高精度加速度传感器在惯性导航、航空航天、智能装备、消费电子等领域发挥着极其重要的作用。MEMS谐振式加速度传感器以其高精度、高灵敏度、准数字化输出等优势获得了越来越广泛的关注。为了进一步突破谐振式加速度传感器的性能极限，本团队前期在深入研究非线性同步效应的理论基础上，提出了一种基于可编程同步增强加速度的敏感机理（Microsystems & nanoengineering, 2020, 6(1): 1-10），利用谐振器同步耦合原理，实现了加速度传感器的敏感元件与外部读取元件的同步振荡，并最终提升了传感器的性能。然而，同步增强效果仅在同步带宽内有效，窄小的同步带宽严重限制着传感器的工作带宽。因此，实现同步带宽的大范围拓展及频率信号的快速跟踪对提升同步增强加速度传感器的性能具有重大的意义。

为了拓展同步增强加速度传感器的工作带宽，团队搭建了基于FPGA的频率自动跟踪系统，采用电路模块替代原有的外部控制设备进行频率控制系统的优化与集成，实现同步带宽由从23Hz拓展至975Hz。在超谐同步效应的作用下，MEMS谐振式加速度传感器的性能得到了显著地改善。传感器的灵敏度由487.5Hz/g提升至1462.5Hz/g，增强了3倍。传感器的理论分辨率由同步前的6μg提升至同步后的1.45μg。与此同时，模块化的测控芯片极大地缩短了系统的响应时间，减小了链路延迟和信号损耗。在频率自动跟踪系统的作用下，外部读取振荡器能实时跟踪敏感振荡器的频率变化，具有快速响应的能力，系统的重新锁定时间可缩短至93.4ms，满足了特定低频振动信号的测量需求。

本工作发表在Microsystems & Nanoengineering杂志上，西安交通大学韦学勇教授为该论文的通讯作者，博士生徐柳及齐永宏共同完成本工作的研究内容。该成果得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金、陕西省科技创新团队等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41378-022-00428-5