[发明专利]基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种式微陀螺的结构，具体是一种基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺。

背景技术

陀螺是一种测量物体相对于惯性空间角度或速率的传感装置。MEMS微陀螺是MEMS技术和惯性技术相结合的产物，是未来陀螺技术的主要发展方向之一。MEMS微陀螺具有体积小、重量轻、功耗低、抗冲击、能适用于较为恶劣的环境条件等优点，已经成为为航空、航天、微小型武器装备等领域导航、制导、控制系统中重要的核心器件。

当前微陀螺主要采用振动式结构，振动式陀螺通常采用静电或电磁力驱动，使活动质量块闭环谐振在机械敏感结构的谐振频率上，从而使活动质量块在单位时间内产生最大位移，进而获取微机械陀螺的最大信噪比，然而由于敏感结构的品质因子较低，致使谐振频率稳定性较差，而为提高敏感结构品质因子所采用的真空封装由于漏气使得微陀螺可靠性、长期稳定性下降。其次，由于角速度引起的电荷变化极其微弱，受信号拾取电路与敏感结构之间极限噪声优化参数的限制，使微陀螺的信噪比很难有较大突破。此外，敏感结构的工艺偏差使得机械耦合(正交耦合、寄生哥氏力)非常严重，振动式陀螺的工作原理和加工工艺严重制约着性能的提高。近些年来，人们将注意力放到了悬浮转子微陀螺中。利用电磁力或静电力使转子悬浮起来，可以提高微陀螺质量块的运动速度，在理论上，悬浮转子式微陀螺相对于振动式微陀螺具有更大的哥氏力和更高的灵敏度，且可实现双轴角速度和三轴加速度测量。但由于传统的悬浮转子陀螺使用电磁力或静电力使转子悬浮起来，转子的体积非常小，转子转速和稳定性的受到限制，旋转式微陀螺精度并没有明显的改善。

随着纳米技术的不断发展，采用纳米材料制作的超亲油与超疏油性薄膜可以减小固液表面的阻力，比如科学家从自然仿生荷叶表面超疏水现象出发，采用纳米SiO₂粒子复合改性含氟化合物，制备了一系列具有超疏水性的材料；用硅烷偶联剂修饰纳米SiO₂粒子，再用六氟丙烯三聚体对乙烯基苯基醚(C₉F₁₇OC₆H₄CH＝CH₂)进行表面接枝聚合，制备了具有超疏水疏油性的材料，水的接触角为174.8°，滚动角小于2°。本发明就是利用超疏与悬浮陀螺技术相结合，提出了一种利用超疏效应减阻，液体悬浮的转子式新型微陀螺。与传统悬浮陀螺相比较，该陀螺具有工艺简单，转子易于驱动、哥氏力大等特点。

发明内容

本发明的目的是公开一种新的陀螺传感器结构，它可以利用纳米超亲油和纳米超疏油效应，并通过将转子制作成中空结构。采用表面张力将转子悬浮起来，使用电磁驱动使转子高速旋转起来，有利于降低驱动难度，提高转子转速与稳定性，提高陀螺性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺，包括上盖片(5-1)、下盖片(5-2)、内壁采用超亲油材料的密封腔体(2)、能够牢固的吸附在密封腔腔体(2)内壁上的汽化温度在120℃以上的油(3)、由永磁性材料制成并且表面经过纳米超疏油处理过的转子(4)和4个缠绕有驱动线圈的电磁驱动定子(1)，4个定子上缠绕的驱动线圈匝数完全相同，转子(4)位于密封腔体(2)内部，腔体(2)与转子(4)之间充满油(3)，转子表面由于纳米超疏油效应吸附有气体薄膜，有利于减少转子转动时的阻力，转子为中空圆柱形结构，转子悬浮于液体油中，电磁驱动定子(1)采用硅钢片卡在密封腔体(2)的外侧，与密封腔体(2)的外壁紧密相连；密封腔体(2)采用非磁性材料，上、下每个盖片分别按圆周平均分布有8个检测电极(6)，每个检测电极上都有引线孔(7)，上、下盖片与腔体(2)通过键合或者粘合密封。

本发明专利还有如下技术特征：

1.所述的油包括植物油、矿物质油或者高纯度液晶材料。

2.或者将腔体内壁做成超亲油效应与超疏油效应相间的结构，转子表面制作成超疏油效应结构。

3.转子或制成圆盘片状。

4.所述的油或者是两种具有界面的油。

5.转子无需外加悬浮驱动力。

6.使用电磁伺服驱动。

本发明的优点在于制备工艺简单，腔体采用机械冲压的方式即可完成制做，转子采用磨具进行制作，转子转动时由于纳米超疏油可以减小阻力，转子的运动速度快，稳定性高，相对于振动式陀螺具有较高的精度。

附图说明

图1：基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺的俯视示意图；