CN114353777B - 一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪 - Google Patents

Abstract

一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，涉及一种陀螺仪。封装外壳内部对称设置两个核心驱动器安装腔和两个热敏元件安装腔，核心驱动器安装腔与热敏元件安装腔内侧端通过喷口连接为一体，核心驱动器安装腔侧壁设置薄膜，热敏元件安装腔外侧端固定检测电路，热敏元件安装腔内部固定两个热敏元件，两个核心驱动器对称固定在两个核心驱动器安装腔内。以压电泵技术为基础并结合了合成喷技术设计出核心驱动器，结构简单、重量轻、便于安装，具有良好的发展前景。

Description

一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪，尤其是一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，属于飞行器飞行姿态平衡技术领域。

背景技术

陀螺技术诞生至今已有100多年的历史，最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个热敏元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制。作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

但目前由于受到成本和技术等因素的限制，陀螺仪器大多应用于舰艇、导弹、飞机等大型高性能的导航与制导系统。在如今的飞行器领域中，飞行器飞行姿态的平衡与稳定大多都是以油功能的方式实现的，此种方法耗能较多、成本较高并且结构复杂。因此，在飞行器领域中亟需一种耗能低、成本低的平衡方式。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，它以压电泵技术为基础并结合了合成喷技术设计出核心驱动器，结构简单、重量轻、便于安装，具有良好的发展前景。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，包括检测电路、热敏元件、核心驱动器以及封装外壳，所述封装外壳内部对称设置有两个核心驱动器安装腔和两个热敏元件安装腔，所述两个热敏元件安装腔分别固定于封装外壳内部两端位置，所述两个核心驱动器安装腔分别与两个热敏元件安装腔内侧端通过一个同轴布置的喷口连接为一体，两个核心驱动器安装腔侧壁分别设置有薄膜，两个热敏元件安装腔外侧端分别固定所述检测电路，每个热敏元件安装腔内部与所述喷口对应的射流方向上固定两个所述热敏元件，两个所述核心驱动器对称固定在两个核心驱动器安装腔内，核心驱动器包括合成喷泵腔、压电振子及传振杆，所述合成喷泵腔为外形呈锥状的螺旋管结构且其尖端沿轴向一体延伸有直管段，所述压电振子为内部中空的正八边形壳体，合成喷泵腔的直管段与压电振子横向插装连接，且合成喷泵腔的直管段端部通过截止阀进行密封，合成喷泵腔分别朝向对应的喷口设置，所述传振杆与压电振子竖向插装连接，传振杆中间与合成喷泵腔的直管段柔性固定连接，传振杆上下两端分别设置螺纹并通过螺母与压电振子紧固连接，压电振子开设四个定位孔，压电振子外侧与所述四个定位孔对应固定八个压电陶瓷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：压电泵技术是以压电振子作为驱动力源的流体输送装置，具有体积小、功耗低、成本低、无电磁干扰、流量可精确控制等优点，本发明以压电泵技术为基础并结合了合成喷技术设计出核心驱动器，采用两个核心驱动器对称排布的形式形成双喷对射，可以测量匀角速度和非匀角速度，灵敏度相比单喷陀螺增大一倍，以流体为工作介质其工作寿命比较长，采用合成喷形成射流没有狭长流道，结构简单，便于加工制造，射流直接作用在热敏元件上射流速度较大，保证灵敏度和分辨率，并且由于合成喷和热敏传感器的微加工技术现已成熟，可以利用制造集成电路的工艺IC技术大量制造，有效降低成本，整体结构简单、重量轻、便于安装，具有良好的发展前景。

附图说明

图1是本发明的使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪的整体结构示意图；

图2是本发明的工作流程示意图；

图3是本发明的核心驱动器的轴测构示意图；

图4是图3的爆炸图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图3～图4所示，一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，包括检测电路1、热敏元件2、核心驱动器3以及封装外壳4。

所述检测电路1为温差分析电路。

所述热敏元件2为MEMS热敏感传感器。

所述封装外壳4为金属外壳。

所述核心驱动器3包括合成喷泵腔3-1、定位孔3-2、压电陶瓷3-3、螺母3-4、截止阀3-5、压电振子3-6及传振杆3-7。所述合成喷泵腔3-1为外形呈锥状的螺旋管结构且其尖端沿轴向一体延伸有直管段，合成喷泵腔3-1采用PVDF聚偏氟乙烯材质，所述压电振子3-6为内部中空的正八边形壳体，压电振子3-6在十字方向开设两组长槽孔3-6-1用于合成喷泵腔3-1和传振杆3-7的安装，合成喷泵腔3-1的直管段横向插装在对应的一组长槽孔3-6-1内，且合成喷泵腔3-1的直管段端部通过所述截止阀3-5进行密封，所述传振杆3-7竖向插装在对应的一组长槽孔3-6-1内，传振杆3-7中间分为两段设置将合成喷泵腔3-1的直管段夹持固定，且合成喷泵腔3-1的直管段与传振杆3-7之间设置柔性块形成柔性固定连接，传振杆3-7上下两端分别设置螺纹并穿过对应的长槽孔3-6-1通过所述螺母3-4与压电振子3-6紧固连接，压电振子3-6在X方向开设四个定位孔3-2用于安装压电陶瓷3-3，所述压电陶瓷3-3数量为八个并两两一组共计分为四组，四组压电陶瓷3-3与所述四个定位孔3-2一一对应并固定在压电振子3-6外侧，由此完成核心驱动器3的配合。

封装外壳4为轴线水平布置的金属外壳，其内部对称设置有两个核心驱动器安装腔和两个热敏元件安装腔，所述两个热敏元件安装腔分别固定于封装外壳4内部两端位置，所述两个核心驱动器安装腔分别与两个热敏元件安装腔内侧端通过一个同轴布置的喷口连接为一体，两个热敏元件安装腔外侧端分别固定检测电路1，每个热敏元件安装腔内部与所述喷口对应的射流方向上固定两个热敏元件2，两个核心驱动器3对称固定在两个核心驱动器安装腔内，其中合成喷泵腔3-1分别朝向对应的喷口设置，两个核心驱动器安装腔侧壁分别设置有薄膜。

两个核心驱动器3与热敏元件2和检测电路1进行连接。

合成喷泵腔3-1是通过薄膜的周期性振动过程形成的通过喷口的净质量，在一个周期内为零，所以不需要额外的流体供给，核心驱动器3不需要外部流体供给以及相应的连接件，因此重量轻。

射流的形成是由于合成喷泵腔3-1振动驱动的，所以可用电参数调节薄膜振动来实现对射流的电参数控制，采用合成喷还可将任意尺度的流动引入到要控制的主流中以实现流场的主动控制，如提供动量注入，改变压力分布等，同时，由于结构的简单它比较容易实现IC工艺加工。

核心驱动器3的安装采用双喷对射使其安装方便，并且对称布置安装，通过射流使其围绕中轴线高速旋转，以此达到陀螺的特征。

核心驱动器3中压电振子3-6设有定位孔3-2，能够有效抑制振动耦合且方便安装压电陶瓷3-3，并且压电振子3-6的振动不直接作用于合成喷泵腔3-1，能够极大延长使用寿命。

核心驱动器3整体结构易组装安装并且可拆卸，使得在后续的发展中有很大的创新领域与提升空间，并且以便于今后更好的微型化与材料选择。

结合图2所示，本发明的工作过程分为第一工作过程和第二工作过程：

第一工作过程：在没有角速度作用时，核心驱动器3射流不会发生偏转，此时对称布置在射流中的一对热敏元件2将受到相同温度气流的相同冲击，两个热敏元件2之间没有温差，陀螺仪无电信号输出；

第二工作过程：当有角速度作用时，由于科氏力的作用，核心驱动器3射流发生偏转，此时对称布置在射流中的一对热敏元件2所受的射流冲击发生差异，两个热敏元件2之间存在温差，温差大小与科氏力有关，由于科氏力中包含着角速度的信息，因此通过测量温度差就可以获得角速度，获得角速度后生成电信号，驱动振动结构进行微位移放大调整，由此达到飞行器平衡的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：包括检测电路(1)、热敏元件(2)、核心驱动器(3)以及封装外壳(4)，所述封装外壳(4)内部对称设置有两个核心驱动器安装腔和两个热敏元件安装腔，所述两个热敏元件安装腔分别固定于封装外壳(4)内部两端位置，所述两个核心驱动器安装腔分别与两个热敏元件安装腔内侧端通过一个同轴布置的喷口连接为一体，两个核心驱动器安装腔侧壁分别设置有薄膜，两个热敏元件安装腔外侧端分别固定所述检测电路(1)，每个热敏元件安装腔内部与所述喷口对应的射流方向上固定两个所述热敏元件(2)，两个所述核心驱动器(3)对称固定在两个核心驱动器安装腔内，核心驱动器(3)包括合成喷泵腔(3-1)、压电振子(3-6)及传振杆(3-7)，所述合成喷泵腔(3-1)为外形呈锥状的螺旋管结构且合成喷泵腔(3-1)的螺旋管尖端沿轴向一体延伸有直管段，所述压电振子(3-6)为内部中空的正八边形壳体，合成喷泵腔(3-1)的直管段与压电振子(3-6)横向插装连接，且合成喷泵腔(3-1)的直管段端部通过截止阀(3-5)进行密封，合成喷泵腔(3-1)分别朝向对应的喷口设置，所述传振杆(3-7)与压电振子(3-6)竖向插装连接，传振杆(3-7)中间与合成喷泵腔(3-1)的直管段柔性固定连接，传振杆(3-7)上下两端分别设置螺纹并通过螺母(3-4)与压电振子(3-6)紧固连接，压电振子(3-6)开设四个定位孔(3-2)，压电振子(3-6)外侧与所述四个定位孔(3-2)对应固定八个压电陶瓷(3-3)。

2.根据权利要求1所述的一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：所述检测电路(1)为温差分析电路。

3.根据权利要求1所述的一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：所述热敏元件(2)为MEMS热敏感传感器。

4.根据权利要求1所述的一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：所述封装外壳(4)为金属外壳。

5.根据权利要求1所述的一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：所述合成喷泵腔(3-1)采用PVDF聚偏氟乙烯材质。

6.根据权利要求1所述的一种使飞行器平衡的压电合成喷陀螺仪，其特征在于：所述陀螺仪采用IC技术制造。

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