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声表面波陀螺效应的研究

作　者: 魏益群
导　师: 朱嘉林
学　校: 北京机械工业学院
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 声表面波陀螺效应数值仿真振荡电路设计信号处理
分类号: TN65
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

声表面波是英国物理学家瑞利在19世纪80年代研究地震过程中发现的一种能量集中于地表传播的声波,随着研究的深入,特别是R. M. White和F. M. Voltmov发明了能过接收和激发声表面波的叉指换能器后,大大加速了声表面波研究和应用的发展。声表面波在传播过程中,外界的化学量或物理量的变化使声表面波传播路径性质发生改变,引起声表面波传播路径边界条件改变,从而导致声表面波的频率发生漂移,根据这种原理可以设计制作出敏感各种物理量和化学量的传感器,如温度、角速度、加速度、压力和气相/液相传感器等。根据目前的文献报道,已经从理论上证明了旋转载体上的声表面波具有陀螺效应,在哥氏力和离心力的作用下,声表面波波速与角速率存在近似的线性关系,而波速的变化可以直接通过声表面波的频率漂移表征出来,但是在实验中证明其存在的工作一直未见报道。本文以Christoffel方程为基础,利用MATLAB语言编制了求解声表面波陀螺效应的数值仿真程序,计算结果表明,两束沿相反方向传播的声表面波在哥氏力的作用下,两个方向的表面波波速变化趋势相反,根据这个计算结果,设计了一种一字形的双通道声表面波延迟线振荡器作为敏感机构,从而产生两束方向相反的表面波。加载角速度时,两路信号的差频信号作为敏感量。理论上,这种结构可以减少温度漂移带来的影响,同时可以使灵敏度加倍。以LiNbO₃作为基片材料制作出了器件,并搭建了完整的振荡电路,设计了混频电路以产生差频信号。同时,借助高速转台来检验声表面波的陀螺效应。结果表明,声表面波陀螺效应是存在的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章引言  8-11
  1.1 概述  8-9
  1.2 声表面波陀螺研究现状  9-10
  1.3 论文研究目的及内容  10-11
    1.3.1 研究目的  10
    1.3.2 论文结构  10-11
第2章声表面波技术  11-18
  2.1 声表面波技术研究现状  11-12
  2.2 声表面波技术基础  12-17
    2.2.1 声表面波特性  12-13
    2.2.2 声表面波的激发  13-15
    2.2.3 声表面波延迟线  15-16
    2.2.4 声表面波谐振器  16-17
  2.3 声表面波传感器敏感机理  17
  2.4 本章小结  17-18
第3章声表面波陀螺效应的理论分析与数值仿真  18-30
  3.1 各向同性介质上的声表面波陀螺效应  18-21
  3.2 压电介质上的声表面波陀螺效应的解  21-28
  3.3 本章小结  28-30
第4章结构设计与制作  30-37
  4.1 基底材料的选择  30
  4.2 差分结构的设计  30-32
  4.3 叉指换能器的设计  32-33
    4.3.1 叉指宽度的选择  32
    4.3.2 叉指对数的选择  32-33
    4.3.3 叉指换能器孔径与延迟线长度的选择  33
  4.4 制作工艺流程  33-34
  4.5 设计版图与性能测试  34-36
  4.6 本章小结  36-37
第5章振荡电路与信号处理电路设计  37-44
  5.1 设计综述  37
  5.2 设计流程  37-42
    5.2.1 射频集成放大器的选择  37-39
    5.2.2 移相滤波网络设计  39-40
    5.2.3 差频电路设计  40-41
    5.2.4 低通滤波器设计  41-42
  5.3 PCB 板的设计制作  42-43
  5.4 本章小结  43-44
第6章实验测量  44-48
  6.1 实验条件  44-45
  6.2 实验结果  45-46
  6.3 结果讨论  46-47
  6.4 本章小节  47-48
第7章结论与展望  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-53
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  53

声表面波陀螺效应的研究

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