[發明專利]微熱流陀螺儀

無效

• 申請號: 200610030960.8
• 申請日: 2006-09-08
• 公開（公告）號: CN101140165A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 劉勝;艾葉;羅小兵
• 申請（專利權）人: 劉勝
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56;G01P9/04
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種傳感器，特別涉及一種檢測角速度的微熱流陀螺儀。

技術背景

陀螺儀在各個領域中已經得到廣泛應用，如軍事上可用于導彈慣性制導、工業上可用于汽車或機器人運動監測以及各類消費電子產品等。對小尺寸、低成本、高性能和高可靠性微機械陀螺儀的極大需求將促進這類產品的產業化。目前已經研制出的微機械陀螺儀加工工藝較復雜，其原理一般基于電容、壓電效應造成電路復雜，導致其成本居高不下。

美國專利5012676提出了一種氣體陀螺儀。它以泵為核心工作部件，基于哥式力作用下的射流與對稱布置的熱敏器件對流傳熱有差異來檢測角速度。當無角速度時，射流不偏轉，兩熱敏器件檢測的溫度相同；當存在角速度時，射流偏轉，兩熱敏器件檢測的溫度存在差異，通過測量溫差獲得角速度。該陀螺儀存在一個缺點：在非勻角速度的情況下，哥式力和角加速度引起的切向力都將導致射流偏轉，因此，熱敏器件間的溫差同時包含角速度和角加速度信息。

中國專利01129222.9提出了一種以氣體為工作流體的雙向合成噴射流陀螺儀。它采用合成噴產生兩股速度大小相同，速度方向相反的射流，由對稱布置在腔體中心線兩側的一對或多對熱敏器件檢測射流偏轉，從而獲得角速度信息，這種陀螺可以剔除角加速度。

上述兩種氣體陀螺儀都是通過射流偏轉導致熱敏器件存在溫差來檢測角速度。射流的哥式加速度a_k＝-2ω×V，為了在小角速度時獲得較高的檢測精度，射流的速度應當足夠大，但當角速度也較大時，射流偏轉距離可能超出腔體空間尺寸。可見，通過射流偏轉檢測角速度其檢測精度和量程是相互矛盾的，不能同時達到最優。另外，上述的兩種陀螺加工較復雜，需要進行精密的裝配。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足之處，本發明提供了一種微熱流陀螺儀，該微熱流陀螺儀為雙向流體分流通道結構，適用于勻角速度和非勻角速度、能有效減小離心力耦合對檢測精度的負面影響，并且使檢測精度和量程可以同時達到優化。為實現上述目的，本發明采用的技術方案是，一種微熱流陀螺儀，主要包括：外殼、基體、熱敏器件、檢測驅動電路，其特征在于基體上設有腔體、第一錐形收縮管、第二錐形收縮管、第三錐形收縮管、第四錐形收縮管、第一錐形擴散管、第二錐形擴散管、第一緩沖腔、第二緩沖腔，第一主微流通道、第二主微流通道、第一分流通道、第二分流通道、第三分流通道、第四分流通道、回流管道，腔體位于基體的中心，第一錐形收縮管、第二錐形收縮管通過腔體、第一錐形擴散管、第一緩沖腔、第一主微流通道分別與第一分流通道、第二分流通道相連通，再接到回流管道，第一熱敏器件、第二熱敏器件分別對稱置于第一分流通道、第二分流通道中，第三錐形收縮管、第四錐形收縮管通過腔體、第二錐形擴散管、第二緩沖腔、第二主微流通道分別與第三分流通道、第四分流通道相連通，再接到回流管道，第三熱敏器件、第四熱敏器件分別對稱置于第三分流通道、第四分流通道中，由第一驅動膜與第一基底膜相貼構成的第一振動膜和由第二驅動膜與第二基底膜相貼構成的第二振動膜位于腔體和外殼之間，第一檢測驅動電路用于檢測第一熱敏器件與第二熱敏器件的溫度差以及驅動第一驅動膜，第二檢測驅動電路用于檢測第三熱敏器件與第四熱敏器件的溫度差以及驅動第二驅動膜。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

(1)采用雙向流體分流通道結構，可以剔除角加速度信息減小離心力負面影響，有角速度時，在一對熱敏器件中，一個溫度上升一個溫度下降，這種差動檢測精度是普通檢測方式的兩倍。

(2)流體與熱敏器件之間的對流傳熱效率高于射流結構，檢測精度也相應得到提高。

(3)工作流體可為液體，液體對流傳熱效果比氣體更優，可提高檢測精度。

4)本發明陀螺儀在存在角速度情況下，分流通道流量不同，導致對流傳熱效果不同，即使角速度很大，兩分流通道也有流體流動，因此這種陀螺儀的量程很大。

(5)采用微加工技術，加工工藝簡單，成本大大降低，利于大規模生產。

(6)由于不需要射流結構中的偏轉腔體，陀螺儀整體尺寸可以進一步縮小。

附圖說明

圖1本發明的結構示意圖；

圖2本發明的圖1中的A-A剖面圖；

圖3本發明的雙向流體檢測角速度的原理示意圖；

圖4本發明的實施例數值模擬得到的第一分流通道與第二分流通道的流量差與角速度的關系圖。