石英晶体板型表面波陀螺仪研究*

吴荣兴,王晓明,郑 东

(1.宁波职业技术学院 建筑工程学院，浙江 宁波 315800; 2.宁波大学 机械与力学学院，浙江 宁波 315211)

0 引 言

各类声表面波气体、质量和偏场传感器已被广泛应用于各种复杂环境下的检测工作[1～3]。主要工作原理是通过声学和电学参数的测量来推定所处环境因素或物质特性[3～7]。过去认为声表面波在液体检测中由于存在严重能量衰减，无法检测其有效信号，目前证明可以将声表面波技术应用于微流体的特性检测[8]。在惯性传感器领域，理论研究表明哥氏力对声表面波的传播有抑制作用，并且存在着对应关系，可以用来检测旋转场的旋转频率[9,10]。大部分声表面波陀螺效应传感器所建的模型都是基于半无限大各向同性弹性体结构，而真实的压电声波器件往往采用各向异性的压电材料组成的层状板型结构[11,12]。虽然实验研究结果显示陀螺效应对声表面波传播有着显著影响，但是实验样机的分辨率和精度都无法满足传感器要求[13]。因此,完整建立更为真实的压电声波陀螺效应传感器模型和精确分析成为一项迫切的工作。

这里分析了声表面波在考虑旋转场作用下的半无限石英晶体和无限大石英晶体板内的传播特性，获得了波速、板厚、旋转轴角度和旋转频率之间的对应关系，为实际声表面波陀螺效应传感器的研制提供了理论指导。

1 半无限大石英晶体的声表面波

声表面波在考虑旋转场作用下的石英晶体板内传播如图1所示。……