基于铌酸锂介质的SAW陀螺效应声光检测系统设计与分析

介绍了声表面波(SAW)陀螺效应和声光衍射效应之后,提出了SAW声光陀螺的概念和SAW陀螺效应的声光技术检测方案;论述了SAW陀螺效应检测原理,推导了基本测量公式.SAW陀螺效应声光检测技术的关键是寻找或生产出既有突出SAW陀螺效应,又有良好声光品质的压电-声光晶体.在介绍了铌酸锂(LiNbO3)晶体的主要声光性质后,说明了在LiNbO3上实现SAW陀螺效应声光检测的可行性.最后,指出了今后的主要研究方向.本方案的基本思想是通过声光相互作用,让光把寄载着陀螺效应的SAW信息从SAW介质(同时也是声光介质)中携带出来,通过声光测量技术达到推测声光介质旋转角速度大小的目的.     

声表面波陀螺效应的有限元仿真分析

声表面波陀螺主要是依据声表面的陀螺效应的原理进行设计制作的。以YX-128°Li Nb O3压电材料作为基底建立了声表面波器件的有限元分析简化模型进行仿真研究。对仿真模型的X,Y,Z轴分别施加旋转角速率,激活了陀螺效应,从而进一步分析声表面波的频率和旋转角速率在绕不同的旋转轴旋转时的关系。     

弹性板结构的声表面波陀螺研究

建立了考虑陀螺效应的声表面波在各向同性弹性板中的传播方程。通过数值计算,绘制了绕不同坐标轴旋转时陀螺效应对声表面波波速和波形影响的关系曲线图。计算结果表明:绕声表面波传播方向旋转时的陀螺效应对波速影响较为明显,同时陀螺效应并没有破坏各向同性弹性板中声表面波位移的对称和反对称模态。在实际声表面波陀螺效应传感器设计中,应将传感器设计在合理方位。建立的分析模型更接近于真实的声表面波陀螺效应传感器,为器件精确设计和分析提供了理论指导。     

解耦的声表面波波动方程的求解􀀂

由于压电材料对称性的存在,当一些压电材料取某些特殊切型时,声表面波存在着解耦现象,解耦波常有几种固定的模式.本文对解耦的声表面波波动方程的求解进行了研究.并以PZT-5H材料为例,用编制的程序对解耦的纯Rayleigh波和B-G波进行了计算机数值求解,其结果与文献[3]的值一致.说明这一求解原理和方法普遍适用于对各种解耦的声表面波波动方程的求解.对于全面分析SAW的传播特性具有一定的参考价值.     

SAW陀螺效应声光衍射角度及其微小变化的CCD检测系统

声表面波(SAW)陀螺效应表现为SAW介质旋转角速度Ω对SAW波速的调制作用,以及对布拉格衍射角的调制作用.因此,通过测量声光布拉格衍射光的偏转角度,可以反推被测SAW介质的旋转角速度Ω.理论计算表明布拉格衍射角及其变化十分微小(弧分、秒数量级),所以能否在实践中成功地检测受Ω调制的布拉格衍射角,关系到SAW陀螺效应声光探测和检测方案的成败.在扼要说明了Ω调制布拉格衍射角的物理原理后,初步设计了布拉格衍射角的CCD测量系统并讨论了影响其测角精度的若干关键技术.     

结合金属膜的YZ-LiNbO3压电基片上声表面波陀螺效应分析

在声表面波陀螺效应作用过程中,由于哥氏力的作用比较微弱,导致现有的声表面波陀螺仪的检测灵敏度极低。为了改善哥氏力作用,在声表面波传播路径上分布金属点阵以增加质量负载,将有可能获得良好的灵敏度性能。本文结合研究层状介质中声波传输特性的方法对YZ-LiNbO3压电基片上的金属膜层对陀螺效应的影响做了理论计算。对比分析有无金属膜层的压电基片中陀螺效应的大小,以及不同金属材料对陀螺效应的影响作用,验证了用布置重金属点阵的方法来提高行波模式声表面波陀螺仪检测灵敏度的可行性,从而为高性能行波模式声表面波陀螺仪的研制奠定理论基础。     

含Pd纳米线SAW气体传感器氢敏特性分析

基于COMSOL Muhiphysics软件,建立了含Pd纳米线的声表面波(SAW)传感器三维模型,以YZ铌酸锂为压电基底,叉指电极固定于基底表面,分析了Pd纳米线长度对模型本征频率的影响.对电极施加20V电压得到了不同氢气体积分数下电极上电导纳值和本征频率偏移值.通过磁控溅射制作了Pd薄膜,设计了SAW传感器测试夹具,得到了传感器氢敏特性.将仿真值与实验值进行对比,得到了含Pd纳米线氢敏材料的SAW传感器具有比含面形Pd膜传感器更高的灵敏度.     

基于SAW器件的微间隙压力监测传感器

声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)器件能进行无源无线通信,为微间隙等特殊环境下物理量的测量提供了新的解决思路.研究设计了一种基于声表面波延迟线的接触应力传感器.围绕微间隙环境,研究了声表面波器件的结构类型,并确定压力监测的技术方案;根据设计原理,设计一种新型声表面波传感器,并利用有限元分析法对压电基片进行应力仿真;将设计出的传感器进行实验测试并提出温度补偿.通过对声表面波传感器设计的探究,验证了利用声表面波传感器实现微间隙压力监测的可行性.     

基于AlN声表面器件的设计与分析

声表面波器件是一种利用压电材料的压电效应与逆压电效应工作电子器件,文章首先详细描述了声表面波器件的设计与仿真过程,运用有限元分析的方法分别计算了利用声表面波的SAW器件与利用体波的BAW器件的性能与各项参数,对相关的器件进行了计算分析,分别用上述方法研究了基于AlN薄膜的声表面波器件和悬臂梁结构的体波器件,推导得出了器件的电学导纳与频率之间的关系,通过分析器件的导纳-频率曲线,推导出器件内部声波的模式以及合适的工作频率,最终得出在IDT周期为8微米的情况下,SAW器件的理想工作频率是0.7～1.95 GHz,BAW器件的理想工作频率在0.6～3.2 GHz的结果.     

SAW压力传感器的理论计算及推导

首先介绍了声表面波(SAW)传感器的基本工作原理。而后从理论分析的角度出发,综合运用各有关知识,探讨了声表面波压力传感器的设计计算问题,并给出了具体的计算方法与步骤。     

一类非线性船舶在随机波上的倾覆概率仿真

研究一类非线性船舶在随机波上的倾覆概率仿真。船舶在给定随机波上的、直到颠覆的大幅度横摇可用一个四元非线性方程表示;假定噪声为白噪声的情况下,该方程通过转化可被改写成对应的二阶随机微分方程;基于半离散数值解法,设计了一类非线性船舶在随机波上的倾覆概率仿真算法,该方法简单,易于工程应用;给出实例演示了方法的应用,验证了算法的有效性。     

转盘偏置对转子系统动力学特性的影响研究

以Jeffcott转子系统为对象,研究转盘在转轴上不同偏置安装位置所引起的陀螺效应,以及对转子系统固有特性和弯曲振动模式的影响规律.基于所建立的集中质量模型,数值计算和比较的结果表明,不同的转盘安装偏置量会对转子系统临界转速和不平衡响应产生明显影响.偏置程度越大,陀螺效应对临界转速及不平衡响应的影响越大,而在转子系统完全对称的情况下,陀螺效应则可以忽略.     

随机海况大型船舶流固耦合变形大偏差算法研究

研究航母级别的大型船舶长时间变形是有实际意义的。在随机海况条件下,根据波浪与船体的流固耦合相互作用,建立了大型船舶的变形大偏差算法数学模型,给出了大型船舶变形的大偏差和变形绝对值大偏差的计算原理,提出了船舶变形大偏差优化算法,并进行了实例计算分析,为研究船舶疲劳损伤提供了理论依据。     

SAW传感器对神经性毒剂及模拟剂的检测进展

基于压电效应和化学特异选择性的有机敏感材料的声表面波(SAW)传感器,因其具有体积小、响应时间快、选择性好、可集成度高等优点而成为对气体实时、在线检测的重要手段之一。介绍了SAW传感器在神经性毒剂及其模拟剂检测中的应用,重点从SAW传感器测试电路、敏感膜材料、成膜方法及信号处理等方面介绍此领域的研究现状,并对发展趋势进行了展望。     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性.这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流.在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变.结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响.计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5μm、2μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础.