中心议题:
解决方案:
MEMS技术的发展使得惯性技术领域正在经历一场深刻的变化。惯性传感器是利用物体的惯性性质来测量物体运动情况的一类传感器,包括加速度计和陀螺。其中微陀螺在惯性导航系统如航空航天和航海事业中发挥着越来越重要的作用。除了传统的机械式振动陀螺外,各种新型陀螺也层出不穷,如静电支撑陀螺、磁支撑陀螺、微流体陀螺、超导陀螺等,这些新型陀螺在性能和尺寸上都有各自的优势,下面就流体陀螺的研究和发展应用前景进行介绍。
各种流体陀螺简介
流体类陀螺仪与传统陀螺仪相比,由于没有悬挂质量块,结构大大简化,制作难度降低,更重要的是,省去了复杂的活动部件,其抗冲击、抗振动能力大大提高,特别适合在高冲击、高振动环境下使用。
流体陀螺的基本原理主要有两种:一种是在外界的控制下流体本身产生角动量,流体作为常规的转子,形成测量外界角速度的角动量,当外界有角速度输入时,利用转动流体与壳体的相对运动来产生敏感变化的输出信号。另一种则是利用流体系统的科氏加速度来产生敏感变化的输出信号。
气体对流陀螺
图1是由清华大学设计、中国电子集团第13研究所加工而成的微流体陀螺仪。它是利用气体流速方向在哥氏加速度作用下发生偏转的原理,采用微机械加工工艺制作的。此微流体传感器由隔热腔体、加热器和两对对称的温度传感器构成。加热器和温度传感器悬在腔体上面。加热器加热使其周围的气体温度升高,密度减小。在重力加速度的作用下,腔体内的气体发生对流。位于加热器相等距离上的一对温度传感器用来测量加热器两边的温差。
器件封装在密封的隔热管壳内,防止外部气流和温度对器件的影响。敏感方向无哥氏加速度时,腔体内的加热气体只在重力加速度的作用下发生对流,如加热器水平方向上两边相等位置上的温度相等,两对温度传感器的输出相等。敏感方向上有哥氏加速度时,腔体内的气体在重力加速度和外加角速度的联合作用下交替膨胀,加热器水平两边相等位置上出现温度差,两对温度传感器的输出就产生差异。若两对温度传感器采用热敏电阻,可与外接的两对参考电阻构成电阻电桥,这样通过电桥的输出电压信号变化便可以测量出外界输入角速度的值。
射流微陀螺