專利名稱：一種基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陀螺，尤其涉及一種基于無閥壓電泵的陀螺。
背景技術(shù)：
陀螺技術(shù)最早是用于航海導(dǎo)航，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它在航空和航天事業(yè)中也得到廣泛的應(yīng)用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)敏感元件，即可作為信號(hào)傳感器。根據(jù)需要，陀螺儀器能提供準(zhǔn)確的方位、水平等信號(hào)，以便駕駛員或用自動(dòng)導(dǎo)航儀來控制飛機(jī)、艦船或航天飛機(jī)等航行體按一定的航線飛行，而在導(dǎo)彈、衛(wèi)星運(yùn)載器或空間探測(cè)火箭等航行體的制導(dǎo)中，則直接利用這些信號(hào)完成航行體的姿態(tài)控制。作為穩(wěn)定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風(fēng)浪中的搖擺，能使安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上的照相機(jī)相對(duì)地面穩(wěn)定等等。作為精密測(cè)試儀器，陀螺儀器能夠?yàn)榈孛嬖O(shè)施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導(dǎo)彈發(fā)射井等提供準(zhǔn)確的方位基準(zhǔn)。由此可見，陀螺儀器的應(yīng)用范圍是相當(dāng)廣泛的，它在現(xiàn)代化的國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中均占重要的地位。自1910年首次用于船載指北陀螺羅經(jīng)以來，發(fā)展過程大致分為4個(gè)階段第一階段是滾珠軸承支承陀螺馬達(dá)和框架的陀螺；第一階段是20世紀(jì)40年代末到50年代初發(fā)展起來的液浮和氣浮陀螺；第二階段是20世紀(jì)60年代以后發(fā)展起來的干式動(dòng)力撓性支承的轉(zhuǎn)子陀螺；目前陀螺的發(fā)展已進(jìn)入第四個(gè)階段，即靜電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺和振動(dòng)陀螺。雖然陀螺的誕生至今已有100多年的歷史，但目前由于受到成本、技術(shù)等因素的限制，陀螺儀大多應(yīng)用于艦艇、導(dǎo)彈、飛機(jī)等大型高性能的導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)，用在民用應(yīng)用卻不是很多，但近些年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，陀螺運(yùn)用在民用領(lǐng)域需求越來越多，比如在汽車側(cè)翻控制、游戲機(jī)的姿態(tài)感知等均需要一種價(jià)格低廉、技術(shù)簡(jiǎn)單的陀螺儀器，因此，發(fā)明制作一種技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低廉、可以大量應(yīng)用在民用運(yùn)載工具上的陀螺儀是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
1.技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于漸開線流管無閥壓電泵的新型陀螺，這種新型陀螺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣泛。2.技術(shù)方案為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺具有漸開線流管無閥壓電泵和測(cè)量壓電泵出入口壓力的壓電薄膜結(jié)構(gòu)。所述的漸開線流管無閥壓電泵包括由下蓋和上蓋組成的泵體、設(shè)置在下蓋與上蓋之間的泵腔，以及容納在泵腔內(nèi)的壓電振子，還包括設(shè)置在下蓋與上蓋之間的第一漸開線流管和第一連通槽。本發(fā)明中，漸開線流管無閥壓電泵中采用一個(gè)漸開線流管的結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)泵功能，也可以采用兩個(gè)漸開線流管的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)泵功能。即所述的第一漸開線形流管一端與設(shè)置在泵體上的流體進(jìn)口連接，另一端可以直接與泵腔連接，也可以通過第二連通槽與泵腔連接；所述的第一連通槽的一端與泵腔連接，另一端直接或通過第二漸開線流管與流體出口連接；流體進(jìn)口通過第一導(dǎo)管與外界連接，流體出口通過第二導(dǎo)管與外界連接。
所述的漸開線流管為平面彎曲的流管，由于該流管的中心軸線屬于漸開線，因此將該流管命名為“漸開線流管”。漸開線參數(shù)方程為如圖1所示，其中，r為基圓半徑，常數(shù)；Φ為參數(shù)，單位是弧度。所述第一導(dǎo)管遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第一壓電薄膜，第一壓電薄膜通過導(dǎo)線與傳感器相連接；所述第二導(dǎo)管遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第二壓電薄膜，第二壓電薄膜通過導(dǎo)線與第二傳感器相連接。所述的第一壓電薄膜通過第一壓電薄膜固定件固定在第一導(dǎo)管的頂端；第二壓電薄膜通過第二壓電薄膜固定件固定在第二導(dǎo)管的頂端。壓電薄膜與壓電薄膜固定件共同組成了測(cè)量壓電泵入口和出口壓力的壓電薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中的兩個(gè)漸開線流管的旋向是相反的，所述的第一漸開線流管為以流體進(jìn)口為中心和起點(diǎn)順時(shí)針方向設(shè)置的漸開線流管，所述的第二漸開線流管為以流體出口為中心和起點(diǎn)逆時(shí)針方向設(shè)置的漸開線流管。所述的泵腔由設(shè)置在下蓋上的第一凹槽和設(shè)置在上蓋上的第二凹槽以及壓電振子封閉構(gòu)成，第二凹槽的邊緣為階梯狀，壓電振子就粘貼固定在第二凹槽的階梯處。所述的壓電振子一般由圓形的壓電陶瓷片和金屬片粘貼成的圓形振動(dòng)片，為與圓形的壓電振子的形狀相適應(yīng)，所述的泵腔截面也呈圓形。所述的傳感器可以測(cè)量由具有正壓電效應(yīng)的壓電材料制成的壓電薄膜的電荷變化量，并根據(jù)分析裝置分析出電荷變化量和受到?jīng)_擊壓力的轉(zhuǎn)換。其原理是壓電薄膜利用正壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)化，即當(dāng)壓電材料受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電極化，從而產(chǎn)生電荷，所產(chǎn)生的電荷多少與機(jī)械應(yīng)力成正比。利用信號(hào)分析裝置對(duì)所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，就可以得到受到力的大小。當(dāng)壓電薄膜受到的壓力不同時(shí)，就會(huì)使壓電薄膜產(chǎn)生電荷不同，電荷信號(hào)經(jīng)電荷放大器放大轉(zhuǎn)成電信號(hào)后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器到計(jì)算機(jī)接受分析、計(jì)算、 并給出測(cè)試結(jié)果。在本發(fā)明中，使用壓電薄膜力傳感器，測(cè)量泵的輸出壓力。本技術(shù)方案的基于漸開線流管無閥壓電泵的新型陀螺工作時(shí)，先對(duì)壓電振子施加交流電壓，壓電振子在逆壓電效應(yīng)下產(chǎn)生軸向振動(dòng)，弓丨起泵腔容積變化；一般可將壓電泵的一個(gè)工作周期分為兩個(gè)階段從下死點(diǎn)(壓電振子在泵腔內(nèi)遠(yuǎn)離平衡位置的最大位移)經(jīng)平衡位置到達(dá)上死點(diǎn)(壓電振子在泵腔外遠(yuǎn)離平衡位置的最大位移)為泵的吸程階段；從上死點(diǎn)經(jīng)平衡位置到達(dá)下死點(diǎn)為泵的排程階段。在壓電泵具有一個(gè)漸開線流管時(shí)，在吸程階段，流體沿第一漸開線流管和第一連通槽進(jìn)入泵腔；在排程階段，流體沿第一漸開線流管和第一連通槽流出泵腔；由于受到地球自轉(zhuǎn)、泵體受擾動(dòng)而產(chǎn)生角速度的影響以及流體自身沿漸開線流管運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生科氏力，使沿第一漸開線流管流入和流出泵腔的流體所受的阻力不相同，而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，因此綜合吸入和排出階段，沿第一漸開線流管流入泵腔的流體體積比流出泵腔的流體體積多，使得整個(gè)周期內(nèi)會(huì)有一個(gè)凈流量從泵的第一漸開線流管流向泵的第一連通槽；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從第一漸開線流管流入，從第一連通槽流出，從而實(shí)現(xiàn)了流體的單向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了泵的功能。
χ = r(cos^ + ^sin φ) y = r (sin 彡-彡cos 彡)
同理，在壓電泵具有兩個(gè)漸開線流管時(shí)，在壓電振子的驅(qū)動(dòng)下，流體在沿漸開線流管、連通槽往返流動(dòng)；流體在沿漸開線流管往返流動(dòng)的時(shí)候，由于受到地球自轉(zhuǎn)、泵體受擾動(dòng)而產(chǎn)生角速度的影響以及流體自身沿漸開線流管運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生科氏力，對(duì)沿逆時(shí)針和順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的流體產(chǎn)生不同的作用，使沿漸開線流管流入和流出的流體所受的阻力不相同，而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，所以當(dāng)泵腔體積增大時(shí)，流體從第一漸開線流管和第二漸開線流管流入泵腔，此時(shí)壓電泵處于吸程階段，但從兩流管流入泵腔的流體體積不相同；當(dāng)泵腔體積減小時(shí)，流體從第一漸開線流管和第二漸開線流管流出泵腔，此時(shí)壓電泵處于排程階段，但從兩流管流出泵腔的流體體積不相同；分析從兩流管在壓電泵處于吸程和排程階段時(shí)，流入和流出的流體體積的多少可以概括為 在壓電泵處于吸程階段時(shí)流入流體體積多的，則在壓電泵處于排程階段時(shí)流出流體的體積少；在壓電泵處于吸程階段時(shí)流入流體體積少的，則在壓電泵處于排程階段時(shí)流出流體的體積多；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從一個(gè)流管流入，從另一個(gè)流管流出，從而實(shí)現(xiàn)了流體的單向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了泵的功能。把本裝置安裝在平臺(tái)上，如果平臺(tái)受到擾動(dòng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的影響時(shí)，會(huì)對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)中的漸開線流管無閥壓電泵輸出性能產(chǎn)生影響。建立一個(gè)空間坐標(biāo)系X軸為過陀螺中心點(diǎn)的子午面和含中心點(diǎn)的切平面的交線，指向地球北方向；Z軸與經(jīng)過中心點(diǎn)的法線重合，指向地球外；Y軸由右手定則判定。設(shè)地球自轉(zhuǎn)的角速度在Z軸的分量為<，流體沿漸開線流管流動(dòng)時(shí)的角速度為ω2，平臺(tái)受到外界擾動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的角速度在Z軸的分量為ωζ;泵的輸出壓力P是由<、ω2、《2決定的， 因此可表示成P , 2, ζ)。如果平臺(tái)沒受到外界擾動(dòng)《2干擾的時(shí)候，泵的輸出性能由<和ω2決定，當(dāng)給壓電振子輸入的電壓和頻率一定的時(shí)候，泵的性能是一定的，進(jìn)出口流管內(nèi)的液體對(duì)于壓電薄膜的沖擊也是大致一定，反應(yīng)到傳感器的示數(shù)也是基本一定，出口的傳感器示數(shù)減去進(jìn)口的傳感器示數(shù)假定為ΔΧ(Ι，也即泵的輸出壓力為Pci，那么他們之間是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的。如果平臺(tái)受到外界擾動(dòng)ωζ的干擾時(shí)候，《2乒0，設(shè)1^ /力2, )=戶，此時(shí)會(huì)對(duì)漸開線流管中的流體流動(dòng)有著加強(qiáng)或者減弱的影響，此刻對(duì)泵的性能的影響表現(xiàn)在進(jìn)出口的流管連接的傳感器的示數(shù)上，若傳感器出口一側(cè)的示數(shù)為X1，進(jìn)口一側(cè)的示數(shù)為&，那么設(shè)ΔΧι = Xl-X2， AP = P-Pq= ΔΔ Χι，ΔP可以是正值，也可以是負(fù)值和零。ΔΡ(或P)與\之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，即對(duì)于每一個(gè)ΔΡ(或P)值，都有一個(gè)ω ζ相對(duì)應(yīng)，而ΔΡ與Δ Xl之間有對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說通過傳感器測(cè)量螺線形流管無閥壓電泵中的液體對(duì)于壓電薄膜的沖擊作用 Ax1,就可以得到平臺(tái)受到擾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的角度在Z軸上分量ωζ。這樣，由泵的壓差和轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系就可以得出姿態(tài)變化情況，從而達(dá)到陀螺的作用。3.有益效果本發(fā)明的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作材料來源廣泛、成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)、耗能低、無電磁干擾、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可以大量應(yīng)用于民用運(yùn)載工具的姿態(tài)控制上。


圖1是直角坐標(biāo)系下漸開線示意圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的基于漸開線流管無閥壓電泵的裝配示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的下蓋結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖2A-A向示意圖；圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的上蓋結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5B-B向示意圖；圖7是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意8是壓電薄膜結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施的下蓋結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，本實(shí)施例的基于漸開線流管無閥壓電泵21的陀螺，包括由上蓋3和下蓋5組成的泵體21、設(shè)置在上蓋3與下蓋5之間的泵腔11，以及容納在泵腔11內(nèi)的壓電振子4，還包括設(shè)置在上蓋3與下蓋5之間的第一漸開線流管8和第一連通槽12，所述的第一漸開線流管8 一端與設(shè)置在泵體上的流體進(jìn)口 9 連接，另一端與泵腔11連接，第一漸開線流管8為以流體進(jìn)口 9為中心和起點(diǎn)逆時(shí)針方向設(shè)置的漸開線流管。第一連通槽12的一端與泵腔11連接，另一端與流體出口 13連接；流體進(jìn)口 9通過上蓋3上的進(jìn)口孔15與外界進(jìn)行流體交換，流體出口 13通過上蓋3上的出口孔17進(jìn)行流體交換；流體進(jìn)口 9通過第一導(dǎo)管IA與外界連接，流體出口 13通過第二導(dǎo)管IB與外界連接，所述第一導(dǎo)管IA遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第一壓電薄膜23A，第一壓電薄膜23通過導(dǎo)線與傳感器20A相連接，用于傳導(dǎo)電荷信號(hào)；所述第二導(dǎo)管IB遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第二壓電薄膜23B，第二壓電薄膜2 通過導(dǎo)線與第二傳感器20B相連接， 用于傳導(dǎo)電荷信號(hào)。本實(shí)施例中，下蓋5為矩形鋁板，在其表面蝕刻出漸開線流管槽，上蓋 3為矩形樹脂板，下螺栓孔7、上螺栓孔14、螺栓6和螺帽2相配合，將上蓋3和下蓋5固定在一起。如圖7所示，所述的第一壓電薄膜23A通過第一壓電薄膜固定件22A固定在第一導(dǎo)管IA的頂端；第二壓電薄膜2 通過第二壓電薄膜固定件22B固定在第二導(dǎo)管IB的頂端。如圖3所示，第一漸開線流管8通過第二連通槽10與泵腔11連接。如圖4所示，流體進(jìn)口 9和流體出口 13位于泵腔11的兩側(cè)，也可以以泵腔的中心線為對(duì)稱軸相對(duì)稱。泵腔11截面呈圓形。如圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)施例的泵腔11由設(shè)置在下蓋5上的第一凹槽111和設(shè)置在上蓋3上的第二凹槽112封閉組成，所述的壓電振子4容納在第二凹槽42內(nèi)，第二凹槽42為設(shè)在上蓋3上的階梯形槽16。本實(shí)施例的陀螺工作過程如下對(duì)壓電振子4施加交流電壓，壓電振子在逆壓電效應(yīng)下在平衡位置兩側(cè)產(chǎn)生軸向振動(dòng)，軸向振動(dòng)位移引起泵腔容積變化。把泵的一個(gè)工作周期分為兩個(gè)階段從下死點(diǎn)(壓電振子4向下遠(yuǎn)離平衡位置的最大位移)經(jīng)平衡位置到達(dá)上死點(diǎn)(壓電振子4向上離平衡位置的最大位移)為泵的吸程階段；從上死點(diǎn)經(jīng)平衡位置到達(dá)下死點(diǎn)為泵的排程階段。當(dāng)泵處于吸程時(shí)，泵腔容積變大，壓強(qiáng)變小，在負(fù)壓作用下第一連通槽12和第二連通槽10中的流體向泵腔中流動(dòng)，從流體進(jìn)口 9流進(jìn)的流體經(jīng)過第
6一漸開線流管8時(shí)，由于受到地球科氏力和自旋科氏力的影響，螺線流管的螺線曲率變化方向是逐漸減小的，相對(duì)與螺線曲率逐漸增大的過程，對(duì)流體的流動(dòng)阻礙小，那么進(jìn)入泵腔的流量相對(duì)大些，當(dāng)泵進(jìn)入排程時(shí)，泵腔容積變小，在壓力下泵腔中的流體向兩側(cè)連通槽流出，當(dāng)從泵腔向平面螺線流管8流動(dòng)的流體經(jīng)過螺線流管時(shí)，由于受到地球科氏力和自旋科氏力作用的影響是螺線的曲率逐漸增大的過程，相對(duì)螺線曲率逐漸減小，此刻第一漸開線螺線流管8對(duì)流體的阻礙程度大，那么從泵腔向第一漸開線螺線流管8流出的流量就會(huì)相對(duì)較小，往返的過程中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)流量差，由于泵腔吸程和排程體積變化基本相等，那么就會(huì)使得由泵腔向第一連通槽12流出的流量大于由第二連通槽10向泵腔11流入的流量，整個(gè)周期會(huì)產(chǎn)生一個(gè)單向運(yùn)動(dòng)的凈流量，當(dāng)壓電振子4連續(xù)振動(dòng)，流體在宏觀上就表現(xiàn)出單向流動(dòng)，從而形成泵的功能。當(dāng)我們給壓電振子4固定的輸入條件時(shí)候，那么流管IA 中的流體液面高度就會(huì)一定，對(duì)于壓電薄膜的沖擊作用也是大致一樣的，反映在電荷傳感器中數(shù)值也是一個(gè)變化幅度比較小的恒值，如果承載平臺(tái)受到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的影響，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)中的漸開線流管無閥壓電泵21性能產(chǎn)生影響，若對(duì)流體順時(shí)針流動(dòng)方向產(chǎn)生加強(qiáng)作用而對(duì)逆時(shí)針流動(dòng)產(chǎn)生減弱作用，那么就會(huì)提高本泵的輸出性能，使得出口流管IB中的液體液面上升，液面對(duì)于安裝在流管中的壓電薄膜沖擊也會(huì)提升，若對(duì)流體逆時(shí)針流動(dòng)方向產(chǎn)生加強(qiáng)作用而對(duì)順時(shí)針流動(dòng)產(chǎn)生減弱作用，那么就會(huì)降低本泵的輸出性能， 使得出口的液體液面下降，液面對(duì)于安裝在其中的壓電薄膜沖擊也會(huì)減弱，總體上說轉(zhuǎn)動(dòng)角速度對(duì)流體流動(dòng)方向產(chǎn)生作用，那么就會(huì)對(duì)泵的輸出性能產(chǎn)生影響，使得流管1A、1B中的液體液面產(chǎn)生變化，液面對(duì)于安裝在其中的壓電薄膜沖擊也會(huì)變化，根據(jù)電荷傳感器對(duì)于壓電薄膜由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷變化測(cè)量出來數(shù)值，根據(jù)兩邊測(cè)量出的數(shù)據(jù)就可以得出泵的壓差變化，根據(jù)初試測(cè)定的泵的壓差和轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系就可以得出轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)，從而達(dá)到陀螺的作用。實(shí)施例二 本實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一基本相同，不同的是本實(shí)施例中，如圖9所示，在壓電泵21部分，具有兩個(gè)漸開線流管，即第一漸開線流管8、第二漸開線流管8A ；所述的第一平面漸開線流管8為以流體進(jìn)口 9為中心和起點(diǎn)順時(shí)針方向設(shè)置的漸開線流管，第二平面漸開線流管8A為以流體出口 13為中心和起點(diǎn)逆時(shí)針方向設(shè)置的漸開線形流管。本實(shí)施例的陀螺工作時(shí)，把壓電陶瓷片和金屬片作為兩極，向壓電振子4通交流電時(shí)，壓電陶瓷片會(huì)產(chǎn)生沿其徑向的伸縮變形，由于壓電陶瓷片和金屬片粘結(jié)成一體，并且壓電陶瓷片和金屬片的徑向伸縮不同，所以當(dāng)壓電陶瓷片產(chǎn)生沿徑向的伸縮變形時(shí)，金屬片也會(huì)產(chǎn)生伸縮變形，且伸縮方向與壓電陶瓷片相反，則壓電振子4必然會(huì)產(chǎn)生沿軸向(壓電陶瓷片的法向方向)的往復(fù)變形振動(dòng)，把壓電振子4作為壓電泵的動(dòng)力源，隨著壓電振子的軸向往復(fù)變形振動(dòng)，從而導(dǎo)致泵腔4的體積周期性變化。由于流體的運(yùn)動(dòng)受地球自轉(zhuǎn)的影響，以及流體自身沿漸開線流管運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生科氏力，對(duì)沿逆時(shí)針和順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的流體產(chǎn)生不同作用，使從流體進(jìn)口流入和從流體出口流出的流體所受的阻力不相同， 而流入或流出流體的體積大小又與流管的流阻大小成反比，所以當(dāng)泵腔11體積增大時(shí)，流體從第一漸開線流管8和第二漸開線流管8A流入泵腔11，此時(shí)壓電泵處于吸程階段，但從兩流管流入泵腔的流體體積不相同；當(dāng)泵腔11體積減小時(shí)，流體從第一漸開線流管8和第二漸開線流管8A流出泵腔11，此時(shí)壓電泵處于排出階段，但從兩流管流出泵腔的流體體積不相同；分析從兩流管在壓電泵處于吸入和排出階段時(shí)，流入和流出的流體體積的多少可以概括為在壓電泵處于吸入階段，流入流體體積多的，則在壓電泵處于排出階段時(shí)流出流體的體積少；在壓電泵處于吸入階段是流入流體體積少的，則在壓電泵處于排出階段時(shí)流出流體的體積多；從宏觀上看，壓電泵總是使流體從一個(gè)流管流入，從另一個(gè)流管流出，從而實(shí)現(xiàn)了流體的單向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了泵的功能。當(dāng)給壓電振子4固定的輸入條件時(shí)候，那么流管IA中的流體液面高度就會(huì)一定，對(duì)于壓電薄膜的沖擊作用也是大致一樣的，反映在電荷傳感器中數(shù)值也是一個(gè)變化幅度比較小的恒值，如果承載平臺(tái)受到轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的影響， 整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)對(duì)陀螺結(jié)構(gòu)中的漸開線流管無閥壓電泵21性能產(chǎn)生影響，若對(duì)流體順時(shí)針流動(dòng)方向產(chǎn)生加強(qiáng)作用而對(duì)逆時(shí)針流動(dòng)產(chǎn)生減弱作用，那么就會(huì)提高本泵的輸出性能，使得出口流管IB中的液體液面上升，液面對(duì)于安裝在流管中的壓電薄膜沖擊也會(huì)提升，若對(duì)流體逆時(shí)針流動(dòng)方向產(chǎn)生加強(qiáng)作用而對(duì)順時(shí)針流動(dòng)產(chǎn)生減弱作用，那么就會(huì)降低本泵的輸出性能，使得出口的液體液面下降，液面對(duì)于安裝在其中的壓電薄膜沖擊也會(huì)減弱，總體上說轉(zhuǎn)動(dòng)角速度對(duì)流體流動(dòng)方向產(chǎn)生作用，那么就會(huì)對(duì)泵的輸出性能產(chǎn)生影響，使得流管1A、1B 中的液體液面產(chǎn)生變化，液面對(duì)于安裝在其中的壓電薄膜23沖擊也會(huì)變化，根據(jù)電荷傳感器對(duì)于壓電薄膜由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷變化測(cè)量出來數(shù)值，根據(jù)兩邊測(cè)量出的數(shù)據(jù)就可以得出泵的壓差變化，根據(jù)初試測(cè)定的泵的壓差和轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系就可以得出轉(zhuǎn)動(dòng)姿態(tài)，從而達(dá)到陀螺的作用。
權(quán)利要求
1.一種基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，包括由上蓋(3)和下蓋(5)組成的泵體、設(shè)置在上蓋(3)與下蓋(5)之間的泵腔(11)，以及容納在泵腔(11)內(nèi)的壓電振子(4)，其特征在于，還包括設(shè)置在上蓋(3)與下蓋(5)之間的第一漸開線流管(8)和第一連通槽(12)，所述的第一漸開線流管(8)—端與設(shè)置在泵體上的流體進(jìn)口(9)連接，另一端與泵腔(11)連接，第一連通槽(12)的一端與泵腔(11)連接，另一端與流體出口(13)連接；流體進(jìn)口(9)通過第一流管(1A)與外界連接，流體出口( 13)通過第二流管(1B)與外界連接，所述第一流管 (IA)遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第一壓電薄膜(23A)，第一壓電薄膜(23A)通過導(dǎo)線與傳感器(20 A)相連接；所述第二流管(IB)遠(yuǎn)離流體進(jìn)口的頂端設(shè)置有第二壓電薄膜(2!3B)， 第二壓電薄膜(23B)通過導(dǎo)線與第二傳感器(20 B)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的第一壓電薄膜(23A)通過第一壓電薄膜固定件(22A)固定在第一流管(IA)的頂端；第二壓電薄膜(23B )通過第二壓電薄膜固定件(22B )固定在第二流管(IB)的頂端。
3.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的第一漸開線流管(8 )通過第二連通槽(10 )與泵腔(11)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，第一連通槽 (12)通過第二漸開線流管(8A)與流體出口(13)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的第一漸開線流管(8)為以流體進(jìn)口(9)為中心和起點(diǎn)順時(shí)針方向設(shè)置的漸開線形流管。
6.如權(quán)利要求4所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的第二漸開線流管(8A)為以流體出口(13)為中心和起點(diǎn)逆時(shí)針方向設(shè)置的漸開線流管。
7.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的流體進(jìn)口(9)和流體出口(13)以泵腔(11)的中心線為對(duì)稱軸相對(duì)稱。
8.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線形流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的泵腔(11)由設(shè)置在下蓋(5)上的第一凹槽(111)和設(shè)置在上蓋(3)上的第二凹槽(112)封閉組成，所述的壓電振子(4)容納在第二凹槽(112)內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的泵腔 (11)設(shè)置在下蓋(5)上并且開口朝向上蓋(3)。
10.如權(quán)利要求1所述的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，其特征在于，所述的泵腔 (11)截面呈圓形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，由漸開線流管無閥壓電泵、壓差測(cè)量器件組成；本發(fā)明涉及的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺，可以利用壓差測(cè)量器件，通過測(cè)量壓電泵輸出的壓差來感知外界擾動(dòng)的角速度，從而使?jié)u開線流管無閥壓電泵具有了陀螺性質(zhì)。本發(fā)明所涉及的基于漸開線流管無閥壓電泵的陀螺具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作材料來源廣泛、成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)、耗能低、無電磁干擾、靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，可以大量應(yīng)用于民用運(yùn)載工具的姿態(tài)控制上。
文檔編號(hào)F04B43/04GK102252667SQ20111016812
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者冷雪飛, 姜燕, 張建輝 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)