聲表面波慣性器件傳感檢測技術研究.pdf

1、慣性傳感器的品性是保證自主性慣性導航系統(tǒng)性能的重要因素。作為一種靈敏度極高的傳感器，深入研究聲表面波 (Surface Acoustic，Wave，SAW)慣性器件的傳感機理及其檢測技術，不僅具有理論意義，而且具有工程實用價值。該論文開展并取得的研究成果有兩個方面。一個在懸臂梁式SAW加速度傳感器方面；另一個在SAW陀螺效應的探測理論和檢測技術研究方面。 SAW加速度傳感器方面扼要地介紹了聲表面波理論、聲表面波叉指換能器(IDT

2、)、聲表面波諧振器(SAWR)、聲表面波振蕩器(SAWO)、聲表面波濾波器(SAWF)工作原理以及SAW加速度傳感器原理之后，分析了現有懸臂梁式SAW加速度傳感器存在的一些主要問題，并研究了針對它們的實際解決方案和工程設計原則。 論文在懸臂梁式SAW加速度傳感器研究方面取得的具體成果有： 1．完成石英懸臂梁SAW加速度計的系統(tǒng)設計，提高了SAW加速度傳感器測量過程的敏感性、準確性及其工作性能； 2．利用浮動零點思

3、想，不僅進一步抑制了溫度等干擾因素對加速度計的影響，而且降低了其加工制作的難度； 3．研究了階躍加速度慣性力激勵下，懸臂梁式SAW加速度計差頻輸出的動態(tài)響應特征。改變了目前SAW加速度傳感器理論研究中缺乏動荷載激勵研究的現狀，豐富了懸臂梁式SAW加速度傳感器的研究理論； 4．用SAW濾波器為SAW加速度計增添了加速度方向判斷功能，為其利用電容器靜電力保護懸臂梁和實時調整量程奠定了基礎； 5．研究了階躍加速度的測量

4、技術和測量方案，改進了現有懸臂梁式SAW加速度計的工作性能，設計出了可根據被測加速度大小實時調整量程的SAW加速度計。 SAW陀螺效應檢測技術研究方面根據固體波動理論，論證了SAW陀螺效應的存在性。鑒于國外SAW陀螺儀的研究現狀、光學測量高精度的特點和近代聲光物理學的成就，提出了利用聲光互作用布拉格衍射現象，探測和檢測SAW陀螺效應的技術思想。SAW聲光陀螺的基本思想是通過聲光相互作用，讓光把寄載著陀螺效應的SAW信息從SAW介

5、質(同時也是聲光介質)中攜帶出來，通過布拉格聲光測量技術達到推測聲光介質旋轉角速度大小的目的。論文扼要介紹了聲光布拉格衍射物理效應。基于超聲波能夠調制衍射光出刺角度的聲光物理理論，從檢測工程角度研究了sAW陀螺效應的聲光探測和檢測方案。在SAW陀螺效應聲光檢測技術方面所做的具體工作及取得的研究成果有： 1．論證了SAW陀螺效應聲光檢測方案的可行性；分析了SAW陀螺效應的探測原理及基本測量公式，討論了sAW陀螺效應聲光檢測系統(tǒng)的設

6、計準則； 2．研究了鈮酸鋰(LiNbO<,3>)晶體的聲光性質，分析了在LiNbO<,3>上實現SAW陀螺效應聲光檢測的可行性； 3．提出了檢測SAW陀螺效應布拉格衍射光微小角度及其變化的CCD檢測方案。討論了CCD分辨率對整個測量系統(tǒng)微小角度分辨能力的影響，簡要分析了CCD測量系統(tǒng)的敏感度、靈敏度和微小角度的光學顯微放大技術。 4．指出了SAW陀螺效應聲光檢測技術今后的主要研究方向。 總之，SAW介質旋