專利名稱：基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，屬于慣性測量領域。
背景技術：
擴張-收縮管微泵利用收縮管/擴張管流體阻性特性實現(xiàn)流體的定向輸送，在流動控制領域，如流動分離及氣動力控制、射流矢量控制、增強摻混及傳熱傳質(zhì)控制、微流體傳輸與控制等方向具有十分廣闊的應用前景。射流轉(zhuǎn)子陀螺的基本原理是通過微泵噴出的氣體在檢測腔中形成一個氣流轉(zhuǎn)子，該射流轉(zhuǎn)子具有傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)子所具有的定軸性和進動性。當外界有垂直于或平行于流體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的角速度或加速度輸入時，與殼體固定的熱敏電阻就會與射流轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個相對的運動引起熱敏電阻電阻值的變化，通過相應檢測電路即可以實現(xiàn)對角速度或加速度的檢測。射流轉(zhuǎn)子陀螺可以實現(xiàn)六自由度測量，具有實現(xiàn)技術容易、抗沖擊性好、工藝簡單等優(yōu)點，是一項很有前景的MEMS慣性傳感器。參照圖7，在申請?zhí)枮?01110189839. O的專利文獻“一種新型MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺”中，西北工業(yè)大學提出了一種新型MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺，包括腔體層、上密封層、下密封層和熱敏電阻層。所述的腔體層包括檢測腔和圍繞檢測腔周向均布的振動腔；熱敏電阻層位于腔體層上方，用于檢測氣流偏轉(zhuǎn)。下密封層的兩個壓電片分別位于兩個振動腔正上方，作為微泵的振動薄膜。上密封層位于熱敏電阻層上方，下密封層位于腔體層下方，兩個密封層和壓電片層一起使得腔體層形成密閉空腔；利用的激勵電壓相位相差η，使得兩個振動腔交互噴氣與吸氣，氣體經(jīng)由兩個出氣口在檢測腔形成氣流轉(zhuǎn)子，形成一個封閉的系統(tǒng)。但是，此陀螺是一個封閉的系統(tǒng)。在一個封閉的系統(tǒng)中，由于氣流運動的復雜性，盡管兩個壓電片激勵電壓相位相差η，兩個振動腔不能完成交替噴氣與吸氣，難以實現(xiàn)氣流的定向運動。由于兩個振動腔在同一時刻噴氣與吸氣的氣流量不同，形成的氣流轉(zhuǎn)子軸隨著氣流運動而運動，使得氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸的一致性較差。由于是封閉的系統(tǒng)，壓電片連續(xù)振動使得腔體內(nèi)部氣體的溫度升高，影響了射流轉(zhuǎn)子陀螺的檢測精度。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術中難以形成穩(wěn)定的氣流轉(zhuǎn)子，壓電片振動引起的氣體溫度升高問題，本發(fā)明在原陀螺的基礎上進行改進，提出一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺。本發(fā)明所采用的技術方案是一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，參照圖1-6，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)周向均布有多個振動腔；各振動腔均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片；所述圓柱空腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接；上密封層I位于腔體層3上方；熱敏電阻層2位于檢測腔33上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔33 ;下密封層I上的通氣孔53使得檢測腔33與外界連通，使得所述射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個開放的系統(tǒng)。基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點，當壓電片向上振動分別壓縮各振動腔的氣體，從而氣體從振動腔分別流入相應的出氣口，利用進氣口比出氣口對氣體的阻力大，實現(xiàn)壓電片向上振動時氣體從出氣口進入檢測腔33大于經(jīng)進氣口從外界流入振動腔的氣體；當壓電片向下振動分別擴散振動腔的氣體，從而氣體經(jīng)進氣口從外界流入振動腔，利用進氣口比出氣口對氣體的阻力小，實現(xiàn)壓電片向下振動時氣體經(jīng)進氣口從外界流進的氣體大于從出氣口流進的氣體。因此壓電片的上下振動實現(xiàn)了氣體的定向傳輸和單向流動，即經(jīng)進氣口從外界到振動腔，再經(jīng)出氣口到檢測腔33的單向流動。激勵電壓的存在，使得氣體不斷從外界流入檢測腔33形成轉(zhuǎn)子，而當檢測腔33壓強增大時，氣體通過通氣孔53流向外界。氣流轉(zhuǎn)子軸和檢測腔體軸是重合的，當外界有角速度和加速度輸入時，氣流轉(zhuǎn)子由于慣性而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，會引起不同位置處的熱敏電阻冷卻效果的不同，從而造成熱敏電阻溫度的不同，由于電阻溫度效應，其電阻值也會隨之變化，通過檢測熱敏電阻電阻值的變化，就可測得氣流轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)位移，由這個位移就可推得外界輸入的角速度和加速度。本發(fā)明的有益效果是基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點，利用進氣口與出氣口對氣流的阻力的不同，實現(xiàn)氣體的定向傳輸，單向流動，即由進氣口到出氣口，由振動腔到檢測腔的傳輸與流動。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動引起的氣體溫度升高，提高射流轉(zhuǎn)子陀螺的精度。振動腔振動相位相差為O時，產(chǎn)生的氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸有更好的一致性。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖I是本實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺剖視圖圖2是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺上密封層示意圖圖3是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺腔體層俯視圖圖4是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺腔體層主視圖圖5是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子熱敏電阻層示意圖圖6是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子下密封層示意圖圖7是西北工業(yè)大學前期提出的新型的MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺示意圖圖中，I-上密封層，2-熱敏電阻層，3-腔體層，5-下密封層，21-熱敏電阻I，22-熱敏電阻II，23-熱敏電阻III，24-熱敏電阻IV，31-振動腔I，32-振動腔II，33-檢測腔，34-進氣口 I，35-出氣口 I，36_出氣口 II，37-進氣口 II，51-壓電片I，52-壓電片II，53-通氣孔
具體實施方式
參照圖1-6，基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，參照圖1-5，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)周向均布有振動腔I 31和振動腔II 32 ;振動腔I 31和振動腔II 32均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片
I51和壓電片II 52 ;所述圓柱空腔分別通過出氣口 I 35和出氣口 II 36與振動腔I 31和振動腔II 32連通；所述出氣口 I 35和出氣口 II 36徑向錯開；出氣口 I 35和出氣口 II 36均為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端分別與與振動腔I 31和振動腔II 32連接；同時，振動腔I 31和振動腔II 32還分別通過錐狀進氣口 I 34和進氣口 II 37與外界連通，進氣口 I 34和進氣口 II 37的錐形小端與外界連接，大端分別與振動腔I 31和振動腔
II32連接；上密封層I位于腔體層3上方，;熱敏電阻層2位于檢測腔33上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔33 ;下密封層I上的通氣孔53使得檢測腔33與外界連通，使得所述射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個開放的系統(tǒng)。 本實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用擴張-收縮管微泵的特點，利用收縮管/擴張管流體阻性的不同，實現(xiàn)氣體的定向傳輸和單向流動，即由進氣口到出氣口，由振動腔到檢測腔的傳輸與流動。其具體工作過程為壓電片I 51和壓電片II 52在激勵電壓相位相差為O的激勵下，同時由平衡位置向上振動，使得振動腔I 31與振動腔II 32體積減少，腔內(nèi)壓強增大，氣體從振動腔I 31與振動腔II 32向外噴出，由于氣體噴出時進氣口 I 34和進氣口 II 37比出氣口 I 35和出氣口 II 36對氣體的阻力大，從而氣體主要從出氣口 I 35和出氣口 II 36流入檢測腔33形成氣流轉(zhuǎn)子；激勵電壓經(jīng)過1/4周期，壓電片I 51和壓電片II 52由最高點向最低點運動，腔內(nèi)壓強減小，氣體從外部流入振動腔I 31與振動腔II 32，由于氣體吸入時出氣口 I 35和出氣口 II 36比進氣口 I 34和進氣口 II 37阻力大，從而氣體主要從經(jīng)進氣口 I 34和進氣口II 37從外界流入振動腔I 31與振動腔II 32。激勵電壓經(jīng)過3/4周期，壓電片I 51和壓電片II 52由最低點向平衡位置振動，腔內(nèi)壓強增大，氣體從振動腔I 31與振動腔II 32向外噴出，由于氣體噴出時進氣口 I 34和進氣口 II 37比出氣口 I 35和出氣口 II 36對氣體的阻力大，從而氣體主要從出氣口 I 35和出氣口 II 36流入檢測腔33形成氣流轉(zhuǎn)子。激勵電壓的存在，使得氣體不斷從外界流入檢測腔33形成轉(zhuǎn)子，而當檢測腔33壓強增大時，氣體通過通氣孔53流向外界。氣流轉(zhuǎn)子軸和檢測腔體軸是重合的，當外界有角速度和加速度輸入時，氣流轉(zhuǎn)子由于慣性而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，會引起不同位置處的熱敏電阻冷卻效果的不同，從而造成熱敏電阻溫度的不同，由于電阻溫度效應，其電阻值也會隨之變化，通過檢測熱敏電阻電阻值的變化，就可測得氣流轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)位移，由這個位移就可推得外界輸入的角速度和加速度。
權利要求1.一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，依次包括上密封層(I)、熱敏電阻層(2)、腔體層(3)和下密封層(5);所述的腔體層(3)上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)周向均布有多個振動腔；各振動腔均未貫通所述的腔體層(3)，未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片；所述圓柱空腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接；上密封層(I)位于腔體層(3)上方；熱敏電阻層(2)位于檢測腔(33)上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層(I)位于腔體層(3)下方，它和上密封層(I) 一起，使得腔體層(3)上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔(33);下密封層(I)上的通氣孔(53 )使得檢測腔(33 )與外界連通，使得所述射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個開放的系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，屬于慣性測量領域。該射流轉(zhuǎn)子陀螺的檢測腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述檢測腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接。該射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點，利用進氣口與出氣口對氣流的阻力的不同，實現(xiàn)氣體的定向傳輸，單向流動，即由進氣口到出氣口，由振動腔到檢測腔的傳輸與流動。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動引起的氣體溫度升高，提高射流轉(zhuǎn)子陀螺的精度。振動腔振動相位相差為0時，產(chǎn)生的氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸有更好的一致性。
文檔編號G01C19/02GK202748033SQ20122032948
公開日2013年2月20日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權日2012年7月9日
發(fā)明者常洪龍, 周平偉, 楊勇, 郝永存, 洪水金, 謝建兵, 袁廣民 申請人:西北工業(yè)大學