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自1980年Y.B.Lao从理论上证明了旋转压电载体上的声表面波具有陀螺效应以后,由于声表面波角速率传感器具有单层平面结构、微型化、无源、无线、信号检测电路简单等优点,其越来越受到研究人员的重视。
本文以Christoffel方程和Coulomb定理的电学方程为基础,结合压电方程,利用MATLAB语言编制了求解含哥氏力的波动方程的数值仿真程序,并分别对XY112°-LiTaO3、YZ128°-LiNbO3和ST-SiO2三种压电材料进行了数值仿真,分别得到了它们波速相对偏移量分别为:△V/V0=1.01ppm/r/s,△V/V0=0.91ppm/r/s和△V/V0=0.75ppm/r/s。由于△V/V0=△f/f0,因此可以得到相对频率偏移量为△f/f0=1.01ppm/r/s,△f/f0=0.91 ppm/r/s,△f/f0=0.75ppm/r/s。
根据理论研究结果,设计了一种S型双通道声表面波延迟线结构,这种结构可以减少温度漂移带来的影响,并且可以消除三次渡越问题和体波干扰,同时可以提高器件的稳定度和测量的准确性。同时,选用XY112°-LiTaO3作为基底材料制作出了延迟线,其结构尺寸:16.914mm×8.854mm,并搭建了振荡电路和信号处理电路。设计制作出声表面波角速率传感器样机。
通过实验,该声表面波角速率传感器的灵敏度为0.314Hz·deg-1·s-1,其线性度为5.38%;同时通过实验可以看出,在转速低于1400deg/s时,具有较好的线性度,而在高于1400deg/s时,其线性度变差。