专利名称：基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺，属于惯性测量领域。
背景技术：
合成射流微泵在流动控制领域，如流动分离及气动力控制、射流矢量控制、增强掺混及传热传质控制、微流体传输与控制等方向具有十分广阔的应用前景。射流转子陀螺的基本原理是通过微泵喷出的气体在检测腔中形成一个气流转子，
该射流转子具有传统机械转子所具有的定轴性和进动性。当外界有垂直于或平行于流体转子转轴的角速度或加速度输入时，与壳体固定的热敏电阻就会与射流转子产生一个相对的运动引起热敏电阻电阻值的变化，通过相应检测电路即可以实现对角速度或加速度的检测。射流转子陀螺可以实现六自由度测量，具有实现技术容易、抗冲击性好、工艺简单等优点，是一项很有前景的MEMS惯性传感器。参照图8，在申请号为201110189839. O的专利文献“一种新型MEMS射流转子陀螺”中，西北工业大学提出了一种新型MEMS射流转子陀螺，包括腔体层、上密封层、下密封层和热敏电阻层。所述的腔体层包括检测腔和围绕检测腔周向均布的振动腔；热敏电阻层位于腔体层上方，用于检测气流偏转。下密封层的两个压电片分别位于两个振动腔正上方，作为微泵的振动薄膜。上密封层位于热敏电阻层上方，下密封层位于腔体层下方，两个密封层和压电片层一起使得腔体层形成密闭空腔；利用的激励电压相位相差η，使得两个振动腔交互喷气与吸气，气体经由两个出气口在检测腔形成气流转子，形成一个封闭的系统。但是，此陀螺是一个封闭的系统。在一个封闭的系统中，由于气流运动的复杂性，尽管两个压电片激励电压相位相差η，两个振动腔不能完成交替喷气与吸气，难以实现气流的定向运动。由于两个振动腔在同一时刻喷气与吸气的气流量不同，形成的气流转子轴随着气流运动而运动，使得气流转子轴与壳体轴的一致性较差。由于是封闭的系统，压电片连续振动使得腔体内部气体的温度升高，影响了射流转子陀螺的检测精度。
发明内容
为克服现有技术中难以形成稳定的气流转子，压电片振动引起的气体温度升高问题，本发明在原陀螺的基础上进行改进，提出一种基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺。本发明所采用的技术方案是一种基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺，参照图1-6，依次包括上密封层I、热敏电阻层2、腔体层3和下密封层5 ;所述的腔体层3上有一贯穿的圆柱空腔，在所述圆柱空腔外侧周向均布有多个振动腔；各振动腔均未贯通所述的腔体层3，未贯通部分分别形成相应的振动薄膜；各振动薄膜下分别连有压电片；所述圆柱空腔分别通过相应的喷口与相应的振动腔连通；所述各喷口径向错开；喷口由一主通道和在主通道两侧增加的支通道组成，所述支通道宽度比主通道小；上密封层I位于腔体层3上方，使得腔体层3上的各振动腔均形成密闭空腔；热敏电阻层2位于检测腔33上方，由4个周向均布的悬置热敏电阻组成，用于检测气流偏转；下密封层I位于腔体层3下方，它和上密封层I 一起，使得腔体层3上的贯穿圆柱空腔形成检测腔33 ;下密封层I上的通气孔56使得检测腔33与外界连通，同时，下密封层I上也有相应的通气孔与喷口上的支通道中间部位连通，使得所述射流转子陀螺形成一个开放的系统。基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺充分利用合成射流的特点，当压电片向上振动分别压缩各振动腔的气体，从而气体从振动腔分别流入相应的出气口，利用进气口比出气口对气体的阻力大，实现压电片向上振动时气体从出气口进入检测腔33大于从进气口流出的气体；当压电片向下振动分别扩散振动腔的气体，从而气体从出气口流入振动腔，利用进气口比出气口对气体的阻力�。迪盅沟缙蛳抡穸逼宕咏诹鹘钠宕笥诖映銎诹鹘钠�。因此压电片的上下振动实现了气体的定向传输和单向流动，即由进气口到检测腔33的单向流动。激励电压的存在，使得气体不断从外界流入检测腔33形成转子，而当检测腔33压强增大时，气体通过通气孔流向外界。气流转子轴和检测腔体轴是重合的，当外界有角速度和加速度输入时，气流转子由于惯性而发生偏转，会引起不同位置处的热敏电阻冷却效果的不同，从而造成热敏电阻温度的不同，由于电阻温度效应，其电阻值也会随之变化，通过检测热敏电阻电阻值的变化，就可测得气流转子的偏转位移，由这个位移就可推得外界输入的角速度和加速度。本发明的有益效果是基于新型合成射流微泵 的射流转子陀螺充分利用合成射流的特点，利用进气口与出气口对气流的阻力的不同，实现气体的定向传输，单向流动，即由进气口到出气口，由振动腔到检测腔的传输与流动。利用通气孔与外界相通，解决了由于压电片振动引起的气体温度升高，提高射流转子陀螺的精度。振动腔振动相位相差为O时，产生的气流转子轴与壳体轴有更好的一致性。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图I是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺剖视2是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺上密封层示意3是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺腔体层俯视4是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺腔体层主视5是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺腔体层局部放大6是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子热敏电阻层示意7是实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子下密封层示意8是西北工业大学前期提出的新型的MEMS射流转子陀螺示意中，I-上密封层，2-热敏电阻层，3-腔体层，5-下密封层，21-热敏电阻I，22-热敏电阻II，23-热敏电阻III，24-热敏电阻IV，31-振动腔I，32-振动腔II，，33-检测腔，34-进气口 I，35-通气口 I，36-进气口 II，37-出气口 I，38-进气口III，39-通气口II，40-进气口 IV，41-进气口 V，42-通气口III，43-进气口 VI，44-出气口 II，45-进气口 VL46-通气口 IV，47-进气口珊，51-压电片I，52-通气孔I，53-通气孔II，54-压电片II，55-通气孔III，56-通气孔，57-通气孔IV
具体实施例方式参照图1-6，本实施实例的基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺，依次包括上密封层I、热敏电阻层2、腔体层3和下密封层5 ;所述的腔体层3上有一贯穿的圆柱空腔，在所述圆柱空腔外侧对称布有振动腔I 31和振动腔II 32 ;振动腔I 31和振动腔II 32均未贯通所述的腔体层3，未贯通部分分别形成相应的振动薄膜；各振动薄膜下分别连有压电片I 51和压电片II 54;振动腔I 31和振动腔II 32分别通过相应的喷口与圆柱空腔连通；两个喷口径向错开；振动腔I 31和圆柱空腔连通的喷口由一与出气口 I 37连通的主通道和在主通道两侧增加的支通道组成，一侧的支通道包括依次垂直连接的进气口 I 34、通气口 I 35和进气口 II 36，另一侧的支通道包括依次垂直连接的进气口 VII 45、通气口 IV 46和进气口VDI47 ;与该喷口的结构形式一样，振动腔II 32和圆柱空腔连通的喷口则由一与出气口 II 38连通的主通道和在主通道两侧增加的支通道组成，一侧的支通道包括依次垂直连接的进气口III 38、通气口 II 39和进气口 IV 40，另一侧的支通道包括依次垂直连接的进气口 V 41、通气口 III 42和进气口 VI 43 ;所述进气口 I 34、通气口 I 35、进气口 II 36、进气口VII45、通气口 IV 46、进气口 VDI47、进气口 III38、通气口 II 39、进气口 IV 40、进气口 V 41、通气口III 42和进气口 VI 43的通道宽度小于出气口 I 37和出气口 II 38的通道宽度；上密封层I位于腔体层3上方，使得腔体层3上的振动腔I 31和振动腔II 32均 形成密闭空腔；热敏电阻层2位于检测腔33上方，包括4个周向均布的悬置热敏电阻，即热电敏电阻I 21、热电敏电阻II 22、热电敏电阻III 23和热电敏电阻IV 24，这4个热敏电阻用于检测气流偏转；下密封层I位于腔体层3下方，它和上密封层I 一起，使得腔体层3上的贯穿圆柱空腔形成检测腔33 ;下密封层I上的通气孔56使得检测腔33与外界连通，同时，下密封层I上还有通气孔I、通气孔II、通气孔III和通气孔IV，依次与通气口 I 35、通气口 IV 46、通气口 II 39、通气口III 42位置相应，使得喷口上的支通道中间部位的通气口均与外界连通，从而该实施例中的射流转子陀螺形成一个开放的系统。该实施例中基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺的工作过程为压电片I 51与压电片II 54在激励电压相位相差为O的激励下，同时由平衡位置向上振动，使得振动腔I 31与振动腔II 32体积减少，腔内压强增大，气体从振动腔I 31与振动腔II 32向外喷出，由于气体喷出时进气口 I 34、进气口 II 34、进气口III 38、进气口IV 40、进气口 V 41、进气口VI 43、进气口 VII 45和进气口 VDI 47比出气口 I 37和出气口 II 44对气体的阻力大，从而气体主要从出气口 I 37和出气口 II 44流入检测腔33形成气流转子；激励电压经过1/4周期，压电片I 51与压电片II 54由最高点向最低点运动，腔内压强减�。宕油獠苛魅胝穸籌 31与振动腔II 32，由于气体吸入时出气口 I 37和出气口 II 44比进气口 I 34、进气口 II 36、进气口 III 38、进气口 IV 40、进气口 V 41、进气口 VI 43、进气口 VII 45 和进气口 VDI 47阻力大，从而气体主要从进气口 I 34、进气口 II 34、进气口III38、进气口 IV 40、进气口 V 41、进气口VI 43、进气口 VII 45和进气口VDI 47流入振动腔I 31与振动腔II 32。激励电压经过3/4周期，压电片I 51与压电片II 54由最低点向平衡位置振动，腔内压强增大，气体从振动腔I 31与振动腔II 32向外喷出，由于气体喷出时进气口 I 34、进气口 II 36、进气口III 38、进气口IV 40、进气口 V 41、进气口 VI 43、进气口 VII 45和进气口VDI 47比出气口 I 37和出气口 II 44对气体的阻力大，从而气体主要从出气口 I 37和出气口 II 44流入检测腔33形成气流转子。激励电压的存在，使得气体不断从外界流入检测腔33形成转子，而当检测腔33压强增大时，气体通过通气孔56、通气孔I 52、通气孔II 53、通气孔III 55、通气孔IV 57流向外界。气流转子轴和检测腔体轴是重合的，当外界有角速度和加速度输入时，气流转子由于惯性而发生偏转，会引起不同位置处的热敏电阻冷却效果的不同，从而造成热敏电阻温度的不同，由于电阻温度效应，其电阻值也会随之变化，通过检测热敏电阻电阻值的变化，就可测得气流转子的偏转位移，由这个位移 就可推得外界输入的角速度和加速度。
权利要求
1.一种基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺，依次包括上密封层(I)、热敏电阻层(2)、腔体层(3)和下密封层(5);所述的腔体层(3)上有一贯穿的圆柱空腔，在所述圆柱空腔外侧周向均布有多个振动腔；各振动腔均未贯通所述的腔体层(3)，未贯通部分分别形成相应的振动薄膜；各振动薄膜下分别连有压电片；其特征在于所述圆柱空腔分别通过相应的喷ロ与相应的振动腔连通；所述各喷口径向错开；喷ロ由一主通道和在主通道两侧増加的支通道组成，所述支通道宽度比主通道小；上密封层(I)位于腔体层(3)上方，使得腔体层(3)上的各振动腔均形成密闭空腔；热敏电阻层(2)位于检测腔(33)上方，由4个周向均布的悬置热敏电阻组成，用于检测气流 偏转；下密封层(I)位于腔体层(3)下方，它和上密封层(I) 一起，使得腔体层(3)上的贯穿圆柱空腔形成检测腔(33);下密封层(I)上的通气孔(56)使得检测腔(33)与外界连通，同时，下密封层(I)上也有相应的通气孔与喷ロ上的支通道中间部位连通，使得所述射流转子陀螺形成一个开放的系统。
全文摘要
本发明公开了一种基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺，属于惯性测量领域。该射流转子陀螺，的检测腔分别通过相应的喷口与相应的振动腔连通；所述各喷口径向错开；喷口由一主通道和在主通道两侧增加的支通道组成，所述支通道宽度比主通道小。该基于新型合成射流微泵的射流转子陀螺充分利用合成射流的特点，利用进气口与出气口对气流的阻力的不同，实现气体的定向传输，单向流动，即由进气口到出气口，由振动腔到检测腔的传输与流动。利用通气孔与外界相通，解决了由于压电片振动引起的气体温度升高，提高射流转子陀螺的精度。振动腔振动相位相差为0时，产生的气流转子轴与壳体轴有更好的一致性。
文档编号G01C19/14GK102735227SQ20121023575
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者周平伟, 宋蒙, �：榱�, 杨勇, 袁广民, 谢建兵, 陈方璐 申请人:西北工业大学
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