声表面波加速度传感器的研究

论文摘要

声表面波(Surface Acoustic Wave,简写SAW)在十九世纪八十年代被英国物理学家瑞利发现,随着声表面波技术的发展,在二十世纪八十年代,人们开始利用声表面波器件研制、开发新型传感器,声表面波(SAW)加速度传感器就是近年来许多国家重点研究的一种高性能、低成本的声表面波传感器。作为一种灵敏度极高的惯性传感器,深入研究SAW加速度传感器的传感机理及其检测技术,不仅具有理论意义,而且具有工程实用价值。本文分析了现有悬臂梁式SAW加速度传感器存在的一些问题,研究了针对它们的实际解决方案和工程设计原则。本论文在悬臂梁式SAW加速度传感器研究方面取得的具体成果有:1.完成悬臂梁式SAW加速度传感器的系统设计,提高了SAW加速度传感器的敏感性、准确性及其工作性能。2.对SAW加速度传感器差动方案进行了改进,不仅进一步抑制了温度干扰因素对加速度传感器的影响,而且降低了其加工制作的难度。3.研究了阶跃加速度惯性力激励下,悬臂梁式SAW加速度传感器差频输出的动态响应特征,改变了目前SAW加速度传感器理论研究中缺乏动荷载激励研究的现状,丰富了悬臂梁式SAW加速度传感器的研究理论。4.用SAW滤波器为SAW加速度传感器增添了加速度方向判断功能,使SAW加速度传感器可以通过电容器静电力保护悬臂梁和实时调整量程。5.设计了双栅MOSFET混频电路,使用Pspice对其进行了仿真研究,仿真的结果和理论符合的很好,并在仿真分析的基础上提出滤波和测频方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 声表面波加速度传感器及其应用前景
• 1.2 声表面波加速度传感器研究的现状及任务
• 1.3 论文的结构安排
• 2 声表面波及器件
• 2.1 声表面波
• 2.1.1 声表面波
• 2.1.2 声表面波叉指换能器
• 2.2 声表面波器件
• 2.2.1 声表面波延迟线
• 2.2.2 声表面波谐振器
• 2.2.3 声表面波振荡器
• 2.2.4 声表面波带通滤波器
• 2.3 本章小结
• 3 声表面波加速度传感器
• 3.1 SAW 加速度传感器的结构形式
• 3.2 SAW 加速度传感器的静态特性分析
• 3.2.1 石英晶体悬臂梁应力分析
• 3.2.2 SAW 谐振器敏感应变的原理
• 3.2.3 SAW 加速度传感器的灵敏系数推导
• 3.3 SAW 加速度传感器的动态特性分析
• 3.3.1 加速度传感器的基本数学模型
• 3.3.2 SAW 加速度传感器的信号特征
• 3.4 本章小结
• 4 声表面波加速度传感器系统设计
• 4.1 SAW 加速度传感器悬臂梁的设计
• 4.2 悬臂梁式SAW 加速度传感器差动结构的改进方案
• 4.3 悬臂梁式SAW 加速度传感器的系统设计
• 4.3.1 悬臂梁式SAW 加速度传感器闭环系统设计
• 4.3.2 用静电力扩大悬臂梁式SAW 加速度传感器量程的原理
• 4.3.3 SAW 加速度传感器被测加速度方向及大小范围的判断
• 4.4 SAW 加速度传感器的计量标定
• 4.5 本章小结
• 5 声表面波加速度传感器信号检测系统
• 5.1 悬臂梁式SAW 加速度传感器信号检测系统概述
• 5.2 混频原理
• 5.3 PSPICE 简介
• 5.3.1 Pspice 概述
• 5.3.2 Pspice 程序设计
• 5.4 混频电路的设计与分析
• 5.4.1 双栅MOSFET 的混频原理
• 5.4.2 双栅MOSFET 混频电路设计及分析
• 5.4.3 双栅MOSFET 混频电路输出信号的测量
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录