微机械叉指换能器声表面波陀螺

回顾了声表面波(SAW)陀螺发展史，总结了声表面波陀螺设计思想的变迁，重点介绍了一种新型微机械-叉指换能器(MEMS—IDT)声表面波陀螺。它具有适合标准IC工艺生产的简单二维结构，具备体积小、成本低、便于批量生产以及不用真空封装的特点。由于没有普通微机械陀螺的悬浮机构，抗冲击及振动的能力较普通微机械陀螺显著提高。同时，提出了一些迫待解决的问题。     

石英晶体上的声表面波陀螺效应

声表面波(SAW)传感器作为一种新型传感器具有许多突出的优点,其中以测量角速度为目的的SAW陀螺是其潜在应用之一。但目前对SAW陀螺的研究局限于试验研究和简单的理论分析。基于以上研究背景,以附加陀螺效应的各向异性压电介质波动方程为基础,定量分析了X切、Y切、Z切石英的SAW陀螺效应,确定了石英晶体X切(90°,90°,130°)、Y切(0°,90°,45°)、Z切(0°,0°,25°)等敏感切向,为SAW陀螺的进一步研究提供了理论指导。     

声表面波陀螺效应声光检测技术研究

简要介绍声表面波(SAW)陀螺效应和布喇格声光互作用现象,提出了检测SAW陀螺效应的方法。该方法的核心是通过声光布喇格作用,把SAW陀螺效应引起的声速变化信息寄载到布喇格衍射光中,通过检测布喇格衍射角度推算出固体介质的旋转角速度。论述了SAW陀螺效应检测原理,初步设计了检测系统,推导了SAW陀螺效应检测系统的测量公式。     

哥氏振动陀螺

结合国外和国内的研究情况，介绍了哥氏振动陀螺的工作原理、基本结构和模型方程，供哥氏振动陀螺的研究人员和使用人员参考。     

共线TE-TM模式转换器中的陀螺效应

简要介绍了声表面波(SAW)陀螺效应及TE-TM模式转换理论,提出了检测SAW陀螺效应的一种新方法.该方法的核心是通过模式耦合理论的作用,把SAW陀螺效应引起的器件轻微形变反应到器件耦合效率的变化中,通过检测特定偏振态的出射光强度进而推算出陀螺的转动角速度.讨论了检测SAW陀螺效应的实验方案,设计了检测系统,并推导出了陀螺效应的系统测量公式.     

SAW陀螺新型接收电极

该文在理论上分析了声表面波(SAW)陀螺中两列相向传播SAW形成的驻波在哥氏力作用下的相位分布及传播规律,设计出一种新型的接收电极.此电极能将陀螺效应激发的表面波同种电荷积累到一起,改进了原有电极中同根电极上正负相互抵消的缺点,增强了由陀螺效应激发出SAW的接收效率,本结果可对SAW陀螺的设计提供相关参考.     

石英微机械陀螺敏感芯片的抗振动分析与改进

石英微机械陀螺是振动惯性器件,而陀螺敏感芯片结构的抗振动能力会直接影响陀螺的性能。由于工作环境的振动会对陀螺的性能产生一定的影响,因此需提高陀螺敏感芯片结构的抗振动能力。该文利用有限元仿真软件对敏感芯片结构进行随机振动仿真分析,通过对敏感芯片结构的优化,提高了陀螺的抗振动能力。     

先进微陀螺器件及微惯性测量单元最新研究进展

微纳加工技术与振动惯性技术的结合使惯性仪表技术发生了重大的变革,拓展了惯性技术在军用和民用领域的应用。高性能微惯性器件对军事装备和国民经济的发展起着越来越大的作用。该文基于美国国防高级研究计划局(DARPA)近年来在微惯性传感器技术领域的资助项目,综合研究了微机电系统(MEMS)谐振陀螺、微光学陀螺(MOG)、声表面波(SAW)陀螺等微惯性传感器技术及微惯性测量单元的最新发展现状,并对其发展面临的技术挑战进行了详细地分析与评述。     

文摘选辑

一、声表面波技术 220相位噪声小振动敏感性弱的SAW谐振器的设计和生产——E.Sang,et al.:IEEE Ultrason.Symp.Proc.,1986:245—250 本文介绍设计和生产高性能石英SAW谐振器的最新技术。理论结果与实验设计结果很相符。为了使生产率和制作成本最优化,研究出一种自动检测SAW谐振器的新探测器。SAW谐振器的成品率达80％以上。描述SAW器件的陶瓷封装,并研究了振荡器结构的相位噪声和振动敏感性。 221 2GHz以上的低插损高QSAW谐振器——     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理，建立了该陀螺的数学模型，设计了其敏感结构，计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数，计算分析了陀螺的电容敏感特性。对制作的陀螺进行性能测试的结果表明，该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动，从而说明敏感载体的俯仰（或横滚）角速度原理正确，并且理论和试验都说明，当载体自旋角速度不同时，陀螺输出信号的比例系数也不同。     

声表面波陀螺仪研究进展

高精度的惯性导航系统是水下航行器顺利完成水下作业的关键之一,陀螺仪作为一种重要的惯性敏感元件,是构成惯性导航系统的基础核心器件。基于声表面波陀螺效应的新型陀螺仪具有优良的抗振能力、良好的可靠性与稳定性等特点而引起人们的浓厚兴趣,在大冲击等恶劣环境具有良好的应用前景。本文对声表面波陀螺仪的研究进展进行回顾,特别介绍了一种设置金属点阵的陀螺效应增强模式SAW陀螺仪。该结构由在同一压电晶体上反向设置的两个SAW传感器件构成,在其叉指换能器中间分布有金属点阵。结合层状介质中声波传输特性的研究方法对压电晶体及金属点阵参数对传感器响应特性的影响进行建模分析,设计并实验研制了工作频率为30MHz、80MHz及95MHz的SAW陀螺仪。实验结果表明,该结构陀螺仪实现了良好的温度补偿特性,并通过在SAW传播路径上合理设置的金属点阵,大幅提升了传感器的检测灵敏度。      

压电晶体切向对声表面波陀螺刻度因子的影响

刻度因子是陀螺的重要指标,而压电晶体切向对声表面波(SAW)陀螺刻度因子有重要影响。首先以铌酸锂作为分析声波波传特性的基板材料,建立不同的波传角度和不同的切面与各种模态SAW波速的物理数学模型,接着探讨旋转扰动时二次旋转欧拉角与X切、Y切及Z切等铌酸锂晶体中的陀螺效应,分析不同切向刻度因子的变化规律。根据计算结果,铌酸锂晶体中X切Y传(XY)、128°Y切X传(128°YX)、30°ZX、ZX和150°ZX对应的声表面波陀螺刻度因子最大,同时也得出了适合应用于声表面波陀螺的相对敏感切向为声表面波波速接近于慢横波时对应的切向。     

高Q值声表面波谐振器研究进展

声表面波(SAW)谐振器作为各类SAW器件的核心元件,其性能决定SAW器件的各项指标,其中以谐振器品质因数(Q)值最重要。该文介绍了影响SAW谐振器Q值的因素,指出目前高Q值SAW谐振器的衬底结构大多为异质声学层结构,且异质声学层结构本质为一维声子晶体。结果表明,通过在谐振器的多个位置构建声子晶体对SAW谐振器的声场能量可实现全三维约束,以提升谐振器Q值,最后展望了高Q值SAW谐振器的理想结构。     

液悬浮转子微陀螺的磁场建模研究

液悬浮转子式微机械陀螺的高精度、双轴角速度和二轴加速度测量特性,相比传统陀螺有着独特的优势,在军事和民用领域均有一定应用,本文基于实现对液悬浮转子式微机械陀螺结构优化的目的,探求其磁场力随着结构的变化的规律,对该类机械陀螺结构进行建模,并对其磁场力进行数值仿真处理。结果表明,随着半径从7 mm增加至11 mm,陀螺受力及对应力矩呈指数增长。     

MEMS-IDT声表面波陀螺

声表面波陀螺的概念出现在70年代初期,发展为MEMS-IDT声表面波陀螺仅是最近几年的事情。MEMS-IDT声表面波陀螺仪是一种MEMS微机械振动陀螺,这种陀螺为单层平面结构,采用标准IC工艺就可完成加工,勿需悬浮的振动元件,有很强的抗冲击振动能力,可靠性高,可不用真空封装而保持较高的灵敏度。     

声表面波压力传感器的仿真与设计

该文设计了一种基于声表面波(SAW)传感原理的无源无线压力传感器。阐述了SAW单端谐振器的原理,对SAW压力传感器的原理进行了分析。选择了基于类似两端固定梁的敏感结构并利用ANSYS软件对其敏感结构进行仿真、分析。利用Mathcad软件对SAW压力传感器进行建模、仿真。并根据仿真结果设计和制作了SAW压力传感器。测试结果表明,制作的传感器灵敏度较高,误差小,具备良好的压力频率特性。     

声表面波传感器中单端谐振器的匹配电路仿真

声表面波(SAW)传感器主要通过SAW延迟线及谐振器对各种物理量进行敏感。由于谐振器有很高的品质因数(Q),SAW谐振器特别适合无线无源测量。为了能有效地对无线信号进行应答,必须建立相应的匹配电路。基于SAW单端谐振器的等效电路,对单端谐振器的匹配电路进行仿真,并分析了匹配电路元件对谐振器频率特性的影响。仿真结果表明,在匹配电路中,电容对谐振频率的影响显著。     

CMMB用滤波器的仿真设计

报道了一种具有宽带宽和高阻带抑制比的中国移动多媒体广播(CMMB)用滤波器.采用了梯形声表面波(SAW)陷波网络和LC高通滤波网络的综合设计结构,运用SAW谐振器的XTAL2等效模型和Murata电感元件构建原理电路,在ADS 2009中进行综合优化仿真得出滤波器的频响曲线,使滤波器的通带插损小于2.0 dB,阻带抑制大于43 dB,能很好地进行选频.     

金刚石SAW滤波器的设计和制作

通信系统向高频的发展趋势使声表面波(SAW)滤波器技术面临着越来越多的挑战。利用传统材料制作SAW滤波器的中心频率很难达到GHz频段,因此探索在高声速材料基础上制作SAW滤波器成为一种必然趋势。基于高声速材料金刚石设计了IDT/ZnO/金刚石结构的薄膜SAW滤波器,设计了镜像阻抗连接IDT的结构参数,并采用ADS软件对该结构进行了建模仿真。然后,通过ZnO薄膜制备工艺和IDT电极制备工艺,获得了金刚石SAW滤波器样品。最后,采用RF探针台对所制得的样品进行了性能测试和数据分析。测试结果表明,在金刚石厚膜衬底上获得了频率超过1 GHz的SAW滤波器样品。     

薄膜型声表面波器件的研究进展

相较于传统的压电单晶声表面波器件,薄膜型声表面波器件具有成本低、易小型化、易集成化等优点。文章对几种薄膜型声表面波器件的研究进展进行了综述。首先,总结了几种常见的薄膜制备方法。然后,根据应用范围的不同将薄膜型声表面波器件分为高频器件和高温器件。根据这两大类型,综述了近年来较典型的五种薄膜型声表面波器件,介绍其制备流程、基本结构和高频/高温等特性。最后,对五种薄膜型声表面波器件进行对比,并对薄膜型声表面波器件的未来发展提出展望。该综述对薄膜型声表面波器件的实际应用及推广具有一定借鉴意义。