利用在介质中传播的表面声波来敏感运动体的角速率并不是一个新的概念，通过科技工作者不断地探索和发展，声表面波陀螺的结构和敏感方式都出现了很大的变革，使声表面波陀螺的潜在优势逐渐突显出来。

早在1974年，国外已开始声表面波陀螺的实验室研究，至1977年，陆续报导了几种结构的声表面波陀螺模拟器件，它们採用铝合金圆柱体或熔石英圆柱体等作为声表面波的传播介质，採用外置的电磁换能器激发好接收声表面波，其中Forst等人採用类似方案，测出了声表面波陀螺的实际输出信号。这种形式的声表面波陀螺的原理类似光学陀螺，即沿圆柱体表面反向传播的两束表面波，在遭遇旋转角速度时，两束表面波将产生相位差。检测这个相位差就能得知旋转角速度。由于声表面波的波速比光波波速低5个数量级，因而当时人们预测声表面波陀螺的灵敏度会远高于光学陀螺。但到目前为止，这样的情形并没有出现。

1980年，Binneg Y. Lao对SAW的传播速度与波传播介质的旋转速率之间的关係进行了理论分析，得出旋转运动产生的哥氏力引起声表面波传播速度发生变化的结论，并针对各向同性介质的情况，推导出波传播速度的变化是介质泊松比的函式，从而提出了另一种声表面波陀螺的设计。他採用表面上镀一层压电薄膜的熔石英圆柱体作为表面波的传播介质。这种设计的优点在于取消了外置的电磁换能器，直接利用材料的压电效应进行声电转换，以激发和接收声表面波，可以提高转换效率，也可大大地减小陀螺的体积。

1985年，中村、武夫等人提出了一种新概念的声表面波陀螺，它是一种平面结构，表面波的传播介质为压电基片，表面波的激励採用叉指换能器。由于旋转速率引起的基片的拉伸或压缩形变用敏感电极来检测。

1997年，Kurasava等人提出了又一种声表面波陀螺的设计，其设计思想有了新的发展。通过设定 发生器叉指换能器（GIDT）、感测器叉指换能器（SIDT）和反射栅结构，利用驻波振动来检测运动体的选择角速率。这种声表面波陀螺的结构实际上是在声表面波谐振器上增加了一对感测器叉指换能器，构成了现在的MEMS-IDT声表面波陀螺。

1999年，Varadan等人设计了类似Kurasava等人提出的声表面波陀螺，并利用IC工艺製作出陀螺样机，获得了137°/h的分辨力。至2000年，陀螺灵敏度得到提高，足以测量3°/h的角速率。Varadan等人的研究表明，声表面波陀螺具有许多突出的优点和极大的套用潜力。

MEMS-IDT声表面波陀螺实际上是工作于Rayleigh模式的声表面波谐振器（SAWR）和声表面波感测器（SAWS）的组合。Rayleigh波是一种声表面波，其能量集中在基片表面的一个波长之内。如图1-1所示，MEMS-IDT声表面波陀螺包括用压电材料加工成的基片，一对发生器IDT，一对反射器，一对感测器IDT和位于基片中部谐振腔上的金属点阵。

图1-1 MEMS-IDT单轴声表面波陀螺原理

MEMS-IDT声表面波陀螺能够方便地构成双轴陀螺和三轴陀螺，图1-1所示的是一个单轴MEMS-IDT声表面波陀螺的基本结构。

下面结合图1-1简单描述MEMS-IDT声表面波陀螺的基本工作原理。

MEMS-IDT声表面波陀螺是一种微机械振动陀螺。通过对速度合成定理和加速度合成定理的研究发现，凡是牵连运动为转动的複合运动都会出现哥氏加速度。推导表明，哥氏加速度可表示为

式中，是旋转角速度矢量；V为质点的振动速度矢量。

由哥氏加速度产生哥氏惯性力，简称哥氏力。哥氏力与质点的质量m成正比，与哥氏加速成正比，方向与哥氏加速度的方向相反。如上式所示

和其他振动陀螺一样，MEMS-IDT声表面波陀螺也是通过建立参考振动运动并检测由旋转运动产生的哥氏力来测量旋转角速率的。如图1-1所示，谐振器IDT，一个作为输入换能器（发射器），通过反压电效应把外加电压转换成声波；另一个作为输出换能器（接收器），通过压电效应把声波转换成电信号。它们和外电路相连形成闭合迴路，产生声表面波信号。由于反射器的作用，在谐振腔内形成驻波，这就是要求建立的参考振动，即第一个声表面波SAW1。在驻波节点上的基片质点，在z方向的振动幅度为零，而在驻波波腹处或接近驻波波腹处的质点，在z方向有较大的振动幅度。当在x方向遭遇旋转角速度时，便会在y方向上产生一个哥氏力F_c。这个哥氏力在y方向建立起另一个声表面波SAW2，其频率等于参考振动的频率，其幅度正比于旋转角速度的大小。通过置于y方向的感测器IDT把SAW2检测出来，由电路进行放大和解调，就可以得到相应于输入角速度的电压输出信号。金属点阵置于驻波的波腹位置，它的作用是通过加大m来提高声表面波陀螺的灵敏度。

MEMS-IDT声表面波陀螺是一种单层平面结构的微机械振动陀螺，採用标準IC工艺就可完成加工；勿需悬浮的振动元件，有很强的抗冲击振动能力，可靠性高；可不用真空封装面保持较高的灵敏度。日本东京大学精密机械工程系已设计製作了单轴、双轴、三种MEMS-IDT声表面波陀螺样机。美国宾夕法尼亚大学电子和声学材料工程中心利用IC工艺製作出陀螺样机，1999年获得了137°/h的分辨力，至2000年，陀螺灵敏度提高到足以测量3°/h的角速度，证明声表面波陀螺具有极大的发展套用潜力 。