基于镜像异质三周期光子晶体的陀螺仪研究.pdf

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1、第27卷第1期传感技术学报V01．27No．1CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORS2014年1月Jan．2014TheResearchofGyroscopeBasedonMirrorTriplyperiodicPhotonicCrystalHeterostructuresPENGPeng，1ⅣTingdun'’¨，XULiping，TANGShuai，(1．DepartmentofPhysics，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．TheCenterofM&ro／NanoTechno

2、logy，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；3．NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Theoreticalstudyaboutmirrorshows，intheactualapplicationrange，transmissivityhasasimplelinearre—lationshipwiththeaxialstresstophoton

3、iccrysta1．Whenmicro·mechanicalgyroscopeworks，therewillbeCoriolisforceemergewhichisindirectratiowithangularspeedofthewholesystem．AttherootofthedetectionbeamofgY·roscope，mirrortriplyperiodicphotoniccrystalisusedasthesensingelement．Detectingthetransmissivityofthephotoniccrystal，theCoriolisf

4、orcetothegyroscopecanbecalculated，andthentheaccelerationofthegyroscopecanbefound．Itisshownthatthisstructurecanmeasure6．5mgwhenthetransmissivityintensitychangesoneoutoftenthousandanditsmeasuringrangeisupto55gbyANSYSsoftwaresimulation．Keywords：photoniccrystal；micro—mechanicalgyroscope；cori

5、olisforce；transmissivity；electromagneticdrive；elasticcoefficient；Meso—piezopticEEACC：11440：11464doi：10．3969／i．issn．1004-1699．2014．01．010基于镜像异质三周期光子晶体的陀螺仪研究术彭鹏，温廷敦，许丽萍，汤帅(1．中北大学理学院，太原030051；2．中北大学微米纳米技术研究中心，太原030051；3．中北大学电子测试技术国家重点实验室，太原030051)摘要：对镜像异质三周期光子晶体的研究理论表明，在实际应用范围内，透射率与光子晶体所受的轴

6、向应力呈简单的线性关系。微机械陀螺仪在工作时会产生Coriolis力，其与整个系统的输入角速度有正比关系。在陀螺仪检测梁的根部，用镜像异质三周期光子晶体作为敏感元件，只需检测出其透射率，即可知道陀螺仪所受Coriolis力的大小，继而求【叶J系统的角速度。ANSYS软件仿真结果表明，当透射光强改变万分之一时，该结构可以感知6．5mg的Coriolis加速度的变化，测量量程可达55g。关键词：光子晶体；微机械陀螺；Coriolis力；透射率；电磁驱动；弹光系数；介观压光效应中图分类号：V241．5文献标识码：A文章编号：1004-1699(2014)01—0053—05M

7、EMS陀螺(即微机械陀螺)是MEMS技术在区分，有静电驱动，电磁驱动，压电驱动等。从检测惯性传感器领域，继微机械加速度计之后的又一项方式上来看，有压阻检测，电容检测，压电检测和光重大突破⋯。由于在硅材料的基础上制作转子比学检测_5等。本文介绍的微机械陀螺仪，其驱动方较困难，因此现有的微机械陀螺绝大多数都是振动式为电磁驱动，检测方式为介观压光式检测。光子式陀螺，其工作原理都是基于Coriolis效应实现驱动晶体作为介质的周期排列而构成的一种人工微结构和检测模态之间的能量转移J，即转动坐标系中的材料J，在轴向应力的作用下，晶体材料受压时发生的