專(zhuān)利名稱(chēng)：基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，屬于慣性測(cè)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
合成射流微泵在流動(dòng)控制領(lǐng)域，如流動(dòng)分離及氣動(dòng)力控制、射流矢量控制、增強(qiáng)摻混及傳熱傳質(zhì)控制、微流體傳輸與控制等方向具有十分廣闊的應(yīng)用前景。射流轉(zhuǎn)子陀螺的基本原理是通過(guò)微泵噴出的氣體在檢測(cè)腔中形成一個(gè)氣流轉(zhuǎn)子，該射流轉(zhuǎn)子具有傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)子所具有的定軸性和進(jìn)動(dòng)性。當(dāng)外界有垂直于或平行于流體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的角速度或加速度輸入時(shí)，與殼體固定的熱敏電阻就·會(huì)與射流轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的運(yùn)動(dòng)引起熱敏電阻電阻值的變化，通過(guò)相應(yīng)檢測(cè)電路即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)角速度或加速度的檢測(cè)。射流轉(zhuǎn)子陀螺可以實(shí)現(xiàn)六自由度測(cè)量，具有實(shí)現(xiàn)技術(shù)容易、抗沖擊性好、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)很有前景的MEMS慣性傳感器。參照?qǐng)D8，在申請(qǐng)?zhí)枮?01110189839. O的專(zhuān)利文獻(xiàn)“一種新型MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺”中，西北工業(yè)大學(xué)提出了一種新型MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺，包括腔體層、上密封層、下密封層和熱敏電阻層。所述的腔體層包括檢測(cè)腔和圍繞檢測(cè)腔周向均布的振動(dòng)腔；熱敏電阻層位于腔體層上方，用于檢測(cè)氣流偏轉(zhuǎn)。下密封層的兩個(gè)壓電片分別位于兩個(gè)振動(dòng)腔正上方，作為微泵的振動(dòng)薄膜。上密封層位于熱敏電阻層上方，下密封層位于腔體層下方，兩個(gè)密封層和壓電片層一起使得腔體層形成密閉空腔；利用的激勵(lì)電壓相位相差η，使得兩個(gè)振動(dòng)腔交互噴氣與吸氣，氣體經(jīng)由兩個(gè)出氣口在檢測(cè)腔形成氣流轉(zhuǎn)子，形成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。但是，此陀螺是一個(gè)封閉的系統(tǒng)。在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，由于氣流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，盡管兩個(gè)壓電片激勵(lì)電壓相位相差η，兩個(gè)振動(dòng)腔不能完成交替噴氣與吸氣，難以實(shí)現(xiàn)氣流的定向運(yùn)動(dòng)。由于兩個(gè)振動(dòng)腔在同一時(shí)刻噴氣與吸氣的氣流量不同，形成的氣流轉(zhuǎn)子軸隨著氣流運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，使得氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸的一致性較差。由于是封閉的系統(tǒng)，壓電片連續(xù)振動(dòng)使得腔體內(nèi)部氣體的溫度升高，影響了射流轉(zhuǎn)子陀螺的檢測(cè)精度。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中難以形成穩(wěn)定的氣流轉(zhuǎn)子，壓電片振動(dòng)引起的氣體溫度升高問(wèn)題，本發(fā)明在原陀螺的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出一種基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，參照?qǐng)D1-6，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)周向均布有多個(gè)振動(dòng)腔；各振動(dòng)腔均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應(yīng)的振動(dòng)薄膜；各振動(dòng)薄膜下分別連有壓電片；所述圓柱空腔分別通過(guò)相應(yīng)的噴口與相應(yīng)的振動(dòng)腔連通；所述各噴口徑向錯(cuò)開(kāi)；噴口由一主通道和在主通道兩側(cè)增加的支通道組成，所述支通道寬度比主通道小；上密封層I位于腔體層3上方，使得腔體層3上的各振動(dòng)腔均形成密閉空腔；熱敏電阻層2位于檢測(cè)腔33上方，由4個(gè)周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測(cè)氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測(cè)腔33 ;下密封層I上的通氣孔56使得檢測(cè)腔33與外界連通，同時(shí)，下密封層I上也有相應(yīng)的通氣孔與噴口上的支通道中間部位連通，使得所述射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)?；谛滦秃铣缮淞魑⒈玫纳淞鬓D(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點(diǎn)，當(dāng)壓電片向上振動(dòng)分別壓縮各振動(dòng)腔的氣體，從而氣體從振動(dòng)腔分別流入相應(yīng)的出氣口，利用進(jìn)氣口比出氣口對(duì)氣體的阻力大，實(shí)現(xiàn)壓電片向上振動(dòng)時(shí)氣體從出氣口進(jìn)入檢測(cè)腔33大于從進(jìn)氣口流出的氣體；當(dāng)壓電片向下振動(dòng)分別擴(kuò)散振動(dòng)腔的氣體，從而氣體從出氣口流入振動(dòng)腔，利用進(jìn)氣口比出氣口對(duì)氣體的阻力小，實(shí)現(xiàn)壓電片向下振動(dòng)時(shí)氣體從進(jìn)氣口流進(jìn)的氣體大于從出氣口流進(jìn)的氣體。因此壓電片的上下振動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣體的定向傳輸和單向流動(dòng)，即由進(jìn)氣口到檢測(cè)腔33的單向流動(dòng)。激勵(lì)電壓的存在，使得氣體不斷從外界流入檢測(cè)腔33形成轉(zhuǎn)子，而當(dāng)檢測(cè)腔33壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體通過(guò)通氣孔流向外界。氣流轉(zhuǎn)子軸和檢測(cè)腔體軸是重合的，當(dāng)外界有角速度和加速度輸入時(shí)，氣流轉(zhuǎn)子由于慣性而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，會(huì)引起不同位置處的熱敏電阻冷卻效果的不同，從而造成熱敏電阻溫度的不同，由于電阻溫度效應(yīng)，其電阻 值也會(huì)隨之變化，通過(guò)檢測(cè)熱敏電阻電阻值的變化，就可測(cè)得氣流轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)位移，由這個(gè)位移就可推得外界輸入的角速度和加速度。本發(fā)明的有益效果是基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點(diǎn)，利用進(jìn)氣口與出氣口對(duì)氣流的阻力的不同，實(shí)現(xiàn)氣體的定向傳輸，單向流動(dòng)，即由進(jìn)氣口到出氣口，由振動(dòng)腔到檢測(cè)腔的傳輸與流動(dòng)。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動(dòng)引起的氣體溫度升高，提高射流轉(zhuǎn)子陀螺的精度。振動(dòng)腔振動(dòng)相位相差為O時(shí)，產(chǎn)生的氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸有更好的一致性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖I是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺剖視圖圖2是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺上密封層示意圖圖3是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺腔體層俯視圖圖4是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺腔體層主視圖圖5是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺腔體層局部放大圖圖6是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子熱敏電阻層示意圖圖7是實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子下密封層示意圖圖8是西北工業(yè)大學(xué)前期提出的新型的MEMS射流轉(zhuǎn)子陀螺示意圖圖中，I-上密封層，2-熱敏電阻層，3-腔體層，5-下密封層，21-熱敏電阻I，22-熱敏電阻II，23-熱敏電阻III，24-熱敏電阻IV，31-振動(dòng)腔I，32-振動(dòng)腔II，，33-檢測(cè)腔，34-進(jìn)氣口 I，35-通氣口 I，36-進(jìn)氣口 II，37-出氣口 I，38-進(jìn)氣口III，39-通氣口II，40-進(jìn)氣口 IV，41-進(jìn)氣口 V，42-通氣口III，43-進(jìn)氣口 VI，44-出氣口 II，45-進(jìn)氣口 VL46-通氣口 IV，47-進(jìn)氣口珊，51-壓電片I，52-通氣孔I，53-通氣孔II，54-壓電片II，55-通氣孔III，56-通氣孔，57-通氣孔IV
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1-6，本實(shí)施實(shí)例的基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，依次包括上密封層I、熱敏電阻層2、腔體層3和下密封層5 ;所述的腔體層3上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)對(duì)稱(chēng)布有振動(dòng)腔I 31和振動(dòng)腔II 32 ;振動(dòng)腔I 31和振動(dòng)腔II 32均未貫通所述的腔體層3，未貫通部分分別形成相應(yīng)的振動(dòng)薄膜；各振動(dòng)薄膜下分別連有壓電片I 51和壓電片II 54;振動(dòng)腔I 31和振動(dòng)腔II 32分別通過(guò)相應(yīng)的噴口與圓柱空腔連通；兩個(gè)噴口徑向錯(cuò)開(kāi)；振動(dòng)腔I 31和圓柱空腔連通的噴口由一與出氣口 I 37連通的主通道和在主通道兩側(cè)增加的支通道組成，一側(cè)的支通道包括依次垂直連接的進(jìn)氣口 I 34、通氣口 I 35和進(jìn)氣口 II 36，另一側(cè)的支通道包括依次垂直連接的進(jìn)氣口 VII 45、通氣口 IV 46和進(jìn)氣口VDI47 ;與該噴口的結(jié)構(gòu)形式一樣，振動(dòng)腔II 32和圓柱空腔連通的噴口則由一與出氣口 II 38連通的主通道和在主通道兩側(cè)增加的支通道組成，一側(cè)的支通道包括依次垂直連接的進(jìn)氣口III 38、通氣口 II 39和進(jìn)氣口 IV 40，另一側(cè)的支通道包括依次垂直連接的進(jìn)氣口 V 41、通氣口 III 42和進(jìn)氣口 VI 43 ;所述進(jìn)氣口 I 34、通氣口 I 35、進(jìn)氣口 II 36、進(jìn)氣口VII45、通氣口 IV 46、進(jìn)氣口 VDI47、進(jìn)氣口 III38、通氣口 II 39、進(jìn)氣口 IV 40、進(jìn)氣口 V 41、通氣口III 42和進(jìn)氣口 VI 43的通道寬度小于出氣口 I 37和出氣口 II 38的通道寬度；上密封層I位于腔體層3上方，使得腔體層3上的振動(dòng)腔I 31和振動(dòng)腔II 32均 形成密閉空腔；熱敏電阻層2位于檢測(cè)腔33上方，包括4個(gè)周向均布的懸置熱敏電阻，即熱電敏電阻I 21、熱電敏電阻II 22、熱電敏電阻III 23和熱電敏電阻IV 24，這4個(gè)熱敏電阻用于檢測(cè)氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層I位于腔體層3下方，它和上密封層I 一起，使得腔體層3上的貫穿圓柱空腔形成檢測(cè)腔33 ;下密封層I上的通氣孔56使得檢測(cè)腔33與外界連通，同時(shí)，下密封層I上還有通氣孔I、通氣孔II、通氣孔III和通氣孔IV，依次與通氣口 I 35、通氣口 IV 46、通氣口 II 39、通氣口III 42位置相應(yīng)，使得噴口上的支通道中間部位的通氣口均與外界連通，從而該實(shí)施例中的射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。該實(shí)施例中基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺的工作過(guò)程為壓電片I 51與壓電片II 54在激勵(lì)電壓相位相差為O的激勵(lì)下，同時(shí)由平衡位置向上振動(dòng)，使得振動(dòng)腔I 31與振動(dòng)腔II 32體積減少，腔內(nèi)壓強(qiáng)增大，氣體從振動(dòng)腔I 31與振動(dòng)腔II 32向外噴出，由于氣體噴出時(shí)進(jìn)氣口 I 34、進(jìn)氣口 II 34、進(jìn)氣口III 38、進(jìn)氣口IV 40、進(jìn)氣口 V 41、進(jìn)氣口VI 43、進(jìn)氣口 VII 45和進(jìn)氣口 VDI 47比出氣口 I 37和出氣口 II 44對(duì)氣體的阻力大，從而氣體主要從出氣口 I 37和出氣口 II 44流入檢測(cè)腔33形成氣流轉(zhuǎn)子；激勵(lì)電壓經(jīng)過(guò)1/4周期，壓電片I 51與壓電片II 54由最高點(diǎn)向最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，腔內(nèi)壓強(qiáng)減小，氣體從外部流入振動(dòng)腔I 31與振動(dòng)腔II 32，由于氣體吸入時(shí)出氣口 I 37和出氣口 II 44比進(jìn)氣口 I 34、進(jìn)氣口 II 36、進(jìn)氣口 III 38、進(jìn)氣口 IV 40、進(jìn)氣口 V 41、進(jìn)氣口 VI 43、進(jìn)氣口 VII 45 和進(jìn)氣口 VDI 47阻力大，從而氣體主要從進(jìn)氣口 I 34、進(jìn)氣口 II 34、進(jìn)氣口III38、進(jìn)氣口 IV 40、進(jìn)氣口 V 41、進(jìn)氣口VI 43、進(jìn)氣口 VII 45和進(jìn)氣口VDI 47流入振動(dòng)腔I 31與振動(dòng)腔II 32。激勵(lì)電壓經(jīng)過(guò)3/4周期，壓電片I 51與壓電片II 54由最低點(diǎn)向平衡位置振動(dòng)，腔內(nèi)壓強(qiáng)增大，氣體從振動(dòng)腔I 31與振動(dòng)腔II 32向外噴出，由于氣體噴出時(shí)進(jìn)氣口 I 34、進(jìn)氣口 II 36、進(jìn)氣口III 38、進(jìn)氣口IV 40、進(jìn)氣口 V 41、進(jìn)氣口 VI 43、進(jìn)氣口 VII 45和進(jìn)氣口VDI 47比出氣口 I 37和出氣口 II 44對(duì)氣體的阻力大，從而氣體主要從出氣口 I 37和出氣口 II 44流入檢測(cè)腔33形成氣流轉(zhuǎn)子。激勵(lì)電壓的存在，使得氣體不斷從外界流入檢測(cè)腔33形成轉(zhuǎn)子，而當(dāng)檢測(cè)腔33壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體通過(guò)通氣孔56、通氣孔I 52、通氣孔II 53、通氣孔III 55、通氣孔IV 57流向外界。氣流轉(zhuǎn)子軸和檢測(cè)腔體軸是重合的，當(dāng)外界有角速度和加速度輸入時(shí)，氣流轉(zhuǎn)子由于慣性而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，會(huì)引起不同位置處的熱敏電阻冷卻效果的不同，從而造成熱敏電阻溫度的不同，由于電阻溫度效應(yīng)，其電阻值也會(huì)隨之變化，通過(guò)檢測(cè)熱敏電阻電阻值的變化， 就可測(cè)得氣流轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)位移，由這個(gè)位移就可推得外界輸入的角速度和加速度。
權(quán)利要求1.一種基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，依次包括上密封層(I)、熱敏電阻層(2)、腔體層(3)和下密封層(5);所述的腔體層(3)上有一貫穿的圓柱空腔，在所述圓柱空腔外側(cè)周向均布有多個(gè)振動(dòng)腔；各振動(dòng)腔均未貫通所述的腔體層(3)，未貫通部分分別形成相應(yīng)的振動(dòng)薄膜；各振動(dòng)薄膜下分別連有壓電片；其特征在于所述圓柱空腔分別通過(guò)相應(yīng)的噴口與相應(yīng)的振動(dòng)腔連通；所述各噴口徑向錯(cuò)開(kāi)；噴口由一主通道和在主通道兩側(cè)增加的支通道組成，所述支通道寬度比主通道?。簧厦芊鈱?I)位于腔體層(3)上方，使得腔體層(3)上的各振動(dòng)腔均形成密閉空腔；熱敏電阻層(2)位于檢測(cè)腔(33)上方，由4個(gè)周向均布的懸置熱敏電阻組成，用于檢測(cè)氣流偏轉(zhuǎn)；下密封層(I)位于腔體層(3)下方，它和上密封層(I) 一起，使得腔體層(3 )上的貫穿圓柱空腔形成檢測(cè)腔(33 );下密封層(I)上的通氣孔(56 )使得檢測(cè)腔(33 )與外界連通，同時(shí)，下密封層(I)上也有相應(yīng)的通氣孔與噴口上的支通道中間部位連通，使得所述射流轉(zhuǎn)子陀螺形成一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺，屬于慣性測(cè)量領(lǐng)域。該射流轉(zhuǎn)子陀螺，的檢測(cè)腔分別通過(guò)相應(yīng)的噴口與相應(yīng)的振動(dòng)腔連通；所述各噴口徑向錯(cuò)開(kāi)；噴口由一主通道和在主通道兩側(cè)增加的支通道組成，所述支通道寬度比主通道小。該基于新型合成射流微泵的射流轉(zhuǎn)子陀螺充分利用合成射流的特點(diǎn)，利用進(jìn)氣口與出氣口對(duì)氣流的阻力的不同，實(shí)現(xiàn)氣體的定向傳輸，單向流動(dòng)，即由進(jìn)氣口到出氣口，由振動(dòng)腔到檢測(cè)腔的傳輸與流動(dòng)。利用通氣孔與外界相通，解決了由于壓電片振動(dòng)引起的氣體溫度升高，提高射流轉(zhuǎn)子陀螺的精度。振動(dòng)腔振動(dòng)相位相差為0時(shí)，產(chǎn)生的氣流轉(zhuǎn)子軸與殼體軸有更好的一致性。
文檔編號(hào)G01C19/02GK202692989SQ20122032957
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者常洪龍, 楊勇, 周平偉, 陳方璐, 宋蒙, 謝建兵, 袁廣民 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)