具校正功能的微机电感测装置的制作方法

1.本发明是关于一种具校正功能的微机电感测装置。


背景技术：

2.在利用微机电传感器进行感测时，例如用于生产线之设备监控，为了使其在线上(on-line)操作时精确监控机器设备的振动状态，微机电传感器通常在出厂前、出厂后或操作前都需要进行校正。然而，现有的校正技术不但需耗费大量时间，还降低了机器设备及产线的生产效率。
3.举例而言，微机电传感器可能会因传感器本身的制造误差、电信号读取误差而使其输出量测结果发生误差，因此在微机电传感器出厂前厂商会先对其进行校正。然而，在校正时，工厂人员是将整批的传感器一一设置于振动测试设备(shaker)上以进行校正，此需耗费大量的时间成本及人力成本。
4.另外，在微机电传感器已出厂且操作过后，可能会因微机电传感器本身材料老化、使用环境的温度改变或是待测机器设备具有多个振动频率等原因，造成感测结果产生误差。此情况下，为了校正微机电传感器，需暂停产线的操作以将传感器从机器设备上拆卸下来，再将传感器送回原厂校正，其中断产线的操作而显著地影响了产线的生产效率。


技术实现要素：

5.鉴于上述，本发明提供一种以满足上述需求的具校正功能的微机电感测装置。
6.依据本发明一实施例的一种具校正功能的微机电感测装置，包含：一微机电传感器，包含：一质量块，至少一可动驱动电极设置于该质量块上，至少一固定驱动电极设置于一基板上，至少一可动感应电极设置于该质量块上，以及至少一固定感应电极设置于该基板上，其中当该质量块产生一振动时，该至少一可动感应电极及该至少一固定感应电极会输出一感测信号；以及一集成电路芯片，包含：一转换模块，电性连接该微机电传感器，其中该转换模块将该感测信号转换成一输入频谱信号，以及一校正模块，电性连接该转换模块，其中该校正模块接收该输入频谱信号并将该输入频谱信号转换成一输出频谱信号；其中，当该微机电传感器承受一等振幅的振动时且该输入频谱信号为非等振幅频谱信号时，该输出频谱信号为等振幅频谱信号。
7.依据本发明一实施例的一种具校正功能的微机电感测装置，包含：一微机电传感器，包含：一质量块，至少一可动驱动电极设置于该质量块上，至少一固定驱动电极设置于一基板上，至少一可动感应电极设置于该质量块上，以及至少一固定感应电极设置于该基板上，其中当质量块产生一振动时，该至少一可动感应电极及该至少一固定感应电极会输出一感测信号；以及一集成电路芯片，包含：一转换模块，电性连接该微机电传感器，其中该转换模块将该感测信号转换成一输入频谱信号，以及一校正模块，电性连接该转换模块，并包含一振动信号产生器，其中，该校正模块接收该输入频谱信号并将该输入频谱信号转换成一输出频谱信号，当该微机电传感器承受一等振幅的振动且该输入频谱信号为非等振幅
频谱信号时，该输出频谱信号为等振幅频谱信号。
8.依据本发明一实施例的一种具校正功能的微机电感测装置，包含一微机电传感器以及一集成电路芯片，该微机电传感器包含一质量块、设置于该质量块上的至少一可动驱动电极、设置于一基板上的至少一固定驱动电极、设置于该质量块上的至少一可动感应电极，以及设置于该基板上的至少一固定感应电极，其中该集成电路芯片包含：一转换模块，包含：一增益放大元件，电性连接该至少一可动感应电极及该至少一固定感应电极以接收一感测信号；以及一模拟数字转换元件，电性连接该增益放大元件，其中该感测信号经过该增益放大元件及模拟数字转换元件转换为一输入频谱信号；以及一校正模块，包含：一音调控制电路，产生一等振幅频谱信号并将该等振幅频谱信号传递至该至少一可动驱动电极及该至少一固定驱动电极以驱动该质量块产生振动，进而使该至少一可动感应电极及该至少一固定感应电极输出该感测信号，一有限脉冲响应滤波器，电性连接该模拟数字转换元件，该有限脉冲响应滤波器依据一组有限脉冲响应系数对该输入频谱信号执行信号转换，以产生一输出频谱信号，以及一系数计算元件，电性连接该有限脉冲响应滤波器，其中，当该微机电传感器承受一等振幅的振动时，该系数计算元件依据该输入频谱信号及一目标频谱信号计算出该组有限脉冲响应系数，该系数计算元件并传输该组有限脉冲响应系数至该有限脉冲响应滤波器，该目标频谱信号在每一频率点上之振幅与该输入频谱信号在相对应的该每一频率点上之振幅互为倒数。
9.综上所述，依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置，利用有限脉冲响应滤波器对输入频谱信号进行校正，因此可在不同的频率点上，得到准确的振幅值。因此，本发明的一个或多个实施例，可以扩大微机电传感器的使用频率范围。此外，依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置具有振动信号产生器，因此不需要将微机电感测装置设置在振动测试设备上，即能求得所需的有限脉冲响应系数，进而能将微机电感测装置直接设置于待测物上，立即对待测物产生的振动信号进行校正。如此便能减少微机电感测装置的校正流程与校正时间。此外，因依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置会取得对应不同温度及频率的有限脉冲响应系数，故可以降低微机电感测装置在对待测物进行振动量测时，不会受到环境温度的影响，进而能够产生准确的感测结果。
10.以上之关于本揭示内容之说明及以下之实施方式之说明用以示范与解释本发明之精神与原理，并且提供本发明之专利申请范围更进一步之解释。
附图说明
11.图1是依据本发明的校正系数产生阶段及感测值校正阶段的实施例所绘示的具校正功能的微机电感测装置的示意图。
12.图2a是依据本发明的校正系数产生阶段的第一实施例所绘示的微机电感测装置的示意图。
13.图2b是依据本发明的感测值校正阶段的第一实施例所绘示的微机电感测装置的示意图。
14.图3a到图3d是绘示多个频谱信号的示例图。
15.图4是依据本发明一实施例所绘示的微机电感测装置在校正系数产生阶段的操作
方法的流程图。
16.图5是依据本发明的校正系数产生阶段的第二实施例所绘示的微机电感测装置的示意图。
17.图6是依据本发明的校正系数产生阶段及感测值校正阶段的第三实施例所绘示的微机电感测装置的示意图。
具体实施方式
18.以下在实施方式中详细叙述本发明之详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明之技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭示之内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关之目的及优点。以下之实施例进一步详细说明本发明之观点，但非以任何观点限制本发明之范畴。
19.本发明所示的具校正功能的微机电(microelectromechanical)感测装置的操作阶段可以分为(1)校正系数产生阶段及(2)感测值校正阶段。该微机电感测装置在工厂内制造完成后，需进行产品的质量检测后，才能出厂销售。在厂内进行质量检测时，该微机电感测装置自己即能进行校正系数产生阶段而无需设置于振动测试机台上。校正系数产生后，会储存于该微机电感测装置中。该微机电感测装置在完成质量检测后，即可出厂进行销售。用户在购买该微机电感测装置后，会将它设置于待测物(例如：生产线上的生产机器、汽车及飞机等交通工具)上，以进行待测物的振动量测。此时，该微机电感测装置会进行感测值校正阶段。在此阶段，该微机电感测装置会依据所储存的校正系数对初始的感测值进行校正而输出一准确的感测值。
20.本发明所示的具校正功能的微机电感测装置在出厂后及设置于待测物上后，也可以自己进行校正系数产生阶段及感测值校正阶段。如此，该微机电感测装置在不同环境使用时，可以先产生适应该环境的校正系数。然后，该微机电感测装置可依据此适应该环境的校正系数对初始的感测值进行校正，而输出一准确的感测值。换言之，该微机电感测装置在不同环境下使用时，皆能得到一准确的感测值。
21.请参考图1，图1是依据本发明之实施例所绘示的具校正功能的微机电感测装置的平面示意图。微机电感测装置m包含一微机电传感器10以及一集成电路芯片20。微机电传感器10及集成电路芯片20分别设置于一基板(图未示)上且微机电传感器10与集成电路芯片20彼此电性连接。在另一实施中，微机电传感器10以及集成电路芯片20可以集成为单一的系统整合芯片(system on chip，soc)。
22.如图1所示，微机电传感器10包含一质量块101、至少一固定驱动电极de1及至少一固定感应电极1021，其中至少一固定驱动电极de1及至少一固定感应电极1021分别设置于基板(图未示)上。此外，微机电传感器10包含至少一可动驱动电极de2及至少一可动感应电极1022，至少一可动驱动电极de2及至少一可动感应电极1022分别设置于质量块101上且至少一可动驱动电极de2及至少一可动感应电极10221彼此电性绝缘。图1示出的固定驱动电极de1及固定感应电极1021的数量分别为两个，可动驱动电极de2及可动感应电极1022的数量亦分别为两个，然本发明不对固定驱动电极de1、固定感应电极1021、可动驱动电极de2及可动感应电极1022的实际数量予以限制。
23.微机电传感器10包含弹性元件(图未示)及设置于一基板上的固定座(图未示)。弹
性元件(图未示)连接质量块101及固定座(图未示)而使质量块101悬浮于基板(图未示)上。当质量块101产生一振动时，设置于基板(图未示)上的固定感应电极1021与质量块101上的可动感应电极1022之间的间距会改变，因而造成可动感应电极1022与固定感应电极1021之间的电容改变，进而输出一对应该振动的感测信号ms。
24.集成电路芯片20包含一转换模块210以及一校正模块220。转换模块210电性连接微机电传感器10的固定感应电极1021的输出端且通过质量块101电性连接可动感应电极1022的输出端。校正模块220电性连接转换模块210。转换模块210从微机电传感器10接收感测信号ms或ms*，并将感测信号ms或ms*转换成一输入频谱(input spectrum)信号ado(i)或ado*(i)。校正模块220从转换模块210接收输入频谱信号，并将输入频谱信号转换成一输出频谱信号fo(i)或fo*(i)。在进行校正系数产生阶段时，当微机电传感器10承受之振动的振幅为等振幅且感测信号ms转换后的输入频谱信号ado(i)为非等振幅频谱信号时，则输出频谱信号fo(i)为等振幅的频谱信号。更仔细地说，当微机电传感器10承受之振动的振幅为等振幅且输入频谱信号为非等振幅频谱信号时，这表示微机电传感器10所输出的感测信号ms是不正确的。在此情况下，校正模块220可将此不正确的非等振幅频谱信号(输入频谱信号)校正为正确的等振幅的频谱信号(输出频谱信号)。
25.另需特别说明的是，在感测值校正阶段，质量块101所产生的振动例如是由待测物的振动而产生。在校正系数产生阶段，质量块101所产生的振动是由校正模块220中的振动信号产生器驱动固定驱动电极de1及可动驱动电极de2而产生。以下段落将更详细揭示校正系数产生阶段及感测值校正阶段的操作情境。
26.请参考图2a。图2a是依据本发明在校正系数产生阶段的第一实施例之微机电感测装置示意图，其中图中每个方块的箭头代表此方块的信号输出方向。在此实施例中，集成电路芯片20的转换模块210包含一增益放大元件2101及一模拟数字转换元件(analog-to-digital converter，adc)2102。增益放大元件2101电性连接于固定感应电极1021及可动感应电极1022的输出端。模拟数字转换元件2102电性连接于增益放大元件2101的输出端，其中增益放大元件2101例如为模拟前端(analog front end，afe)元件。
27.校正模块220包含一振动信号产生器2201、一有限脉冲响应(finite impulse response，fir)滤波器2202、一系数计算元件2203以及一参数控制元件2204，其中系数计算元件2203及参数控制元件2204皆可以为特定应用集成电路(application specific integrated circuit；asic)或微处理器(microprocessor)。振动信号产生器2201电性连接于固定驱动电极de1及可动驱动电极de2。有限脉冲响应滤波器2202电性连接于模拟数字转换元件2102的输出端。系数计算元件2203电性连接于模拟数字转换元件2102的输出端及参数控制元件2204。参数控制元件2204电性连接于增益放大元件2101固定感应电极1021及可动感应电极1021的输出端，以及电性连接于有限脉冲响应滤波器2202。
28.如图2a所示，本实施例在校正系数产生阶段时，振动信号产生器2201，例如是音调(tone)控制元件，可以产生一振动频谱信号t(i)，并输出振动频谱信号t(i)至该至少一固定驱动电极de1及该至少一可动驱动电极de2，以使固定驱动电极de1与可动驱动电极de2之间产生等效电容，进而驱动质量块101振动。在本实施例中，振动频谱信号t(i)较佳为一等振幅频谱信号。振动频谱信号t(i)包含在频域上具有相等振幅的多个工作频率，而所述工作频率可以是同时存在，或是以分时的方式分别存在于多个时段中(即在每一所述时段内
输出一个频率的信号)。固定感应电极1021及可动感应电极1022则是用于感测质量块101的振动并输出对应该振动的一感测信号ms。质量块101上的可动感应电极1022可相对于固定感应电极1021移动。当质量块101受固定驱动电极de1及可动驱动电极de2所产生的静电力驱动而振动时，质量块101上的可动感应电极1022与固定感应电极1021之间的等效电容值会发生变化，进而输出一输出感测信号ms。
29.增益放大元件2101及模拟数字转换元件2102接收固定感应电极1021及可动感应电极1022输出的感测信号ms，以将感测信号ms乘上增益值并执行模拟/数字转换以产生输入频谱信号ado(i)。增益放大元件2101电性连接于参数控制元件2204，以由参数控制元件2204控制增益放大元件2101的增益值。所述的增益值可以是1或其他数值，本发明不对增益值予以限制。在未绘示的一实施例中，系数计算元件2203电性连接振动信号产生器2201，以取得振动信号产生器2201输出的振动频谱信号t(i、)。系数计算元件2203亦可以预存振动频谱信号t(i)。
30.据此，在校正系数产生阶段时，微机电传感器m1承受的振动为等振幅振动，系数计算元件2203可利用输入频谱信号ado(i)中位于每一频率点上之振幅的倒数形成一如图3c所示的新的频谱信号。系数计算元件2203可将此一新的频谱信号设定为有限脉冲响应滤波器2202目标频谱信号fto(i)。系数计算元件2203可依据此目标频谱信号fto(i)及输入频谱信号ado(i)计算出一组有限脉冲响应系数(fir coefficient；fir co.)。此组有限脉冲响应系数(fir co.)可供有限脉冲响应滤波器2202在感测值校正阶段时，对输入频谱信号进行校正。更仔细地说，系数计算元件2203将上述有限脉冲响应系数(fir co.)传输至参数控制元件2204后，参数控制元件2204储存所述的有限脉冲响应系数(firco.)。参数控制元件2204输出有限脉冲响应系数(fir co.)至有限脉冲响应滤波器2202，以使有限脉冲响应滤波器2202在接收输入频谱信号ado(i)后，可以输出一输出频谱信号fo(i)。当有限脉冲响应滤波器2202的输出频谱信号fo(i)为一等振幅输出频谱信号(如图3d所示)，本实施例的微机电感测装置即完成了校正系数产生阶段。上述等振幅的输出频谱信号fo(i)是有限脉冲响应滤波器2202使用上述有限脉冲响应系数(fir co.)将输入频谱信号ado(i)转换后并输出的结果。另外，在另一实施例中，参数控制元件2204所执行的储存/输出有限脉冲响应系数(fir co.)亦可以是由系数计算元件2203执行。
31.在上述校正系数产生阶段中，参数控制元件2204所储存的有限脉冲响应系数(firco.)可应用于感测值校正阶段。请参考图2b，图2b是依据本发明在感测值校正阶段时的第一实施例所绘示的微机电感测装置的示意图。在感测值校正阶段时，本实施例的微机电感测装置m1设置于待测物上，并承受此待测物所引起的振动。值得注意的是，此待测物所引起的振动并不一定是等振幅的振动。微机电感测装置m1中的微机电传感器10感测到此振动后，会输出一感测信号ms*。感测信号ms*在经过增益放大元件2101及模拟数字转换元件2102的处理后，会成为一输入频谱信号ado*(i)。参数控制元件2204可以根据此感测信号ms*，输出有限脉冲响应系数(fir co.)至有限脉冲响应滤波器2202。有限脉冲响应滤波器2202利用所述的有限脉冲响应系数(fir co.)可将输入至有限脉冲响应滤波器2202的输入频谱信号ado*(i)校正为一准确的输出频谱信号fo*(i)。更进一步说，若输入频谱信号ado*(i)没有经过本实施例中有限脉冲响应滤波器2202的校正，则所得到的感测信号会有一定程度的误差。此误差的来源可能是多方面的，例如微机电传感器10的制程误差、微机电传感
器10材料的老化或微机电感测装置使用环境的改变。另需说明的是，在感测值校正阶段，微机电感测装置m1是用于感测待测物所引起的振动，因此振动信号产生器2201在感测值校正阶段并不会操作。
32.为了更详细说明系数计算元件2203计算出有限脉冲响应系数及参数控制元件2204储存有限脉冲响应系数的实现方式，请再回到图2a并一并参考图3a到图3d及图4。图3a到图3d是绘示多个频谱信号的示例图。图4是依据本发明一实施例所绘示的微机电感测装置在校正系数产生阶段的操作方法的流程图。详细的步骤说明，如下所述。
33.步骤s101：以振动信号产生器输出振动频谱信号至可动驱动电极及固定驱动电极以驱动质量块。步骤s103：以可动感应电极及固定感应电极感测质量块的振动并输出对应该振动的感测信号。步骤s105：以转换模块转换感测信号并输出一输入频谱信号。
34.如前所述，图3a所示的振动频谱信号t(i)在频域上具有相等振幅的多个工作频率。微机电传感器10的固定感应电极1021及可动感应电极1022输出的感测信号ms可能因各种因素(例如：制程变异、材料老化或使用环境改变)而产生误差。因此，转换模块210转换感测信号ms而输出的输入频谱信号ado(i)就不会是一等振幅的频谱信号，而会是为如图3b所示的一非等振幅的频谱信号。
35.步骤s107：以系数计算元件基于输入频谱信号计算出有限脉冲响应系数(fir co.)。步骤s109：以参数控制元件储存有限脉冲响应系数。
36.在步骤s107中，系数计算元件2203可以将输入频谱信号ado(i)在各个频率点上之振幅的倒数作为如图3c所示的目标频谱信号fto(i)在各个相对应频谱上的增益值。当目标频谱信号fto(i)求得后，系数计算元件2203可依据此目标频谱信号fto(i)及输入频谱信号ado(i)计算出一组有限脉冲响应系数(fir coefficient；fir co.)。
37.为了计算出有限脉冲响应系数，系数计算元件2203可以是电性连接于振动信号产生器2201以接收振动频谱信号t(i)并取得振动频谱信号t(i)在一预定频域上的每个频率值及相对应的振幅值。详细而言，若系数计算元件2203取得的振动频谱信号t(i)的各振幅值已被标准化(normalized)，则系数计算元件2203可以直接将输入频谱信号ado(i)在每一个频率的振幅值的倒数值作为目标频谱信号fto(i)在每一个相对应之频率的增益值(gain)。举例来说，若输入频谱信号ado(i)的频率点分别是f0、f1、f2....fn且对应各频率点的振幅分别是a1、a2、a3......an，则目标频谱信号fto(i)在频率点f0、f1、f2....fn上相对应的增益值分别是1/a1、1/a2、1/a3......1/an。
38.若系数计算元件2203取得的振动频谱信号t(i)的各振幅值未被标准化，则系数计算元件2203取得目标频谱信号fto(i)的方式可以是先将振动频谱信号t(i)在每个频率的振幅值除以输入频谱信号ado(i)在每个频率的振幅值。然后将在每个频率的相除结果作为目标频谱信号fto(i)在每一个频率的增益值。举例来说，若振动频谱信号t(i)的频率点分别是f0’
、f1′
、f2′
....fn′
且对应各频率点的振幅分别是a1’、a2’、a3’...an’，则系数计算元件2203可以先将振动频谱信号t(i)的振幅值a1’、a2’、a3’...an’除以输入频谱信号ado(i)的振幅值a1、a2、a3...an。相除的结果即为a1’/a1、a2’/a2、a3’/a3...an’/an。接着，系数计算元件2203可以将a1’/a1、a2’/a2、a3’/a3...an’/an作为增益值。
39.在取得目标频谱信号fto(i)在每一个频率的增益值后，系数计算元件2203接着根据所述增益值执行一带通脉冲响应滤波运算，以计算出在每一个频率的有限脉冲响应系
数。具体而言，系数计算元件2203是以如下式(1)计算带通(bandpass)滤波系数h(n)，再根据带通滤波系数h(n)计算出有限脉冲响应系数(fir co.)。请参考式(1)，每个频段的中心点即为频率点fn，而带通滤波系数h(n)及根据带通滤波系数h(n)计算出的有限脉冲响应系数即是包含频率点fn的频段的系数。然有限脉冲响应系数有多种的计算方式，详细的内容可以参考文献「digital signal processing：fundamentals and applications(second edition)，作者lizhe tan与jean jiang」的第七章(chapter 7：finite impulse response filter design)。下文将对式(1)进行详细的说明。
40.需先说明的是，上文中虽然皆是以一个频率对应一个振幅进行说明，然上述的一个频率较佳为一个频段。并且，因「一个信号(脉冲)」实际上是由一个频段内的多个不同振幅连接而成，故下述的「信号」是指在一个频段上有不同振幅的信号，而该频段的中心即为所述频率点。在式(1)中，h(n)为带通滤波系数，an即为所述目标频谱信号fto(i)在各频率点fn的增益值；m为频率点fn与信号边界值之间的采样数，其中每个频段的中心即为频率点fn(2m 1为以频率点fn为中心的频段上的总采样数)；ωh与ω
l
分别为频率点fn的截止频率。以频率点f1为例，ωh与ω
l
即分别为：ωh＝(f1 f2)/2；ω
l
＝(f0 f1)/2。
[0041][0042]
换言之，在将一个信号视为一个点(如图3a～3d所示)的情况下，n＝0；在将一个信号视为分布于一个频段内的情况下，该信号即包含n＝0(频段中心点)及n≠0(除了中心点以外的其余信号点)两种状态，且m越大时h(n)越精确。故根据带通滤波系数h(n)计算出的有限脉冲响应系数(fir co.)可使输出频谱信号fo(i)在频段中心点fn左右两侧的信号的振幅趋近于振动频谱信号t(i)在频率点fn上的振幅。
[0043]
此外，多个频段可以组成一个频域，而每个频段具有一个带通滤波响应(bandpass filter response)。因此，一个频域(涵盖f0、f1、f2......)的有限脉冲响应滤波器2202之有限脉冲响应即包含每一所述频段(f0、f1、f2......)的带通滤波脉冲响应。在该频域(涵盖f0、f1、f2......)中，单一频段的带通滤波脉冲响应系数h(n)即包含该频段对应的带通滤波器的多个脉冲响应系数。举例而言，假设所述频段的中心点为f0，该频段(以f0为中心)的带通滤波脉冲响应系数以bp0表示。在m＝1的情况下，该频段(以f0为中心)的带通滤波脉冲响应系数可以是包含bp0_h(-1)、bp0_h(0)、bp0_h(1)。总而言之，一个频域(涵盖f0、f1、f2......)的有限脉冲响应滤波器2202的有限脉冲响应系数是由所述频段(f0、f1、f2......)的带通滤波脉冲响应系数结合而成。
[0044]
进一步举例说明，以涵盖6个频段(中心频率fn，n＝0～5，即f0、f1、f2、f3、f4与f5)之有限脉冲响应滤波器2202为例，其有限脉冲响应是由频段为f0、f1、f2、f3、f4与f5的多个带通滤波脉冲响应结合而成。在时域上，有限脉冲响应滤波器2202的输出频谱信号可以fo(t)表示，输出频谱信号fo(t)的计算方式可以为如下式(2)：
[0045]
fo(t)＝bp0(t) bp1(t) bp2(t) bp3(t) bp4(t) bp5(t)-式(2)
[0046]
其中t为每个频段(f0、f1、f2、f3、f4与f5)对应的时间点，bp0(t)、bp1(t)、bp2(t)、bp3(t)、bp4(t)、bp5(t)为频段为f0、f1、f2、f3、f4与f5的带通滤波器在时间点t之输出信号。
[0047]
各带通滤波器之输出信号bpn(t)可表示为如下式(3)：bpn(t)＝bpn_h(-m)ado(t)
bpn_h(-m 1)ado(t-1) bpn_h(-m 2)ado(t-2) ... bpn_h(m)ado(t-2m)-式(3)
[0048]
，其中ado即为模拟数字转换元件2102输出的输入频谱信号ado(i)。
[0049]
在m＝2为例的情况下，频段fn的带通滤波器之输出即为：bpn(t)＝bpn_h(-2)ado(t) bpn_h(-1)ado(t-1) bpn_h(0)ado(t-2) bpn_h(1)ado(t-3) bpn_h(2)ado(t-4)。因此，在m＝2，且有限脉冲响应滤波器2202之频段数量为5(频段之中心频率分别为f0、f1、f2、f3、f4与f5)的情况下，有限脉冲响应滤波器2202的输出信号fo(t)可进一步表示成：
[0050][0051]
其中，，即分别为有限脉冲响应滤波器2202之有限脉冲响应系数fto_h(-2)、fto_h(-1)、fto_h(0)、fto_h(1)、fto_h(2)，有限脉冲响应滤波器2202的输出信号fo(t)可进一步广义表示为：
[0052][0053]
其中fto_h(m)为有限脉冲响应系数，并可广义表示为：
[0054][0055]
，其中n 1为有限脉冲响应滤波器2202之频段数量，m是-m至m之间的整数，其中bpn_h(m)是依据式(1)计算取得。
[0056]
在参数控制元件2204取得有限脉冲响应系数后，参数控制元件2204可以进一步将有限脉冲响应系数传送至有限脉冲响应滤波器2202。有限脉冲响应滤波器2202依据该有限脉冲响应系数对输入频谱信号进行补偿以输出一输出频谱信号至一终端装置。用户即可藉由输出频谱信号，判断有限脉冲响应滤波器2202输出的输出频谱信号是否为一等振幅频谱信号。若终端装置上的输出频谱信号为如图3d所示的输出频谱信号fo(i)，则可确认藉由参数控制元件2204所存的有限脉冲响应系数为正确的有限脉冲响应系数。
[0057]
请接着参考图5，图5是依据本发明的第二实施例所绘示的微机电感测装置的功能示意图。图5的微机电感测装置m2有部分相同于图2a及2b所示的微机电感测装置m1。惟不同处在于，图5所示的微机电感测装置m2的微机电传感器10’还包含一加热器103及一温度传感器104。加热器103可以电性连接于参数控制元件2204或是独立设置在微机电传感器m2内，本发明不对加热器103的电性连接关系予以限制，而温度传感器104可以是电性连接于参数控制元件2204。
[0058]
详言之，在振动信号产生器2201输出振动频谱信号t(i)之前(即在步骤s101前)，加热器103可以先将微机电感测装置m2的温度维持在一预设温度范围。所述预设温度范围较佳为微机电感测装置实际设置在待测物上时，待测物工作时的温度范围。因此，藉由加热器103先将微机电感测装置m2的温度维持在一预设温度范围后，微机电感测装置m2所求得
的有限脉冲响应系数将使微机电感测装置m2在量测在所述温度范围内工作的待测物时，会得到更准确的振动频谱。
[0059]
当微机电感测装置m2在不同工作温度下操作时，其感测结果会受到温度影响而产生误差。因此，为了克服此问题，在校正系数产生阶段时，加热器103可以在多个时间范围内，将微机电感测装置m2的温度分别维持在多个不同的温度范围。然后，振动信号产生器2201即可在所述多个不同的温度范围下分别输出振动频谱信号t(i)。接着，微机电感测装置m2可按照图4的步骤，求得不同的温度范围下的多组有限脉冲响应系数或多个有限脉冲响应系数。具体而言，以一个振动频谱信号t(i)对应一个频域为例，当感测信号ms为多个频率的复合信号时，一个频域可以对应到多组有限脉冲响应系数，且每组有限脉冲响应系数是对应到一个温度范围。当感测信号ms为分时信号时，一个频率可以对应到多个有限脉冲响应系数，且每个有限脉冲响应系数是对应到一个温度范围。换言之，一个频域可以同时对应到在不同温度范围下的多组有限脉冲响应系数且一个频率可以同时对应到在不同温度范围下的多个有限脉冲响应系数。参数控制元件2204储存频率/频域、有限脉冲响应系数、温度范围的实际数值及三者的对应关系。
[0060]
举例而言，同样在振动信号产生器2201输出振动频谱信号t(i)之前(即在步骤s101前)，加热器103(由参数控制元件2204控制)可以将微机电感测装置m2的温度维持在第一温度范围。温度传感器104感测微机电感测装置m2的温度以取得第一温度范围并将第一温度范围传输至参数控制元件2204。参数控制元件2204取得对应第一温度范围的第一组有限脉冲响应系数。接着加热器103将微机电感测装置m2的温度维持在第二温度范围。温度传感器104感测微机电感测装置m2的温度以取得第二温度范围并将第二温度范围传输至参数控制元件2204，以取得对应第二温度范围的第二组有限脉冲响应系数，其中第一温度范围不同于第二温度范围。以此类推，微机电感测装置m2可以取得多组的温度相依的有限脉冲响应系数。
[0061]
据此，在感测值校正阶段(振动信号产生器2201不操作)，温度传感器104会先感测微机电感测装置m2的环境温度(即待测物的工作温度)，然后参数控制元件2204输出对应该同温度范围的一个有限脉冲响应系数或一组有限脉冲响应系数。更清楚地说，微机电感测装置m2的加热器103及温度传感器104可使微机电感测装置m2取得温度相依的有限脉冲响应系数，进而使微机电感测装置m2在各温度范围下都能有准确的量测结果。
[0062]
请参考图6图6是依据本发明的第三实施例所绘示的微机电感测装置m3的功能示意图。图6的微机电感测装置m3有部分相同于图2a及2b所示的微机电感测装置m1。惟不同处在于，图6所示的微机电感测装置m3的校正模块220’可以省略如图2a及2b的微机电感测装置m1的振动信号产生器2201的设置。当校正模块220’可以仅包含有限脉冲响应滤波器2202、系数计算元件2203及参数控制元件2204时，可以降低集成电路芯片20’的整体面积，进而降低集成电路芯片20’的制造成本且同时缩小微机电感测装置m3的整体体积。另需特别说明的是，虽然在感测值校正阶段，固定驱动电极de1、可动驱动电极de2及系数计算元件2203暂不操作，微机电感测装置m3仍保留固定驱动电极de1、可动驱动电极de2及系数计算元件2203的设置。如此，就可以让微机电感测装置m3在出厂后，只要使固定驱动电极de1及可动驱动电极de2电性外接至另一具有振动信号产生器的装置(例如具有图2a及2b中之振动信号产生器2201的外接装置)，微机电感测装置m3就能够以前述校正系数产生阶段的方
式更新参数控制元件2204所存的有限脉冲响应系数。因此，微机电感测装置m3借着外接振动信号产生器的方式，同样能更新在不同使用环境的有限脉冲响应系数，以使微机电感测装置m3在不同的使用环境下，仍能准确的量测出待测物的振动。
[0063]
此外，图6所示的微机电感测装置m3的微机电传感器10亦可以包含如图5所示的加热器103与温度传感器104。因此，在校正系数产生阶段，参数控制元件2204即可储存与温度相依的有限脉冲响应系数。在感测值校正阶段，参数控制元件2204即可输出与温度相依的有限脉冲响应系数至有限脉冲响应滤波器2202，取得及输出与温度相依的有限脉冲响应系数的详细实现方式已于图5说明，故不再于此赘述。
[0064]
综上所述，依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置，利用有限脉冲响应滤波器对输入频谱信号进行校正，因此可在不同的频率点上，得到准确的振幅值。因此，本发明的一个或多个实施例，可以扩大微机电传感器的使用频率范围。此外，依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置具有振动信号产生器，因此不需要将微机电感测装置设置在振动测试设备上，即能求得所需的有限脉冲响应系数，进而能将微机电感测装置直接设置于待测物上，立即对待测物产生的振动信号进行校正。如此便减少微机电感测装置的校正流程与校正时间。此外，因依据本发明一或多个实施例所示的具有校正功能的微机电感测装置会取得对应不同温度及频率的有限脉冲响应系数，故可以降低微机电感测装置在对待测物进行振动量测时，不会受到环境温度的影响，进而能够产生准确的感测结果。
[0065]
【符号说明】
[0066]
m、m1、m2、m3微机电感测装置
[0067]
10、10’微机电传感器
[0068]
de1固定驱动电极
[0069]
de2可动驱动电极
[0070]
101质量块
[0071]
1021固定感应电极
[0072]
1022可动感应电极
[0073]
103加热器
[0074]
104温度传感器
[0075]
20、20’集成电路芯片
[0076]
210转换模块
[0077]
2101增益放大元件
[0078]
2102模拟数字转换元件
[0079]
220、220’校正模块
[0080]
2201振动信号产生器
[0081]
2202有限脉冲响应滤波器
[0082]
2203系数计算元件
[0083]
2204参数控制元件
[0084]
ms、ms*感测信号
[0085]
t(i)振动频谱信号
[0086]
ado(i)、ado*(i)输入频谱信号
[0087]
fto(i)目标频谱信号
[0088]
fo(i)、fo*(i)输出频谱信号