專利名稱：一種基于超疏水效應的液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺的制作方法
一種基于超疏水效應的液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺
( — )所屬領域 本發(fā)明涉及的是一種傳感器結(jié)構(gòu)，具體地說是一種采用超疏水和超親水效應由液體表面張力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的懸浮，采用電磁驅(qū)動來提高驅(qū)動力，采用電容檢測力提高檢測精度。
(二)
背景技術(shù)：
陀螺是一種測量物體相對于慣性空間角度或角速率的傳感裝置。早在1852年法國科學家傅科制作了一個巨大的單擺式陀螺，成功地演示了地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。由于陀螺在任何環(huán)境下都具有自主導航的能力，自問世以來，就在航空、航天、航海以及軍事等領域有著廣泛的應用，一直是各國重點發(fā)展的技術(shù)。 近些年來，人們開始將注意力放到了懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺中。如果利用電磁力或靜電力使轉(zhuǎn)子懸浮起來，消除摩擦力對轉(zhuǎn)子的影響，可以有效地提高陀螺的精度，減小磨損和功耗，且可實現(xiàn)雙軸角速度和三軸加速度測量，具有很高的性能。懸浮陀螺與當前國際市場的主流高精度的激光陀螺儀和光纖陀螺相比，它體積較小，可以多軸測量和多功能測量。但由于傳統(tǒng)的懸浮轉(zhuǎn)子陀螺都是使用電磁力或靜電力使轉(zhuǎn)子懸浮起來，再加之使其轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力，使得對陀螺轉(zhuǎn)子的控制變得不易實現(xiàn)。 隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，采用納米材料制作的超親水與超疏水性薄膜的技術(shù)不斷在提高。本發(fā)明就是利用納米材料與懸浮陀螺技術(shù)相結(jié)合，提出了一種利用表面張力使轉(zhuǎn)子懸浮并使用電磁驅(qū)動的懸浮陀螺。與傳統(tǒng)懸浮陀螺相比較，該陀螺具有工藝簡單，轉(zhuǎn)子易于驅(qū)動等特點。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的陀螺傳感器結(jié)構(gòu)，它可以利用超疏水和超親水效應產(chǎn)生液體表面張力將轉(zhuǎn)子懸浮起來，使用電磁驅(qū)動使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，有利于降低驅(qū)動難度，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定性，提高陀螺性能。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的表面經(jīng)超親水處理過的腔體內(nèi)部充滿了高純?nèi)ルx子
水，表面經(jīng)超疏水處理過的轉(zhuǎn)子懸浮于高純?nèi)ルx子水當中，轉(zhuǎn)子與去離子水間純在一層空
氣薄膜，有利于減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的阻力。腔體外部使用兩對驅(qū)動線圈對轉(zhuǎn)子進行驅(qū)動，使其
在腔體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。腔體上下兩側(cè)各有四個檢測電極，檢測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動位置。
本發(fā)明的優(yōu)點在于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動阻力小、速度快，工藝簡單、易于實現(xiàn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動穩(wěn)定
性高，檢測精度高。
(四)


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
(五) 具體實施方案 該發(fā)明的制作過程大致有如下五個步驟
1、腔體、轉(zhuǎn)子以及定子鐵芯的機械加工；
2、轉(zhuǎn)子充磁； 3、腔體表面的超親水性處理以及轉(zhuǎn)子表面的超疏水性處理；
4、驅(qū)動線圈的纏繞；
5、陀螺的裝配，并注水。 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細的描述 例一 當沒有外部角速度輸入時，轉(zhuǎn)子平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此等效檢測電容值不會發(fā)生變化，經(jīng)差分檢測輸出為零，表示沒有外加角速度輸入。 例二 當有外部存在沿X軸的外部角速度輸入時，轉(zhuǎn)子會在科氏力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。若轉(zhuǎn)子沿逆時針方向高速旋轉(zhuǎn)，則其左側(cè)質(zhì)點相對于轉(zhuǎn)子的速度V沿正Y方向，則會受到Z方向的科氏力作用，向上偏轉(zhuǎn)。從而左上側(cè)、右下側(cè)檢測電容的極板間距減小，電容值增大；同理，右上測、左下側(cè)檢測電容的極板間距增大，電容值減小。經(jīng)差分檢測，電容變
權(quán)利要求
一種基于超疏水效應的液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺；它包括內(nèi)表面具有超親水效應的密封腔體(2)，位于腔體內(nèi)的高純?nèi)ルx子水(5)和表面具有超疏水效應的轉(zhuǎn)子(3)，兩對(四個)電磁驅(qū)動定子鐵芯(1)以及鐵心上纏繞的兩對(四個)驅(qū)動線圈，位于腔體上下兩側(cè)各4個檢測電容極板(4)，腔體(2)與轉(zhuǎn)子(3)之間充滿高純?nèi)ルx子水(5)，轉(zhuǎn)子表面由于超疏水效應吸附著的氣體薄膜(6)形成強表面張力而得以懸浮。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子式微陀螺，其特征在于轉(zhuǎn)子(3)是由于其表面的超疏水材料產(chǎn)生的水表面張力懸浮，無需外加懸浮驅(qū)動力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子式微陀螺，其特征在于轉(zhuǎn)子(3)與高純?nèi)ルx子水(5)之間存在氣體薄膜(6)，減少了轉(zhuǎn)子(3)旋轉(zhuǎn)時水(5)對轉(zhuǎn)子(3)的阻力，有利于轉(zhuǎn)子(3)高速旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子式微陀螺，其特征在于密封腔(2)內(nèi)壁表面采用超親水材料，使得微陀螺傳感器密封的高純?nèi)ルx子水(5)能夠牢固的吸附在密封腔內(nèi)壁(2)上，有利于轉(zhuǎn)子(3)高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子式微陀螺，其特征在于使用電磁伺服驅(qū)動，可提供較大的驅(qū)動力和穩(wěn)定性，有利于轉(zhuǎn)子(3)高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于超疏水效應的液浮轉(zhuǎn)子式微陀螺。它包括內(nèi)壁表面具有超親水效應的密封腔，腔內(nèi)充滿高純?nèi)ルx子水，高純?nèi)ルx子水中間懸浮著表面具有疏水效應的圓形磁性轉(zhuǎn)子，在密封腔外部安裝定子和檢測電極，定子產(chǎn)生磁驅(qū)動信號驅(qū)動磁性轉(zhuǎn)子在密封腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，檢測電極可以檢測出轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時由外加角速度所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角。由于超疏水效應使得轉(zhuǎn)子表面形成一層氣膜在高純?nèi)ルx子水中懸浮，大大降低轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時的阻力，提高微陀螺的靈敏度及精度。本發(fā)明的優(yōu)點在于傳感器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)阻力小、穩(wěn)定性高、靈敏度高、易于加工等。
文檔編號G01C19/02GK101788293SQ201010100370
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者劉曉為, 尹亮, 董長春, 趙振剛, 陳偉平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學