人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于加速度传感器技术，特别是一种人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器。
【背景技术】
[0002]加速度传感器作为传感器的一个重要分支，主要应用于控制系统和检测系统，广泛用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等。加速度传感器按测量的维数可分为单维和多维加速度传感器。当前单维加速度传感器己相当成熟，已有很多品种，且已商品化。多维加速度传感器，由于其能够准确、灵敏地反应物体运动的变化情况，使得其在工业自动化系统、交通运输工具、导航制导设备等有着广泛的应用前景。
[0003]2012年王志军在《燕山大学学报》发表了双层预紧式六维力传感器动态性能的理论与实验研究，建立了该传感器的振动系统简化模型，基于螺旋理论和多自由度系统振动学推导了系统的运动微分方程。2013年李亚娟在《哈尔滨工业大学学报》发表了六维力传感器的数字化应变检测及在线标定研究，最后实现了基于应变检测电路的微型六维力传感器的机电一体化集成设计，并利用从运动复原形状的方法对微型六维力传感器的进行了标定和解耦。2014年朱文超在《安徽工程大学学报》上发表了六维力传感器数字滤波研究，构建了六维力传感器的状态模型，采用合适的数字滤波算法消除传感器输出信号中的系统测量噪声。
[0004]上述基于电容式、压阻式和光电式等多维加速度传感器主要是通过获取由弹性单元和阻尼单元连接在壳体上的单一惯性质量相对壳体的位移或弹性单元的应变实现六维加速度的传感器，均存在结构复杂和制作工艺要求高等缺点，而不能实现同时测量物体移动时的线加速度和角加速度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，能够测量多维旋转加速度且测量精度高，同时实现结构简单、工艺要求低。
[0006]实现本发明目的的技术解决方案为:一种人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，包括一根以上中空的弯曲管道，该管道两端和一个密封的容器相连通，管道和容器内充满绝缘液，每根管道内部的壶腹嵴上设置一个以上凸起的纤维装置。
[0007]本发明与现有技术相比，其显著优点:将多根压电纤维并联起来做成一个整体，使其一端固定于基座上，一端自由，使其成悬臂梁结构，将其整体嵌入软管(仿半规管)中，使其自由端金属芯浸入绝缘液(仿半规管中的淋巴液)中，这样分为三个以空间坐标系格局分布，来感知不同方向的旋转，当整个装置受到旋转作用时，三个方向的纤维装置就会发生不同的形变，由于电极位置的不同，电极上产生的电荷或电压是不同的。这样通过电荷放大器和处理单元分析三根纤维的极性和数值就可以判断多维旋转加速度的方向和大小。
[0008]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0009]图1是本发明人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器的结构示意图。
[0010]图2是本发明中压电纤维的结构示意图。
[0011]图3是本发明纤维装置示意图。
【具体实施方式】
[0012]结合图1，本发明人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，包括一根以上中空的弯曲管道4 (就是指软管，即仿半规管)，该管道两端和一个密封的容器6相连通，管道和容器内充满绝缘液9 (又称仿半规管中的淋巴液)，每根管道内部的壶腹嵴7上设置一个以上凸起的纤维装置5。
[0013]结合图1，所述管道可以为三根，每根管道的中心线在一个平面上，三根管道的中心线所在平面相互垂直。三根管道设置了纤维装置后，这样本发明旋转加速度传感器分为三个以空间坐标系格局分布，来感知不同方向的旋转，当整个装置受到旋转作用时，三个方向的纤维装置就会发生不同的形变，由于电极位置的不同，电极上产生的电荷或电压是不同的。这样通过三根纤维的极性和数值就可以判断多维旋转加速度的方向和大小。所述管道4沿中心线的截面形状为圆形、卵形或椭圆形，管道垂直中心线的截面形状为圆形、卵形、椭圆形、三角形或多边形，管道的材料为金属、橡胶、塑料或复合材料。
[0014]结合图2和图3，设置在管道4内的纤维装置5为一根以上压电纤维11并联起来做成一个整体，该压电纤维一端固定于基座10上，另一端自由成悬臂梁结构的自由端，该自由端的金属芯浸入绝缘液9中；固定在基座10上的压电纤维表面上包裹一层塑形材料8(材料可以是柔性胶)，该塑形材料8伸入管道内部与管道内壁直接接触或留有间隙，塑形材料8的底部和管道内壁密封。上述压电纤维11为一根金属芯2的外面包裹着压电材料1，在压电材料1纵向表面涂镀有导电层作为表面电极3。压电纤维11的材料选PVDF聚偏氟乙烯，压电材料可以为压电陶瓷或压电聚合物。所述纤维形状为细长圆柱体。所述压电材料在沿极化方向作用力下产生电荷，压电材料两极通过导线分别连接到各通道电荷放大器输入端进行后续处理。所述电荷放大器主要实现阻抗变换及对信号进行滤波、放大，并与信号采集与处理单元连接。所述信号采集与处理单元是实现电荷放大器输出的模拟信号进行采集并转换数字信号，将压电纤维的一端连接到电荷放大器的输入端，信号采集与处理单元与电脑连接。旋转运动时，由于惯性，绝缘液9开始流动，从而冲击到浸入绝缘液中的塑形材料8，空间三个方向的纤维装置发生不同的形变，在电脑对信号进行预处理，再根据现有技术中的数字信号处理器的加速度求解算法进行计算，获取并输出被测对象的加速度信息。
【主权项】
1.一种人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，其特征在于包括一根以上中空的弯曲管道(4 )，该管道两端和一个密封的容器(6 )相连通，管道和容器内充满绝缘液(9 )，每根管道内部的壶腹嵴(7)上设置一个以上凸起的纤维装置(5)。2.根据权利要求1所述的人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，其特征在于所述管道为三根，每根管道的中心线在一个平面上，三根管道的中心线所在平面相互垂直。3.根据权利要求1或2所述的人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，其特征在于所述管道沿中心线的截面形状为圆形、卵形或椭圆形，管道垂直中心线的截面形状为圆形、卵形、椭圆形、三角形或多边形，管道的材料为金属、橡胶、塑料或复合材料。4.根据权利要求1或2所述的人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，其特征在于纤维装置(5 )为一根以上压电纤维(11)并联起来做成一个整体，该压电纤维一端固定于基座(10)上，另一端自由成悬臂梁结构的自由端，该自由端的金属芯浸入绝缘液(9)中；固定在基座(10)上的压电纤维表面上包裹一层塑形材料(8)，该塑形材料(8)伸入管道内部与管道内壁直接接触或留有间隙，塑形材料(8)的底部和管道内壁密封。5.根据权利要求4所述的人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，其特征在于压电纤维为一根金属芯(2)的外面包裹着压电材料(1)，在压电材料(1)纵向表面涂镀有导电层作为表面电极(3)。
【专利摘要】本发明公开了一种人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器，包括一根以上中空的弯曲管道，该管道两端和一个密封的容器相连通，管道和容器内充满绝缘液，每根管道内部的壶腹嵴上设置一个以上凸起的纤维装置。本发明传感器分为三个以空间坐标系格局分布，来感知不同方向的旋转，当整个装置受到旋转作用时，三个方向的纤维装置就会发生不同的形变，由于电极位置的不同，电极上产生的电荷或电压是不同的。这样通过电荷放大器和处理单元分析三根纤维的极性和数值就可以判断多维旋转加速度的方向和大小。
【IPC分类】G01P15/18
【公开号】CN105388325
【申请号】CN201510750074
【发明人】边义祥, 张延军, 王昌龙
【申请人】扬州大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月6日