專(zhuān)利名稱(chēng)：氣流式角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角速度傳感器，特別涉及氣流式角速度傳感器。
背景技術(shù)：
氣流式角速度傳感器是一種具有陀螺功能而沒(méi)有傳統(tǒng)陀螺的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，也沒(méi)有壓電陀螺懸掛部件的固態(tài)慣性器件。氣流式角速度傳感器以氣體作為敏感質(zhì)量，其質(zhì)量極小。 氣流式傳感器以其具有成本低、響應(yīng)時(shí)間短、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在角速度的測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)?，F(xiàn)有技術(shù)中的氣流式角速度傳感器通常為二維壓電射流角速度傳感器，這種氣流式角速度傳感器通過(guò)設(shè)置兩個(gè)敏感元件來(lái)分別對(duì)X、y兩個(gè)方向上的角速度進(jìn)行測(cè)量。所以，它存在制作起來(lái)體積大、成本較高、兩個(gè)敏感元件之間交叉耦合強(qiáng)等缺點(diǎn)，導(dǎo)致傳感器的輸出不穩(wěn)定，重復(fù)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的氣流式角速度傳感器所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型的角速度傳感器包括測(cè)試腔體，設(shè)置在所述測(cè)試腔體中心位置的敏感元件，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的兩個(gè)壓電泵，與測(cè)試腔體和所述壓電泵相連通的氣體循環(huán)通道和信號(hào)處理電路； 所述測(cè)試腔體為沿軸向中心、徑向中心均對(duì)稱(chēng)的腔體，在測(cè)試腔體的兩端位置設(shè)置有進(jìn)氣口 ；兩個(gè)壓電泵與測(cè)試腔體的兩端具有一定距離，所述傳感器內(nèi)的氣體可在由測(cè)試腔體、氣體循環(huán)通道和壓電泵組成的密閉空間內(nèi)循環(huán)，所述敏感元件為四周設(shè)置有四組熱敏電阻絲的板狀框架結(jié)構(gòu)，每組電阻絲所在直線(xiàn)與敏感元件的中心位置的垂直距離相同，相對(duì)的兩組熱敏絲相互平行，相鄰的兩組熱敏絲之間相互垂直，所述敏感元件的中心與所述進(jìn)氣口的中心均位于測(cè)試腔體的中心線(xiàn)上；所述氣體在所述壓電泵的作用下形成氣體射流束，氣體射流束經(jīng)過(guò)設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的進(jìn)氣口噴射到敏感元件上，再通過(guò)所述出氣口進(jìn)入到氣體循環(huán)通道中返回，氣體射流束噴射到敏感元件上的位置會(huì)隨著外部角速度的改變而發(fā)生偏移，進(jìn)而導(dǎo)致敏感元件上測(cè)試熱敏電阻絲對(duì)中的兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的熱敏電阻絲的電阻發(fā)生改變，經(jīng)由信號(hào)處理電路處理后可根據(jù)熱敏電阻絲對(duì)中兩個(gè)電阻絲的電阻發(fā)生相對(duì)變化值得出角速度值。進(jìn)一步，所述氣體循環(huán)通道為偶數(shù)個(gè)，沿周向均布在所述測(cè)試腔體外側(cè)。進(jìn)一步，所述設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的進(jìn)氣口為噴嘴體，所述噴嘴體包括主噴嘴和設(shè)置在主噴嘴周?chē)牧嘘噰娮?，列陣式噴嘴的直徑小于主噴嘴直徑。進(jìn)一步，所述測(cè)試腔體的內(nèi)腔截面形狀為喇叭口相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)喇叭形狀。進(jìn)一步，所述測(cè)試腔體的內(nèi)壁截面形狀為角部為倒角的矩形。進(jìn)一步，位于所述熱敏電阻絲除端部外，其他部分不與所述框架接觸。進(jìn)一步，所述敏感元件還包括兩個(gè)背對(duì)設(shè)置框架上的，用于為所述氣體射流束導(dǎo)流的導(dǎo)向面，所述導(dǎo)向面為回轉(zhuǎn)體，其母線(xiàn)為圓弧或直線(xiàn)，所述導(dǎo)向面的最高點(diǎn)應(yīng)位于所述
3測(cè)試腔體的中心線(xiàn)上。進(jìn)一步，在所述測(cè)試腔體上還設(shè)置有導(dǎo)線(xiàn)引出口和導(dǎo)線(xiàn)引出槽，用于將敏感元件上的導(dǎo)線(xiàn)引出與所述外部信號(hào)處理電路相連。進(jìn)一步，所述信號(hào)處理電路包括壓電泵驅(qū)動(dòng)電路、電橋電路、放大電路、濾波電路和補(bǔ)償電路組成，所述補(bǔ)償電路包括溫度傳感器和單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部裝有零位溫度補(bǔ)償程序、非線(xiàn)性度補(bǔ)償程序和靈敏度補(bǔ)償程序，主要完成零位溫度補(bǔ)償、非線(xiàn)性度補(bǔ)償和靈敏度補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理。本發(fā)明中的氣流式角速度傳感器具有下列優(yōu)點(diǎn)
(1)傳感器以氣體作為敏感介質(zhì)，具有較高的抗沖擊能力。(2)使用一個(gè)敏感元件即可測(cè)試X-Y兩個(gè)方向的角速度，簡(jiǎn)化了傳感器結(jié)構(gòu)，將體積縮小到原有角速度傳感器的一半。(3)增設(shè)了氣流引導(dǎo)模塊即設(shè)置在敏感元件上的導(dǎo)向面。通過(guò)導(dǎo)向面的設(shè)置，解決了射流柱間直接碰撞而引起的氣體循環(huán)紊亂的問(wèn)題，提高了傳感器的穩(wěn)定性。(4)采用陣列式噴嘴替代了單一噴嘴，解決了射流中心強(qiáng)度隨傳輸距離衰減的問(wèn)題，降低了氣體的損耗，提升了傳感器的分辨率。


圖1為本發(fā)明中氣流式角速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為測(cè)試腔體中心剖視圖3為圖2中B-B向剖視圖； 圖4為測(cè)試腔體端蓋結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為敏感元件模塊主視圖； 圖6為圖5中A-A向剖視圖7為本發(fā)明中氣流式角速度傳感器信號(hào)處理電路框圖； 圖8為實(shí)施例2中測(cè)試腔體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
如圖ι中所示，本發(fā)明中氣流式角速度傳感器包括外殼1，壓電泵2，壓電泵座3，測(cè)試腔體4、敏感元件5、碟簧6和信號(hào)處理電路(圖中未顯示)，其中外殼1由側(cè)壁11和設(shè)置在側(cè)壁兩端的底座12組成，側(cè)壁11可為薄壁圓筒狀，也可為其他形狀。兩個(gè)底座12上還設(shè)置有電源插座引出口 13，在兩個(gè)底座12上均開(kāi)有電源插座引出口 13是為了方便角速度傳感器的安裝，使角速度傳感器的設(shè)置位置不受外接電源位置的限制，在工作時(shí)，兩個(gè)引出口 13中僅有一個(gè)使用，另一個(gè)封閉。當(dāng)電源和導(dǎo)線(xiàn)由引出口 13引出后，所使用的引出口 13也將被封閉，使外殼1內(nèi)成為一個(gè)密閉空間。在外殼1內(nèi)的中心位置設(shè)置有測(cè)試腔體4，兩個(gè)壓電泵2對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在測(cè)試腔體4的兩端。碟簧6設(shè)置在外殼1內(nèi)，與一側(cè)底座12相接， 用于裝配時(shí)提供預(yù)緊力，將測(cè)試腔體4和設(shè)置在其兩端的壓電泵2在外殼1內(nèi)壓緊固定，避免它們?cè)跍y(cè)試過(guò)程中在外殼1內(nèi)發(fā)生軸向(即圖1中的水平方向)移動(dòng)。如圖1所示，測(cè)試腔體4為腔體側(cè)壁40和設(shè)置在其兩端的腔體端蓋41圍成的空間，為左、右，上、下均對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。如圖2、3中所示，腔體側(cè)壁40由中間向兩端逐漸增厚，使測(cè)試腔體4為兩個(gè)形狀相同的喇叭，在喇叭口處對(duì)接在一起形成的形狀。這種設(shè)計(jì)方式可減少氣流與測(cè)試腔體內(nèi)壁的直接碰撞，降低了氣體能量的損耗，相應(yīng)減少了測(cè)試腔體4內(nèi)氣流通道存在的渦流現(xiàn)象，使氣體在密閉腔體內(nèi)能夠平穩(wěn)有序的循環(huán)。在測(cè)試腔體4的外側(cè)，沿周向均布設(shè)置有偶數(shù)個(gè)氣體循環(huán)通道42，優(yōu)選的為4-8個(gè)，本實(shí)施例的氣體循環(huán)通道 42為四個(gè)，氣體循環(huán)通道可設(shè)置在測(cè)試腔體4的側(cè)壁內(nèi)，也可為單獨(dú)設(shè)置在測(cè)試腔體4外側(cè)的管道，也可為測(cè)試腔體4與外殼側(cè)壁11之間的間隙。氣體循環(huán)通道42的斷面為圓形，本實(shí)施例中氣體循環(huán)通道42設(shè)置在測(cè)試腔體4的側(cè)壁內(nèi)，并且，優(yōu)選的氣體循環(huán)通道42的圓周與腔體側(cè)壁40外圓周相切，氣體循環(huán)通道42與測(cè)試腔體4通過(guò)四個(gè)出氣口 43連通，四個(gè)出氣口 43均布在測(cè)試腔體4軸向中心處的圓周上，在測(cè)試腔體4外圍沿周向均布設(shè)置與其腔內(nèi)連通的四個(gè)氣體循環(huán)通道42，其目的是使由測(cè)試腔體中輸出的氣體能夠進(jìn)行合理、 有序、穩(wěn)定的循環(huán)，并使其達(dá)到壓電泵處的動(dòng)能盡量小，來(lái)自不同方向上的氣體動(dòng)能可以相互抵消。在腔體側(cè)壁40上還設(shè)置有四個(gè)導(dǎo)線(xiàn)出口 44和與之相連通的設(shè)置在測(cè)試腔體側(cè)壁上的導(dǎo)線(xiàn)槽45。端蓋41為具有一定厚度的板狀結(jié)構(gòu)，其截面與腔體側(cè)壁40截面相配，在端蓋41上還設(shè)置有進(jìn)氣口，如圖4所示，該進(jìn)氣口為噴嘴體，包括主噴嘴46和位于主噴嘴46 周?chē)牧嘘囀絿娮?7，主噴嘴46為一個(gè)與端蓋41同心設(shè)置的一個(gè)大圓孔；列陣式噴嘴47 為在主噴嘴46周?chē)c主噴嘴46同心的圓周上均布的若干個(gè)小通孔。主噴嘴46的直徑與列陣式噴嘴47直徑的比值可為6-10 :1，優(yōu)選的為8 1 ；列陣式噴嘴46中的噴嘴數(shù)量可為 4-8個(gè)。噴嘴體主要功能是產(chǎn)生射流束，是進(jìn)入測(cè)試腔體4內(nèi)的氣流流動(dòng)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和形狀決定了噴出氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在主噴嘴46周?chē)O(shè)置的列陣式噴嘴47 —方面能夠增加噴嘴射出氣體的效率，另一方面可以減少氣體在噴嘴射出后發(fā)生的擴(kuò)散，使氣體可以在測(cè)試腔體4內(nèi)穩(wěn)定的傳遞，有效避免了氣體射流中心強(qiáng)度隨傳輸距離衰減的問(wèn)題，降低了氣體的損耗，從而提高了氣體射流柱的性能和傳感器測(cè)試的穩(wěn)定性。測(cè)試腔體4長(zhǎng)寬比優(yōu)選的為3:1，即其腔體腔內(nèi)空間的長(zhǎng)度和最大直徑處之間的比值為3 :1，這樣的設(shè)計(jì)比例既可保證氣流束射到熱敏電阻絲的強(qiáng)度高，又保證了在外界角速度作用下，射流束的偏離效果明顯。如圖1、5、6所示，敏感元件5由兩個(gè)相背固定在一起敏感元件模塊構(gòu)成，如圖6、7 中所示，敏感元件模塊51包括帶有導(dǎo)向面55的框架52、熱敏電阻絲53和熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu)M ；框架52為一個(gè)帶有導(dǎo)向面55的平板，其形狀為四個(gè)邊為圓弧的正方形，在其四個(gè)角處均固定有熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu)54，四根熱敏電阻絲53通過(guò)熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu)M設(shè)置在框架52上，每根熱敏電阻絲53的兩端分別固定位于兩個(gè)相鄰角部上的熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu)M上，除其兩端外，熱敏電阻絲53的其他部分不與框架52和熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu) M相接觸。熱敏電阻絲的設(shè)置方式有很多種，但均要保證每根熱敏電阻絲53所在直線(xiàn)與敏感元件的5中心的垂直距離相等，并且相對(duì)設(shè)置的兩根電阻絲53相互平行，對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在框架52上，相鄰設(shè)置的兩根電阻絲53相互垂直。相對(duì)邊的兩根熱敏電阻絲53組成一組測(cè)試熱敏電阻絲對(duì)用于對(duì)角速度進(jìn)行測(cè)試。熱敏電阻絲安裝結(jié)構(gòu)M還用于將熱敏電阻絲53 與測(cè)試電路連接在一起；設(shè)置在敏感元件5上的導(dǎo)線(xiàn)可通過(guò)導(dǎo)向出口 44和導(dǎo)線(xiàn)槽45由測(cè)試腔體中引出與外部電路相連?？蚣?2的導(dǎo)向面55為回轉(zhuǎn)體，其母線(xiàn)為圓弧或直線(xiàn)，其截面形狀如圖7中所示的斜邊為圓弧的三角形，也可為斜邊為直線(xiàn)的三角形。裝配時(shí)，兩個(gè)敏感元件模塊51平面相接，固定在一起，然后通過(guò)四角吊裝的方式設(shè)置在測(cè)試腔體中，其形心與測(cè)試腔體的形心相重合；優(yōu)選的，如圖1中所示，敏感元件5的四個(gè)角分別對(duì)著四個(gè)出氣口 43的中心線(xiàn)，其導(dǎo)向面55的最高點(diǎn)應(yīng)與位于端蓋41中心線(xiàn)，也就是測(cè)試腔體4的軸線(xiàn)上。導(dǎo)向面陽(yáng)的最高點(diǎn)距進(jìn)氣口的距離應(yīng)滿(mǎn)足氣體射流束具有足夠長(zhǎng)的噴射距離，又不能太長(zhǎng)，而使氣體射流束發(fā)散而影響測(cè)試效果。敏感元件5的四個(gè)角距離四個(gè)出氣口 43 的距離應(yīng)滿(mǎn)足敏感元件的四個(gè)角不會(huì)對(duì)出氣口 43造成堵塞，但其間的距離也不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，使導(dǎo)向面55對(duì)射向其上的氣體的移動(dòng)方向失去導(dǎo)向意義，導(dǎo)致由出氣口 43排出到測(cè)試腔體 4以外的氣體，無(wú)法滿(mǎn)足在壓電泵2的作用下形成氣體射流束所需的氣體的量，降低傳感器測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。在敏感元件5和測(cè)試腔體4的大小，以及敏感元件5與測(cè)試腔體的出氣口、排氣口之間的距離一定的條件下，氣流式角速度傳感器在靜止、旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨著角速度的不斷變化，由氣體射流束噴射進(jìn)測(cè)試腔體4內(nèi)的氣體，其通過(guò)出氣口 43進(jìn)入到氣體循環(huán)通道42中的氣體量與在測(cè)試腔體4內(nèi)循環(huán)的氣體之間的比例會(huì)隨著角速度的變化而變化， 所以，測(cè)試腔體4與敏感元件5的大小比例可通過(guò)標(biāo)定或模擬計(jì)算等方式確定，以滿(mǎn)足上述條件。如圖1中所示，兩個(gè)壓電泵2對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在測(cè)試腔體4的兩端，并與測(cè)試腔體4的兩個(gè)端蓋42之間具有一定距離，該空間可滿(mǎn)足氣流式角速度傳感器中氣體循環(huán)的需要。壓電泵2包括壓電片21和壓電振子22，壓電片21和壓電振子22均固定設(shè)置在壓電泵座3 上，其中，壓電片21為壓電陶瓷薄片，壓電振子22為帶有中心圓孔的彈性薄板。在逆壓電效應(yīng)的作用下壓電片21可使壓電振子22產(chǎn)生變形，壓電振子22的變形導(dǎo)致的壓電泵2內(nèi)部空間容積變化實(shí)現(xiàn)氣流的循環(huán)輸入和輸出。如圖7所示，信號(hào)處理電路主要由壓電泵驅(qū)動(dòng)電路30、電橋電路31、放大電路32、 濾波電路33和補(bǔ)償電路34組成，壓電泵驅(qū)動(dòng)電路30驅(qū)動(dòng)壓電泵2產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)氣流，形成氣體射流射向敏感元件5 ；電橋電路31將熱電阻絲53的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，其輸出接于放大電路32;放大電路32將輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，以便于信號(hào)的檢測(cè)，其輸出接于濾波電路33 ；濾波電路33主要清除電路中的噪聲干擾，并接于補(bǔ)償電路34 ；補(bǔ)償電路34利用單片機(jī)36對(duì)傳感器產(chǎn)生的溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償，最后輸出角速度。補(bǔ)償電路34包括溫度傳感器35和單片機(jī)36，單片機(jī)36內(nèi)部裝有零位溫度補(bǔ)償程序37、非線(xiàn)性度補(bǔ)償程序38和靈敏度補(bǔ)償程序39，主要用于完成零位溫度補(bǔ)償、非線(xiàn)性度補(bǔ)償和靈敏度補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理。 上述信號(hào)處理電路電源采用正負(fù)級(jí)穩(wěn)壓電源，其電壓值要根據(jù)熱敏電阻絲53電阻值、單片機(jī)16供電電壓和實(shí)際信號(hào)大小而定，一般選用士 15DVC。使用時(shí)，將本實(shí)施例中的氣流式角速度傳感器通過(guò)底座設(shè)置在被測(cè)裝置上，首先檢測(cè)氣流式角速度傳感器的設(shè)置位置，檢測(cè)方法為接通電源，氣流式角速度傳感器所檢測(cè)到的角速度應(yīng)為零，即熱電阻絲對(duì)產(chǎn)生的熱量應(yīng)相等。工作時(shí)，壓電片在逆壓電效應(yīng)的作用下驅(qū)使壓電振子振動(dòng)，將處于壓電泵與測(cè)試腔體端蓋之間空間內(nèi)的氣體吸入到壓電泵中， 然后再由壓電泵中噴出，由壓電泵噴出的氣體產(chǎn)生射流，氣體射流束經(jīng)過(guò)噴嘴體進(jìn)入到測(cè)試腔體中，并噴射到敏感元件上，經(jīng)敏感元件的導(dǎo)向面導(dǎo)向后，一部分由出氣口噴出，并經(jīng)過(guò)氣體循環(huán)通道返回到壓電泵與測(cè)試腔體端蓋之間的空間，另一部分在測(cè)試腔體內(nèi)循環(huán)。 由測(cè)試腔體噴出的氣體，沿氣體循環(huán)通道循環(huán)至壓電泵與測(cè)試腔體端蓋之間的空間內(nèi)。在測(cè)試過(guò)程中，氣體一直在壓電泵的作用下按此路線(xiàn)，在由壓電泵測(cè)試腔體與氣體循環(huán)通道所組成的密閉空間內(nèi)往復(fù)循環(huán)，對(duì)被測(cè)裝置進(jìn)行角速度進(jìn)行測(cè)試。在設(shè)備靜止時(shí)，即角速度為零時(shí)，由壓電泵驅(qū)動(dòng)氣體而產(chǎn)生的氣體射流束，沒(méi)有受到外界角速度的干擾，此時(shí)，氣體射流束均勻的噴射到敏感元件導(dǎo)向面的中心位置，使對(duì)稱(chēng)設(shè)置敏感元件上的兩個(gè)熱敏電阻絲對(duì)中的兩個(gè)熱敏電阻絲所產(chǎn)生的熱量均相同，經(jīng)過(guò)后續(xù)電橋檢測(cè)，可知熱敏電阻絲對(duì)中的兩根熱敏電阻絲的電阻相對(duì)變化為零。當(dāng)設(shè)備以一定角速度做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣體射流束噴射到敏感元件上的位置，由于受到角速度的影響，會(huì)相對(duì)于敏感元件中心向某一方向偏離，使敏感元件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，熱敏電阻絲對(duì)中的兩根相對(duì)設(shè)置的熱敏電阻絲的電阻阻值在射流的作用下會(huì)發(fā)生相對(duì)變化，所產(chǎn)生的熱量會(huì)不同，經(jīng)后續(xù)電橋檢測(cè)，可知兩根熱阻絲的電阻相對(duì)變化量，通過(guò)電橋電路得到輸出電壓。這樣，利用輸出電壓和輸入角速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以計(jì)算出氣流式角速度傳感器輸入角速度的大小。實(shí)施例2
如圖8中所示，本實(shí)施例中的氣流式角速度傳感器的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中基本相同，其不同之處在于，測(cè)試腔體結(jié)構(gòu)軸向截面形狀為帶有圓弧倒角的矩形。這種設(shè)計(jì)形式比實(shí)施例 1中的喇叭形設(shè)計(jì)增加了測(cè)試腔體的容積，擴(kuò)大了氣體在腔體內(nèi)部循環(huán)的空間，抑制了射流柱的發(fā)散。由于增加了圓弧倒角的設(shè)計(jì)，它比現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)試腔體中長(zhǎng)方形截面設(shè)計(jì)降低了氣流與腔體的四個(gè)頂角的直接碰撞，有效避免了腔體內(nèi)部存在的渦流現(xiàn)象。由于氣流式角速度傳感器采用零位輸出、靈敏度隨溫度變化較大，傳感器在大角速度輸入時(shí)輸出電壓是非線(xiàn)性的，因此必須對(duì)傳感器進(jìn)行補(bǔ)償處理才能夠得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。為了得到更加準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，在不影響傳感器分辨率的情況下，本發(fā)明采用移動(dòng)式算術(shù)平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用非等間距分段的多項(xiàng)式擬合方法和分段線(xiàn)性插值方法，通過(guò)溫度傳感器和單片機(jī)進(jìn)行軟件補(bǔ)償。這種軟件補(bǔ)償方法調(diào)試簡(jiǎn)單，成本低，補(bǔ)償精度高， 適用于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明氣流式角速度傳感器采用噴嘴陣結(jié)構(gòu)提升了傳感器的性能，而且信號(hào)處理電路和外圍元器件共用一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，使得氣流式角速度傳感器的體積比現(xiàn)有設(shè)計(jì)減小了一半。
權(quán)利要求
1.一種氣流式角速度傳感器，其特征為，該傳感器包括測(cè)試腔體，設(shè)置在所述測(cè)試腔體中心位置的敏感元件，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的兩個(gè)壓電泵，與測(cè)試腔體和所述壓電泵相連通的氣體循環(huán)通道和信號(hào)處理電路；所述測(cè)試腔體為沿軸向中心、徑向中心均對(duì)稱(chēng)的腔體，在測(cè)試腔體的兩端位置設(shè)置有進(jìn)氣口 ；兩個(gè)壓電泵與測(cè)試腔體的兩端具有一定距離，所述傳感器內(nèi)的氣體可在由測(cè)試腔體，氣體循環(huán)通道和壓電泵組成的密閉空間內(nèi)循環(huán)， 所述敏感元件為四周設(shè)置有四組熱敏電阻絲的板狀框架結(jié)構(gòu)，每組電阻絲所在直線(xiàn)與敏感元件的中心位置的垂直距離相同，相對(duì)的兩組熱敏絲相互平行，相鄰的兩組熱敏絲之間相互垂直，所述敏感元件的中心與所述進(jìn)氣口的中心均位于測(cè)試腔體的中心線(xiàn)上；所述氣體在所述壓電泵的作用下形成氣體射流束，氣體射流束經(jīng)過(guò)設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的進(jìn)氣口噴射到敏感元件上，再通過(guò)所述出氣口進(jìn)入到氣體循環(huán)通道中返回，氣體射流束噴射到敏感元件上的位置會(huì)隨著外部角速度的改變而發(fā)生偏移，進(jìn)而導(dǎo)致敏感元件上測(cè)試熱敏電阻絲對(duì)中的兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的熱敏電阻絲的電阻發(fā)生改變，經(jīng)由信號(hào)處理電路處理后可根據(jù)熱敏電阻絲對(duì)中兩個(gè)電阻絲的電阻發(fā)生相對(duì)變化值得出角速度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，所述氣體循環(huán)通道為偶數(shù)個(gè)，沿周向均布在所述測(cè)試腔體外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，所述設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的進(jìn)氣口為噴嘴體，所述噴嘴體包括主噴嘴和設(shè)置在主噴嘴周?chē)牧嘘噰娮?，列陣式噴嘴的直徑小于主噴嘴直徑?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，所述測(cè)試腔體的內(nèi)腔截面形狀為喇叭口相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)喇叭形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，所述測(cè)試腔體的內(nèi)壁截面形狀為角部為倒角的矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，位于所述熱敏電阻絲除端部外，其他部分不與所述框架接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述角速度傳感器，其特征為，所述敏感元件還包括兩個(gè)背對(duì)設(shè)置框架上的，用于為所述氣體射流束導(dǎo)流的導(dǎo)向面，所述導(dǎo)向面為回轉(zhuǎn)體，其母線(xiàn)為圓弧或直線(xiàn)，所述導(dǎo)向面的最高點(diǎn)應(yīng)位于所述測(cè)試腔體的中心線(xiàn)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，在所述測(cè)試腔體上還設(shè)置有導(dǎo)線(xiàn)引出口和導(dǎo)線(xiàn)引出槽，用于將敏感元件上的導(dǎo)線(xiàn)引出與所述外部信號(hào)處理電路相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述角速度傳感器，其特征為，所述信號(hào)處理電路包括壓電泵驅(qū)動(dòng)電路、電橋電路、放大電路、濾波電路和補(bǔ)償電路組成，所述補(bǔ)償電路包括溫度傳感器和單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部裝有零位溫度補(bǔ)償程序、非線(xiàn)性度補(bǔ)償程序和靈敏度補(bǔ)償程序，主要完成零位溫度補(bǔ)償、非線(xiàn)性度補(bǔ)償和靈敏度補(bǔ)償?shù)刃盘?hào)處理。
全文摘要
一種氣流式角速度傳感器包括測(cè)試腔體，設(shè)置在所述測(cè)試腔體中心位置的敏感元件，對(duì)稱(chēng)設(shè)置在測(cè)試腔體兩端的兩個(gè)壓電泵，與測(cè)試腔體和壓電泵相連通的氣體循環(huán)通道和信號(hào)處理電路；測(cè)試腔體為沿軸向中心、徑向中心均對(duì)稱(chēng)的腔體，在測(cè)試腔體的兩端位置設(shè)置有進(jìn)氣口；兩個(gè)壓電泵與測(cè)試腔體的兩端具有一定距離，傳感器內(nèi)的氣體可在由測(cè)試腔體，氣體循環(huán)通道和壓電泵組成的密閉空間內(nèi)循環(huán)，敏感元件為四周設(shè)置有四組熱敏電阻絲的板狀框架結(jié)構(gòu)，每組電阻絲所在直線(xiàn)與敏感元件的中心位置的垂直距離相同，相對(duì)的兩組熱敏絲相互平行，相鄰的兩組熱敏絲之間相互垂直，敏感元件的中心與所述進(jìn)氣口的中心均位于測(cè)試腔體的中心線(xiàn)上。
文檔編號(hào)G01P3/28GK102288775SQ20111018634
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者余全剛, 樸林華, 王星 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)