压电基片与金属点阵厚度对行波模式声表面波陀螺仪检测灵敏度的影响

过低的灵敏度性能一直是声表面波(SAW)陀螺仪的瓶颈问题,对此,提出了一种结合金属点阵用以改善陀螺效应的新型行波模式SAW陀螺仪,并对其性能进行了评价。该结构由双延迟线型振荡器构成,两延迟线平行且反向制作于同一压电基片上,在延迟线的声传播路径上分布铜点阵。结合层状介质中声波传输特性的研究方法分析了两种压电晶体材料、不同金属点阵膜厚对传感器响应的影响,从而为确定陀螺仪的设计奠定理论基础。基于理论计算结果,研制了以128°YX LiNbO3及X-112°Y LiTaO₃为压电基片,铜点阵厚度分别为33000 Å,6000 Å,9000 Å的95 MHz声表面波陀螺仪。为改善振荡器的频率稳定性,延迟线采用了具有梳状结构的单相单向换能器结构。振荡器的测试频率稳定度达到了±5 Hz/h。利用精确速率转台对所研制的SAW陀螺仪性能进行了测试。测试结果表明:采用机电耦合系数较高的128°YX LiNbO₃基片并增加金属点阵厚度均能有效提高陀螺仪的检测灵敏度,所获得的最大检测灵敏度为2.7 Hz/(deg/s)。      

应用于气体传感器的具有铝/金电极的单模式两端对声表面波谐振器

为改善气体传感器性能,通过器件优化设计获得了一种应用于气体传感器的具有低损耗、高品质因子(Q)的单模式两端对声表面波(SAW)谐振器。该谐振器由两个换能器、分置于换能器两边的短路栅反射器以及在换能器之间分布的用于敏感膜镀膜的约2.5mm金属薄层构成。谐振器采用铝/金双层电极以降低测试气体环境的腐蚀影响。利用经典耦合模(COM)理论对器件性能进行了仿真以提取优化的结构设计参数。基于仿真结果,实验研制了基于300MHz频率的新型铝/金电极SAW两端对谐振器,测试结果显示所研制器件具有较低损耗(〈7dB),较高Q值(-3000)以及单一谐振模式的特点,并且,以所研制的新型谐振器为频率控制单元的谐振器型振荡器表现出良好的频率稳定度(t15Hz/h),这对于改善气体传感器的检测下限及稳定性等性能指标具有重要意义。      

基于反射型延迟线结构的无线无源声表面波测温系统

从传感器核心元件及无线测温雷达的优化设计出发,研制了一种集成电子标签的高性能声表面波(SAW)无线无源测温系统。基于耦合模(COM)理论对作为传感元件的反射型SAW延迟线进行了优化设计,基于仿真结果,实验研制了采用YZ LiNbO_3石英基片的434 MHz反射型SAW延迟线,该器件是由一个换能器与8个反射器构成的反射型延迟线,其中3个反射器用于温度检测,另外5个反射器则用于采用相位编码的电子标签。测试结果显示所研制的反射型SAW延迟线具有良好的时域特性与较高的信噪比,并与理论仿真结果极为吻合。设计并研制了采用步进调频(FSCW)模式的测温雷达,利用高精度高低温箱对所研制的无线无源SAW测温系统进行了无线测试,系统表现出良好的线性特性,测温准确度达到了士1℃以内。