CN101788293A - 一种基于超疏水效应的液浮转子式微陀螺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种基于超疏水效应的液浮转子式微陀螺。它包括内壁表面具有超亲水效应的密封腔，腔内充满高纯去离子水，高纯去离子水中间悬浮着表面具有疏水效应的圆形磁性转子，在密封腔外部安装定子和检测电极，定子产生磁驱动信号驱动磁性转子在密封腔内高速旋转，检测电极可以检测出转子高速旋转时由外加角速度所产生的偏转角。由于超疏水效应使得转子表面形成一层气膜在高纯去离子水中悬浮，大大降低转子高速旋转时的阻力，提高微陀螺的灵敏度及精度。本发明的优点在于传感器转子旋转阻力小、稳定性高、灵敏度高、易于加工等。
Description
(一)所属领域
本发明涉及的是一种传感器结构，具体地说是一种采用超疏水和超亲水效应由液体表面张力实现转子的悬浮，采用电磁驱动来提高驱动力，采用电容检测力提高检测精度。
(二)背景技术
陀螺是一种测量物体相对于惯性空间角度或角速率的传感装置。早在1852年法国科学家傅科制作了一个巨大的单摆式陀螺，成功地演示了地球的自转现象。由于陀螺在任何环境下都具有自主导航的能力，自问世以来，就在航空、航天、航海以及军事等领域有着广泛的应用，一直是各国重点发展的技术。
近些年来，人们开始将注意力放到了悬浮转子微陀螺中。如果利用电磁力或静电力使转子悬浮起来，消除摩擦力对转子的影响，可以有效地提高陀螺的精度，减小磨损和功耗，且可实现双轴角速度和三轴加速度测量，具有很高的性能。悬浮陀螺与当前国际市场的主流高精度的激光陀螺仪和光纤陀螺相比，它体积较小，可以多轴测量和多功能测量。但由于传统的悬浮转子陀螺都是使用电磁力或静电力使转子悬浮起来，再加之使其转动的驱动力，使得对陀螺转子的控制变得不易实现。
随着纳米技术的不断发展，采用纳米材料制作的超亲水与超疏水性薄膜的技术不断在提高。本发明就是利用纳米材料与悬浮陀螺技术相结合，提出了一种利用表面张力使转子悬浮并使用电磁驱动的悬浮陀螺。与传统悬浮陀螺相比较，该陀螺具有工艺简单，转子易于驱动等特点。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种新的陀螺传感器结构，它可以利用超疏水和超亲水效应产生液体表面张力将转子悬浮起来，使用电磁驱动使转子高速旋转，有利于降低驱动难度，提高转子转速与稳定性，提高陀螺性能。
本发明的目的是这样实现的：表面经超亲水处理过的腔体内部充满了高纯去离子水，表面经超疏水处理过的转子悬浮于高纯去离子水当中，转子与去离子水间纯在一层空气薄膜，有利于减少转子转动时的阻力。腔体外部使用两对驱动线圈对转子进行驱动，使其在腔体内高速旋转。腔体上下两侧各有四个检测电极，检测转子转动位置。
本发明的优点在于：转子转动阻力小、速度快，工艺简单、易于实现，转子转动稳定性高，检测精度高。
(四)附图说明
图1是本发明的结构示意图。
(五)具体实施方案
该发明的制作过程大致有如下五个步骤：
1、腔体、转子以及定子铁芯的机械加工；
2、转子充磁；
3、腔体表面的超亲水性处理以及转子表面的超疏水性处理；
4、驱动线圈的缠绕；
5、陀螺的装配，并注水。
下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：
例一：当没有外部角速度输入时，转子平稳旋转，不会发生偏转。因此等效检测电容值不会发生变化，经差分检测输出为零，表示没有外加角速度输入。
例二：当有外部存在沿X轴的外部角速度输入时，转子会在科氏力的作用下发生偏转。若转子沿逆时针方向高速旋转，则其左侧质点相对于转子的速度V沿正Y方向，则会受到Z方向的科氏力作用，向上偏转。从而左上侧、右下侧检测电容的极板间距减小，电容值增大；同理，右上测、左下侧检测电容的极板间距增大，电容值减小。经差分检测，电容变化量对应外加角速度输入。
Claims (5)
1.一种基于超疏水效应的液浮转子式微陀螺；它包括内表面具有超亲水效应的密封腔体(2)，位于腔体内的高纯去离子水(5)和表面具有超疏水效应的转子(3)，两对(四个)电磁驱动定子铁芯(1)以及铁心上缠绕的两对(四个)驱动线圈，位于腔体上下两侧各4个检测电容极板(4)，腔体(2)与转子(3)之间充满高纯去离子水(5)，转子表面由于超疏水效应吸附着的气体薄膜(6)形成强表面张力而得以悬浮。
2.根据权利要求1所述的转子式微陀螺，其特征在于转子(3)是由于其表面的超疏水材料产生的水表面张力悬浮，无需外加悬浮驱动力。
3.根据权利要求1所述的转子式微陀螺，其特征在于转子(3)与高纯去离子水(5)之间存在气体薄膜(6)，减少了转子(3)旋转时水(5)对转子(3)的阻力，有利于转子(3)高速旋转。
4.根据权利要求1所述的转子式微陀螺，其特征在于密封腔(2)内壁表面采用超亲水材料，使得微陀螺传感器密封的高纯去离子水(5)能够牢固的吸附在密封腔内壁(2)上，有利于转子(3)高速稳定旋转。
5.根据权利要求1所述的转子式微陀螺，其特征在于使用电磁伺服驱动，可提供较大的驱动力和稳定性，有利于转子(3)高速稳定旋转。
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