基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺制造技術

本實用新型專利技術涉及一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺，屬于慣性測量領域。該射流轉子陀螺的檢測腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述檢測腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接。該射流轉子陀螺充分利用合成射流的特點，利用進氣口與出氣口對氣流的阻力的不同，實現氣體的定向傳輸，單向流動，即由進氣口到出氣口，由振動腔到檢測腔的傳輸與流動。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動引起的氣體溫度升高，提高射流轉子陀螺的精度。振動腔振動相位相差為0時，產生的氣流轉子軸與殼體軸有更好的一致性。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺，屬于慣性測量領域。
技術介紹
擴張-收縮管微泵利用收縮管/擴張管流體阻性特性實現流體的定向輸送，在流動控制領域，如流動分離及氣動力控制、射流矢量控制、增強摻混及傳熱傳質控制、微流體傳輸與控制等方向具有十分廣闊的應用前景。射流轉子陀螺的基本原理是通過微泵噴出的氣體在檢測腔中形成一個氣流轉子，該射流轉子具有傳統機械轉子所具有的定軸性和進動性。當外界有垂直于或平行于流體轉子轉軸的角速度或加速度輸入時，與殼體固定的熱敏電阻就會與射流轉子產生一個相對的運動引起熱敏電阻電阻值的變化，通過相應檢測電路即可以實現對角速度或加速度的檢測。射流轉子陀螺可以實現六自由度測量，具有實現技術容易、抗沖擊性好、工藝簡單等優點，是一項很有前景的MEMS慣性傳感器。參照圖7，在申請號為201110189839. O的專利文獻“一種新型MEMS射流轉子陀螺”中，西北工業大學提出了一種新型MEMS射流轉子陀螺，包括腔體層、上密封層、下密封層和熱敏電阻層。所述的腔體層包括檢測腔和圍繞檢測腔周向均布的振動腔；熱敏電阻層位于腔體層上方，用于檢測氣流偏轉。下密封層的兩個壓電片分別位于兩個振動腔正上方，作為微泵的振動薄膜。上密封層位于熱敏電阻層上方，下密封層位于腔體層下方，兩個密封層和壓電片層一起使得腔體層形成密閉空腔；利用的激勵電壓相位相差η，使得兩個振動腔交互噴氣與吸氣，氣體經由兩個出氣口在檢測腔形成氣流轉子，形成一個封閉的系統。但是，此陀螺是一個封閉的系統。在一個封閉的系統中，由于氣流運動的復雜性，盡管兩個壓電片激勵電壓相位相差η，兩個振動腔不能完成交替噴氣與吸氣，難以實現氣流的定向運動。由于兩個振動腔在同一時刻噴氣與吸氣的氣流量不同，形成的氣流轉子軸隨著氣流運動而運動，使得氣流轉子軸與殼體軸的一致性較差。由于是封閉的系統，壓電片連續振動使得腔體內部氣體的溫度升高，影響了射流轉子陀螺的檢測精度。
技術實現思路
為克服現有技術中難以形成穩定的氣流轉子，壓電片振動引起的氣體溫度升高問題，本專利技術在原陀螺的基礎上進行改進，提出一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺。本專利技術所采用的技術方案是一種基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺，參照圖1-6，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側周向均布有多個振動腔；各振動腔均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片；所述圓柱空腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接；上密封層I位于腔體層3上方；熱敏電阻層2位于檢測腔33上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔33 ;下密封層I上的通氣孔53使得檢測腔33與外界連通，使得所述射流轉子陀螺形成一個開放的系統。基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺充分利用合成射流的特點，當壓電片向上振動分別壓縮各振動腔的氣體，從而氣體從振動腔分別流入相應的出氣口，利用進氣口比出氣口對氣體的阻力大，實現壓電片向上振動時氣體從出氣口進入檢測腔33大于經進氣口從外界流入振動腔的氣體；當壓電片向下振動分別擴散振動腔的氣體，從而氣體經進氣口從外界流入振動腔，利用進氣口比出氣口對氣體的阻力小，實現壓電片向下振動時氣體經進氣口從外界流進的氣體大于從出氣口流進的氣體。因此壓電片的上下振動實現了氣體的定向傳輸和單向流動，即經進氣口從外界到振動腔，再經出氣口到檢測腔33的單向流動。激勵電壓的存在，使得氣體不斷從外界流入檢測腔33形成轉子，而當檢測腔33壓強增大時，氣體通過通氣孔53流向外界。氣流轉子軸和檢測腔體軸是重合的，當外界有角速度和加速度輸入時，氣流轉子由于慣性而發生偏轉，會引起不同位置處的熱敏電阻冷卻效果的不同，從而造成熱敏電阻溫度的不同，由于電阻溫度效應，其電阻值也會隨之變化，通過檢測熱敏電阻電阻值的變化，就可測得氣流轉子的偏轉位移，由這個位移就可推得外界輸入的角速度和加速度。本專利技術的有益效果是基于新型合成射流微泵的射流轉子陀螺充分利用合成射流的特點，利用進氣口與出氣口對氣流的阻力的不同，實現氣體的定向傳輸，單向流動，即由進氣口到出氣口，由振動腔到檢測腔的傳輸與流動。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動引起的氣體溫度升高，提高射流轉子陀螺的精度。振動腔振動相位相差為O時，產生的氣流轉子軸與殼體軸有更好的一致性。以下結合附圖和實施例對本專利技術進一步說明。附圖說明圖I是本實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺剖視圖圖2是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺上密封層示意圖圖3是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺腔體層俯視圖圖4是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺腔體層主視圖圖5是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子熱敏電阻層示意圖圖6是實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子下密封層示意圖圖7是西北工業大學前期提出的新型的MEMS射流轉子陀螺示意圖圖中，I-上密封層，2-熱敏電阻層，3-腔體層，5-下密封層，21-熱敏電阻I，22-熱敏電阻II，23-熱敏電阻III，24-熱敏電阻IV，31-振動腔I，32-振動腔II，33-檢測腔，34-進氣口 I，35-出氣口 I，36_出氣口 II，37-進氣口 II，51-壓電片I，52-壓電片II，53-通氣孔具體實施方式參照圖1-6，基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺，參照圖1-5，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側周向均布有振動腔I 31和振動腔II 32 ;振動腔I 31和振動腔II 32均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片I51和壓電片II 52 ;所述圓柱空腔分別通過出氣口 I 35和出氣口 II 36與振動腔I 31和振動腔II 32連通；所述出氣口 I 35和出氣口 II 36徑向錯開；出氣口 I 35和出氣口 II 36均為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端分別與與振動腔I 31和振動腔II 32連接；同時，振動腔I 31和振動腔II 32還分別通過錐狀進氣口 I 34和進氣口 II 37與外界連通，進氣口 I 34和進氣口 II 37的錐形小端與外界連接，大端分別與振動腔I 31和振動腔II32連接；上密封層I位于腔體層3上方，;熱敏電阻層2位于檢測腔33上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔33 ;下密封層I上的通氣孔53使得檢測腔33與外界連通，使得所述射流轉子陀螺形成一個開放的系統。 本實施例中基于擴張-收縮管微泵的射流轉子陀螺充分利用擴張-收縮管微泵的特點，利用收縮管/擴張管流體阻性的不同，實現氣體的定向傳輸和單向流動，即由進氣口到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于擴張？收縮管微泵的射流轉子陀螺，依次包括上密封層（1）、熱敏電阻層（2）、腔體層（3）和下密封層（5）；所述的腔體層（3）上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側周向均布有多個振動腔；各振動腔均未貫通所述的腔體層（3），未貫通部分分別形成相應的振動薄膜；各振動薄膜下分別連有壓電片；所述圓柱空腔分別通過相應的出氣口與相應的振動腔連通；所述各出氣口徑向錯開；出氣口為錐形通道，其小端與所述圓柱空腔連接，大端與振動腔連接；同時，振動腔還通過錐狀進氣口與外界連通，錐形小端與外界連接，大端與振動腔連接；上密封層（1）位于腔體層（3）上方；熱敏電阻層（2）位于檢測腔（33）上方，由4個周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測氣流偏轉；下密封層（1）位于腔體層（3）下方，它和上密封層（1）一起，使得腔體層（3）上的貫穿圓柱空腔形成檢測腔（33）；下密封層（1）上的通氣孔（53）使得檢測腔（33）與外界連通，使得所述射流轉子陀螺形成一個開放的系統。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：常洪龍，周平偉，楊勇，郝永存，洪水金，謝建兵，袁廣民，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：實用新型
國別省市：