[发明专利]借助于MET电化学传感器的非磁性方位检测

说明书

对于相关申请的交叉参考

本申请要求在2009年8月6日提交的、标题为“借助于MET电化学传感器的非磁性方位检测”的美国临时申请No.61/231,792的优先权的权益。美国临时申请No.61/231,792的内容通过参考被全文结合于此。

技术领域

本发明涉及一个种类的惯性传感器(直线和角加速度仪、陀螺仪、倾斜仪及地震仪)，叫做分子电子转换器(MET)。

背景技术

遥远目标定位(FTL)的最困难要求是方位方向和倾斜的确定，而方位最有挑战性。当前，便携式FTL系统采用数字磁针罗盘(DMC)。然而，DMC的方位精度由于附近物体(如军用车辆)的磁性影响、地球磁场的变化、及不适当校准而易于出现误差。因此，寻求测量方位的、也是紧凑、功率小、及经济的非磁性方法。

方位方向可使用寻北惯性系统通过检测地球的转动而得到。然而，具有性能高得足以为FTL提供所要求精度的陀螺仪对于手持应用往往太笨重和昂贵。基于MEMS的陀螺仪很小，并且便宜，但目前只能提供在几度范围内的方向精度，离±1密位的希望精度很远。基于光学的惯性检测技术，如光纤陀螺仪(FOG)和环形激光陀螺仪(RLG)能够具有用于方位方向测量的要求精度级，但体积大并且成本高。

发明内容

本发明涉及一个种类的惯性传感器(直线和角加速度仪、陀螺仪、倾斜仪及地震仪)，叫做分子电子转换器(MET)。不像其它惯性传感器，MET传感器将液体电解质用作它们的惯性质量。传感器不包含任何精密机械零件或弹簧，并且制造比较简单和便宜。MET是一种专用种类的电解质单元，该电解质单元设计成使得引起液体电解质的运动(对流)的MET的运动可转换成与加速度或速度成比例的电子信号。MET传感器固有地具有低噪声和高信号放大率(在10⁶的量级上)，这使它们以小得多的形状系数而具有可与光纤陀螺仪(FOG)和环形激光陀螺仪(RLG)相匹敌的性能。它们也固有地对于磁场或辐射的影响不敏感。

在一个实施例中，本发明提供一种陀螺仪。陀螺仪包括两条相交的流体通道，其中，两条流体通道包括第一通道和第二通道。第一流体通道形成第一封闭环路，并且第二通道形成第二封闭环路。第一通道构造成引起液体电解质通过第一封闭环路循环。第二通道包括分子电子转换器，该分子电子转换器构造成，测量在第二封闭环路中的电流流动。在优选实施例中，由磁流体动力维持第一流体通道中液体电解质的循环。某些实施例，由包括永久磁体的磁流体动力单元产生磁流体动力。陀螺仪可以包含在磁场内的多根电极，该磁场由永久磁体产生。

附图说明

图1：图1A：MET角加速度仪的示意图。1)填充有电解质的圆环。2)MET转换器。3)用于补偿电解质随温度膨胀的扩展体积。图1B：传感器的照片。图1C：MET转换器的示意图：(1)转换器密封外壳；(2)电极；(3)电解质溶液；(4)介电垫片；(5)阳极；及(6)阴极。

图2：Allan变化比较数据。在这张曲线图上最下部的未指示实线是用于MET MTRS3200角速率传感器的Allan变化曲线。

图3：用于寻北测量实验的构造。由箭头表示传感器的灵敏度轴，ω_CT-平台转动速度，ω₃-地球转动速度在水平平面表面上的投影，β＝ω_CTt-在传感器的灵敏度轴与地球转动速度在水平表面上的投影之间的角。

图4：在平台转动期间作为时间(x轴，秒)函数的来自MET角传感器的信号(y轴，伏特)。

图5：在平台转动下的角传感器的信号谱。X坐标-频率(Hz)，Y坐标-速度(弧度/秒)。在平台转动频率下的最大速度(圈住的波峰)代表地球的转动速度。

图6：MET陀螺仪的示意设计。

图7：MET陀螺仪的示意设计(左边)和实验室示范(右边)。

具体实施方式

本发明根据与常规机电或基于光学的惯性技术不同的检测机理，提供一族惯性传感器。确切地说，传感器基于电化学机理而操作。MET捕获物理和化学现象，这些物理和化学现象作为流体动力运动的结果发生在电化学单元中的电极表面。MET传感器的优点是可量测性。比如，在一些实施例中，这里描述的角传感器的直径仅仅7mm。然而，如果应用要求例如更低噪声和更高灵敏度，则可增大装置的尺寸，以达到要求的技术规格。