行波模式声表面波角速率传感器的研究
发布时间：2021-05-26 11:19
声表面波（SAW）角速率传感器具有结构简单、价格低廉、且由于勿需悬浮的振动结构而具有较强的抗震动能力等优点而受到越来越多的关注。另外,相比于驻波模式的SAW角速率传感器,基于行波模式的SAW角速率传感器可以利用差分结构实现对温度等外界干扰的补偿,并且其输出信号为易于检测的频率信号,因此在运动及军用制导系统等方面显示出广阔的应用前景。本文在研究了目前的行波模式SAW角速率传感器的基础上,针对灵敏度低的问题展开了较为深入的研究。主要的研究工作和结果如下:1、从理论上研究了SAW角速率传感器中SAW传输区域的陀螺效应。根据传输区域的不同,将其分为三个部分:首先是SAW经过的自由表面。在这一部分中,主要利用旋转介质中的压电耦合方程考虑了128°YX-LiNbO3和ST-X石英晶体中的SAW陀螺效应,并通过理论计算和参考实验结果选定了128°YX-LiNbO3作为SAW角速率传感器的基片材料;其次是SAW在叉指换能器中的传播。在这一部分中,对现有的耦合模（COM）模型进行了拓展,利用此拓展的COM模型分析了SAW陀螺效应和叉指换能器反射系数之间的关系,...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容
第二章 SAW角速率传感器中的SAW陀螺效应
2.1 非压电介质SAW陀螺效应理论分析
2.2 压电介质SAW陀螺效应理论分析
2.2.1 压电效应与压电方程
2.2.2 旋转压电介质中的耦合波动方程
2.2.3 半无限旋转压电介质耦合波动方程的求解
2.2.4 两种常用压电介质中SAW的陀螺效应
2.3 叉指换能器中的SAW陀螺效应
2.3.1 三种常用的叉指换能器
2.3.2 叉指换能器中SAW陀螺效应的有限元法计算
2.3.3 改进的COM模型分析叉指换能器中的SAW陀螺效应
2.4 金属点阵中的SAW陀螺效应
2.5 本章小结
第三章 SAW器件设计模型研究
3.1 SAW器件理论模型的发展
3.2 耦合模模型
3.3 有限元法提取耦合模参量
3.3.1 坐标变换与材料常数的处理
3.3.2 有限元法建模
3.3.3 COM参数提取过程
3.4 P矩阵模型
3.5 两端对声表面波器件模拟
3.6 本章小结
第四章 行波模式SAW角速率传感器的优化设计
4.1 SAW角速率传感器系统结构设计
4.2 SAW振荡器的初步设计
4.2.1 非抽指结构延迟线
4.2.2 抽指结构延迟线
4.3 SAW延迟线型振荡器的频率稳定度
4.4 低损耗、高单向性叉指换能器的单元结构设计
4.4.1 EWC/SPUDT的设计
4.4.2 EWC/SPUDT单元结构优化
4.5 SAW振荡器的精确设计
4.6 行波结构SAW陀螺仪的电路设计
4.6.1 放大器
4.6.2 混频和滤波电路
4.6.3 频率采集模块
4.7 本章小结
第五章 SAW角速率传感器的研制和性能测试
5.1 传感器系统研制
5.1.1 SAW延迟线器件的研制
5.1.2 SAW振荡器及采频模块的研制
5.2 SAW角速率传感器的实验测试系统
5.2.1 插入损耗的测试
5.2.2 陀螺效应的测试
5.3 三种常用结构SAW陀螺效应试验研究
5.4 优化的SPUDT单元结构插入损耗及单向性测试
5.5 有金属点阵结构的SAW陀螺仪陀螺效应测试
5.5.1 基于不同单元结构的SAW角速率传感器检测灵敏度分析
5.5.2 金属点阵对SAW角速率传感器检测灵敏度的影响分析
5.5.3 所研制的几种SAW角速率传感器的检测灵敏度对比
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS提取单相单向换能器耦合模参数[J]. 付琛,李红浪,何世堂. 应用声学. 2011(04)
[2]新型驻波模式的声表面波MEMS-IDT陀螺仪[J]. 王文,何世堂. 仪表技术与传感器. 2009(S1)
[3]光纤陀螺技术及应用[J]. 杨远洪,申彤,郭锦锦. 红外与激光工程. 2007(05)
[4]含陀螺效应的声表面波波动方程的求解[J]. 李良儿,施文康. 传感技术学报. 2005(03)
[5]一种新型的角速率传感器——声表面波陀螺[J]. 李良儿,陈智军,施文康. 压电与声光. 2005(03)
[6]声表面波陀螺及在惯性导航系统中的应用[J]. 江城,杨军锋. 弹箭与制导学报. 2005(S4)
[7]在旋转的半无限LiNbO3上传播的声表面波[J]. 李良儿,陈智军,沈晓群,施文康. 中国惯性技术学报. 2005(02)
[8]微机械叉指换能器声表面波陀螺[J]. 马晋毅. 压电与声光. 2003(06)
[9]MEMS-IDT声表面波陀螺[J]. 吕志清,胡爱民. 微纳电子技术. 2003(04)
[10]低损耗宽带声表滤波器[J]. 陈慧,王宁,林基明,吴浩东,水永安. 压电与声光. 2002(05)
博士论文
[1]声表面波器件的快速精确模拟研究[D]. 王昊.南京大学 2013
[2]杯形波动陀螺关键技术研究[D]. 陶溢.国防科学技术大学 2011
[3]基于FEM/BEM方法的无线无源阻抗负载SAW传感器模拟与设计[D]. 罗为.华中科技大学 2009
[4]声表面波惯性器件传感检测技术研究[D]. 刘骏跃.西北工业大学 2007
[5]声表面波在周期栅阵中传播特性的变分原理研究[D]. 徐方迁.中国科学院研究生院（声学研究所） 2004
硕士论文
[1]多层结构声表面波传播特性的理论研究[D]. 钱莉荣.天津理工大学 2009
[2]声表面波陀螺效应的研究[D]. 魏益群.北京机械工业学院 2007
本文编号：3206289
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容
第二章 SAW角速率传感器中的SAW陀螺效应
2.1 非压电介质SAW陀螺效应理论分析
2.2 压电介质SAW陀螺效应理论分析
2.2.1 压电效应与压电方程
2.2.2 旋转压电介质中的耦合波动方程
2.2.3 半无限旋转压电介质耦合波动方程的求解
2.2.4 两种常用压电介质中SAW的陀螺效应
2.3 叉指换能器中的SAW陀螺效应
2.3.1 三种常用的叉指换能器
2.3.2 叉指换能器中SAW陀螺效应的有限元法计算
2.3.3 改进的COM模型分析叉指换能器中的SAW陀螺效应
2.4 金属点阵中的SAW陀螺效应
2.5 本章小结
第三章 SAW器件设计模型研究
3.1 SAW器件理论模型的发展
3.2 耦合模模型
3.3 有限元法提取耦合模参量
3.3.1 坐标变换与材料常数的处理
3.3.2 有限元法建模
3.3.3 COM参数提取过程
3.4 P矩阵模型
3.5 两端对声表面波器件模拟
3.6 本章小结
第四章 行波模式SAW角速率传感器的优化设计
4.1 SAW角速率传感器系统结构设计
4.2 SAW振荡器的初步设计
4.2.1 非抽指结构延迟线
4.2.2 抽指结构延迟线
4.3 SAW延迟线型振荡器的频率稳定度
4.4 低损耗、高单向性叉指换能器的单元结构设计
4.4.1 EWC/SPUDT的设计
4.4.2 EWC/SPUDT单元结构优化
4.5 SAW振荡器的精确设计
4.6 行波结构SAW陀螺仪的电路设计
4.6.1 放大器
4.6.2 混频和滤波电路
4.6.3 频率采集模块
4.7 本章小结
第五章 SAW角速率传感器的研制和性能测试
5.1 传感器系统研制
5.1.1 SAW延迟线器件的研制
5.1.2 SAW振荡器及采频模块的研制
5.2 SAW角速率传感器的实验测试系统
5.2.1 插入损耗的测试
5.2.2 陀螺效应的测试
5.3 三种常用结构SAW陀螺效应试验研究
5.4 优化的SPUDT单元结构插入损耗及单向性测试
5.5 有金属点阵结构的SAW陀螺仪陀螺效应测试
5.5.1 基于不同单元结构的SAW角速率传感器检测灵敏度分析
5.5.2 金属点阵对SAW角速率传感器检测灵敏度的影响分析
5.5.3 所研制的几种SAW角速率传感器的检测灵敏度对比
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS提取单相单向换能器耦合模参数[J]. 付琛,李红浪,何世堂. 应用声学. 2011(04)
[2]新型驻波模式的声表面波MEMS-IDT陀螺仪[J]. 王文,何世堂. 仪表技术与传感器. 2009(S1)
[3]光纤陀螺技术及应用[J]. 杨远洪,申彤,郭锦锦. 红外与激光工程. 2007(05)
[4]含陀螺效应的声表面波波动方程的求解[J]. 李良儿,施文康. 传感技术学报. 2005(03)
[5]一种新型的角速率传感器——声表面波陀螺[J]. 李良儿,陈智军,施文康. 压电与声光. 2005(03)
[6]声表面波陀螺及在惯性导航系统中的应用[J]. 江城,杨军锋. 弹箭与制导学报. 2005(S4)
[7]在旋转的半无限LiNbO3上传播的声表面波[J]. 李良儿,陈智军,沈晓群,施文康. 中国惯性技术学报. 2005(02)
[8]微机械叉指换能器声表面波陀螺[J]. 马晋毅. 压电与声光. 2003(06)
[9]MEMS-IDT声表面波陀螺[J]. 吕志清,胡爱民. 微纳电子技术. 2003(04)
[10]低损耗宽带声表滤波器[J]. 陈慧,王宁,林基明,吴浩东,水永安. 压电与声光. 2002(05)
博士论文
[1]声表面波器件的快速精确模拟研究[D]. 王昊.南京大学 2013
[2]杯形波动陀螺关键技术研究[D]. 陶溢.国防科学技术大学 2011
[3]基于FEM/BEM方法的无线无源阻抗负载SAW传感器模拟与设计[D]. 罗为.华中科技大学 2009
[4]声表面波惯性器件传感检测技术研究[D]. 刘骏跃.西北工业大学 2007
[5]声表面波在周期栅阵中传播特性的变分原理研究[D]. 徐方迁.中国科学院研究生院（声学研究所） 2004
硕士论文
[1]多层结构声表面波传播特性的理论研究[D]. 钱莉荣.天津理工大学 2009
[2]声表面波陀螺效应的研究[D]. 魏益群.北京机械工业学院 2007
本文编号：3206289
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