CN106324281A - 一种分子电子型角加速度计动电转换单元 - Google Patents

一种分子电子型角加速度计动电转换单元 Download PDF

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周蜜
孙荣凯
王同雷
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Abstract

本发明属于角加速度传感器测量领域，具体公开一种分子电子型角加速度计动电转换单元。它包括工作液体、转换器、电极、工作液体补偿器、壳体；壳体为双层球形结构，其内部为环形空腔；工作液体充满壳体内的环形空腔；壳体环形空腔的内壁与转换器连接；转换器的外形为圆柱体，它的圆柱侧面与壳体环形空腔的内壁连接；两片电极紧贴在转换器两侧圆面上；壳体内侧的内壁与工作液体补偿器连接；工作液体补偿器为球形空腔，通过一根毛细管与壳体的环形空腔连通。本发明成功解决小型分子电子型角加速度计因体积减小液体惯性质量减少而对输出特性的影响，工艺上容易实现，有利于工程应用。

Description

一种分子电子型角加速度计动电转换单元
技术领域
本发明属于角加速度传感器测量领域，具体涉及一种分子电子型角加速度计动电转换单元。
背景技术
分子电子型角加速度计的敏感组件是整个传感器的核心部件，其动电转换单元包括工作液体、电极和转换器，其作用是敏感测量轴方向的角加速度信号并转换成电信号输出。当进行小型分子电子型角加速度计的设计时，敏感组件的体积也随之减小，工作液体质量、液体通道结构等均发生改变，从而使得敏感到的角加速度信号动电转换为输出电信号更加微弱，为确保小型分子电子型角加速度计的输出特性，需要增大小型分子电子型角加速度计的输出信号。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于小体积传感器的测量特性稳定的分子电子型角加速度计动电转换单元。
实现本发明目的的技术方案：
一种分子电子型角加速度计动电转换单元，它包括工作液体、转换器、电极、工作液体补偿器、壳体；壳体为双层球形结构，其内部为环形空腔；工作液体充满壳体内的环形空腔；壳体环形空腔的内壁与转换器连接；转换器的外形为圆柱体，它的圆柱侧面与壳体环形空腔的内壁连接；两片电极紧贴在转换器两侧圆面上；壳体内侧的内壁与工作液体补偿器连接；工作液体补偿器为球形空腔，通过一根毛细管与壳体的环形空腔连通。
所述的转换器是由粒径50μ～100μ范围的玻璃微珠或玻璃粉末材料制作的多孔隙芯片。
所述的电极的结构为螺旋形，其最大直径与转换器直径相同；螺旋相邻两圈金属丝间的间距为1mm。
所述的工作液体补偿器内并充有一部分气体，用以补偿不同温度下工作液体的体积变化。
所述的电极材料为铂金；壳体和转换器的材料为铂组系玻璃。
本发明的有益技术效果在于：本发明所提供的一种分子电子型角加速度计动电转换单元通过螺旋电极的设计及使用大粒径玻璃原料制作转换器，来实现增大分子电子型角加速度计敏感组件的输出信号，成功解决小型分子电子型角加速度计因体积减小液体惯性质量减少而对输出特性的影响，工艺上容易实现，有利于工程应用。
附图说明
图1为本发明所提供的一种分子电子型角加速度计动电转换单元的结构示意图；
图2为电极在A-A方向的结构示意图。
图中：1.工作液体、2.转换器、3.电极、4.工作液体补偿器、5.壳体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所提供的一种分子电子型角加速度计动电转换单元包括工作液体1、转换器2、电极3、工作液体补偿器4、壳体5。壳体5为双层球形结构，其内部为环形空腔。壳体5采用玻璃或陶瓷材料。工作液体1为有机溶液，充满壳体5内的环形空腔。壳体5环形空腔的内壁与转换器2连接。转换器2是由粒径50μ～100μ范围的玻璃微珠或玻璃粉末材料制作的多孔隙芯片，转换器2的外形为圆柱体，它的结构尺寸范围为：Φ3mm～Φ6mm，厚度为2mm，其圆柱侧面与壳体5环形空腔的内壁密封连接。两片电极3紧贴在转换器2两侧圆面上。壳体5内侧的内壁与工作液体补偿器4连接。工作液体补偿器4为球形空腔，通过一根毛细管与壳体5的环形空腔连通。工作液体补偿器4内并未充满工作液体，还充有一部分气体，用以补偿不同温度下工作液体1的体积变化。
如图2所示，电极3的结构为螺旋形，其最大直径与转换器2直径相同。螺旋相邻两圈金属丝间的间距为1mm。电极3材料的选择原则为：不与工作液体1发生化学反应、与壳体5和转换器2材料膨胀系数相近的适宜做电极的金属。在本实施例中，电极3材料为铂金。壳体5和转换器2的材料为铂组系玻璃。
当本发明的分子电子型角加速度计动电转换单元受到外加一个角加速度时，转换器2受力面的压力可表示为：
式中，
ΔP，压力；
m，液体惯性质量；
角加速度；
k1，比例常数；
流动电势与压力成正比：
E＝k2εζΔP/4πηλ (2)
式中，
E，流动电势；
k2，比例常数，与转换器多孔结构的有效参数有关；
ε，液体介电常数；
ζ，电动电势，即电动过程中带电表面与电解质溶液之间的剪切面的电势；
η，液体粘度；
λ，电导率；
将(1)式代入(2)式中，可得到流动电势：
从而可以得到流动电势，并反推得到角加速度
本发明的工作过程为：当外界角加速度信号输入时，工作液体1作为惯性质量绕测量轴进行旋转运动，在转换器2两侧形成压力差。在压力差的作用下，工作液体1流经转换器2内部的孔隙。由于流动电势效应，工作液体1带动孔隙固液界面附近可移动的带电离子流动，形成流动电流，通过电极3上的电化学反应或者双层电极电容的再充电，将离子流转变成金属导线电流输出，完成对角加速度信号的测量。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (5)

1.一种分子电子型角加速度计动电转换单元，其特征在于：它包括工作液体(1)、转换器(2)、电极(3)、工作液体补偿器(4)、壳体(5)；壳体(5)为双层球形结构，其内部为环形空腔；工作液体(1)充满壳体(5)内的环形空腔；壳体(5)环形空腔的内壁与转换器(2)连接；转换器(2)的外形为圆柱体，它的圆柱侧面与壳体(5)环形空腔的内壁连接；两片电极(3)紧贴在转换器(2)两侧圆面上；壳体(5)内侧的内壁与工作液体补偿器(4)连接；工作液体补偿器(4)为球形空腔，通过一根毛细管与壳体(5)的环形空腔连通。
2.根据权利要求1所述的一种分子电子型角加速度计动电转换单元，其特征在于：所述的转换器(2)是由粒径50μ～100μ范围的玻璃微珠或玻璃粉末材料制作的多孔隙芯片。
3.根据权利要求2所述的一种分子电子型角加速度计动电转换单元，其特征在于：所述的电极(3)的结构为螺旋形，其最大直径与转换器(2)直径相同；螺旋相邻两圈金属丝间的间距为1mm。
4.根据权利要求3所述的一种分子电子型角加速度计动电转换单元，其特征在于：所述的工作液体补偿器(4)内并充有一部分气体，用以补偿不同温度下工作液体(1)的体积变化。
5.根据权利要求4所述的一种分子电子型角加速度计动电转换单元，其特征在于：所述的电极(3)材料为铂金；壳体(5)和转换器(2)的材料为铂组系玻璃。
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