本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)。

背景技術(shù)：

角加速度計(jì)是一種多功能慣性儀器，從車輛穩(wěn)定到衛(wèi)星定位等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。目前應(yīng)用較多的是基于固體慣性質(zhì)量的角加速度計(jì)和mems式角加速度計(jì)。但這兩者都存在各自顯著不足之處，基于固體慣性質(zhì)量的角加速度計(jì)由于通常采用了較大的固體慣性質(zhì)量體和扭擺式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，體積大、質(zhì)量重，且測量帶寬較小mems式角加速度計(jì)是基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而來，制作工藝復(fù)雜，采用壓阻元件，溫度穩(wěn)定性較差，測量精度較低。為了提高角加速度計(jì)的綜合性能，基于流體慣性質(zhì)量的角加速度計(jì)因其高精度、高帶寬和高可靠性逐漸成為研究熱點(diǎn)。

基于流體慣性質(zhì)量的角加速度計(jì)工作過程發(fā)生在密閉的管道內(nèi)，輸入的角加速度轉(zhuǎn)換為固相轉(zhuǎn)換器兩端的壓力差，壓力差進(jìn)一步通過固相轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為流動電勢，所以壓力差的大小直接關(guān)系后續(xù)電信號的處理效果，壓力差越大，流動電勢越大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)，使用螺旋狀的螺旋管，通過增加流道長度從而增大壓力差，能夠?qū)崿F(xiàn)角加速度的精確測量。

一種多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)，包括數(shù)字電路3、螺旋管5、測量室14、固相轉(zhuǎn)換器7以及兩個電極13；

所述螺旋管5的兩端分別與所述測量室14的兩端連接并貫通，形成工作液體的流通回路，其中螺旋管5為螺旋狀結(jié)構(gòu)，且螺旋管5的內(nèi)徑處處相等；

所述固相轉(zhuǎn)換器7水平安裝在測量室14的中部，將測量室14的內(nèi)腔分為上下兩部分；固相轉(zhuǎn)換器7用于將其上下兩個表面的壓力差轉(zhuǎn)換為流動電勢；

兩個所述電極13分別安裝在固相轉(zhuǎn)換器7的上下兩個表面，用于將流動電勢引出至測量室14外部的數(shù)字電路3；

所述數(shù)字電路3將電極引出的流動電勢轉(zhuǎn)換為表征角加速度的數(shù)字信號。

進(jìn)一步地，所述測量室14中部內(nèi)壁有兩個環(huán)形凸起，所述固相轉(zhuǎn)換器7水平安裝在兩個環(huán)形凸起之間。

進(jìn)一步地，所述測量室14中部內(nèi)壁開有凹槽9，所述固相轉(zhuǎn)換器7水平安裝在凹槽9內(nèi)。

進(jìn)一步地，所述角加速度計(jì)還包括兩個連通管，兩個所述連通管分別安裝在測量室14的上下兩端，且螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分別與兩個連通管連通；

所述連通管為玻璃材質(zhì)，兩端口徑一大一小，且大口徑的一端與測量室14連通，小口徑的一端與螺旋管5連通。

進(jìn)一步地，所述固相轉(zhuǎn)換器7為絕緣材料燒結(jié)而成的具有毛細(xì)孔隙的薄圓片結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述電極是純度為99.9％的鉑電極，且電極形狀與固相轉(zhuǎn)換器7的輪廓形狀一致。

進(jìn)一步地，所述螺旋管5為玻璃材質(zhì)，且螺旋管5的螺距相等。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字電路3包括順次相連的信號濾波器、模擬放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中信號濾波器用于濾除固相轉(zhuǎn)換器7輸出流動電勢中的工頻噪聲，模擬放大器用于將濾除噪聲的流動電勢放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器的額定輸入范圍內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號形式的流動電勢轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號形式的流動電勢。

進(jìn)一步地，所述角加速度計(jì)還包括密閉殼體2和基座10，其中所述數(shù)字電路3、螺旋管5、連通管6、測量室14、固相轉(zhuǎn)換器7以及電極13均封裝于密閉殼體2中，且密閉殼體2安裝在基座10上，其中基座10底部繞基座一周開設(shè)有安裝槽11。

進(jìn)一步地，所述密閉殼體2的頂部設(shè)有引出端1，所述數(shù)字電路3將處理后的流動電勢從引出端1引出，從而在引出端1得到表征角加速度的數(shù)字信號。

有益效果：

相較于單環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)，本發(fā)明采用了螺旋管的結(jié)構(gòu)，增加了流道的長度，從而使固相轉(zhuǎn)換器兩端的壓力差信號增強(qiáng)，通過固相轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得到的流動電勢隨之增大，更加便于測量與處理，實(shí)現(xiàn)角加速度的精確測量；

相較于基于固體慣性質(zhì)量的角加速度計(jì)，本發(fā)明提供的多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)無大固體慣性質(zhì)量體，以液體作為質(zhì)量體，體積小、質(zhì)量輕；相較于mems式角加速度計(jì)，本發(fā)明提供的角加速度計(jì)內(nèi)部機(jī)械部件少，結(jié)構(gòu)較為簡單；同時本發(fā)明采用密閉殼體將各器件封裝起來，為密封腔的結(jié)構(gòu)，使其只敏感輸入軸上的角加速度，對外界輸入的線加速度或振動能夠較好地隔離，可靠性高；

電極形狀與固相轉(zhuǎn)換器的形狀一致，使得電極與固相轉(zhuǎn)換器接觸面積達(dá)到最大，電極收集固相轉(zhuǎn)換器得到流動電勢信號效果更強(qiáng)；

綜上，本發(fā)明提供的多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)條件下角加速度的直接測量，為準(zhǔn)確刻畫對象的運(yùn)動形式、揭示對象的運(yùn)動規(guī)律、驗(yàn)證對象的運(yùn)動原理等提供技術(shù)支撐，以滿足對于角加速度測量的廣泛需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明圖1中測量室的a-a剖面圖；

圖4為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)信號處理流程圖；

1-引出端、2-密閉殼體、3-數(shù)字電路、4-螺旋管出口、5-螺旋管、6-連通管、7-固相轉(zhuǎn)換器、8-螺旋管入口、9-凹槽、10-基座、11-安裝槽、12-電極引孔、13-電極、14-測量室。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)例提供一種多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)角加速度的直接測量。角加速度計(jì)工作的第一步是將輸入的角加速度信號轉(zhuǎn)換為壓力差信號，壓力差產(chǎn)生的原理可用下式表達(dá)：

δp＝ρrαδlcosε

其中，δp為壓力差，ρ為工作液體的流體密度，r為螺旋管的半徑，α為角加速度，l為流道長度，ε為角加速度矢量方向與該處流道切線方向的夾角，從該表達(dá)式可以看出，壓力差的大小與流道的長度成正相關(guān)關(guān)系。因此使用螺旋狀的螺旋管，以增加流道長度，達(dá)到增大壓力差的目的，從而得到較大的流動電勢，便于測量與信號采集。

如圖1-圖3所示，為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，包括數(shù)字電路3、螺旋管5、兩個連通管6、測量室14、固相轉(zhuǎn)換器7以及兩個電極13；

兩個所述連通管6分別貫通安裝在測量室14的上下兩端，，螺旋管5的螺旋管出口4和螺旋管入口8分別與兩個連通管6連通，三者形成工作液體的流通回路，即工作液體在螺旋管5、連通管6以及測量室14內(nèi)流通；其中，螺旋管5為螺旋狀結(jié)構(gòu)，螺距相等，外徑相等，測量室14直徑大于連通管6直徑；

所述固相轉(zhuǎn)換器7的形狀與測量室14的形狀匹配，并水平安裝在測量室14的中部，將測量室14的內(nèi)腔分為上下兩部分，固相轉(zhuǎn)換器7用于將其上下兩個表面的壓力差轉(zhuǎn)換為流動電勢；

所述電極13的形狀與固相轉(zhuǎn)換器7的形狀一致，并分別安裝在固相轉(zhuǎn)換器7的上下兩個表面；

所述測量室14中部開有電極引孔12，電極13從所述電極引孔12穿出并連接數(shù)字電路3；其中數(shù)字電路3將電極13引出的流動電勢轉(zhuǎn)化為表征角加速度的數(shù)字信號。

優(yōu)選地，如圖3所示，為本發(fā)明圖1中測量室的a-a剖面圖，所述測量室14中部內(nèi)壁有兩個環(huán)形凸起，所述固相轉(zhuǎn)換器7水平安裝在兩個環(huán)形凸起之間，且所述電極引孔12分別開設(shè)在環(huán)形凸起的上下兩側(cè)。

優(yōu)選地，所述測量室14中部內(nèi)壁開有凹槽9，所述固相轉(zhuǎn)換器7水平安裝在凹槽9內(nèi)，且所述電極引孔12分別開設(shè)在凹槽9的上下兩側(cè)。

所述連通管6為玻璃材質(zhì)，兩端口徑一大一小，且大口徑的一端與測量室14連通，小口徑的一端與螺旋管5連通。

所述固相轉(zhuǎn)換器7為絕緣材料燒結(jié)而成的具有毛細(xì)孔隙的薄圓片結(jié)構(gòu)。當(dāng)工作液體在壓力的作用下流過固相轉(zhuǎn)換器7時，使固相轉(zhuǎn)換器7表面呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象，在固相轉(zhuǎn)換器7內(nèi)部的工作液體中，與固體表面所帶電荷相異的離子被吸引而趨向固體表面，帶相同電荷的離子被排斥而遠(yuǎn)離固體表面，這些過剩的離子隨著工作液體在固相轉(zhuǎn)換器7中的流體而定向移動，而從產(chǎn)生流動電流，進(jìn)一步在固相轉(zhuǎn)換器7兩端產(chǎn)生流動電勢，通過這一過程，可以將固相轉(zhuǎn)換器7兩端的壓力差轉(zhuǎn)換為流動電勢信號；然后固相轉(zhuǎn)換器7表面的離子與電極13產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而通過電極13將流動電勢輸出給數(shù)字電路3處理。

所述電極13是純度為99.9％的鉑電極，且電極13為圓環(huán)狀，置于靠近固相轉(zhuǎn)換器7上下兩個表面的位置，留出一端從測量室14的電極引孔12引出。

所述螺旋管5為玻璃材質(zhì)，且螺旋管5的橫截面積為圓形，橫截面直徑處處相等。

如圖4所示，為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)信號處理流程圖，所述數(shù)字電路3包括順次相連的信號濾波器、模擬放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器；向多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)輸入一個未知的角加速度信號，工作液體在角加速度信號的作用下，對固相轉(zhuǎn)換器7的上下表面產(chǎn)生壓力，固相轉(zhuǎn)換器7將上下表面的壓力差信號轉(zhuǎn)換為流動電勢信號，信號濾波器用于濾除固相轉(zhuǎn)換器7輸出的流動電勢信號中的工頻等噪聲，采用butterworth濾波器；模擬放大器將濾除噪聲的流動電勢信號放大至模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠接受額定的輸入范圍，采用運(yùn)算放大器op37芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換器將放大后的模擬信號形式的流動電勢信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號形式的流動電勢信號，采用24位ads1246芯片，數(shù)字信號輸出至角加速度計(jì)的引出端1，從而在引出端1得到表征角加速度的數(shù)字信號。

如圖2所示，為本發(fā)明多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)的外部結(jié)構(gòu)示意圖，多環(huán)液環(huán)角加速度計(jì)還包括密閉殼體2和基座10，其中所述數(shù)字電路3、螺旋管5、連通管6、測量室14、固相轉(zhuǎn)換器7以及電極13均封裝于密閉殼體2中，且密閉殼體2安裝在基座10上，其中基座10底部繞基座一周開設(shè)有安裝槽11；

所述密閉殼體2為圓柱形結(jié)構(gòu)。

所述密閉殼體2的頂部設(shè)有引出端1，所述數(shù)字電路3將處理后的流動電勢從引出端1引出，從而在引出端1得到表征角加速度的數(shù)字信號。

當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。