人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于加速度傳感器技術(shù)，特別是一種人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]加速度傳感器作為傳感器的一個(gè)重要分支，主要應(yīng)用于控制系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)，廣泛用于航空航天、武器系統(tǒng)、汽車、消費(fèi)電子等。加速度傳感器按測(cè)量的維數(shù)可分為單維和多維加速度傳感器。當(dāng)前單維加速度傳感器己相當(dāng)成熟，已有很多品種，且已商品化。多維加速度傳感器，由于其能夠準(zhǔn)確、靈敏地反應(yīng)物體運(yùn)動(dòng)的變化情況，使得其在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、交通運(yùn)輸工具、導(dǎo)航制導(dǎo)設(shè)備等有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]2012年王志軍在《燕山大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了雙層預(yù)緊式六維力傳感器動(dòng)態(tài)性能的理論與實(shí)驗(yàn)研究，建立了該傳感器的振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型，基于螺旋理論和多自由度系統(tǒng)振動(dòng)學(xué)推導(dǎo)了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程。2013年李亞娟在《哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了六維力傳感器的數(shù)字化應(yīng)變檢測(cè)及在線標(biāo)定研究，最后實(shí)現(xiàn)了基于應(yīng)變檢測(cè)電路的微型六維力傳感器的機(jī)電一體化集成設(shè)計(jì)，并利用從運(yùn)動(dòng)復(fù)原形狀的方法對(duì)微型六維力傳感器的進(jìn)行了標(biāo)定和解耦。2014年朱文超在《安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了六維力傳感器數(shù)字濾波研究，構(gòu)建了六維力傳感器的狀態(tài)模型，采用合適的數(shù)字濾波算法消除傳感器輸出信號(hào)中的系統(tǒng)測(cè)量噪聲。
[0004]上述基于電容式、壓阻式和光電式等多維加速度傳感器主要是通過獲取由彈性單元和阻尼單元連接在殼體上的單一慣性質(zhì)量相對(duì)殼體的位移或彈性單元的應(yīng)變實(shí)現(xiàn)六維加速度的傳感器，均存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和制作工藝要求高等缺點(diǎn)，而不能實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)量物體移動(dòng)時(shí)的線加速度和角加速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，能夠測(cè)量多維旋轉(zhuǎn)加速度且測(cè)量精度高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝要求低。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，包括一根以上中空的彎曲管道，該管道兩端和一個(gè)密封的容器相連通，管道和容器內(nèi)充滿絕緣液，每根管道內(nèi)部的壺腹嵴上設(shè)置一個(gè)以上凸起的纖維裝置。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):將多根壓電纖維并聯(lián)起來做成一個(gè)整體，使其一端固定于基座上，一端自由，使其成懸臂梁結(jié)構(gòu)，將其整體嵌入軟管(仿半規(guī)管)中，使其自由端金屬芯浸入絕緣液(仿半規(guī)管中的淋巴液)中，這樣分為三個(gè)以空間坐標(biāo)系格局分布，來感知不同方向的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)整個(gè)裝置受到旋轉(zhuǎn)作用時(shí)，三個(gè)方向的纖維裝置就會(huì)發(fā)生不同的形變，由于電極位置的不同，電極上產(chǎn)生的電荷或電壓是不同的。這樣通過電荷放大器和處理單元分析三根纖維的極性和數(shù)值就可以判斷多維旋轉(zhuǎn)加速度的方向和大小。
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明中壓電纖維的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3是本發(fā)明纖維裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]結(jié)合圖1，本發(fā)明人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，包括一根以上中空的彎曲管道4 (就是指軟管，即仿半規(guī)管)，該管道兩端和一個(gè)密封的容器6相連通，管道和容器內(nèi)充滿絕緣液9 (又稱仿半規(guī)管中的淋巴液)，每根管道內(nèi)部的壺腹嵴7上設(shè)置一個(gè)以上凸起的纖維裝置5。
[0013]結(jié)合圖1，所述管道可以為三根，每根管道的中心線在一個(gè)平面上，三根管道的中心線所在平面相互垂直。三根管道設(shè)置了纖維裝置后，這樣本發(fā)明旋轉(zhuǎn)加速度傳感器分為三個(gè)以空間坐標(biāo)系格局分布，來感知不同方向的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)整個(gè)裝置受到旋轉(zhuǎn)作用時(shí)，三個(gè)方向的纖維裝置就會(huì)發(fā)生不同的形變，由于電極位置的不同，電極上產(chǎn)生的電荷或電壓是不同的。這樣通過三根纖維的極性和數(shù)值就可以判斷多維旋轉(zhuǎn)加速度的方向和大小。所述管道4沿中心線的截面形狀為圓形、卵形或橢圓形，管道垂直中心線的截面形狀為圓形、卵形、橢圓形、三角形或多邊形，管道的材料為金屬、橡膠、塑料或復(fù)合材料。
[0014]結(jié)合圖2和圖3，設(shè)置在管道4內(nèi)的纖維裝置5為一根以上壓電纖維11并聯(lián)起來做成一個(gè)整體，該壓電纖維一端固定于基座10上，另一端自由成懸臂梁結(jié)構(gòu)的自由端，該自由端的金屬芯浸入絕緣液9中；固定在基座10上的壓電纖維表面上包裹一層塑形材料8(材料可以是柔性膠)，該塑形材料8伸入管道內(nèi)部與管道內(nèi)壁直接接觸或留有間隙，塑形材料8的底部和管道內(nèi)壁密封。上述壓電纖維11為一根金屬芯2的外面包裹著壓電材料1，在壓電材料1縱向表面涂鍍有導(dǎo)電層作為表面電極3。壓電纖維11的材料選PVDF聚偏氟乙烯，壓電材料可以為壓電陶瓷或壓電聚合物。所述纖維形狀為細(xì)長(zhǎng)圓柱體。所述壓電材料在沿極化方向作用力下產(chǎn)生電荷，壓電材料兩極通過導(dǎo)線分別連接到各通道電荷放大器輸入端進(jìn)行后續(xù)處理。所述電荷放大器主要實(shí)現(xiàn)阻抗變換及對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、放大，并與信號(hào)采集與處理單元連接。所述信號(hào)采集與處理單元是實(shí)現(xiàn)電荷放大器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，將壓電纖維的一端連接到電荷放大器的輸入端，信號(hào)采集與處理單元與電腦連接。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性，絕緣液9開始流動(dòng)，從而沖擊到浸入絕緣液中的塑形材料8，空間三個(gè)方向的纖維裝置發(fā)生不同的形變，在電腦對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，再根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字信號(hào)處理器的加速度求解算法進(jìn)行計(jì)算，獲取并輸出被測(cè)對(duì)象的加速度信息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，其特征在于包括一根以上中空的彎曲管道(4 )，該管道兩端和一個(gè)密封的容器(6 )相連通，管道和容器內(nèi)充滿絕緣液(9 )，每根管道內(nèi)部的壺腹嵴(7)上設(shè)置一個(gè)以上凸起的纖維裝置(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，其特征在于所述管道為三根，每根管道的中心線在一個(gè)平面上，三根管道的中心線所在平面相互垂直。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，其特征在于所述管道沿中心線的截面形狀為圓形、卵形或橢圓形，管道垂直中心線的截面形狀為圓形、卵形、橢圓形、三角形或多邊形，管道的材料為金屬、橡膠、塑料或復(fù)合材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，其特征在于纖維裝置(5 )為一根以上壓電纖維(11)并聯(lián)起來做成一個(gè)整體，該壓電纖維一端固定于基座(10)上，另一端自由成懸臂梁結(jié)構(gòu)的自由端，該自由端的金屬芯浸入絕緣液(9)中；固定在基座(10)上的壓電纖維表面上包裹一層塑形材料(8)，該塑形材料(8)伸入管道內(nèi)部與管道內(nèi)壁直接接觸或留有間隙，塑形材料(8)的底部和管道內(nèi)壁密封。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，其特征在于壓電纖維為一根金屬芯(2)的外面包裹著壓電材料(1)，在壓電材料(1)縱向表面涂鍍有導(dǎo)電層作為表面電極(3)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人工纖毛的仿耳蝸半規(guī)管旋轉(zhuǎn)加速度傳感器，包括一根以上中空的彎曲管道，該管道兩端和一個(gè)密封的容器相連通，管道和容器內(nèi)充滿絕緣液，每根管道內(nèi)部的壺腹嵴上設(shè)置一個(gè)以上凸起的纖維裝置。本發(fā)明傳感器分為三個(gè)以空間坐標(biāo)系格局分布，來感知不同方向的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)整個(gè)裝置受到旋轉(zhuǎn)作用時(shí)，三個(gè)方向的纖維裝置就會(huì)發(fā)生不同的形變，由于電極位置的不同，電極上產(chǎn)生的電荷或電壓是不同的。這樣通過電荷放大器和處理單元分析三根纖維的極性和數(shù)值就可以判斷多維旋轉(zhuǎn)加速度的方向和大小。
【IPC分類】G01P15/18
【公開號(hào)】CN105388325
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510750074
【發(fā)明人】邊義祥, 張延軍, 王昌龍
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州大學(xué)
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日