发明方法进行具体产品设计的技术人员应当有能力参考借鉴这些技术积累，实现压阻网络5的优化设计。

图2为典型的谐振式硅微机械压力传感器结构，当本发明内容应用于该传感器时，需在原有结构的弹性膜片边缘增加两个互相垂直的细长电阻R_x和R_y，并在结构上的零应力区设置温度补偿电阻R_T。在弹性膜片应力场σ作用下，R_x和R_y均发生变化但变化极性相反，R_x增大，R_y减小，而R_T不随σ变化，只随温度变化。利用辅助敏感效应模型可分别列出R_x和R_y与f_r的关系方程(包含温度参数T)，利用扩散电阻温度特性可列出R_T与T关系方程，联合这几个方程求解，即可得到f_r的估计值f_r ^*。若R_x和R_y各有一对，则4个电阻可构成电桥，简化检测电路的设计。

关于压阻网络5的制造工艺，可以采用扩散电阻或金属薄膜电阻。如果谐振式硅微机械传感器原先就已经具有电阻元件，则新增的压阻网络应采用与之相同的工艺，从而避免增加新的工艺步骤，此时因增加辅助敏感单元而带来的附加成本为零。

二、信号处理单元3的公共环节

信号处理单元3的不同实施方式具有共同的环节-前置放大器10和谐振频率估计器6。

前置放大器10对谐振梁4输出的微弱的拾取信号v_s进行初步放大。前置放大器10应采用低噪声放大电路，并具有宽带带通滤波特性，以初步抑制原始信号中的噪声。低噪声放大电路的实现属于本领域相对独立的专门技术，此处不再赘述。

谐振频率估计器6的功能为检测R，并根据辅助敏感效应模型，由R和R_T求解f_r ^*。R的检测采用常规的恒流法，即在电阻中通过标准恒定电流，并测量其两端电压，或在电阻电桥中通过标准恒定电流，并测量其差动输出电压。f_r ^*的求解也无需复杂的计算，可采用常规的查表法：根据辅助敏感效应模型建立合适的R-f_r ^*关系数据表格，并保存在ROM中，计算时根据所测得R数值从表格中取出合适数据点并进行插值即可得到对应f_r ^*。

实践中所用的辅助敏感效应模型并不采用前文所述理论推导方法获得，而是采用实测标定方法获得：以校验仪器对传感器施加标准输入，以标准仪器测量各输入下的R与f_r数据，对各数据点进行曲线拟合，即可得到R-f_r关系。对大量实验数据进行误差分析还可得到ξ_max。理论模型的真正意义在于为实验提供方向性指导：R与f_r之间存在确定对应关系，由R可估计f_r，且估计误差也是可控制的。

三、信号处理单元3的直接闭环方式

信号处理单元3中的闭环系统有两种典型实施方式：直接闭环方式和频率扫描方式。

直接闭环方式采用经典的闭环自激原理，此时，信号处理单元3由谐振频率估计器6、反馈电路7、频率检测器8和综合处理器9组成，反馈电路7由前置放大器10、跟踪带通滤波器11、移相器12、可变增益放大器(VGA)13组成，如图3所示。反馈电路7与谐振梁4构成闭环系统，谐振梁4输出的拾取信号v_s经反馈电路7处理后产生激励信号v_x反馈至谐振梁4：v_s经前置放大器10放大得到信号v₁，v₁经跟踪带通滤波器11滤波降噪得到信号v₂，v₂经移相器12调节相位得到信号v₃，v₃经VGA13调节幅度得到激励信号v_x。由于移相器12和VGA13的调节作用，闭环系统满足众所周知的“相位条件”和“幅度条件”，因而能维持闭环自激状态，使谐振梁4处于谐振状态。

跟踪带通滤波器11的作用是抑制噪声，改善信噪比。由于谐振频率f_r随被测量变化，通常至少为f_r0±5％，f_r0为中心频率，若采用固定BPF(带通滤波器)，为保证有用信号通过，BPF通带[f_C-f_B，f_c+f_B]必须覆盖f_r的全部变化范围：

f_C-f_B≤f_rmin≤0.95f_r0

f_C+f_B≥f_rmax≥1.05f_r0

这从根本上决定了固定BPF的通带宽度2f_B不可能很窄(2f_B≥0.1f_r0)，噪声抑制效果也有限。因此采用中心频率f_C跟踪f_r变化的跟踪带通滤波器11，并根据F信息以如下公式确定中心频率f_C和半带宽f_B：

$f_C=(f_{\min }+f_{r\max })/2=f_r^{*}$

$f_B=(f_{r\max }-f_{r\min })/2=f_r^{*}\·{\mathrm{\ξ}}_{\max }$

显然此f_C和f_B可满足上述f_C-f_B≤f_min和。f_C+f_B≥f_max条件，且f_B相当窄。例如对于ξ_max≤1％有2f_B≤0.02f_C，本专业技术人员应该清楚，此通带宽度可以实现相当可观的SNIR(信噪比改善)指标。

跟踪带通滤波器11的实现，可采用开关电容滤波器或基于OTA(跨导运算放大器)的可控滤波器，这些都属于相关领域的常用成熟技术。

频率检测器8采用在若干信号周期内对标准参考时钟计数的方法测量激励信号频率，及谐振频率，输出至综合处理器12。

综合处理器12根据放大滤波后的拾取信号v₂，的幅度计算并输出幅度控制信号，调节VGA13的增益，实现信号幅度的负反馈控制，使v_s的幅度保持稳定；综合处理器12还根据传感器的特性曲线(通过实测标定获得的谐振频率-被测量关系曲线)由谐振频率计算被测量并输出测量结果；综合处理器12还对f_r ^*、f_r和v₂幅度进行综合分析，以判断传感器的工作状态是否正常；当闭环系统失效，综合处理器12利用下文所述的“外推方法”由f_r ^*继续计算被测量，以改善可靠性。

四、信号处理单元3的频率扫描方式

频率扫描方式采用稳态频率扫描和互相关检测原理，即以线性调频信号为激励信号v_x使谐振梁振动，并以稳态频率扫描信号v_ref为参考信号与拾取信号v_s(实际采用放大的拾取信号)进行互相关运算。由于互相关函数的基本性质：互相关运算的输出为反映与v_ref与v_s的频率相位关系的直流电压信号，随机噪声的影响则被有效抑制，从而实现了噪声背景下微弱信号的检测。

通常，对于频率未知的被测信号v_s，为了利用互相关原理，必须在其最大可能频率区间[f_smin，f_smax]内进行稳态频率扫描，即令参考信号v_ref的频率f_i以极细小步长Δf从f_smin逐步递增到f_smax：

f_i＝f_smin＋i·Δf，i＝0..N-1

其中N＝(f_smax-f_smin)/Δf_i，并在每个频率f_i下稳定一段时间，完成互相关运算：

r_i＝Γ(v_s，v_ref)，i＝0..N-1

其中Γ表示互相关函数。因此可得到数据点序列{(r_i，f_i)|i＝0..N-1)，对该数据点序列进行拟合即可得到r_i-f_i关系曲线，如图4。由该曲线极值点(r_p，f_p)即可获得v_s的幅度信息(v_ref幅度一定时，r_p与v_s成正比)和频率信息f_p，其中f_p即微机械谐振子的谐振频率：f_p＝f_r。

微机械谐振子品质因数很高，谐振峰宽度很窄，而Δf必须小于谐振峰宽度，如果扫描频率范围很宽，扫描点数必将很多，扫描时间之长也可想而知。而在本发明中，已经利用辅助敏感单元获得了谐振频率f_r的最大可能区间F，以F＝[f_rmin，f_rmax]为频率扫描区间可保证发现f_r，且区间宽度为

$f_{r\max }-f_{r\min }=f_r^{*}\·2{\mathrm{\ξ}}_{\max }\≤0.02f_r^{*}$

显然扫描时间得到了有效控制。

由上述过程还可看出，由于采用频率扫描互相关运算，在检测v_s的同时已经得到谐振频率f_r，故可省去频率测量环节。

为实现上述工作原理，信号处理单元3由谐振频率估计器6、前置放大器10、相关运算器14、波形发生器15和综合处理器16组成，如图5所示。v_s经前置放大器10放大得到信号v_l；波形发生器15在控制信号控制下产生v_ref；相关运算器14对v_ref与v_l进行互相关运算，得到二者的互相关函数；波形发生器15同时输出激励信号v_x使谐振梁产生振动；综合处理器16输出控制信号，产生具有一系列频率f_i的v_ref，检测相关运算器14的运算结果r_i，获得r_i-f_i关系曲线，由曲线极值点(r_p，f_p)计算谐振频率f_r，并采用前述方法由f_r计算被测量；综合处理器16还对f_r ^*、f_r和r_p进行综合分析，以判断传感器的工作状态是否正常；当闭环系统失效，综合处理器16利用下文所述的“外推方法”由f_r ^*继续计算被测量，以改善可靠性。

五、如何利用辅助敏感单元改善可靠性

正常工作时，显然应有f_r∈F。但为防误判可适当放宽范围，例如取

$G=[0.95f_r^{*},1.05f_r^{*}]$

并以f_r∈G作为闭环自激系统正常工作的标志，一旦发现f_rG( $f_r<0.95f_r^{*}$ 或 $f_r>1.05f_r^{*}$ )，即可确定闭环自激系统失效。通常闭环自激系统失效时都会发生停振(f_r＝0)或明显的频率变化，故此判据是相当灵敏的。

当f_r∈G，信号处理单元3只需根据拾取信号v_s计算谐振频率f_r并求解被测量q。

当f_rG，信号处理单元3向上层系统发出报警信息，并以f_r ^*代替f_r继续求解被测量q。但通常谐振式传感器测量精度可达0.01％～0.1％量级，而f_r ^*精度仅为优于1％，故采用“外推方法”对f_r ^*进行补偿：

(1)设失效时刻为t₀，取t₀-ε时刻的f_r(t₀-ε)及f_r ^*(t₀-ε)，求二者之差，即初始误差 $\mathrm{\&delta;}(t_0-\mathrm{\&epsiv;})=f_r(t_0-\mathrm{\&epsiv;})-f_r^{*}(t_0-\mathrm{\&epsiv;})$ ，其中ε为一个很小的但保证t₀-ε时刻未失效的时间间隔；

(2)对于失效后的时间段(t₀，t₀+T_k]，继续利用辅助敏感单元(压阻网络)实时获取f_r ^*(t)，t∈(t₀，t₀+T_k]；

(3)以初始误差δ(t₀-ε)补偿f_r ^*(t)，即以f_r ^*(t)+δ(t₀-ε)代替f_r(t)继续求解被测量q(t)，t∈(t₀，t₀+T_k)。

其原理为：假设闭环自激系统未失效，由于谐振式敏感机理的固有特性，f_r(t)是相当稳定性；虽然f_r ^*精度较低，但只要材料工艺适当，f_r ^*(t)可在短期内保持较高稳定性；因此，二者之差 $\mathrm{\&delta;}\left(t\right)=f_r\left(t\right)-f_r^{*}\left(t\right)$ 也将在短期内保持较高稳定性，故在时间段(t₀，t₀+T_k)内有δ(t)≈δ(t₀-ε)，t∈(t₀，t₀+T_k)，故：

$f_r\left(t\right)=f_r^{*}\left(t\right)+\mathrm{\&delta;}\left(t\right)\&ap;f_r^{*}\left(t\right)+\mathrm{\&delta;}(t_0-\mathrm{\&epsiv;}),t\&Element;(t_0,t_0+T_k).$

因此f_r ^*(t)+δ(t₀-ε)可作为“假设闭环自激系统未失效时的谐振频率f_r(t)”用于求解被测量q，并保持较高精度。

综上，由于辅助信息f_r ^*的存在，即使闭环自激系统永久或暂时失效，传感器自身也能立即做出判别，并在一段时间内利用f_r ^*(t)继续输出精度略微降低的有效结果，上层系统或用户可利用这段时间及时进行故障排除或切换到备用传感器，从而确保整个上层系统的连续正常运转。

六、本发明所适用的具体场合

本发明对传感器的具体敏感机理未做限制，至少可用于目前常用的几种谐振式测量器件：谐振式硅微机械压力传感器、谐振式硅微机械加速度计、谐振式硅微机械陀螺。这几种器件的关键区别在于将被测量q转变为谐振子谐振频率f_r的过程不同，而这个过程对于本发明的实施并无实质性影响。

Claims (9)

1、具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：由一次敏感结构(1)、谐振梁(4)、作为辅助敏感单元的压阻网络(5)和信号处理单元(3)组成，被测量q通过一次敏感结构(1)映射为谐振梁(4)的谐振频率f_r，信号处理单元(3)检测谐振梁(4)输出的拾取信号v_s并向谐振梁(4)输出激励信号v_x构成闭环自激振荡系统以维持其谐振状态，并由v_s计算谐振频率f_r，根据一次敏感结构1和谐振梁4模型由f_r求解q；被测量q通过一次敏感结构1同时映射为压阻网络(5)各电阻阻值R，信号处理单元(3)检测各电阻阻值R的变化并据此求解谐振梁(4)谐振频率估计值f_r ^*；谐振频率估计值f_r ^*用于辅助拾取信号V_s的检测、谐振频率f_r的计算和激励信号v_x的产生，从而有效解决微弱信号检测问题，并改善传感器系统的动态响应和可靠性。

2、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的压阻网络(5)为一组电阻，这些电阻布置在一次敏感结构1表面应力集中处以获得较大灵敏度，并分为阻值变化极性相反的两组从而实现差动检测。

3、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述被测量映射为压阻网络(5)阻值和谐振梁(4)谐振频率的过程为：一次敏感结构1在被测量q作用下产生相应弹性变形，其应力场σ作用于压阻网络，产生压阻效应使R变化，其应变场ε改变谐振梁(4)的轴向应力从而改变f_r。

4、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的信号处理单元3根据各电阻阻值R求解谐振频率估计值f_r ^*的方法为：根据R与σ的对应关系、σ与一次敏感结构1弹性变形的对应关系，及一次敏感结构1弹性变形与f_r的对应关系建立R与f_r的对应关系，根据此关系即可由R推算f_r的估计值f_r ^*。

5、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的谐振频率估计值辅助拾取信号的检测的一种方法为：根据谐振频率估计值f_r ^*及其误差限确定f_r的可能范围F＝[f_rmin，f_rmax]，根据F确定跟踪带通滤波器的最佳通带，在不妨碍有用信号的前提下使通带最小化，以此跟踪带通滤波器对拾取信号v_s进行滤波可获得相当高的信噪改善比SNIR。

6、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的谐振频率估计值辅助拾取信号的检测的另一种方法为：信号处理单元(3)利用互相关原理检测拾取信号v_s，即采用扫频参考信号v_ref与v_s进行互相关运算从而实现微弱信号检测，此时以F＝[f_rmin，f_rmax]为频率扫描范围，从而有效控制扫描时间，保证测量过程的动态响应。

7、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的谐振频率估计值还可辅助谐振频率的计算：利用互相关原理，在检测v_s的同时还可得到v_s频率。

8、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的谐振频率估计值还可辅助激励信号的产生：信号处理单元(3)利用互相关原理检测拾取信号v_s时，激励信号v_x采用线性调频信号，此时以F＝[f_rmin，f_rmax]为线性调频信号的频率范围，从而最大限度缩短激励过程，保证测量过程的动态响应。

9、根据权利要求1所述的具有辅助敏感单元的谐振式硅微机械传感器，其特征在于：所述的信号处理单元(3)利用f_r及f_r ^*之差及时判断闭环自激振荡系统的失效状态并发出报警信息，同时继续实时计算f_r ^*，利用失效前的f_r与f_r ^*之差修正f_r ^*，得到f_r的更精确的估计值并代替f_r以求解被测量q，从而在一段时间内维持有效的输出结果，提高可靠性。

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