[發明專利]基于納米超疏油效應的液浮轉子式微陀螺

無效

• 申請號: 201110416965.5
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN102564408A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張海峰;劉曉為;趙振剛;董長春;汪東博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C19/02
• 分類號: G01C19/02;G01C19/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種式微陀螺的結構，具體是一種基于納米超疏油效應的液浮轉子式微陀螺。

背景技術

陀螺是一種測量物體相對于慣性空間角度或速率的傳感裝置。MEMS微陀螺是MEMS技術和慣性技術相結合的產物，是未來陀螺技術的主要發展方向之一。MEMS微陀螺具有體積小、重量輕、功耗低、抗沖擊、能適用于較為惡劣的環境條件等優點，已經成為為航空、航天、微小型武器裝備等領域導航、制導、控制系統中重要的核心器件。

當前微陀螺主要采用振動式結構，振動式陀螺通常采用靜電或電磁力驅動，使活動質量塊閉環諧振在機械敏感結構的諧振頻率上，從而使活動質量塊在單位時間內產生最大位移，進而獲取微機械陀螺的最大信噪比，然而由于敏感結構的品質因子較低，致使諧振頻率穩定性較差，而為提高敏感結構品質因子所采用的真空封裝由于漏氣使得微陀螺可靠性、長期穩定性下降。其次，由于角速度引起的電荷變化極其微弱，受信號拾取電路與敏感結構之間極限噪聲優化參數的限制，使微陀螺的信噪比很難有較大突破。此外，敏感結構的工藝偏差使得機械耦合(正交耦合、寄生哥氏力)非常嚴重，振動式陀螺的工作原理和加工工藝嚴重制約著性能的提高。近些年來，人們將注意力放到了懸浮轉子微陀螺中。利用電磁力或靜電力使轉子懸浮起來，可以提高微陀螺質量塊的運動速度，在理論上，懸浮轉子式微陀螺相對于振動式微陀螺具有更大的哥氏力和更高的靈敏度，且可實現雙軸角速度和三軸加速度測量。但由于傳統的懸浮轉子陀螺使用電磁力或靜電力使轉子懸浮起來，轉子的體積非常小，轉子轉速和穩定性的受到限制，旋轉式微陀螺精度并沒有明顯的改善。

隨著納米技術的不斷發展，采用納米材料制作的超親油與超疏油性薄膜可以減小固液表面的阻力，比如科學家從自然仿生荷葉表面超疏水現象出發，采用納米SiO₂粒子復合改性含氟化合物，制備了一系列具有超疏水性的材料；用硅烷偶聯劑修飾納米SiO₂粒子，再用六氟丙烯三聚體對乙烯基苯基醚(C₉F₁₇OC₆H₄CH＝CH₂)進行表面接枝聚合，制備了具有超疏水疏油性的材料，水的接觸角為174.8°，滾動角小于2°。本發明就是利用超疏與懸浮陀螺技術相結合，提出了一種利用超疏效應減阻，液體懸浮的轉子式新型微陀螺。與傳統懸浮陀螺相比較，該陀螺具有工藝簡單，轉子易于驅動、哥氏力大等特點。

發明內容

本發明的目的是公開一種新的陀螺傳感器結構，它可以利用納米超親油和納米超疏油效應，并通過將轉子制作成中空結構。采用表面張力將轉子懸浮起來，使用電磁驅動使轉子高速旋轉起來，有利于降低驅動難度，提高轉子轉速與穩定性，提高陀螺性能。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于納米超疏油效應的液浮轉子式微陀螺，包括上蓋片(5-1)、下蓋片(5-2)、內壁采用超親油材料的密封腔體(2)、能夠牢固的吸附在密封腔腔體(2)內壁上的汽化溫度在120℃以上的油(3)、由永磁性材料制成并且表面經過納米超疏油處理過的轉子(4)和4個纏繞有驅動線圈的電磁驅動定子(1)，4個定子上纏繞的驅動線圈匝數完全相同，轉子(4)位于密封腔體(2)內部，腔體(2)與轉子(4)之間充滿油(3)，轉子表面由于納米超疏油效應吸附有氣體薄膜，有利于減少轉子轉動時的阻力，轉子為中空圓柱形結構，轉子懸浮于液體油中，電磁驅動定子(1)采用硅鋼片卡在密封腔體(2)的外側，與密封腔體(2)的外壁緊密相連；密封腔體(2)采用非磁性材料，上、下每個蓋片分別按圓周平均分布有8個檢測電極(6)，每個檢測電極上都有引線孔(7)，上、下蓋片與腔體(2)通過鍵合或者粘合密封。

本發明專利還有如下技術特征：

1.所述的油包括植物油、礦物質油或者高純度液晶材料。

2.或者將腔體內壁做成超親油效應與超疏油效應相間的結構，轉子表面制作成超疏油效應結構。

3.轉子或制成圓盤片狀。

4.所述的油或者是兩種具有界面的油。

5.轉子無需外加懸浮驅動力。

6.使用電磁伺服驅動。

本發明的優點在于制備工藝簡單，腔體采用機械沖壓的方式即可完成制做，轉子采用磨具進行制作，轉子轉動時由于納米超疏油可以減小阻力，轉子的運動速度快，穩定性高，相對于振動式陀螺具有較高的精度。

附圖說明

圖1：基于納米超疏油效應的液浮轉子式微陀螺的俯視示意圖；