CN202149775U

CN202149775U - 一种基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺

Info

Publication number: CN202149775U
Application number: CN201120210571U
Authority: CN
Inventors: 张建辉
Original assignee: Wuxi Changhui Machinery & Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Wuxi Changhui Machinery & Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-06-21

Abstract

本实用新型涉及一种基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，包括由上盖和下盖密封组成的泵体，其内设有容纳有压电振子的泵腔，还包括一圆柱体，所述圆柱体底端固设在上盖上，所述圆柱体侧面设有螺旋流管槽，圆柱体外套设一圆管，圆管顶端设有端盖，端盖与圆柱体之间有间隙，圆柱体中设有连通所述间隙和上盖上通孔的第一直流管，以及与第一直流管连通的第二直流管；圆柱体顶端固定有一压电薄膜传感器并引出导线；端盖上设有与间隙连通的第一导管，第二直流管与第二导管相连通。本实用新型利用压电薄膜传感器测量泵的输出压力来感知外界扰动的角速度，从而使螺旋流管无阀压电泵具有了陀螺性质。本实用新型的陀螺具有结构简单、制作材料来源广泛、成本低廉、易于实现、耗能低、无电磁干扰、灵敏度较高等优点，可以大量应用于民用运载工具的姿态控制上。

Description

一种基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺

技术领域

本实用新型涉及一种陀螺，尤其涉及一种基于无阀压电泵的陀螺。

背景技术

陀螺的原意为高速旋转的刚体，而现在一般将能够测量相对惯性空间的角速度和角位移的装置称为陀螺。由于陀螺具有自主导航能力的特性，所以自问世以来，就引起人们极大关注，一直是各国重点发展的技术之一。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敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪能提供准确的方位、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导航中，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等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺技术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。

虽然陀螺的诞生至今已有100多年的历史，但目前由于受到成本、技术等因素的限制，陀螺仪大多应用于舰艇、导弹、飞机等大型高性能的导航与制导系统，用在民用运载工具方面的应用却很少，因此，实用新型制作一种技术简单、成本低廉、可以大量应用在民用运载工具上的陀螺仪是十分必要的。

实用新型内容

技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种加工制作简单，成本低廉，并具有较好精度的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺。克服了现有的陀螺技术复杂、成本高、不能大量应用在民用运载工具上的缺点。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本实用新型涉及的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺包括由上盖和下盖密封组成的泵体，泵体内设有容纳有压电振子的泵腔，还包括一圆柱体，所述的圆柱体底端固设在上盖的上面，所述的圆柱体侧面刻有围绕圆柱体的螺旋流管槽，圆柱体外套一圆管，该圆管与圆柱体之间为过盈配合，圆管顶端设有端盖，端盖与圆柱体之间留有间隙，端盖、圆管和上盖将圆柱体进行密封，从而使圆管覆盖在螺旋流管槽的开口上形成螺旋流管；所述的圆柱体中心处设有连通所述间隙和上盖上通孔的第一直流管，所述通孔与泵腔连通；所述圆柱体还设有与第一直流管连通的第二直流管；螺旋流管槽一端与间隙连通，另一端通过上盖上的直流管与泵腔连通；圆柱体顶端固定有一压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器固定安装在间隙和第一直流管之间，将第一直流管与间隙隔开而不连通，从而形成压电泵的两个流道；所述的压电薄膜传感器通过端盖上的小通孔向外界引出导线，并且导线引出后要将微小通孔密封；端盖上设有与间隙连通的第一导管，该第一导管作为流体的一个进出口，第二直流管与第二导管相连通，该第二导管作为流体的另一个进出口，两导管开口端设置成与圆柱体的轴线平行。

所述的螺旋流管槽下端通过其上的一过渡槽与上盖上的连直流管相连通，使该螺旋流管槽与泵腔的平缓连通。

一般地，第一直流管处于圆柱体的中心，且与泵体上盖相垂直，第二直流管又与第一直流管相互垂直；第二直流管的轴线应当位于螺旋流管槽相邻的两段流槽之间，而从圆柱体内延伸至外部。

上盖上设有定位螺孔和圆形凹坑，圆柱体的底面上设有与所述的定位螺孔位置相对应的螺纹孔，定位螺孔与螺纹孔相配合将圆柱体固定在圆形凹坑内。

为了安装第二导管，圆管上与第二直流管开口相对应的位置有一圆形开孔，该圆形开孔使得第二直流管从圆柱体内部延伸至外部。

第一导管通过端盖上的圆形通孔与间隙连通，端盖上设有一微孔，压电薄膜传感器延伸出的导线从该微孔中穿出。

为便于加工，所述的螺旋流管槽截面呈矩形。

本技术方案的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其主要组成部分为一螺旋流管无阀压电泵，是利用圆柱形螺旋流管，依靠科氏力实现单向流动的容积型无阀压电泵。该泵的工作原理为：把压电陶瓷片和金属片作为两极，向压电振子施加交流电压，压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔容积变化，驱动流体沿螺旋流管、直流管往返流动；流体在沿螺旋流道往返流动的时候，由于受到地球自转、泵体受扰动而产生角速度的影响以及流体自身沿螺旋流管运动，都会产生科氏力，对沿逆时针和顺时针方向旋转的流体产生不同作用，从而使流体在通过螺旋流槽的往返方向上流动受到的阻力不同，使得整个周期内会有净流量从泵腔流入和流出，当压电振子连续振动时，流体在宏观上就会表现为单向流动，实现泵的功能。

所述的压电薄膜力传感器是由具有正压电效应的压电材料制成的，其原理是利用正压电效应来实现力电转化，即当压电材料受到机械应力时，就会产生电极化，从而产生电荷，所产生的电荷多少与机械应力成正比。利用信号分析装置对所产生的电信号进行测量分析，就可以得到力的大小。

以下结合附图对本实用新型的工作原理进行描述，本实用新型的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺工作原理为：

将该陀螺装置固定在某一平台上，建立如图10(a)所示的空间直角坐标系：自西向东方向为X轴，自南向北方向为Y轴，垂直地表向上方向为Z轴。设地球自转的角速度在Z轴的分量为

流体沿螺旋流管流动时的角速度为ω₂，平台受到外界扰动时，产生的角速度在Z轴的分量为ω_z；泵的输出压力P是由ω₂、ω_z决定的，因此可表示成

向压电振子施加交流电压，泵开始工作。如图10(b)所示，当平台相对地球表面静止(不受到外界干扰)，即ω_z＝0时，由于

ω₂是定值，所以此时

为一恒定值，设此定值为P₀；此时，第一导管内的液面到压电薄膜的高度在Z轴上的分量为h₁，第二导管内的液面到压电薄膜的高度在Z轴上的分量为h₂，则P₀＝(h₂-g₁)·ρg，其中ρ为流体密度，g为重力加速度。

当平台因受到外界干扰而产生角速度时，即ω_z≠0，设此时，第一导管内的液面到压电薄膜的高度在Z轴上的分量由h₁变为第二导管内的液面到压电薄膜的高度在Z轴上的分量由h₂变为

则

设ΔP＝P-P₀，ΔP可以是正值，也可以是负值和零。ΔP(或P)与ω_z之间存在着对应关系，即对于每一个ΔP(或P)值，都有一个ω_z相对应，也就是说通过压电薄膜传感器测量螺旋流管无阀压电泵的输出压力P，就可以得到平台受到扰动时产生的角度在Z轴上分量ω_z。

由以上叙述可知，本装置对外界扰动产生的角速度有感知作用，并能通过测量输出压力ΔP(或P)，就可以得到这个角速度的具体数值，即实现了陀螺的功能。

3.有益效果：本实用新型的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺具有结构简单、制作材料来源广泛、成本低廉、易于实现、耗能低、无电磁干扰、灵敏度较高等优点，可以大量应用于民用运载工具的姿态控制上。

附图说明

图1螺旋流管无阀压电泵结构示意图；

图2本实用新型一个实施例的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺整体结构示意图；

图3上盖B-B剖视图；

图4上盖主视图；

图5(a)泵下盖主视图；(b)C-C剖视图；

图6(a)刻有螺旋流管槽的圆柱主视图；(b)D-D剖视图；(c)E向视图；

图7(a)圆管主视图；(b)圆管F-F剖视图；

图8端盖剖视图；

图9压电薄膜传感器的结构示意图；

图10陀螺测量角速度ω_z(泵压差)原理示意图，其中，图(a)为安装方法示意图，图(b)为测量压差的示意图。

图中标记含义为：1、2-螺旋流管，3-泵体，4-压电振子，5-螺钉，6-押圈，7-端盖，8-圆管，9-刻有螺旋流管槽的圆柱，10-过渡槽，11-螺栓和螺母，12-上盖，13-下盖，14-泵腔，15-方形通孔(直流管)，16-第一直流管，17-圆形通孔，18-定位螺钉，19-螺旋流管槽，20-第二导管，21-压电薄膜传感器，22-第一导管，23-螺栓孔，24-定位螺孔，25-定位凹坑，26-第二凹槽，27-螺纹孔，28-圆形阶梯，29-第二直流管，30-圆形通孔，31-泵口，32-微孔，33-粘贴在压电薄膜上的绝缘和防湿薄膜，34-电缆线，35-压电薄膜，36-焊锡点，37-薄铜片，38-导电胶，39-第一凹槽。

具体实施方式

本实施例中，采用的螺旋流管无阀压电泵与如图1所示的无阀压电泵具有类似结构，该螺旋流管无阀压电泵由第一螺旋流管1、第二螺旋流管2、泵体3、压电振子4、螺钉5、押圈6组成，压电振子4在泵腔内往复振动引起流体在第一螺旋流管1、泵腔和第二螺旋流管2中单向流动。

如图2、图3所示，本实施例的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，包括由上盖12和下盖13密封组成的泵体，泵体内设有容纳有压电振子4的泵腔14，还包括一圆柱体9，圆柱体9的一个底面固定在上盖12上，上盖12和下盖13通过螺栓11连接在一起；所述的圆柱体9侧面刻有围绕圆柱体9的螺旋流管槽19，圆柱体9外套设一圆管8，圆管8与圆柱体9之间为过盈配合；圆管8顶端设有端盖7，端盖7和圆管8将圆柱体9封闭起来，从而使圆管8覆盖在螺旋流管槽19的开口上形成螺旋流管。端盖7与圆柱体9之间留有一间隙，圆柱体9设有连通所述间隙和上盖12上通孔17的第一直流管16，所述通孔17与泵腔14连通；所述的圆柱体9还设有与第一直流管16连通的第二直流管29；其中，第一直流管16位于圆柱体9的中心处，且垂直于上盖12设置，第二直流管29位于螺旋流管槽19之间并与第一直流管16相连通并相垂直；螺旋流管槽19一端与间隙连通，另一端通过上盖12上的连通孔15与泵腔14连通；圆柱体9顶端在第一直流管19的开口处又开有一圆形阶梯28，其中固定有一压电薄膜传感器21，并将第一直流管19与间隙隔开而不连通；所述的压电薄膜传感器21向外界引出导线；端盖7上设有与间隙连通的第一导管22，第二直流管29与第二导管20相连通。所述的螺旋流管槽19通过一过渡槽10与上盖12上的连通孔15相连通。第一导管22与第二导管20开口端相互平行设置，且均与圆柱体9的轴线平行或垂直。为了防止使用过程中，陀螺各连接处产生流体渗漏，可以在各部件的连接处均匀涂硅胶密封。

如图2、3、4、5所示，所述的泵腔14为圆柱形腔体，包括位于上盖12并且开口朝向下盖13的第一凹槽39，以及位于下盖13并且开口朝向第一凹槽39的第二凹槽26，第二凹槽26设计成通孔且边缘处为阶梯状，压电振子4粘贴固定在第二凹槽26阶梯状边缘处；上盖12和下盖13通过螺栓孔23和螺栓11固定在一起。上盖12上设有一个圆形凹坑25和三个定位螺孔24，圆柱体9的一个底面通过定位螺孔24和螺纹孔27利用定位螺钉18固定在该圆形凹坑25内从而使其固定在上盖12上。

如图6(a)所示，所述的螺旋流管槽19为围绕圆柱体9侧面上螺旋状的开槽，且其截面呈矩形；如图6(b)所示，第二直流管29位于螺旋流管槽19间并与第一直流管16相连通并相垂直；在圆柱体9的底面上、第一直流管16的顶端开有阶梯孔28用于安装压电薄膜传感器21；如图6(c)所示，圆柱体9的底面上有三个螺纹孔27，与所述的定位螺孔24相对应，用于圆柱体9的定位。

如图7所示，圆管8上与第二直流管29开口相对应的位置有一圆形开孔30，该圆形开孔30使得第二直流管29得到从圆柱体9内部延伸至外部。

如图8所示，端盖7上亦设有供第一导管22安装的圆形通孔31，同时设有一微孔32，压电薄膜传感器21延伸出的导线从该微孔32中穿出，并且导线引出后要将微孔32密封。

如图9所示，压电薄膜传感器是21由压电薄膜35、双芯电缆34、小薄铜片37、导电胶38、绝缘和防湿薄膜33组成，压电薄膜35的两面各镀着一层导电膜，小薄铜片37粘贴在压电薄膜的表面，小薄铜片37上焊了一种很细的弹性很好的双芯电缆34，在压电薄膜35、双芯电缆34、小薄铜片37、导电胶38上涂有绝缘和防湿材料。当压电薄膜传感器21两面的压力不同时，就会使压电薄膜35的两侧产生电荷，电荷信号经电荷放大器放大转成电信号后，经模数转换器到计算机接受分析、计算、并给出测试结果，这样使用压电薄膜力传感器即可测量泵的输出压力。

本实施例采用220V、50Hz交流电压，也可使用其它频率的电压；使用单侧型压电振子，把交流电加于压电振子4的两极——压电陶瓷片和金属片上面，使压电振子4产生周期性的轴向弯曲变形，从而驱动压电泵的工作。

本实施例中，上盖12、下盖13、圆管8均采用有机玻璃加工制造；刻有螺旋流管槽19的圆柱体9可以采用铝加工制造，也可以采用有机玻璃加工制造；第一导管20、第二导管22采用市售件，可根据需求进行截取弯折；压电振子4采用市售件，直径为50mm，压电陶瓷片和金属片厚均为0.1mm，金属片的材料为黄铜；压电薄膜传感器21采用市售件，直径为10mm，厚度不超过0.1mm。

Claims

1.一种基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，包括由上盖（12）和下盖（13）密封组成的泵体，泵体内设有容纳有压电振子（4）的泵腔（14），其特征在于，还包括一圆柱体（9），所述圆柱体（9）底端固设在上盖（12）上，所述圆柱体（9）侧面设有围绕圆柱体（9）的螺旋流管槽（19），圆柱体（9）外套设一圆管（8），圆管（8）顶端设有端盖（7），端盖（7）与圆柱体（9）之间有间隙，圆柱体（8）中设有连通所述间隙和上盖（12）上通孔（17）的第一直流管（16），所述通孔（17）与泵腔（14）连通；圆柱体（8）还设有与第一直流管（16）连通的第二直流管（29）；螺旋流管槽（19）一端与间隙连通，另一端通过上盖（12）上的连通孔（15）与泵腔（14）连通；圆柱体（9）顶端固定有一压电薄膜传感器（21），所述压电薄膜传感器（21）固定安装在间隙和第一直流管（16）之间，并且向外界引出导线；端盖（7）上设有与间隙连通的第一导管（22），第二直流管（29）与第二导管（20）相连通。

2.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，所述的螺旋流管槽（19）通过一过渡槽（10）与上盖（12）上的连通孔（15）相连通。

3.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，第一直流管（16）与第二直流管（29）相互垂直。

4.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，第二直流管（29）位于螺旋流管槽（19）间。

5.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，第一导管（19）与第二导管（20）相互平行设置，且开口端均与锥形台（7）的轴线相平行。

6.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，上盖（12）上设有定位螺孔（24））和圆形凹坑（25），圆柱体（9）一个底面通过定位螺孔（24）和圆形凹坑（25）固定在上盖（12）上。

7.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，圆柱体（9）的底面上设有螺纹孔（27），与所述的定位螺孔24相对应，通过定位螺钉（18）将圆柱体（9）固定在上盖（12）上。

8.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，圆管（8）上与第二直流管（29）开口相对应的位置有一圆形开孔（30），该圆形开孔（30）使得第二直流管（29）得以从圆柱体（9）内部延伸至外部。

9.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，端盖（7）上设有供第一导管（22）安装的圆形通孔（31），同时设有一微孔（32），压电薄膜传感器（21）延伸出的导线从该微孔（32）中穿出。

10.如权利要求1所述的基于螺旋流管无阀压电泵的陀螺，其特征在于，所述的螺旋流管槽（19）截面呈矩形。