Исследование особенностей распространения акустических волн для создания твердотельных датчиков движения

• Автор: Грибкова, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ РЫНКА ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ

1.1 Классификация современных твердотельных датчиков

ДВИЖЕНИЯ ПО ТИПУ КОНСТРУКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

1.1.1 Оптические гироскопы

1.1.2 Кориолисовы гироскопы

1.1.3 Камертонные гироскопы

1.1.4 Гироскопы дизайна «вибрирующее колесо»

1.1.5 Полусферические резонансные гироскопы

1.1.6 Пьезоэлектрический гироскоп
1.2 Современный рынок твердотельных датчиков движения
1.2.1 Гироскопы Analog Devices
1.2.2 Гироскопы Robert Bosch
1.2.3 Гироскоиы фирмы BEI Systran Donner
1.2.4 Гироскоп SARI 0 компании Infineon
1.2.5 Гироскопы компании Silicon Sensing Systems
1.2.6 Гироскоп MLX90609 компании Melexis
1.3 Развитие концепции построения твердотельных датчиков
ДВИЖЕНИЯ НА БАЗЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ОБЪЕМНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В НЕИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
2.1 УРАВНЕНИЯ, ОПИСЫВАЮЩИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В НЕИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
2.2 Анализ особенностей распространения объемных
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В НЕИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
2.3 Принципы конструктивной реализации твердотельных
ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ НА ОБЪЕМНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
2.4 Создание макета и экспериментальные исследования
ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ГИРОСКОПА НА ОБЪЕМНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В НЕИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
3.1 Уравнения, описывающие распространение поверхностных
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В НЕИНЕРЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ КООРДИНАТ
3.2 Расчетный анализ влияния вращения на характеристики
ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН, РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ В ПЬЕЗОДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КРИСТАЛЛЕ
3.3 Принципы конструктивной реализации твердотельных датчиков углового движения на поверхностных акустических волнах
3.3.1 Принцип переизлучения ПАВ в непьезоэлектрическое направление
3.3.2 Принцип совмещения оси вращения чувствительного элемента гироскопа и непьезоэлектрического направления распространения ПАВ
Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4 СОБСТВЕННЫЕ ШУМЫ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ НА АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
4.1 Собственные шумы твердотельного датчика гироскопа на
ОБЪЕМНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
4.1.1 Тепловой шум кристаллической решетки звукопровода
4.1.2 Тепловой шум приемного пьезопреобразователя
4.2. Собственные шумы твердотельных датчиков движения на
ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ
4.2.1 Тепловой шум кристаллической решетки звукопровода
4.2.2 Тепловой шум встречно-штыревого преобразователя
4.3. Шумы приемного устройства
Выводы ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия чрезвычайно расширилась область применения датчиков движения и требования к их эксплуатационным характеристикам, в связи с увеличением:
- номенклатуры и разнообразия транспортных средств, летательных аппаратов, комплексов военно-промышленного назначения, функционирование которых связано с применением датчиков движения;
- скорости их движения;
- быстроты и многократности изменения траектории их движения;
- инерционного и вибрационного воздействия на них в процессе эксплуатации;
- требований к быстродействию, точности и стабильности работы датчиков движения в экстремальных условиях воздействия на них гравитационного и вибрационного полей.
Одной из основных сложностей при создании датчиков движения, которые должны в условиях наличия большого разнообразия решаемых ими задач, а также экстремальных условий их эксплуатации точно и надежно определять положение в пространстве в реальном масштабе времени, является разработка чувствительных элементов, которые, во-первых, были бы способны вырабатывать в реальном масштабе времени помехоустойчивые сигналы, пропорциональные угловой скорости вращения, и, во-вторых, были бы просты и дешевы в изготовлении при сохранении высокой степени надежности в условиях больших перегрузок и вибраций при их эксплуатации.
Тенденцией последних десятилетий стала микроминиатюризация датчиков движения, что привело к созданию наиболее распространенных так называемых микромеханических гироскопов (ММГ). ММГ представляет

геометрических ограничений. Наличие канавок позволяет уменьшить жесткость в направлении распространения вторичной ПАВ.
Другая существующая концепция построения ПАВ датчиков движения [38] с формированием стоячей волны реализуется по схеме, показанной на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 Схема конструкции чувствительного элемента гироскопа, содержащая две идентичные группы ВШП и ПАВ-отражателей
Стоячая ПАВ образуется путём суммирования двух бегущих навстречу друг другу волн одинаковых частот. Для генерации такой волны применяется конструкция, содержащая два идентичных ВШП 1 и ПАВ отражатели 2. В промежутке между ВШП образуется плоская стоячая волна, волновые фронты (поверхности равных фаз) которой параллельны штырям ВШП (на рис. 1.5 показаны пунктиром). Колебания частиц поверхности будут носить гармонический характер и иметь пространственное распределение, показанное на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6 Колебания частиц в стоячей волне Как видно из рисунка 1.6, можно выделить две группы точек, имеющих максимальную амплитуду колебаний. Одна из них совершает колебания в вертикальном направлении (нормально поверхности), другая - в горизонтальном (по касательной к поверхности), в направлении