一种基于阿基米德螺线流管无阀压电泵的陀螺制造技术

本发明专利技术涉及一种基于阿基米德螺线流管无阀压电泵的陀螺，包括由上盖和下盖组成的泵体、设置在上盖与下盖之间的泵腔，以及容纳在泵腔内的压电振子，还包括设置在上盖与下盖之间的第一阿基米德螺线流管和第一连通槽，所述的阿基米德螺线流管一端与设置在泵体上的流体进口连接，另一端与泵腔连接，第一连通槽的一端与泵腔连接，另一端与流体出口连接；流体进口通过第一流管与外界连接，流体出口通过第二流管与外界连接。流管顶端设置有压电薄膜，压电薄膜通过导线与传感器相连接。本发明专利技术所涉及的基于阿基米德螺线形流管无阀压电泵的陀螺具有结构简单、制作材料来源广泛、成本低廉、易于实现、耗能低、无电磁干扰、灵敏度较高等优点，可以大量应用于民用运载工具的姿态控制上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陀螺，尤其涉及一种基于无阀压电泵的陀螺。
技术介绍
陀螺技术最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，它在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来，发展过程大致分为4个阶段第一阶段是滚珠轴承支承陀螺马达和框架的陀螺；第一阶段是20世纪40年代末到50年代初发展起来的液浮和气浮陀螺；第二阶段是20世纪60年代以后发展起来的干式动力挠性支承的转子陀螺；目前陀螺的发展已进入第四个阶段，即静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和振动陀螺。虽然陀螺的诞生至今已有100多年的历史，但目前由于受到成本、技术等因素的限制，陀螺仪大多应用于舰艇、导弹、飞机等大型高性能的导航与制导系统，用在民用应用却不是很多，但近些年来随着经济的发展，陀螺运用在民用领域需求越来越多，比如在汽车侧翻控制、游戏机的姿态感知等均需要一种价格低廉、技术简单的陀螺仪器，因此，专利技术制作一种技术简单、成本低廉、可以大量应用在民用载体上的陀螺仪是十分必要的。
技术实现思路
1.技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于阿基米德螺线流管无阀压电泵的新型陀螺，这种新型陀螺结构简单，基于主要部件为螺线流管的无阀压电泵，应用范围广泛。2.技术方案为了解决上述的技术问题，本专利技术的基于阿基米德螺线流管无阀压电泵的陀螺包括由下盖和上盖组成的泵体、设置在下盖与上盖之间的泵腔，以及容纳在泵腔内的压电振子，还包括设置在下盖与上盖之间的第一阿基米德螺线流管和第一连通槽， 所述的阿基米德螺线流管一端与设置在泵体上的流体进口连接，另一端与泵腔连接，第一连通槽的一端与泵腔连接，另一端与流体出口连接；流体进口通过第一流管与外界连接， 流体出口通过第二流管与外界连接，所述第一流管远离流体进口的顶端设置有第一压电薄膜，第一压电薄膜通过导线与第一传感器相连接；所述第二流管远离流体进口的顶端设置3有第二压电薄膜，第二压电薄膜通过导线与第二传感器相连接。所述的阿基米德螺线流管为刻蚀在下盖上的整体处于同一平面上的螺线状槽道， 本专利技术的阿基米德螺线流管的轮廓线为阿基米德螺线，亦称阿基米德曲线或等速螺线，最先由阿基米德在著作《论螺线》中给出了定义。如图1所示，当一点P沿动射线OP以等速率运动的同时，该射线又以等角速度绕点0旋转，点P的轨迹称为“阿基米德螺线”。其极坐标方程为r = a θ，这种螺线的每条臂的距离永远相等于2 π a，其中，公式中r为半径，a为常数，θ为极角。所述的第一压电薄膜通过第一压电薄膜固定件固定在第一流管的顶端；第二压电薄膜通过第二压电薄膜固定件固定在第二流管的顶端。压电薄膜与压电薄膜固定件共同组成了压电薄膜结构。第一阿基米德螺线流管通过第二连通槽与泵腔连接。本专利技术中，基于阿基米德螺线流管无阀压电泵中采用一个阿基米德螺线流管即可实现泵体中流体的单向流动，也可以采用两个阿基米德螺线流管，即第一连通槽通过第二阿基米德螺线流管与流体出口连接。本专利技术中的两个阿基米德螺线流管的旋向是相反的， 所述的第一阿基米德螺线流管为以流体进口为中心和起点逆时针方向设置的阿基米德螺线流管，所述的第二阿基米德螺线流管为以流体出口为中心和起点顺时针方向设置的阿基米德螺线流管。所述的流体进口和流体出口以泵腔的中心线为对称轴相对称，相应地，当泵体中有两个阿基米德螺线流管时，这两个阿基米德螺线流管也是相对称的。一股地，压电振子多采用圆形结构，这样所述的泵腔截面也呈圆形。所述的泵腔由设置在下盖上的第一凹槽和设置在上盖上的第二凹槽封闭组成，所述的压电振子容纳在第二凹槽内，这样压电振子在振动时有足够的空间产生位移。所述的泵腔也可设置在下盖上， 并且开口朝向上盖。压电振子由直径不同的圆形压电片和圆形金属片如铜片粘结在一起组成，为了使压电振子工作时达到最佳的效果并考虑泵体上其他结构的设置、加工，将第二凹槽边缘设计成阶梯状，压电振子粘结固定在第二凹槽内。所述的传感器可以测量由具有正压电效应的压电材料制成的压电薄膜的电荷变化量，并根据分析装置分析出电荷变化量和受到冲击压力的转换。其原理是压电薄膜利用正压电效应来实现力电转化，即当压电材料受到机械应力时，就会产生电极化，从而产生电荷，所产生的电荷多少与机械应力成正比。利用信号分析装置对所产生的电信号进行测量分析，就可以得到受到力的大小。当压电薄膜受到的压力不同时，就会使压电薄膜的产生电荷不同，电荷信号经电荷放大器放大转成电信号后，经模数转换器到计算机接受分析、计算、并给出测试结果。在本专利技术中，使用压电薄膜力传感器测量泵的输出压力。本技术方案的基于阿基米德螺线流管无阀压电泵新型陀螺工作时，先对压电振子施加交流电压，压电振子在逆压电效应下产生轴向振动，引起泵腔容积变化；一股可将压电泵的一个工作周期分为两个阶段从下死点(压电振子在泵腔内远离平衡位置的最大位移)经平衡位置到达上死点(压电振子在泵腔外远离平衡位置的最大位移)为泵的吸程阶段；从上死点经平衡位置到达下死点为泵的排程阶段。当压电振子从下死点向上死点运动，即泵腔容积从最小向最大变换过程中，一边的流体由第一连通槽直接进入泵腔，另一边的流体经过第一螺线流管进入泵腔或者通过第二连通槽进入泵腔，这个过程中，流体在螺线流管的流动方向，是螺线流管的曲率逐渐减小的方向；当压电振子从上死点向下死点运动，即泵腔容积从最大向最小变换过程中，流体从泵腔通过两边的连通槽向外排出，流体在螺线流管的流动方向，是螺线流管的曲率逐渐增大的方向。由于曲率的变化不同，曲率逐渐增大，受到地球科氏力和自旋科氏力的影响，流体受到的阻力是逐渐增大的，曲率逐渐减小，受到地球科氏力和自旋科氏力作用的影响，阻力是逐渐减小的，那么流体在通过螺线流管的往返方向上流动受到的阻力不同，那么流体其从一边的螺线流管向泵腔流入的流量， 和从泵腔向另一边流出的流量就会不同，使得整个周期内会有一个净流量从进口槽方向流向出口槽，当压电振子连续振动时，流体在宏观上就会变现出单向流动，实现泵的功能。当整个陀螺结构安装在承载平台上，如果承载平台受到转动角速度的影响，比如安装在载体上，载体转弯转动时，整个转动会对陀螺结构中的阿基米德螺线流管无阀压电泵性能产生影响。设地球自转的角速度在Z轴的分量为<，流体沿阿基米德螺线形流管流动时的角速度为ω2，平台受到外界扰动时，产生的角速度在Z轴的分量为ωζ;泵的输出压力P是由ω2、ω 2决定的，因此可表示成P (<，％，％)。如果平台没受到外界扰动ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于阿基米德螺线流管无阀压电泵的陀螺，包括由上盖（３）和下盖（５）组成的泵体、设置在上盖（３）与下盖（５）之间的泵腔（１１），以及容纳在泵腔（１１）内的压电振子（４），其特征在于，还包括设置在上盖（３）与下盖（５）之间的第一平面阿基米德螺线流管（８Ａ）和第一连通槽（１２），所述的第一平面阿基米德螺线流管（８Ａ）一端与设置在泵体上的流体进口（９）连接，另一端与泵腔（１１）连接，第一连通槽（１２）的一端与泵腔（１１）连接，另一端与流体出口（１３）连接；流体进口（９）通过第一流管（１Ａ）与外界连接，流体出口（１３）通过第二流管（１Ｂ）与外界连接，所述第一流管（１Ａ）远离流体进口（９）的顶端设置有第一压电薄膜（２３Ａ），第一压电薄膜（２３Ａ）通过导线与第一传感器（２０　Ａ）相连接；所述第二流管（１Ｂ）远离流体出口（１３）的顶端设置有第二压电薄膜（２３Ｂ），第二压电薄膜（２３Ｂ）通过导线与第二传感器（２０　Ｂ）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张建辉，
申请(专利权)人：无锡长辉机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32