專利名稱：分子型液環(huán)式角加速度計的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種角加速度計，特別是利用液體雙電層理論及動電學理論研制而成的一種分子型液環(huán)式角加速度計。
本實用新型的技術解決方案是分子型液環(huán)式角加速度計的特點在于利用液體雙電層理論及動電學理論，用來敏感輸入軸方向的角加速度輸入信號，并輸出與該角加速度信號成正比的電信號，該角加速度計是由液環(huán)和放大器組成，其中液環(huán)包括環(huán)圈、溶劑補償器、工作液體、其上分布有微小孔隙的轉(zhuǎn)換器和電極，工作液體充滿在環(huán)圈內(nèi)，環(huán)圈的內(nèi)環(huán)與溶劑補償器相連接，并通過一毛細管相連通，轉(zhuǎn)換器鑲嵌在環(huán)圈內(nèi)，轉(zhuǎn)換器兩側(cè)裝有電極，電極與放大器相連接。
在電學領域中，有一種電動現(xiàn)象稱流動電勢效應(也稱“Quincke”效應)，即當液體通過多孔性物質(zhì)流動時，在多孔物質(zhì)的兩端產(chǎn)生電位差。本實用新型的工作原理就是建立在上述效應的基礎上液環(huán)內(nèi)的工作液體作為慣性質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)換器運動時，液體的流動轉(zhuǎn)移“轉(zhuǎn)換器—液體”界面處的電荷，由于“Quincke”效應，液體的慣性運動直接轉(zhuǎn)換為與角加速度信號相對應的電信號。大多數(shù)物質(zhì)與極性介質(zhì)(例如水、丙酮等)接觸，它們的表面都會帶上電荷，在固-液界面上固體表面帶電影響表面附近工作液體中的電荷的分布，同號電荷相斥，異號電荷相吸，形成電荷的相互分離的趨勢，同時，熱運動使兩種電荷恢復到均勻混合趨勢，在兩種相反的趨勢的綜合作用下，過剩的異號電荷將以擴散的方式分布在帶電表面附近的極性介質(zhì)中，從而在帶電表面處形成雙電層。當工作液體充滿轉(zhuǎn)換器的毛細孔隙時，形成的雙電層中部分電荷與固體非剛性連接，處于運動狀態(tài)，導致在充滿工作液體的轉(zhuǎn)換器孔隙中存在大量的剩余單極帶電離子。當角加速度計液環(huán)內(nèi)液體受到壓力作用通過轉(zhuǎn)換器形成流動時，這些離子被運動著的液體帶動，在毛細管中形成電離子流，通過電極上的電化學反應或雙層電極電容的再充電，該離子流轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賹Ь€電流，此電流經(jīng)前置放大器的負載電阻輸出一個電壓值，這樣，外加的角加速度與輸出的電壓便產(chǎn)生了聯(lián)系。
本實用新型與其它類型角加速度計相比(如微分式機械電磁類角加速度計)，具有以下特點a.結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，無任何機械轉(zhuǎn)動部件；b.頻帶寬，靈敏度在低頻段也較好；c.對垂直方向的交叉耦合小于1％，對線加速度不敏感，且安裝方便；d.準備時間短，僅為5s；e.能夠?qū)﹄S動系統(tǒng)極性變化進行測量，其它儀表無法替代；f.無精密機加件，機械部件少，非磁性材料，因此可靠性高，抗干擾能力強。
g.采用這種結(jié)構(gòu)制作的角加速度計壽命長，不易失效。
圖2為本實用新型工作原理圖，圖3為本實用新型中電化學系統(tǒng)的等效電路圖；圖4為本實用新型中放大電路原理圖。
如

圖1、2所示，本實用新型實施例由液環(huán)和放大器構(gòu)成，液環(huán)包括工作液體1、環(huán)圈2、溶劑補償器4、電極5和轉(zhuǎn)換器6，環(huán)圈2和溶劑補償器4的材料是由玻璃或金屬(如不銹鋼等)制成，其相互間通過熔結(jié)或焊接的方式連接在一起，并以一根毛細管3相連通，環(huán)圈2內(nèi)充滿工作液體1，工作液體1由丙酮或丙酮中添加甲苯等有機溶劑組成；當溫度發(fā)生改變時，工作液體1的體積發(fā)生改變，通過毛細管3實現(xiàn)環(huán)圈2內(nèi)的液體與溶劑補償器4內(nèi)液體的相互連接，填補因溫度的變化產(chǎn)生的環(huán)圈2內(nèi)液體的體積變化(毛細管內(nèi)徑很小，氣泡無法進入環(huán)圈2內(nèi))。在環(huán)圈2內(nèi)鑲嵌著一片轉(zhuǎn)換器6，轉(zhuǎn)換器6是由硅酸鹽玻璃或氧化陶瓷等絕緣材料燒結(jié)而成，其內(nèi)部分布著大量的毛細孔隙，轉(zhuǎn)換器6兩側(cè)各緊貼一開口環(huán)型或網(wǎng)狀鉑電極5，該電極5與放大器相連接。
當工作液體1充滿轉(zhuǎn)換器6的毛細孔隙時，在轉(zhuǎn)換器6和工作液體1的界面上由于相間電荷分離產(chǎn)生雙電層，雙電層中部分電荷與轉(zhuǎn)換器6非剛性連接，處于運動狀態(tài)，導致在充滿工作液體的轉(zhuǎn)換器內(nèi)毛細孔隙中存在大量的剩余單極帶電離子，從而工作液體形成極性。當本實用新型液環(huán)2內(nèi)工作液體1受到壓力作用通過轉(zhuǎn)換器6時，這些離子被運動著的極性液體帶動，在毛細管中形成離子流，通過電極5上的電化學反應，該離子流轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賹Ь€電流，此電流經(jīng)放大器的負載電阻輸出電壓值。
如圖3所示，電化學系統(tǒng)的過程可以用電路圖來描述，實現(xiàn)上是電極表面的雙層電容充放電過程，即轉(zhuǎn)換器6的毛細孔隙中剩余單極帶電離子因流動形成的離子流通過電極的電化學反應轉(zhuǎn)換成導線的電流這一過程。
如圖4所示，放大器電路主要由運算放大器amp及其外圍電路組成，其功能包括反饋放大和溫度補償，考慮到噪聲的因素，運算放大器amp可以選取場效應三極管集成運放和雙極性三極管集成運放。溫度補償?shù)哪康氖菍σ蚬ぷ饕后w隨溫度變化而導致電極輸出信號的變化，選取三極管的熱敏特性來作為溫度補償器。整個電路是采取T型網(wǎng)絡的思路。
權利要求1.分子型液環(huán)式角加速度計，其特征在于由液環(huán)和放大器組成，液環(huán)包括環(huán)圈、溶劑補償器、工作液體、其上分布有微小孔隙的轉(zhuǎn)換器和電極，工作液體充滿在環(huán)圈內(nèi)，環(huán)圈的內(nèi)環(huán)與溶劑補償器相連接，并通過一毛細管相連通，轉(zhuǎn)換器鑲嵌在環(huán)圈內(nèi)，轉(zhuǎn)換器的兩側(cè)裝有電極，電極與放大器相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的分子型液環(huán)式角加速度計，其特征在于環(huán)圈和溶劑補償器由玻璃或金屬制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的分子型液環(huán)式角加速度計，其特征在于工作液體由丙酮或丙酮中添加甲苯有機溶劑構(gòu)成。
4.根據(jù)權利要求1所述的分子型液環(huán)式角加速度計，其特征在于帶有微小孔隙的轉(zhuǎn)換器由硅酸鹽玻璃或氧化陶瓷絕緣材料燒結(jié)而成。
專利摘要分子型液環(huán)式角加速度計利用液體雙電層理論及動電學理論，用來敏感輸入軸方向的角加速度輸入信號，并輸出與該角加速度信號成正比的電信號，它主要由液環(huán)及放大器構(gòu)成，液環(huán)是其核心部分，它包括環(huán)圈、溶劑補償器、工作液體、其上分布有許多微小孔隙轉(zhuǎn)換器和電極，工作液體充滿在環(huán)圈內(nèi)，環(huán)圈的內(nèi)環(huán)與溶劑補償器相連接，并通過一毛細管相連通，轉(zhuǎn)換器鑲嵌在環(huán)圈內(nèi)，轉(zhuǎn)換器兩側(cè)各緊貼一環(huán)型或網(wǎng)狀電極，電極與放大器相連接。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、安裝方便、準備時間短、無任何機械轉(zhuǎn)動部件、對隨動系統(tǒng)的極性測量等諸多特點；對于提高控制的可靠性、抗干擾能力等都具有較大的優(yōu)點。
文檔編號G01D21/00GK2534560SQ0220860
公開日2003年2月5日 申請日期2002年4月3日 優(yōu)先權日2002年4月3日
發(fā)明者洪峰, 吳向榮, 周蜜, 孫榮凱 申請人:中國航天科工集團第三研究院第三十三研究所