用声表面波振荡器测量位移

利用声表面波(SAW)延迟线振荡器能制成一个位移传感器。这种延迟线振荡器具有两块铌酸锂(LiNbO_3)板,每一块板的表面带有一个叉指式换能器(1DT),把两块板的传播表面的一部分相互搭接在一起。在声表面波传感器中,振荡频率取决于声表面波元件的传播途径长度,这个长度通过移动振荡器的两块铌酸锂板中的一块板来改变。本文所说的声表面波位移传感器具有很高的灵敏彦,达300Hz/μm 和1.0kHz/μm。它是通过在 Y—X 两块铌酸锂板的表面上分别用6.5对(间距为0.55mm)和5对(间距为0.4mm)的叉指式换能器来实现的。声表面波延迟线振荡器的模态转换在某个给定的传播途径长度上出现,可用频谱分析仪观察。     

声表面波气体检测器

本文介绍一种利用声表面波的新型气体检测器的试验结果。声表面波(SAW)压电气体检测器由制作在一块压电衬底上的SAW双延迟线组成,每一延迟线都接有一振荡器。在一根延迟线振荡器的传播路径上涂以选择性吸收薄膜,而在另一传播路径上则不涂复而用作稳定参考。由吸附在涂有薄膜的延迟线上的气体所引起的质量负载或应力效应造成的相位延迟变化,导致相对于参考振荡器的频率偏移。这种频率偏移是与气体浓度成比例的。由于SAW能集中在薄膜附近,故检测器的灵敏度很高。另外,只要给SAW压电气体检测器涂以相应的选择性薄膜,就可以检测任何气体。为了证明这一点,现已制成一个利用三乙醇胺薄膜测量空气中二氧化硫(SO_2)的检测器,并且已经证明能够检测出浓度为10×10~(-9)的二氧化硫。对灵敏度、线性、再现性、选择性和可靠性的研究,发现在大多数情况下比其它类型的气体检测器优越。本文讨论器件性能(例如选择性和随时间的稳定性)的主要缺点,以及改善的可能方法和进一步研究的方向。     

军用精密声表面波振荡器的研制

近年来,美国雷声公司已经有研制300～600MHz可军用的声表面波振荡器的课题;此种振荡器在频率调节能力和稳定性两方面均达当代最高水平。本文不讨论这种振荡器的详细用途。对它的要求一般为:(1)噪声本底必需至少为-160dBc/Hz;(2)振动灵敏度至少应与AT切体波器件一样好;(3)振荡器频率应能在大致±10ppm频率窗内进行调节并加以保持。在某些情况还要求加热时间小于3分钟。在满足这些要求方面,雷声公司已取得明显进展。本文将对这种进展加以讨论。在频谱纯度方面,文中讨论了二个题目:其一是低噪声放大器。实验证明,当它与310MHz声表面波谐振器联用时,噪声本底可达-176dBc/Hz。其二主要讨论了外部振动对噪声边带的影响。研制声表面波振荡器最重要的方面之一就是它的频率调节能力。利用金衬微调技术被证实既适用于延迟线也适用于谐振器。文中给出了实验结果,也讨论了在焊封过程中产生频移(约100ppm数量级)这一复杂情况。但已提出一种外部牵引频率技术来重调频率。在很多应用场合要求用恒溫箱以保持常温,于是就要求快速加热,而给出的数据要能显示出3分钟加热周期的频率稳定度。最后,除上述要求外,还要求声表面波振荡器的长稳保持在～1ppm/年的水平。利用提供的数据来确定冷焊密封在TO-8型外壳中的器件的基本老化率,同时也示出微调器件以及低振动灵敏度器件的变化率。     

用数字补偿法降低声表面波振荡器的温度灵敏度

本文介绍一种用数字补偿法降低声表面波振荡器温度灵敏度的方法。AT切石英声表面波振荡器的初步研究结果表明,在-13到+97℃温度范围内,频率的变化从191.7×10~(-8)减小到5.2×10~(-6)。主要特点是在同一基片上使用两个延迟电路。第一延迟电路被调节来与声表面波具有低温灵敏度的方位保持一致。借助于反馈回路的振荡,该电路提供更精确的频率和时钟。第二延迟电路被调节来与声表面波具有高温灵敏度的方位保持一致,并通过其振荡频率起测温器件的作用。利用直接安放在基片上的温度表,把热接触和时间常数问题减到最小,从而得到准确的温度传感。温度表的频率(温度的一种直接量度)是递减计数,以便给预先校准好的只读存贮器提供地址。在每一温度上均在ROM的数据线上产生一个保持稳定时钟频率所需要的移相器控制字,然后送到电子可变移相器。     

用声表面波传感器进行压力和温度测量

本文介绍两种不同的声表面波传感器,即弱压压力传感器和声表面波温度传感器。压力传感器制作在一薄的石英晶片上,使两束表面弹性波在同一方向但在两个不同的侧向位置上传播。加在下表面上的压力的变化引起强烈的弯曲,从而改变两波的波速。采用差动检测法能够测出波速的变化(或者相应振荡器的频率偏移),同时也能够人大地消除因温度波动所引起的假速度(或频率)的变化。通过计算应变分布和相应频率漂移来得出石英薄片上声表面波延迟线具有最大压力灵敏度,而温度影响最小的两位置。把Y切割的理论结果与在105MHz取得的测帚结果进行了比较, 用具有LST和JCL晶向的石英片制作的温度传感器已在灵敏度(28ppm/K)、线性、响应时间(0.1S)和分辨力(50μK)方面进行了测试。将用表面波温度传感器取得的温度测量结果与用体波温度传感器(LC切)所测得的结果进行比较,提出一种采用声表面波温度探头的新型石英温度计。     

静磁波振荡器的现状

当前在增加带宽和提高工作频率方面,要求不断提高现代雷达相通讯系统的性能,这就需要研究关于模拟信号处理的新技术和新工艺。实际上,用于上述目的的声表面波(SAW)器件,已经得到广泛应用,成效显著;但是对于要求中心频率高于1GHz的雷达和通讯系统,声表面波器件在制造上已经接近实际工艺的物理极限。本文介绍一种新工艺,能得到更高频率。这种工艺是以在外延铁淦氧膜(类似钇铁柘榴石[YIG])中传播的静磁波(MSW)为基础的。静磁波用于器件,使它能在0.5到30GHz微波中心频率上提供高达2.2GHz瞬时带宽。这种静磁波信号处理工艺,是在声表面波采用的横向滤波概念的基础上建立的,已经广泛研究了十年之久。本文首先研究静磁波的物理性质和极限,讨论它与声表面波的异同点。其次,讨论静磁波谐振器,并介绍静磁波振荡器的理论及现状。     

电调节砷化镓声表面波谐振器振荡器

已经用砷化镓制作出高 Q 表面波谐振器,并且用来控制振荡器的频率。由于砷化镓既是压电材料,又是半导体材料,因此有可能用来对全单片振荡器进行电调节。曾对半绝缘基片上的表面波谐振器的参数进行了研究。这些器件既有刻槽,又有金属电极反射栅。可调节频率的声表面波谐振器被制作在用肖脱基势垒电极作为谐振器栅的外延砷化镓基片上。调节频率并不显著改变介入损耗。两端对谐振器的介入损耗值典型的在15和20dB 之间,在180兆赫的负载 Q 值高达12000。虽然砷化镓的延迟温度系数为52ppm/℃,但是,可以通过加一层 Au/SiO_2对砷化镓延迟线进行温度补偿。     

声表面波谐振器稳定的振荡器

本文将系统介绍一种用两端对声表面波谐振器(SAWR)作为基本频率控制单元的反馈射频振荡器的设计方法,讨论振荡器频率牵引范围和稳定性之间的折衷选择方法。已经研制出一批甚高频振荡器。这种振荡器的制造成本最低,性能又好。已有十万个以上这种振荡器投入实际使用一年多。效果很好,没出毛病。文中还提出了一些有关使用场效应晶体管(FET)和双极晶体管振荡器的老化特性数据。此外,对振荡器的频率牵引和温度稳定性之间的互相影响作了广泛的研究。     

无源无线声表面波压力传感器校准技术研究

声表面波压力传感器是一种新型传感器,它的一大优势是具有无源无线信号传递特性,可以突破传统传感器线缆连接的限制,近年来受到国内外研究机构普遍重视。本文探讨了SAW压力传感器的校准技术,对某种商业传感器进行校准,使用最小二乘法分析校准结果,并进行不确定度评估。校准结果显示该传感器在误差、线性、重复性等方面可满足一定精度要求,通过进一步发展,有望在航天领域得到实际应用。     

无源无线声表面波压力传感器校准技术研究

声表面波压力传感器是一种新型传感器,它的一大优势是具有无源无线信号传递特性,可以突破传统传感器线缆连接的限制,近年来受到国内外研究机构普遍重视。本文探讨了SAW压力传感器的校准技术,对某种商业传感器进行校准,使用最小二乘法分析校准结果,并进行不确定度评估。校准结果显示该传感器在误差、线性、重复性等方面可满足一定精度要求,通过进一步发展,有望在航天领域得到实际应用。     

共振传感器综述

控制系统对数字处理的依赖性越来越大,因而它要求传感器能直接提供数字输出。建立在时间测量基础上,具有以频率或相位为依据的输出的传感器比传统的模拟传感器优越。因为这种传感器的输出在数字系统中通过脉冲计数可以直接进行测量。综述这类已经提出的和已经发展起来的传感器,它包括液体或气体密度和粘度传感器、液面高度传感器、质量和机械力传感器以及液体流速传感器。频率复盖范围从无线电频率(对应振荡叶片或振荡管子型传感器)到100MHz 以上的频率(对应于声表面波器件)。     

水声管中传感器灵敏度标定的新方法

对声管双传感器传递函数法测量中由传感器灵敏度差异带来的误差进行了分析.根据已知确定界面反射系数可确定传感器传递函数,并可求其灵敏度比的原理提出了声管中双传感器灵敏度标定的新方法.空气声管中对刚背衬下已知传递函数进行了实验验证;水声管中气体背衬时,分别在常压和打压情况下对新方法进行了实验验证,说明了新方法的可靠性,克服了水声管中无法用交换传感器获得灵敏度补偿的困难.     

面外轴向检测MEMS加速度计研究现状

面外轴向检测微机电系统（MEMS）加速度计（Z轴MEMS加速度计）是MEMS惯性系统中用于提供面外加速度信号的重要器件。文章首先介绍了Z轴加速度计的两种典型结构,列举了国内外科研机构近年来的研究成果,概述其在结构设计、工艺制造等方面的特点,以及在性能指标、三轴单片集成等方面的进展。最后,结合Z轴MEMS加速度计的研究现状,对其在结构优化、性能提升、工艺制造、单片三轴集成等方向的发展进行了展望。     

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型。仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响。通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性。说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考。该系统已经得到实际应用。     

利用真空电子隧道效应制造高灵敏度加速度计

近几十年来,电子隧道器件一直用于电磁辐射信号检测、微波信号源数字开关等方面。介绍了隧道传感器的原理、概念以及利用隧道效应原理制造的加速度计,并给出了实验结果。     

Seektalk铷振荡器的振动补偿

过去,都未曾设计过在剧烈振动条件下工作的原子振荡器。近年来,已设计出一些振荡器能够经受一定的振动,但是,现在要求它们能适应峰值为14g的正弦振动和频谱为0.5g~2/Hz或更高的随机振动。在几年前,也许只要求原子振荡器在这些条件下不被损坏,而现在却是它正常工作的环境条件。改善铷振荡器的加速度敏感性的努力已在铷的部分取得成功,但是,当把晶体振荡器的频率倍增到6.8GHz对铷询问时,石英晶体振荡器中振动产生的边带,就带来了很大的困难。当然,晶体振荡器输出的频率对用户也是有用的,但用户在倍增到超高频或微波时也有类似的困难。减少这种困难的途径有:(1)“非晶体”振荡器,(2)比较不灵敏的石英晶体,(3)加速度计补偿电路,(4)上述几种方法的结合。本文致力于研究振动的加速度计补偿和晶体的加速度灵敏度。R.L Filler博士和V.R.Rosati完成的研究工作中应用了大量的參考资料。我们的计划是把政府机构的研究成果与Efratom的研制能力结合起来,生产一种小型化的铷振荡器,这种振荡器是一种适合于在恶劣的Seektalk振动环境下工作的精密原子振荡器。     

基于FD的微小型姿态系统的姿态估计算法

分别利用微惯性测量单元(MIMU,Micro Inertial Measurement Unit)中的3个加速度计与3个陀螺仪对载体的姿态角进行估计,同时,搭建捷联惯性导航系统,建立姿态误差方程,使用卡尔曼滤波估计载体姿态误差角.构造残差及统计量,利用状态残差检验的故障检测方法,对载体的运动状态进行分离,判断加速度计估计出的姿态角的可用性,对姿态角进行融合.既保证了姿态估计系统的动态性能,又提高了估计精度.由于使用微电子机械系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)惯性器件,使得姿态估计系统的体积小、重量轻、造价低,特别适于微小型载体使用.      

用静磁表面波延迟线构成振荡器

本文介绍利用外延钇铁石榴石(以下简称YIG)膜的静磁表面波构成静磁表面波延迟线振荡器的实验研究。通过“提升”换能器的应用,得到了一种压缩延迟线带宽的新方法。我们发现,单模工作的调谐范围主要受延迟线外部电路电长度的限制。外部电长度每改变360°,延迟线上就出现频率跃变。已经得到的最大调谐范围大约为600兆赫。这个范围主要受所用的AVANTEK砷化镓场效应晶体管放大器的限制,该放大器的电长度大致等效于45厘米的空气传输线。结论是,如果外部电路的电长度能尽量缩短(理想地做到O),就可能在一个倍频程或更宽频带内实现单模工作。     

国防科技工业计量期刊论文目次

《航空计测技术》2 0 0 4年第 6期计算机视觉在无人机着陆中的应用一种星载CCD的标定与图像改正技术基于神经网络的加速度计静态误差系数标定高精确度智能仪器大范围测量中的数据解算方法基于CPLD的角速度波动率测量基于DSP的ARINC4 2 9总线通信系统设计新型电工钢片磁性能无损检测传感器及应用任意波发生器静态特性的评价激光捷联惯导系统中惯性器件的测试方法一种基于数字细分技术的万工显技改方法基于RTW和嵌入式操作系统VxWorks的飞控系统半物理仿真实现某火控雷达天线测控系统数据存取的设计和实现基于箱体零件镗孔精度因素分…     

背靠背加速度计的绝对校准

背靠背加速度计广泛用作振动标准,由于负载质量的影响,这种加速度计在作灵敏度精确校准时就存在一些问题。以往校准过程局限于与被校准过的加速度计进行比较,这需要在不同负载下进行。这里介绍一种新的标准方法——绝对的,即假负载干涉校准法。这种方法是直接测量有负载情况下加速度计安装表面的位移,本文介绍了三种试验条件下的实验论据。