[发明专利]一种基于驻波模式的SAW陀螺仪

说明书

本申请的目的是提供一种基于驻波模式的SAW陀螺仪，本申请通过采用压电耦合系数高、SAW传播速度高且声光耦合系数较大的128°Y‑X切LiNbO₃压电基片，通过在收发天线触发的双端口谐振器的谐振腔之间放置材料为金的金属点阵和声光读出模式SAW接收端来实现一种新型的驻波模式的陀螺仪。收发天线的设计能够有效减少SAW陀螺仪需要的电子电路模块，即减少外电路的使用；所述SAW接收端采用高精度声光耦合模式读出角速率的变化，从而提高了SAW陀螺仪的准确度与灵敏度。

技术领域

本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种基于驻波模式的SAW陀螺仪。

背景技术

陀螺仪在消费性产品、工业以及医疗产品特别是军用领域方面有很大的应用需求，性能参数决定使用领域。目前有光纤陀螺，激光陀螺和微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)陀螺。SAW陀螺仪具有体积小、成本低、二维结构稳定性高易于大规模生产制造、灵敏度高、抗击振动能力强等显著优点，应用领域更为广泛。

目前声表面波(Surface Acoustic Wave，SAW)陀螺仪主要有驻波模式和行波模式两种。基于驻波模式的SAW陀螺仪由压电基片(11)及其上的双端口谐振器(14)、分布于双端谐振器(14)的谐振腔内的金属点阵(13)以及垂直交叉放置的接收传感器(12)组成，如图1所示；采用压控振荡器(VOC)提供输入信号使双端口谐振器振荡，接收传感器检测由哥氏力(Coriolis力)引起的垂直谐振腔内声波传播方向的二次SAW，输出端接示波器(15)检测输出电信号，从而实现对角速率的检测。基于行波模式的SAW陀螺仪由压电基片(21)、两个平行差分放置的延迟线(22)及其中的金属点阵(23)组成，直接检测由于Coriolis力影响声波传播的速度的变化，经过移向器(24)、放大器(25)、差分信号混合器(26)和频率采集模块(27)得到的差分信号，输出端接显示计算机(28)(例如，电脑等)检测输出频率信号，从而实现对角速率的检测，如图2所示。

驻波模式SAW陀螺仪输出信号为微伏级别的电信号，测量误差范围较大；基底采用LiNbO₃，虽然具有高的机电耦合系数，但是大的温度系数会影响器件的不稳定性。行波模式SAW陀螺仪虽然用差分结构实现温度补偿，但是由于Coriolis力直接影响声波速度，金属点阵的质量影响器件的灵敏度，质量小灵敏度不满足实际需要，质量大影响声波传播且增加设计成本，频率的变化也很微弱。两种模式都存在信号变化微弱和收发模块电路复杂的问题，这些会增大误差的形成，器件的尺寸也会变大，而且设计过程中还需要解决匹配问题。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种基于驻波模式的SAW陀螺仪。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于驻波模式的SAW陀螺仪，所述SAW陀螺仪(3)包括收发天线(34)、压电基片(31)、置于所述压电基片(31)表面的双端口谐振器(312)和SAW接收端(314)以及分布于所述双端口谐振器(312)的谐振腔内的金属点阵(313)；其特征在于，

所述双端口谐振器(312)包括两个对称设置的叉指换能器(3122)，在两个所述叉指换能器(3122)之间分布有所述金属点阵(313)，在每个所述叉指换能器(3122)的外侧均设置有一个反射栅(3123)；

所述SAW接收端(314)正交设置于所述双端口谐振器(312)的一侧；

所述收发天线(34)分别与所述SAW接收端(314)和所述双端口谐振器(312)连接；

所述压电基片(31)为绕Y向旋转128°切割且沿X方向传播的LiNbO3压电基片。