[發明專利]一種靜電支撐式光學檢測法測量三維加速度的方法

有效

• 申請號: 201310251401.X
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103323622A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 宋開臣;馬幫軍;朱智娟;葉凌云
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01P15/03
• 分類號: G01P15/03;G01P15/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

1.一種靜電支撐式光學檢測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量體、用光學檢測法檢測液體形變、用靜電力平衡慣性力測量加速度，該方法在液體光學檢測式三維加速度計上實現，該液體光學檢測式三維加速度計包括絕緣球腔（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）內封裝有玻璃正六面體（4），玻璃正六面體（4）端面內表面粘貼有金屬薄膜（5），金屬薄膜（5）接地，在玻璃正六面體（4）內封裝金屬液滴（6），絕緣球腔（3）內封裝有光學檢測系統（7）；光學檢測系統（7）包括玻璃正六面體剖視圖（8）、金屬液滴剖視圖（9）、光源（10）、光線（11）、第一凸透鏡（12）、反射鏡（13）、反射光線（14）、第二凸透鏡（15）、位置敏感器件（16）、位置敏感器件第一象限（17）、位置敏感器件第二象限（18）、位置敏感器件第三象限（19）、位置敏感器件第四象限（20）、金屬液滴（6）與玻璃正六面體（4）端面的接觸輪廓（21）；該方法包括以下步驟：

步驟1：將液體光學檢測式三維加速度計安置在載體上，當加速度為0時，給圓電極（1）施加直流偏置電壓，圓電極（1）產生的靜電力使金屬液滴（6）處于懸浮狀態，即金屬液滴（6）不受玻璃正六面體（4）各端面的支撐力，同時金屬液滴（6）的質心與玻璃正六面體（4）的質心重合；此時，金屬液滴（6）與玻璃正六面體（4）各端面的接觸面積相等；

步驟2：當載體處于加速狀態時，金屬液滴（6）受力變形，與玻璃正六面體（4）端面的接觸面積發生變化；

步驟3：調整施加在圓電極（1）上的直流偏置電壓，使金屬液滴（6）的質心回到玻璃正六面體（4）的質心處，實現靜電支撐控制；該步驟通過光學檢測法來確定金屬液滴（6）的質心回到玻璃正六面體（4）的質心處：光源（10）發出的光線（11），經第一凸透鏡（12）后變為平行光，經反射鏡（13）入射到玻璃正六面體（4）中金屬液滴（6）上，反射回的光線（14）經第二凸透鏡（15）照射到位置敏感器件（16）上，位置敏感器件（16）分割為四象限：位置敏感器件第一象限（17）、位置敏感器件第二象限（18）、位置敏感器件第三象限（19）和位置敏感器件第四象限（20），當位置敏感器件（16）檢測到金屬液滴（6）與玻璃正六面體（4）的接觸面積的位置和大小與步驟1一致，即認為金屬液滴（6）的質心回到玻璃正六面體（4）的質心處；

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

此時，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，是表面張力產生的壓強分量，為表面張力系數，、是金屬液滴（6）自由表面的曲率半徑；是加速度力產生的壓強分量，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）內某點到其自由表面的垂直高度；是參考點界面兩側的壓強差；是電場力產生的壓強分量，是金屬液滴（6）的介電常數，為靜電場在液體自由表面法線方向的分量。