一種多環液環角加速度計的製作方法

2024-01-24 14:37:15 3

本發明屬於傳感器技術領域，尤其涉及一種新型的多環液環角加速度計。

背景技術：

角加速度計是一種多功能慣性儀器，從車輛穩定到衛星定位等領域都有廣泛應用。目前應用較多的是基於固體慣性質量的角加速度計和mems式角加速度計。但這兩者都存在各自顯著不足之處，基於固體慣性質量的角加速度計由於通常採用了較大的固體慣性質量體和扭擺式的結構設計，體積大、質量重，且測量帶寬較小mems式角加速度計是基於微機電系統技術發展而來，製作工藝複雜，採用壓阻元件，溫度穩定性較差，測量精度較低。為了提高角加速度計的綜合性能，基於流體慣性質量的角加速度計因其高精度、高帶寬和高可靠性逐漸成為研究熱點。

基於流體慣性質量的角加速度計工作過程發生在密閉的管道內，輸入的角加速度轉換為固相轉換器兩端的壓力差，壓力差進一步通過固相轉換器轉換為流動電勢，所以壓力差的大小直接關係後續電信號的處理效果，壓力差越大，流動電勢越大。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明提供一種多環液環角加速度計，使用螺旋狀的螺旋管，通過增加流道長度從而增大壓力差，能夠實現角加速度的精確測量。

一種多環液環角加速度計，包括數字電路3、螺旋管5、測量室14、固相轉換器7以及兩個電極13；

所述螺旋管5的兩端分別與所述測量室14的兩端連接並貫通，形成工作液體的流通迴路，其中螺旋管5為螺旋狀結構，且螺旋管5的內徑處處相等；

所述固相轉換器7水平安裝在測量室14的中部，將測量室14的內腔分為上下兩部分；固相轉換器7用於將其上下兩個表面的壓力差轉換為流動電勢；

兩個所述電極13分別安裝在固相轉換器7的上下兩個表面，用於將流動電勢引出至測量室14外部的數字電路3；

所述數字電路3將電極引出的流動電勢轉換為表徵角加速度的數位訊號。

進一步地，所述測量室14中部內壁有兩個環形凸起，所述固相轉換器7水平安裝在兩個環形凸起之間。

進一步地，所述測量室14中部內壁開有凹槽9，所述固相轉換器7水平安裝在凹槽9內。

進一步地，所述角加速度計還包括兩個連通管，兩個所述連通管分別安裝在測量室14的上下兩端，且螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分別與兩個連通管連通；

所述連通管為玻璃材質，兩埠徑一大一小，且大口徑的一端與測量室14連通，小口徑的一端與螺旋管5連通。

進一步地，所述固相轉換器7為絕緣材料燒結而成的具有毛細孔隙的薄圓片結構。

進一步地，所述電極是純度為99.9％的鉑電極，且電極形狀與固相轉換器7的輪廓形狀一致。

進一步地，所述螺旋管5為玻璃材質，且螺旋管5的螺距相等。

進一步地，所述數字電路3包括順次相連的信號濾波器、模擬放大器以及模數轉換器，其中信號濾波器用於濾除固相轉換器7輸出流動電勢中的工頻噪聲，模擬放大器用於將濾除噪聲的流動電勢放大至模數轉換器的額定輸入範圍內，模數轉換器用於將模擬信號形式的流動電勢轉換為數位訊號形式的流動電勢。

進一步地，所述角加速度計還包括密閉殼體2和基座10，其中所述數字電路3、螺旋管5、連通管6、測量室14、固相轉換器7以及電極13均封裝於密閉殼體2中，且密閉殼體2安裝在基座10上，其中基座10底部繞基座一周開設有安裝槽11。

進一步地，所述密閉殼體2的頂部設有引出端1，所述數字電路3將處理後的流動電勢從引出端1引出，從而在引出端1得到表徵角加速度的數位訊號。

有益效果：

相較於單環液環角加速度計，本發明採用了螺旋管的結構，增加了流道的長度，從而使固相轉換器兩端的壓力差信號增強，通過固相轉換器轉換得到的流動電勢隨之增大，更加便於測量與處理，實現角加速度的精確測量；

相較於基於固體慣性質量的角加速度計，本發明提供的多環液環角加速度計無大固體慣性質量體，以液體作為質量體，體積小、質量輕；相較於mems式角加速度計，本發明提供的角加速度計內部機械部件少，結構較為簡單；同時本發明採用密閉殼體將各器件封裝起來，為密封腔的結構，使其只敏感輸入軸上的角加速度，對外界輸入的線加速度或振動能夠較好地隔離，可靠性高；

電極形狀與固相轉換器的形狀一致，使得電極與固相轉換器接觸面積達到最大，電極收集固相轉換器得到流動電勢信號效果更強；

綜上，本發明提供的多環液環角加速度計，能夠實現動態條件下角加速度的直接測量，為準確刻畫對象的運動形式、揭示對象的運動規律、驗證對象的運動原理等提供技術支撐，以滿足對於角加速度測量的廣泛需求。

附圖說明

圖1為本發明多環液環角加速度計的內部結構示意圖；

圖2為本發明多環液環角加速度計的外部結構示意圖；

圖3為本發明圖1中測量室的a-a剖面圖；

圖4為本發明多環液環角加速度計信號處理流程圖；

1-引出端、2-密閉殼體、3-數字電路、4-螺旋管出口、5-螺旋管、6-連通管、7-固相轉換器、8-螺旋管入口、9-凹槽、10-基座、11-安裝槽、12-電極引孔、13-電極、14-測量室。

具體實施方式

下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本實例提供一種多環液環角加速度計，該裝置可以實現角加速度的直接測量。角加速度計工作的第一步是將輸入的角加速度信號轉換為壓力差信號，壓力差產生的原理可用下式表達：

δp＝ρrαδlcosε

其中，δp為壓力差，ρ為工作液體的流體密度，r為螺旋管的半徑，α為角加速度，l為流道長度，ε為角加速度矢量方向與該處流道切線方向的夾角，從該表達式可以看出，壓力差的大小與流道的長度成正相關關係。因此使用螺旋狀的螺旋管，以增加流道長度，達到增大壓力差的目的，從而得到較大的流動電勢，便於測量與信號採集。

如圖1-圖3所示，為本發明多環液環角加速度計的內部結構示意圖，包括數字電路3、螺旋管5、兩個連通管6、測量室14、固相轉換器7以及兩個電極13；

兩個所述連通管6分別貫通安裝在測量室14的上下兩端，，螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分別與兩個連通管6連通，三者形成工作液體的流通迴路，即工作液體在螺旋管5、連通管6以及測量室14內流通；其中，螺旋管5為螺旋狀結構，螺距相等，外徑相等，測量室14直徑大於連通管6直徑；

所述固相轉換器7的形狀與測量室14的形狀匹配，並水平安裝在測量室14的中部，將測量室14的內腔分為上下兩部分，固相轉換器7用於將其上下兩個表面的壓力差轉換為流動電勢；

所述電極13的形狀與固相轉換器7的形狀一致，並分別安裝在固相轉換器7的上下兩個表面；

所述測量室14中部開有電極引孔12，電極13從所述電極引孔12穿出並連接數字電路3；其中數字電路3將電極13引出的流動電勢轉化為表徵角加速度的數位訊號。

優選地，如圖3所示，為本發明圖1中測量室的a-a剖面圖，所述測量室14中部內壁有兩個環形凸起，所述固相轉換器7水平安裝在兩個環形凸起之間，且所述電極引孔12分別開設在環形凸起的上下兩側。

優選地，所述測量室14中部內壁開有凹槽9，所述固相轉換器7水平安裝在凹槽9內，且所述電極引孔12分別開設在凹槽9的上下兩側。

所述連通管6為玻璃材質，兩埠徑一大一小，且大口徑的一端與測量室14連通，小口徑的一端與螺旋管5連通。

所述固相轉換器7為絕緣材料燒結而成的具有毛細孔隙的薄圓片結構。當工作液體在壓力的作用下流過固相轉換器7時，使固相轉換器7表面呈現帶電現象，在固相轉換器7內部的工作液體中，與固體表面所帶電荷相異的離子被吸引而趨向固體表面，帶相同電荷的離子被排斥而遠離固體表面，這些過剩的離子隨著工作液體在固相轉換器7中的流體而定向移動，而從產生流動電流，進一步在固相轉換器7兩端產生流動電勢，通過這一過程，可以將固相轉換器7兩端的壓力差轉換為流動電勢信號；然後固相轉換器7表面的離子與電極13產生電化學反應，從而通過電極13將流動電勢輸出給數字電路3處理。

所述電極13是純度為99.9％的鉑電極，且電極13為圓環狀，置於靠近固相轉換器7上下兩個表面的位置，留出一端從測量室14的電極引孔12引出。

所述螺旋管5為玻璃材質，且螺旋管5的橫截面積為圓形，橫截面直徑處處相等。

如圖4所示，為本發明多環液環角加速度計信號處理流程圖，所述數字電路3包括順次相連的信號濾波器、模擬放大器以及模數轉換器；向多環液環角加速度計輸入一個未知的角加速度信號，工作液體在角加速度信號的作用下，對固相轉換器7的上下表面產生壓力，固相轉換器7將上下表面的壓力差信號轉換為流動電勢信號，信號濾波器用於濾除固相轉換器7輸出的流動電勢信號中的工頻等噪聲，採用butterworth濾波器；模擬放大器將濾除噪聲的流動電勢信號放大至模數轉換器能夠接受額定的輸入範圍，採用運算放大器op37晶片；模數轉換器將放大後的模擬信號形式的流動電勢信號轉換為數位訊號形式的流動電勢信號，採用24位ads1246晶片，數位訊號輸出至角加速度計的引出端1，從而在引出端1得到表徵角加速度的數位訊號。

如圖2所示，為本發明多環液環角加速度計的外部結構示意圖，多環液環角加速度計還包括密閉殼體2和基座10，其中所述數字電路3、螺旋管5、連通管6、測量室14、固相轉換器7以及電極13均封裝於密閉殼體2中，且密閉殼體2安裝在基座10上，其中基座10底部繞基座一周開設有安裝槽11；

所述密閉殼體2為圓柱形結構。

所述密閉殼體2的頂部設有引出端1，所述數字電路3將處理後的流動電勢從引出端1引出，從而在引出端1得到表徵角加速度的數位訊號。

當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。