专利名称：基于滤振设计的快速稳定液体开关的制作方法
技术领域：
本发明属于惯性技术领域，具体涉及一种液体水平开关，特别是基于滤振设计的 快速稳定液体开关。
背景技术：
野外导弹部队要求在到达指定目标的短时间内，就找到地平，使得陀螺地平仪能 够快速稳定。陀螺地平仪是提供飞机俯仰角和倾斜角的装置，其陀螺角动量被要求随时指 向当地地垂线方向。但是，陀螺角动量只具备方位稳定性，不具备方位选择性，因此，通常 采用液体开关来敏感陀螺角动量是否垂直于当地水平面，一般来说，当飞机无水平加速度 且陀螺角动量垂直于水平面时，在液体开关四个电极中流过的电流相等；而当飞机无水平 加速度且陀螺角动量不垂直于水平面时，液体开关四个电极中流过的电流不相等，将这些 电极的电流正确引出，并输入给不同的修正电机，即可使修正电机产生力矩，驱使角动量进 动直至该角动量与当地水平面垂直。在发射场地，有很多微小的振动会给陀螺地平仪寻找 地平带来干扰。这些微小振动包括各种复杂的因素，例如附近发电机的振动，地壳运动的振 动，人或车行进时的振动等等。现有的液体开关结构如图Ia所示，由一个玻璃上盖1和基座2组成的密闭结构， 玻璃上盖1内表面是凹球面。在基座2的内表面上等距离地有四个作为电极的接触点3，如 图Ib所示，接触点3的材料为钼条，接触点3与基座2外表面的螺塞4连接。在所述液体 开关的内部空间充有导电液体5并留一个气泡6。当液体开关处于水平位置时，气泡6遮 盖四个电极的量相等，处于相对位置的两个电极通过一对匹配电阻而连成桥式电路。交流 电压加在基座电极和两对匹配电阻的公共点之间，这就形成两个交流电阻电桥，其输出电 压对应于气泡6绕两个正交水平轴线的运动。若液体开关绕地垂直轴线倾斜θ角，由于气 泡6相对重力的位置不变，则气泡6对某一电极的遮盖量减小，如图Ib，而遮盖共对面电极 的量增大，这时桥式电路就不平衡，在液体开关倾斜角θ较小时，电路的输出电压与液体 开关的倾斜角成线性函数关系。当飞机无水平加速度且陀螺角动量垂直于水平面时，在液 体开关四个电极中流过的电流相等；而当飞机无水平加速度且陀螺角动量不垂直于水平面 时，液体开关四个电极中流过的电流不相等，将这些电极的电流通过螺塞4正确引出，并输 入给不同的修正电机，即可使修正电机产生力矩，驱使角动量进动直至该角动量与当地水 平面垂直。现有液体开关的缺点是没有专门考虑现场的振动问题，没有对滤除振动的的考 虑，对周围环境振动的滤除效果不明显。
发明内容
本发明提供一种快速稳定液体开关，通过用其他某种液体介质来替换液体开关中 的气泡，从而改变阻尼，来达到尽量不响应小振动的影响，达到基于滤振设计的快速稳定的 效果。
本发明提供的快速稳定液体开关是对现有技术中的液体开关进行改进得到的，将 现有技术中液体开关的气泡部分换成液体介质，利用导电液体和接触点的一定面积接触形 成一个导电回路，导电液体和接触点的接触面积的大小取决于液体开关整体偏离垂直轴线 的角偏差，即倾斜角θ。本发明中的液体开关在玻璃上盖1上设置一个注入液体的开口，液 体注入液体开关内部后，开口通过螺栓密封。所述的液体介质7与导电液体不相容，并且液 体介质7的密度小于导电液体的密度，对接触点处的金属没有腐蚀性。本发明的优点在于(1)根据不同的测量要求配置电解质的成份比例，需要改变和配置电解质的成份 比例，增加对滤除振动的设计方法的考虑，对周围的环境振动进行滤除。(2)将气泡换成根据振动源不同算出的系统动态特性时需要的液体介质，达到快 速滤除周围振动的效果。
图Ia是现有技术中的液体开关的结构示意图；图Ib是现有技术中的液体开关的剖面图；图2是本发明的液体开关的结构示意图；图3是本发明的液体开关的原理示意4是机体坐标系示意图；图5是本发明提供的液体开关的坐标示意图；图6是系统加速度0 2000Hz扫描振动曲线；图7是扫描振动时系统器件输出；图8是系统和振动台面加速度0 2000Hz扫描振动曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明提供的快速稳定液体开关进行详细说明。本发明提供的快速稳定液体开关是对现有技术中的液体开关进行改进得到的，如 图2所示，将现有技术中液体开关的气泡部分换成液体介质7，利用导电液体5和接触点3 的一定面积接触形成一个导电回路，导电液体5和接触点3的接触面积的大小取决于液体 开关整体偏离垂直轴线的角偏差，即倾斜角Θ。本发明中的液体开关在玻璃上盖1上设置 一个注入液体的开口 8，液体注入液体开关内部后，开口 8通过螺栓密封。所述的液体介质 7与导电液体5不相容，并且液体介质7的密度小于导电液体5的密度，对接触点3处的金 属没有腐蚀性。所述液体介质的体积与导电溶液体积比满足如下条件25°C温度条件下，液 体开关水平放置时，电阻值为269-369欧姆；液体开关倾斜士 15角分时，最大电阻应不小 于2500欧姆；液体开关倾斜士30角分时，最大电阻应不小于2500欧姆，最小电阻应不大于 180欧姆。如果导电溶液选为氯化锂，液体介质选为硅油，这样液体开关对振动频率为0 2000Hz的振动具有很好的滤振效果。液体开关本来是一较为扁平的容器，内有导电液体。在有水平加速度的情况下，导 电液体内部不仅有层流，还将有紊流，为方便说明本发明液体开关的快速稳定特点，假设液 体开关为一个球状容器，如图3所示，球状容器半径为r。液体开关内部有液体介质7和导电液体5，图3中的区域I为液体介质7，区域II和III为导电液体5，其中区域III的体积 与区域I的体积一样大，且与区域I相对球心0点是对称的。如果有办法将区域III中的 导电液体5换成区域I中的液体介质7且仍保持在区域III的位置，则球状容器中的液体 介质7与导电液体5的质量相对于容器中心0点对称，因此不论液体开关朝那个方向有加 速度，液体开关内的导电液体5都不会受到任何力矩。但事实上区域III的导电液体5比 区域I的液体介质7重，二者的质量差为Am，则八！！！二！！！^-叫，其中，！！！^为区域工工工中的 导电液体5质量，Hi1为区域I中的的液体介质7质量，区域III的质心与球状容器中心0的 距离为d。设定坐标系如下地理坐标系=XgYgZg(东，北，天)；地平坐标系XhYhZh，航向角Ψ，如图4 ；陀螺地平 仪无随动环，外环坐标系为=XaYaZa ；陀螺地平仪无随动环，内环坐标系为xbYbzb，液体开关 的液面坐标系=X1Y1Z1 ；机体坐标系与陀螺壳体坐标系一致为X。Y。Z。(图5)；设飞机的俯仰 角θ =0，倾斜角δ = 0，则Χ。Υ。Ζ。与XhYhZh也一致，地理纬度L，飞行速度V，Ψ为航向角 (图4)，Re为地球半径，为地球自转角速度。上述几个坐标系之间的关系如下
X/gZg,XhYhZh(XcYcZc) ^mcm >XaYaZa
> γγ^ o^(^Xctt)〉oy(激c轴)“假设飞机沿机体坐标系或陀螺壳体坐标系的X。轴有加速度// ’导电液体与球状容 器之间有阻尼的条件下，质量差Δπι受到的惯性力F1和重力Fe，巧=△/ ·//,Fe= Am.go 如图3所示，液体开关内液体介质7和导电液体5绕液体开关的液面坐标系X1Y1Z1中的XI、 Yl轴的转动惯量相同，用I表示，液体介质和导电液体之间的阻尼系数用D表示，则有对于 Yl轴方向
(1)当θ y，σ y为小角度(小于1度)时，有+ 乓)=-Dd;+dAmf|-d-Atng· % + ay)
U对于Xl轴方向，动力学方程为
(3)
根据上述的公式(1)、(3)可以得到液体开关为一个二阶系统，并据此绘制液体开 关的幅频特性曲线。与现有技术中的带有气泡的液体开关相比，在将气泡用某种液体介质 替换后，D值增大，所以改进后液体开关的二阶系统能过滤掉大部分振动干扰，尤其在高频 段(大于200Hz)，几乎完全过滤。实施例下面是进行的验证性试验，来说明装有改进后的液体开关的陀螺仪能有效避开高 频率的振动干扰，从而达到快速稳定的效果。附振动实验振动控制及测试系统
装有被测试陀螺仪的工装固定在振动装置的水平转台上，振动工装上的抬振器的 输出作为振动台的被控信号，描述振动和其他定点振动时的振动参数由振动仪控制。通过 液体开关动力学方程的推导，将改进后的167型液体开关放在振动台上进行试验，验证液 体开关中选择的与液体介质的设计参数。所述的设计参数包括所选择液体介质的密度等。振动试验内容将振动平台的振动频率调到干扰频率，分别将装有原液体开关的陀螺仪装和装有 改进后的液体开关的陀螺仪配在振动平台上。液体开关测试实验温度25°C 表1 167液体开关原始记录(单位欧姆) 表2 167液体开关技术要求 将改进后的液体开关放在振动平台上进行试验，试验说明表1中的试验数据满足表2中对于液体开关的技术要求，验证了液体开关的设计参数。证明了现用方法的可行性， 找到了进一步提高液体开关精度的方法。在液体开关满足以上技术要求之后，进行进一步的振动试验，分别将本发明提供 的液体开关安装在不同的测试设备上，在振动平台上进行振动试验，振动试验结果如图 6-图8，每幅图中的第一行图是系统振动曲线，横坐标是振动台的频率，纵坐标是振动台面 的加速度；第二行图是液体开关的幅频特性曲线；第三行图是经过液体开关后的系统振动 曲线，横坐标是振动台的频率，纵坐标是振动台面的加速度。以上的振动曲线表明，装有本 发明提供的改进后的液体开关的陀螺仪能有效避开高频率的振动干扰，从而能使陀螺仪快 速稳定下来。以上是说明在本发明范围内用的某种液体介质配置后的试验效果，改进后的液体 开关满足167液体开关的技术要求。显然，例子决不是本发明的限度，因为，按照本发明的 指导法则和方法还能制造出许多其他的不同的滤振范围的成份比例，需要在适当范围内变 化，为了得到最好的结果，在完成介质液体的配制时要有一定的预防措施，必须是纯的或属 于应用级，处理材料时须保证防止污染和受潮。
权利要求
基于滤振设计的快速稳定液体开关，其特征在于所述的液体开关由一个玻璃上盖和基座组成密闭结构，玻璃上盖内表面是凹球面，在基座的内表面上等距离地有四个作为电极的接触点，接触点与基座外表面的螺塞连接，在所述液体开关的内部空间充有导电液体和液体介质，所述的液体介质与导电液体不相容。
2.根据权利要求1所述的基于滤振设计的快速稳定液体开关，其特征在于所述的液 体介质与导电液体不相容，并且液体介质的密度小于导电液体的密度，对接触点处的金属 没有腐蚀性。
3.根据权利要求1所述的基于滤振设计的快速稳定液体开关，其特征在于导电液体 和接触点接触形成导电回路，导电液体和接触点的接触面积的大小取决于液体开关整体偏 离垂直轴线的角偏差，即倾斜角Θ。
4.根据权利要求1所述的基于滤振设计的快速稳定液体开关，其特征在于液体开关 在玻璃上盖上设置一个注入液体的开口。
全文摘要
本发明公开了一种基于滤振设计的快速稳定液体开关，由一个玻璃上盖和基座组成密闭结构，玻璃上盖内表面是凹球面，在基座的内表面上等距离地有四个作为电极的接触点，接触点与基座外表面的螺塞连接，在所述液体开关的内部空间充有导电液体和液体介质，所述的液体介质与导电液体不相容。本发明根据不同的测量要求配置液体介质，增加对滤除振动的设计方法的考虑，对周围的环境振动进行滤除。将气泡换成根据振动源不同算出的系统动态特性时需要的液体介质，达到快速滤除周围振动的效果。
文档编号H01H29/22GK101908432SQ201010239758
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者冉跃龙, 张李勇 申请人:北京航空航天大学