一种多环液环角加速度计的制作方法

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种新型的多环液环角加速度计。

背景技术：

角加速度计是一种多功能惯性仪器，从车辆稳定到卫星定位等领域都有广泛应用。目前应用较多的是基于固体惯性质量的角加速度计和mems式角加速度计。但这两者都存在各自显著不足之处，基于固体惯性质量的角加速度计由于通常采用了较大的固体惯性质量体和扭摆式的结构设计，体积大、质量重，且测量带宽较小mems式角加速度计是基于微机电系统技术发展而来，制作工艺复杂，采用压阻元件，温度稳定性较差，测量精度较低。为了提高角加速度计的综合性能，基于流体惯性质量的角加速度计因其高精度、高带宽和高可靠性逐渐成为研究热点。

基于流体惯性质量的角加速度计工作过程发生在密闭的管道内，输入的角加速度转换为固相转换器两端的压力差，压力差进一步通过固相转换器转换为流动电势，所以压力差的大小直接关系后续电信号的处理效果，压力差越大，流动电势越大。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种多环液环角加速度计，使用螺旋状的螺旋管，通过增加流道长度从而增大压力差，能够实现角加速度的精确测量。

一种多环液环角加速度计，包括数字电路3、螺旋管5、测量室14、固相转换器7以及两个电极13；

所述螺旋管5的两端分别与所述测量室14的两端连接并贯通，形成工作液体的流通回路，其中螺旋管5为螺旋状结构，且螺旋管5的内径处处相等；

所述固相转换器7水平安装在测量室14的中部，将测量室14的内腔分为上下两部分；固相转换器7用于将其上下两个表面的压力差转换为流动电势；

两个所述电极13分别安装在固相转换器7的上下两个表面，用于将流动电势引出至测量室14外部的数字电路3；

所述数字电路3将电极引出的流动电势转换为表征角加速度的数字信号。

进一步地，所述测量室14中部内壁有两个环形凸起，所述固相转换器7水平安装在两个环形凸起之间。

进一步地，所述测量室14中部内壁开有凹槽9，所述固相转换器7水平安装在凹槽9内。

进一步地，所述角加速度计还包括两个连通管，两个所述连通管分别安装在测量室14的上下两端，且螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分别与两个连通管连通；

所述连通管为玻璃材质，两端口径一大一小，且大口径的一端与测量室14连通，小口径的一端与螺旋管5连通。

进一步地，所述固相转换器7为绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的薄圆片结构。

进一步地，所述电极是纯度为99.9％的铂电极，且电极形状与固相转换器7的轮廓形状一致。

进一步地，所述螺旋管5为玻璃材质，且螺旋管5的螺距相等。

进一步地，所述数字电路3包括顺次相连的信号滤波器、模拟放大器以及模数转换器，其中信号滤波器用于滤除固相转换器7输出流动电势中的工频噪声，模拟放大器用于将滤除噪声的流动电势放大至模数转换器的额定输入范围内，模数转换器用于将模拟信号形式的流动电势转换为数字信号形式的流动电势。

进一步地，所述角加速度计还包括密闭壳体2和基座10，其中所述数字电路3、螺旋管5、连通管6、测量室14、固相转换器7以及电极13均封装于密闭壳体2中，且密闭壳体2安装在基座10上，其中基座10底部绕基座一周开设有安装槽11。

进一步地，所述密闭壳体2的顶部设有引出端1，所述数字电路3将处理后的流动电势从引出端1引出，从而在引出端1得到表征角加速度的数字信号。

有益效果：

相较于单环液环角加速度计，本发明采用了螺旋管的结构，增加了流道的长度，从而使固相转换器两端的压力差信号增强，通过固相转换器转换得到的流动电势随之增大，更加便于测量与处理，实现角加速度的精确测量；

相较于基于固体惯性质量的角加速度计，本发明提供的多环液环角加速度计无大固体惯性质量体，以液体作为质量体，体积小、质量轻；相较于mems式角加速度计，本发明提供的角加速度计内部机械部件少，结构较为简单；同时本发明采用密闭壳体将各器件封装起来，为密封腔的结构，使其只敏感输入轴上的角加速度，对外界输入的线加速度或振动能够较好地隔离，可靠性高；

电极形状与固相转换器的形状一致，使得电极与固相转换器接触面积达到最大，电极收集固相转换器得到流动电势信号效果更强；

综上，本发明提供的多环液环角加速度计，能够实现动态条件下角加速度的直接测量，为准确刻画对象的运动形式、揭示对象的运动规律、验证对象的运动原理等提供技术支撑，以满足对于角加速度测量的广泛需求。

附图说明

图1为本发明多环液环角加速度计的内部结构示意图；

图2为本发明多环液环角加速度计的外部结构示意图；

图3为本发明图1中测量室的a-a剖面图；

图4为本发明多环液环角加速度计信号处理流程图；

1-引出端、2-密闭壳体、3-数字电路、4-螺旋管出口、5-螺旋管、6-连通管、7-固相转换器、8-螺旋管入口、9-凹槽、10-基座、11-安装槽、12-电极引孔、13-电极、14-测量室。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实例提供一种多环液环角加速度计，该装置可以实现角加速度的直接测量。角加速度计工作的第一步是将输入的角加速度信号转换为压力差信号，压力差产生的原理可用下式表达：

δp＝ρrαδlcosε

其中，δp为压力差，ρ为工作液体的流体密度，r为螺旋管的半径，α为角加速度，l为流道长度，ε为角加速度矢量方向与该处流道切线方向的夹角，从该表达式可以看出，压力差的大小与流道的长度成正相关关系。因此使用螺旋状的螺旋管，以增加流道长度，达到增大压力差的目的，从而得到较大的流动电势，便于测量与信号采集。

如图1-图3所示，为本发明多环液环角加速度计的内部结构示意图，包括数字电路3、螺旋管5、两个连通管6、测量室14、固相转换器7以及两个电极13；

两个所述连通管6分别贯通安装在测量室14的上下两端，，螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分别与两个连通管6连通，三者形成工作液体的流通回路，即工作液体在螺旋管5、连通管6以及测量室14内流通；其中，螺旋管5为螺旋状结构，螺距相等，外径相等，测量室14直径大于连通管6直径；

所述固相转换器7的形状与测量室14的形状匹配，并水平安装在测量室14的中部，将测量室14的内腔分为上下两部分，固相转换器7用于将其上下两个表面的压力差转换为流动电势；

所述电极13的形状与固相转换器7的形状一致，并分别安装在固相转换器7的上下两个表面；

所述测量室14中部开有电极引孔12，电极13从所述电极引孔12穿出并连接数字电路3；其中数字电路3将电极13引出的流动电势转化为表征角加速度的数字信号。

优选地，如图3所示，为本发明图1中测量室的a-a剖面图，所述测量室14中部内壁有两个环形凸起，所述固相转换器7水平安装在两个环形凸起之间，且所述电极引孔12分别开设在环形凸起的上下两侧。

优选地，所述测量室14中部内壁开有凹槽9，所述固相转换器7水平安装在凹槽9内，且所述电极引孔12分别开设在凹槽9的上下两侧。

所述连通管6为玻璃材质，两端口径一大一小，且大口径的一端与测量室14连通，小口径的一端与螺旋管5连通。

所述固相转换器7为绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的薄圆片结构。当工作液体在压力的作用下流过固相转换器7时，使固相转换器7表面呈现带电现象，在固相转换器7内部的工作液体中，与固体表面所带电荷相异的离子被吸引而趋向固体表面，带相同电荷的离子被排斥而远离固体表面，这些过剩的离子随着工作液体在固相转换器7中的流体而定向移动，而从产生流动电流，进一步在固相转换器7两端产生流动电势，通过这一过程，可以将固相转换器7两端的压力差转换为流动电势信号；然后固相转换器7表面的离子与电极13产生电化学反应，从而通过电极13将流动电势输出给数字电路3处理。

所述电极13是纯度为99.9％的铂电极，且电极13为圆环状，置于靠近固相转换器7上下两个表面的位置，留出一端从测量室14的电极引孔12引出。

所述螺旋管5为玻璃材质，且螺旋管5的横截面积为圆形，横截面直径处处相等。

如图4所示，为本发明多环液环角加速度计信号处理流程图，所述数字电路3包括顺次相连的信号滤波器、模拟放大器以及模数转换器；向多环液环角加速度计输入一个未知的角加速度信号，工作液体在角加速度信号的作用下，对固相转换器7的上下表面产生压力，固相转换器7将上下表面的压力差信号转换为流动电势信号，信号滤波器用于滤除固相转换器7输出的流动电势信号中的工频等噪声，采用butterworth滤波器；模拟放大器将滤除噪声的流动电势信号放大至模数转换器能够接受额定的输入范围，采用运算放大器op37芯片；模数转换器将放大后的模拟信号形式的流动电势信号转换为数字信号形式的流动电势信号，采用24位ads1246芯片，数字信号输出至角加速度计的引出端1，从而在引出端1得到表征角加速度的数字信号。

如图2所示，为本发明多环液环角加速度计的外部结构示意图，多环液环角加速度计还包括密闭壳体2和基座10，其中所述数字电路3、螺旋管5、连通管6、测量室14、固相转换器7以及电极13均封装于密闭壳体2中，且密闭壳体2安装在基座10上，其中基座10底部绕基座一周开设有安装槽11；

所述密闭壳体2为圆柱形结构。

所述密闭壳体2的顶部设有引出端1，所述数字电路3将处理后的流动电势从引出端1引出，从而在引出端1得到表征角加速度的数字信号。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。