声表面波陀螺效应检测技术的研究.pdf

论文题目：声表面波陀螺效应检测技术的研究

专业：微电子学与固体电子学

硕士生：魏星(签名)

指导教师：刘骏跃(签名)

摘要
现阶段声表面波陀螺效应主要应用在SAW陀螺仪(角速度传感器)领域，但是还处于
理论研究阶段。尽管英、美、日提出在SAW传播路径上用金属点阵的方法达到测量介质
旋转角速度W的目的，但结果并不理想。
本文以声光之间的联系作为理论基础，利用声光探测技术来检测声表面波陀螺效
应。首先利用叉指换能器在一透明压电介质表面产生声表面波，当介质以一定的旋转
角速度旋转时，介质将产生声表面波陀螺效应，这时如果一束光射入压电介质，将产
生布拉格衍射现象，本文设计的系统方案就是通过检测布拉格衍射光夹角达到检测声
表面波陀螺效应的目的。
本文的设计方案主要对声光陀螺效应过程中产生的衍射光夹角角度的测量，由于衍
射角度很小，所以采用精确度较高的线阵CCD作为测量器件，当两条衍射光照射在CCD
上，形成两个光斑，CCD的光敏元产生光生电荷。因为CCD输出量为模拟信号，为了进
行定位算法的处理，必需通过AD芯片把CCD输出的模拟信号转化成数字信号，再把经
过AD转换后的数字信号输入到FPGA中进行算法和数据的处理。在这个过程中，采用
Verilog语言实现三阈值二值化法光敏元定位算法，算出衍射光照在CCD上形成的两个光
斑之间的距离，利用Verilog语言编写的乘法器和除法器实现夹角的计算。
本文采用的CCD测量光夹角的结构，是一种应用前景很广阔的结构，它可用在声光

陀螺仪上。经过进一步的完善，以实现对旋转物体自身旋转角速度的实时检测。

关键词：声表面波；电荷耦合器件；FPGA；ADC

研究类型：应用研究

Subject:ResearchofSurfaceAcousticWaveGyroEffortDetection

Technology

Specialty:Microelectronicsandsoildstateelectronics

Name:WeiXing(Signature)

Instructorl:LiuJunyue(Signature)

ABSTRACT
Inpresent,SAWgyroscopeeffectismainlyusedintheSAWgyroscope(angular
velocitysensor)field,butinthestageoftheoreticalresearch.AlthoughtheUnitedKingdom,
theUnitedStatesandJapanraisedamethodthatmetallatticeisputonSAWpropagation
pathtomeasuretheangularvelocityofrotationofthemedium,theresultisnotideal.
Thispapertakesthecontactionbetweenthesoundandlightastheoreticalbasis,and
usesacoustoopticdetectiontechnologytodetectthesurfaceacousticwavegyroscopic
effect..Usingtheinterdigitaltransducerproducesfirstlysurfaceacousticwaveina
transparentpiezoelectricmediumsurface.Whenthemediumtoacertainangularvelocityof
rotation,themediumwillproducethesurfaceacousticwavegyroscopiceffect.Ifabeamof
lightexposurestothepiezoelectricmediumbythis,themediumwillproduceaBragg
diffractionphenomenon.Inthispaper,thedesignofsystemsolutionsbydetectingtheBragg
diffractionoflightangleachievethepurposeofdetectionoftheSAWgyroscopiceffect.
Theproposedprogramistomeasurethediffractedlightgeneratedangleintheprocess
ofthegyroscopiceffectofthesoundandlight,becausethediffractionangleisverysmall,
sot