[發(fā)明專利]一種靜電支撐式差分電容法測量三維加速度的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310246477.3
• 申請(qǐng)日: 2013-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN103344786A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉凌云;黃添添;李彩霞;宋開臣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/18
• 分類號(hào): G01P15/18;G01P15/125
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種靜電支撐式差分電容法測量三維加速度的方法，其特征在于，該方法是以金屬液體作為敏感質(zhì)量體、用差分電容法檢測液體形狀和位置變化、用靜電力平衡慣性力測量加速度，該方法在液體差分電容式三維加速度計(jì)上實(shí)現(xiàn)，該液體差分電容式三維加速度計(jì)包括絕緣球腔（3）、固定于絕緣球腔（3）外表面的圓電極（1）和與圓電極（1）相連的電極引線（2），絕緣球腔（3）內(nèi)封裝有玻璃正六面體（5），玻璃正六面體（5）端面外表面覆蓋有六塊金屬極板（4）、每塊金屬極板（4）分為金屬極板第一象限（11）、金屬極板第二象限（12）、金屬極板第三象限（13）、金屬極板第四象限（14）和位于金屬極板（14）中心位置的金屬極板引線孔（10）以及通過該引線孔的金屬極板引線（9）、在玻璃正六面體（5）內(nèi)封裝金屬液滴（6），絕緣球腔（3）上開有引線孔（7），金屬液滴（6）通過接地引線（8）經(jīng)引線孔（7）接地；該方法包括以下步驟：

步驟1：將液體差分電容式三維加速度計(jì)安置在載體上，當(dāng)加速度為0時(shí)，給圓電極（1）施加直流偏置電壓，圓電極（1）產(chǎn)生的靜電力使金屬液滴（6）處于懸浮狀態(tài)，即金屬液滴（6）不受玻璃正六面體（5）各端面的支撐力，同時(shí)金屬液滴（6）的質(zhì)心與玻璃正六面體（5）的質(zhì)心重合；金屬液滴（6）與同一端面的金屬極板（4）的四個(gè)象限形成四個(gè)電容，此時(shí)，金屬液滴（6）與玻璃正六面體（5）端面的接觸面積為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)；因此，金屬液滴（6）與六塊金屬極板（4）的四個(gè)象限形成的24個(gè)電容值相等；

步驟2：當(dāng)載體處于加速狀態(tài)時(shí)，金屬液滴（6）受力變形，與玻璃正六面體（5）端面的接觸面積發(fā)生變化；

步驟3：調(diào)整施加在圓電極（1）上的直流偏置電壓，使金屬液滴（6）的質(zhì)心回到玻璃正六面體（5）的質(zhì)心處，實(shí)現(xiàn)靜電支撐控制；該步驟采用差分電容法來確定金屬液滴（6）的質(zhì)心回到玻璃正六面體（5）的質(zhì)心處：當(dāng)金屬液滴（6）與六塊金屬極板（4）組成的24個(gè)電容值一致，且與步驟1中的電容值一致，即認(rèn)為金屬液滴（6）的質(zhì)心回到玻璃正六面體（5）的質(zhì)心處；

步驟4：通過步驟3中控制電壓的調(diào)節(jié)，金屬液滴（6）處于靜電支撐的平衡態(tài)，即受力平衡：???????????????????????????????????????????????；

此時(shí)，金屬液滴（6）的受力滿足Young-Laplace方程，從而得到載體的三維加速度信息：

；

其中，是表面張力產(chǎn)生的壓強(qiáng)分量，為表面張力系數(shù)，、是金屬液滴（6）自由表面的曲率半徑；是加速度力產(chǎn)生的壓強(qiáng)分量，為金屬液滴（6）密度，為載體的三維加速度信息，為金屬液滴（6）內(nèi)某點(diǎn)到其自由表面的垂直高度；是參考點(diǎn)界面兩側(cè)的壓強(qiáng)差；是電場力產(chǎn)生的壓強(qiáng)分量，是金屬液滴（6）的介電常數(shù)，為靜電場在液體自由表面法線方向的分量。