行波模式声表面波(SAW)角速率传感器的响应原理是基于压电介质中的SAW陀螺效应，即压电介质旋转所产生的哥氏力作用于传播声波，导致SAW传播相速度发生相应改变，再结合差分振荡结构以振荡器的输出频率信号来评价待测角速度。行波模式SAW角速率传感器的输出信号为频率电信号，易于检测且可以通过差分结构实现对温度等共模干扰的补偿。而且，它还具有体积小、成本低、动态范围广、使用寿命长、内部不使用可移动元件而具有较强的抗振能力等特点，在惯导等领域具有很强的应用潜力。　　本文针对现有的行波模式SAW角速率传感器所面临的检测灵敏度低、稳定性差的瓶颈问题提出一种结合金属点阵的基于差分振荡器结构的新型行波模式SAW角速率传感器，并从响应机理的理论模型构建、传感器的优化设计两方面展开工作，对其关键性能指标即稳定性和检测灵敏度进行研究。　　首先，在响应机理分析方面，本文以现有的声表面波技术为基础，结合考虑哥氏力作用的层状介质中声波传播分析理论对结合金属点阵的压电介质中SAW的陀螺效应进行了建模与分析，特别分析了压电介质、金属点阵材料及膜厚对陀螺效应的影响，以确定出优化的传感器结构参数。数值计算了YZ-LiNbO3、128°YX-LiNbO3、X112°Y-LiTaO3三种压电晶体表面分别沉积膜厚为3000(A)、6000(A)、9000(h)的金、铜、铝金属点阵时，SAW的陀螺效应强度即声传播相速度变化量△v与归一化旋转角速率Ω/ω的关系。理论计算表明，基片材料、基片材料的切向、点阵材料、点阵厚度共同影响SAW陀螺效应。对于所研究的三种压电基片而言，以128°YX-LiNbO3的SAW陀螺效应最强，且其强度随金属点阵的密度与厚度的增加而增大。此外，计算结果还表明，旋转压电介质中的SAW是频散的，即当旋转角速率Ω确定时，SAW相速度随工作频率ω的变化而变化。理论分析结果不仅肯定了SAW陀螺效应的存在，而且指明在声波传播路径上分布金属点阵将有可能大幅提高传感器的检测灵敏度。　　其次，在传感器的优化设计方面，提高SAW的陀螺效应以及改善SAW振荡器的频率稳定度是研制高性能SAW角速率传感器的关键。本文从响应机理的理论分析结果出发，考虑SAW陀螺效应的影响因素，理论对比了ST-X石英、YZ-LiNbO3、128°YX-LiNbO3、X112°Y-LiTaO3、La3Ga5SiO14五种常用的压电晶体的SAW陀螺效应，并选取128°YX-LiNbO3和X112°Y-LiTaO3作为实验研制SAW角速率传感器的基片材料，确定了金属点阵的材料、膜厚以及阵列结构。根据SAW振荡器频率稳定度的定义，SAW延迟线和振荡电路的性能都将影响传感器的频率稳定度，进而直接影响到传感器的检测下限与稳定性。本文利用COM理论仿真了采用梳状EWC/SPUDT结构的SAW延迟线的频率响应，提取优化的设计参数。基于理论仿真设计并研制了不同频率的低损耗SAW延迟线器件（插入损耗均控制在6dB左右），并结合所设计的振荡电路研制了具有高频率稳定度的SAW延迟线振荡器。改进了以频率计采集SAW传感器响应信号的传统方法，设计了精简的集成于SAW传感器系统的频率采集模块，从而优化了SAW角速率传感器的测试系统。　　最后，对所研制的结合金属点阵的SAW角速率传感器性能进行实验评价。实验结果表明，所研制的传感器系统具有良好的频率稳定性（中期频率漂移在±2Hz/h以内）。进一步对比了以128°YX-LiNbO3和X112°Y-LiTaO3为压电基片，以不同膜厚的金和铜为点阵，工作频率分别为95MHz、80MHz、30MHz的几种不同传感器的检测灵敏度，获得了最高8.549 Hz/(deg/s)的检测灵敏度。利用高低温箱对差分结构的传感器对温度的补偿效果进行测试，实验结果表明，该结构对温度等共模干扰具有较好的补偿效果。