一种小体积数字化分子电子角加速度计的制作方法
【专利摘要】本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种小体积数字化分子电子角加速度计，包括液环和数字电路；液环包括工作液体、环圈、毛细管、溶剂补偿器、电极和转换器；环圈和溶剂补偿器连接在一起，当温度发生改变时，工作液体的体积发生改变，通过毛细管实现环圈内的工作液体与溶剂补偿器内的工作液体相互连通，填补因温度的变化产生的环圈内液体的体积变化；在环圈内镶嵌一片转换器，转换器是由绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的材料，转换器两侧各设置一个惰性电极，通过电极与数字电路相连接；在数字电路中完成电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理。
【专利说明】
一种小体积数字化分子电子角加速度计
技术领域
[0001]本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种小体积数字化分子电子角加速度计。
【背景技术】
[0002]分子电子角加速度计作为传感器用于检测空间角加速度信息，其特点在于利用固-液界面双电层理论及动电学理论，用来敏感入轴方向的角加速度输入信号，并输出与该角加速度信号成正比的电信号。
[0003]目前，在航空、航天及其它领域应用的角加速度计存在体积大、模拟处理电路体制抗干扰能力弱等缺点，亟需研制一种小体积、数字化的分子电子角加速度计。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种小体积、数字化的分子电子角加速度计。
[0005]为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是:
[0006]—种小体积数字化分子电子角加速度计，包括液环和数字电路；液环包括工作液体、环圈、毛细管、溶剂补偿器、电极和转换器；其中:环圈是外径为35_，内径为34_的环形管结构；环圈内充满工作液体，工作液体为以下两种液体之一:丙酮、丙酮和有机溶剂；溶剂补偿器是直径为5mm的球状结构，在溶剂补偿器内设置一根长度为2mm，直径为0.1mm的毛细管；毛细管的一端在溶剂补偿器内部，另一端与环圈相连通；环圈和溶剂补偿器连接在一起，当温度发生改变时，工作液体的体积发生改变，通过毛细管实现环圈内的工作液体与溶剂补偿器内的工作液体相互连通，填补因温度的变化产生的环圈内液体的体积变化；在环圈内镶嵌一片转换器，转换器是由绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的材料，转换器两侧各设置一个惰性电极，通过电极与数字电路相连接；在数字电路中完成电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理。
[0007]进一步的，如上所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其中:环圈和溶剂补偿器的材料是玻璃，环圈和溶剂补偿器通过熔结的方式连接在一起。
[0008]进一步的，如上所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其中:环圈和溶剂补偿器的材料是不锈钢，环圈和溶剂补偿器通过焊接的方式连接在一起。
[0009]进一步的，如上所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其中:工作液体为丙酮和有机溶剂，有机溶剂为甲苯。
[0010]进一步的，如上所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其中:转换器材料为以下两种绝缘材料中的一种:硅酸盐玻璃、氧化物陶瓷；转换器材料的毛细孔隙直径为40?60 μ m，液体通过率为I?2N.S/ m2。
[0011]进一步的，如上所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其中:转换器两侧设置的惰性电极为铂电极。
[0012]本方案的有益效果是:体积小、采用电荷放大电路和以ARM芯片为基础的数字电路相结合的方法从而具有较强的抗干扰能力等。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的液环结构示意图；
[0014]图2为本发明的工作原理图；
[0015]图3为本发明的数字电路原理图。
[0016]图中，1.工作液体，2.环圈，3.毛细管，4.溶剂补偿器，5.电极，6.转换器。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例和附图，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
[0018]如图1所示，本发明一种小体积数字化分子电子角加速度计，包括液环和数字电路；液环包括工作液体、环圈、毛细管、溶剂补偿器、电极和转换器；其中:环圈是外径为35mm,内径为34_的环形管结构；环圈内充满工作液体，工作液体由丙酮或丙酮中添加甲苯等有机溶剂组成；溶剂补偿器是直径为5_的球状结构，在溶剂补偿器内设置一根长度为2_，直径为0.1mm的毛细管；毛细管的一端在溶剂补偿器内部，另一端与环圈相连通。
[0019]在本实施例中，环圈和溶剂补偿器连接在一起:环圈和溶剂补偿器的材料是玻璃时，环圈和溶剂补偿器通过熔结的方式连接在一起；环圈和溶剂补偿器的材料是不锈钢时，环圈和溶剂补偿器通过焊接的方式连接在一起。
[0020]当温度发生改变时，工作液体的体积发生改变，通过毛细管实现环圈内的工作液体与溶剂补偿器内的工作液体相互连通，填补因温度的变化产生的环圈内液体的体积变化(毛细管内径很小，气泡无法进入环圈内)。在环圈内镶嵌一片转换器，转换器是由绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的材料，转换器两侧各设置一个惰性电极。
[0021]在本实施例中，转换器材料为以下两种绝缘材料中的一种:硅酸盐玻璃、氧化物陶瓷；转换器材料的毛细孔隙直径为40?60 μ m，液体通过率为I?2N.S/ Hl2 ;转换器两侧设置的惰性电极为铂电极。
[0022]当工作液体充满转换器的毛细孔隙时，在转换器和工作液体的界面上由于相间电荷分离产生双电层，双电层中部分电荷与转换器非刚性连接，处于运动状态，导致在充满工作液体的转换器内毛细孔隙中存在大量的剩余单极带电离子，从而工作液体形成极性。当本产品液环内工作液体受到压力作用通过转换器时，这些离子被运动着的极性液体带动，在毛细孔隙中形成离子流，通过电极上的电化学反应，该离子流转变为金属导线电流，此电流经放大器的负载电阻输出电压值。
[0023]电化学系统的过程可以用图2来描述，实际上是电极表面的双层电容充放电过程，即转换器的毛细孔隙中剩余单极带电离子因流动形成的离子流通过电极的电化学反应转换成导线的电流的这一过程。
[0024]如图3所示，数字电路主要功能包括微弱电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理。考虑到噪声的因素，采用电荷放大电路和以ARM芯片为基础的数字电路相结合的方法。
【主权项】
1.一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:包括液环和数字电路；液环包括工作液体、环圈、毛细管、溶剂补偿器、电极和转换器；其中: 环圈是外径为35_，内径为34_的环形管结构；环圈内充满工作液体，工作液体为以下两种液体之一:丙酮、丙酮和有机溶剂； 溶剂补偿器是直径为5mm的球状结构，在溶剂补偿器内设置一根长度为2mm，直径为0.1mm的毛细管；毛细管的一端在溶剂补偿器内部，另一端与环圈相连通； 环圈和溶剂补偿器连接在一起，当温度发生改变时，工作液体的体积发生改变，通过毛细管实现环圈内的工作液体与溶剂补偿器内的工作液体相互连通，填补因温度的变化产生的环圈内液体的体积变化； 在环圈内镶嵌一片转换器，转换器是由绝缘材料烧结而成的具有毛细孔隙的材料，转换器两侧各设置一个惰性电极，通过电极与数字电路相连接；在数字电路中完成电荷信号的模拟放大、模数转换和数字处理。2.如权利要求1所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:环圈和溶剂补偿器的材料是玻璃，环圈和溶剂补偿器通过熔结的方式连接在一起。3.如权利要求1所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:环圈和溶剂补偿器的材料是不锈钢，环圈和溶剂补偿器通过焊接的方式连接在一起。4.如权利要求1所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:工作液体为丙酮和有机溶剂，有机溶剂为甲苯。5.如权利要求1所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:转换器材料为以下两种绝缘材料中的一种:硅酸盐玻璃、氧化物陶瓷；转换器材料的毛细孔隙直径为40?60 μ m，液体通过率为I?2N.S/ m2。6.如权利要求1所述的一种小体积数字化分子电子角加速度计，其特征在于:转换器两侧设置的惰性电极为铂电极。
【文档编号】G01P15/08GK106033089SQ201510115337
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月17日
【发明人】孙荣凯, 王同雷, 赵宝山, 周蜜
【申请人】北京自动化控制设备研究所