微型气流陀螺敏感机理的有限元分析

根据计算敏感元件内的流场分布解释微型气流陀螺的敏感机理。利用ANSYS-FLOTRANCFD软件,根据陀螺实际尺寸进行建模求解,计算出在不同输入角速度时二维腔体中气体的流场及分布。计算结果表明,陀螺静止时两热电阻丝处气流速度相等,电流相等,输出电压为零;有角速度输入时,电阻丝气流速度不同,输出一个与角速度成比例的电压。     

微型气流陀螺敏感机理的有限元分析

根据计算敏感元件内的流场分布解释微型气流陀螺的敏感机理.利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,根据陀螺实际尺寸进行建模求解,计算出在不同输入角速度时二维腔体中气体的流场及分布.计算结果表明,陀螺静止时两热电阻丝处气流速度相等,电流相等,输出电压为零;有角速度输入时,电阻丝气流速度不同,输出一个与角速度成比例的电压.     

压电射流角速度传感器敏感机理的有限元分析

采用有限元法分析了压电射流角速度传感器的敏感机理。利用ANSYS—FLOTRAN CFD软件，通过建模、划分网格、加载和求解等途径，计算了在输入不同角速度时二维腔体中由喷嘴喷出气体的流场。结果表明，腔体在静止状态下，气流速度相对于腔体中心轴对称分布，两热电阻丝处的气流速度相等，两热电阻丝上的电流相等，电桥电路输出为零；在有角速度输入时，射流速度相对于腔体中心轴不再对称，两热电阻丝处的气流速度之差随着角速度而变化，引起两热电阻丝上电流之差也随之变化，电桥输出一个对应于角速度的电压。有限元计算法为压电射流角速度传感器的优化设计开辟了有效的研究途径。     

自然对流对气流式角速度传感器的影响

解释了自然对流对气流式角速度传感器的影响机理.利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在输入不同角速度时气流式角速度敏感元件内的流场.结果表明,由于自然对流的存在,无角速度输入时两热电阻丝处的气流速度之差△v随倾斜角的不同发生改变,检测电桥输出一个零位电压△U,平均绝对偏差为16 mV,在传感器灵敏度为40 mV·[(°)/s]-1时,误差达到0.4(°)/s,导致零位重复性变差;由于自然对流的存在,有角速度输入时两热电阻丝处的气流速度之差△v也随倾斜角的不同发生,不同角速度情况下,不同倾斜角引起的检测电桥电压△U平均相对偏差为2.4%,误差达到0.03(°)/s,引起灵敏度不稳定;自然对流对气流式角速度传感器的零位重复性的影响较大,对灵敏度的稳定性影响较小.该文为消除自然对流对气流式角速度传感器的影响,提高传感器的零位重复性和灵敏度的稳定性提供了理论和实验依据.     

环境温度对气流式角速度传感器灵敏度的影响

采用有限元方法,计算了不同温度下敏感元件内的温度场和流场。结果表明:在输入恒定角速度时,敏感元件内的温度场和流场随环境温度发生变化,温度增加,在两个检测热电阻丝处的气流速度之差减小,检测电桥输出电压减小,传感器灵敏度降低;温度下降,在两个检测热电阻丝处的气流速度之差增加,检测电桥输出电压增加,传感器灵敏度增加。当输入角速度为20°/s时,传感器的灵敏度随温度平均变化率为0.0336mV/(°)·s–1·℃–1。     

微机械气流式加速度计敏感机理的有限元分析

揭示了微机械气流式加速度计的敏感机理。采用有限元方法,分析了在不同加速度输入时敏感元件内的流场分布。结果表明,无加速度输入时,两热敏电阻处的气流速度相等,两热敏电阻上的电流相等,电桥输出为0;有加速度输入时,两热敏电阻处的气流速度之差随加速度变化而变化,引起两热敏电阻上电流之差也随之变化,电桥输出一个对应于加速度的电压。所述的方法为微机械气流式加速度计的结构优化设计提供了简单有效的途径。     

三丝结构水平姿态传感器敏感机理的研究

采用有限元法,利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,计算了在不同倾斜状态下三丝结构敏感元件内的温度场和流场.计算结果表明,加热热电阻丝在敏感元件内形成一定的温度场和流场,倾斜时温度场和流场不再对称分布;在水平状态时两检测热电阻丝处的气流速度相等,两检测热电阻丝的电阻相等,电桥电路输出为零;在倾斜状态下时,两检测热电阻丝处的气流速度之差随着倾斜角度而变化,引起两检测热电阻丝电阻之差也随之变化,电桥输出一个对应于倾斜角度的电压.有限元计算法为三丝结构气流式水平姿态传感器优化设计开辟了有效的研究途径.     

安装位置对压电射流角速度传感器性能的影响

根据压电射流角速度传感器实际工作情况，从腔体中流体运动情况出发，分析传感器安装位置对角速度输出电压的影响。理论分析了安装位置变化对敏感元件中气体受力影响。利用CFD在输入角速度为150°/s，安装位置到转轴距离变化时，计算敏感元件中气体速度分布。将数值计算速度值带入King公式中，计算热敏丝检测电桥输出电压值。分析结果显示，电桥输出电压增量随着安装位置到转轴距离增加而增加，并得到电桥输出电压与安装位置到转轴距离之间的计算结果。实验检测表明输出电压变化规律与计算结果基本一致。     

气体摆式倾角传感器敏感机理的有限元分析

解释了气体摆式倾角传感器的敏感机理。采用有限元方法,利用ANSYS-FLOTRAN CFD软件,通过建模、划分网格、加载和求解等途径,计算了在不同倾斜状态下二维密闭腔中两点热源引起的对流场。计算结果表明:在水平状态时,两热源处的气流速度相等,两热电阻丝上的电流相等,电桥电路输出为零;在倾斜状态下时,两热源处的气流速度之差随着倾斜角度而变化,引起两热电阻丝上电流之差也随之变化,电桥输出一个对应于倾斜角度的电压。有限元计算方法为气体摆式倾角传感器的优化设计,开辟了一条有效的研究途径。     

安装位置对压电射流角速度传感器性能的影响

根据压电射流角速度传感器实际工作情况,从腔体中流体运动情况出发,分析传感器安装位置对角速度输出电压的影响。理论分析了安装位置变化对敏感元件中气体受力影响。利用CFD在输入角速度为150°/s,安装位置到转轴距离变化时,计算敏感元件中气体速度分布。将数值计算速度值带入King公式中,计算热敏丝检测电桥输出电压值。分析结果显示,电桥输出电压增量随着安装位置到转轴距离增加而增加,并得到电桥输出电压与安装位置到转轴距离之间的计算结果。实验检测表明输出电压变化规律与计算结果基本一致。     

压电振动微机械陀螺研究

本文介绍了一种新型的压电振动微机械陀螺，与其它大多数压电陀螺不同，它不需要弹性元件，由压电材料本身构成振子完成陀螺功能，由ＰＺＴ薄膜材料做成的平板沿厚度方向极化并受电激励产生厚度伸缩振动，当一输入角速度作用于振子，根据哥氏效应，则在极化轴和输入角速度轴组成的闰面垂直方向上产生一正比于输入的速度大小的感应电压，它是一种双轴陀螺，本文给出了它的物理模型，并用ＰＺＴ陶瓷晶体做了宏观模拟实验，实验结果与理     

液悬浮转子微陀螺的磁场建模研究

液悬浮转子式微机械陀螺的高精度、双轴角速度和二轴加速度测量特性,相比传统陀螺有着独特的优势,在军事和民用领域均有一定应用,本文基于实现对液悬浮转子式微机械陀螺结构优化的目的,探求其磁场力随着结构的变化的规律,对该类机械陀螺结构进行建模,并对其磁场力进行数值仿真处理。结果表明,随着半径从7 mm增加至11 mm,陀螺受力及对应力矩呈指数增长。     

石英微机械陀螺双轴减振设计

石英微机械陀螺是一种应用广泛的惯性测量元器件,对于常见的双轴微机械陀螺,在使用过程中需要同时测量两个轴向的角速度,但各敏感元器件间存在振动干扰。因此,需要减振结构降低这种干扰,若采用单轴减振结构,则每个敏感元器件都需要减振结构,导致双轴微机械陀螺的体积较大,为解决这一问题,设计了一种石英微机械陀螺双轴减振装置,采用新型减振体和减振橡胶垫环形分布的稳固结构,且通过有限元ANSYS软件仿真优化。结果表明,石英微机械减振装置可有效避开石英微机械敏感元器件的工作频率,减振效果良好,可达97%,减少了外界噪声,提高了石英微机械双轴陀螺的性能。     

谐振式光纤陀螺的误差及噪声分析

谐振式光纤陀螺(Resonator Fiber Optic Gyroscope,RFOG)的性能是多种误差和噪声共同作用的结果。分析了RFOG主要误差与噪声的产生机理,建立了各误差与噪声的分析模型,结合具体陀螺参数,对误差和噪声的等效旋转速率进行了估算,对抑制误差和噪声的有关措施进行了数值量化。以RFOG零偏稳定性0.1°/h需求为例,为抑制背向散射噪声及背向反射误差,相位调制移频时顺时针和逆时针光波的载波强度残留水平之积需高于112dB;为抑制克尔效应,顺时针和逆时针方向的光强差需控制在3.86nW以内;地磁场方向不确定性引起的陀螺零偏稳定性约为0.7°/h。该工作为RFOG实验研究和工程设计提供了理论指导。     

MEMS微加速度与微角速率集成传感器的研制

介绍了一种全新的MEMS微型惯性器件,该器件是一种基于热对流原理的热膜式传感器,它利用一个单敏感元件同时测量加速度和角速率。该器件由一个加热器和两组微型温度传感器组成,加热器加热气体形成的热对流气体作为敏感元件,该器件通过微型温度传感器测得的热对流气体的温度差实现加速度和角速率的测量。分析了器件的工作原理,根据仿真结果设计了双层的器件结构,进行了工艺开发,加工出了原理样机。测试表明:该器件同时具备了加速度传感器和角速率传感器的检测功能,很好地验证了设计的可行性。     

无驱动硅微机械陀螺

报道了无驱动结构硅微机械陀螺,推导了输出电压方程。从方程表达式可看出,该陀螺输出信号包含旋转载体的偏航和俯仰角速度及自旋角速度的信息。通过实验说明如何在输出信号中提取相关信息,即输出信号的频率表示载体自旋角速度的平均值,输出信号的包络表示载体偏航和俯仰角速度大小的瞬时值,输出信号的极性由输出波形的相位超前和滞后确定。最后给出该陀螺目前所达到的主要性能指标。     

Computational and experimental investigation on the performance characteristics of the micro gas compressor

This paper describes the performance characteristics of a micro gas compressor, which is fabricated on the silicon substrates. The micro gas compressor consists of silicon membrane, compression chamber, port holes and cantilever check valves. The compressor is driven by a piezoelectric actuator, which is a bimorphemic structure of a silicon membrane and a piezoelectric ceramic plate. The actuator pulsates and reciprocates so that the gas is compressed and transported through the valves. The performance of the gas compressor has been numerically calculated, thus a flow rate is obtained for various back pressures. The simulation has been done taking the thermodynamic properties of the gas, the elasticity and angular moment of the valves into account. The flow rate has been also measured by experiments using the vapor of R-123. The major parameters are the geometry of the compressor, driving voltage and frequency of the actuator. The performance of the gas compressor is described in terms of the relationship between the flow rate and the back pressure.     

用于旋转弹体态测量的硅微机械陀螺理论和实验研究

报道了无驱动结构的硅微机械陀螺,该陀螺用于测量旋转弹圆锥运动时的姿态角和姿态角速率.陀螺的结构决定了其可同时敏感旋转弹在滚动、偏航和俯仰3个方向上的角速度.分析了陀螺的敏感机理并提出了陀螺信号的解算方法.通过模拟圆锥运动的实验,证明了陀螺敏感机理和解调方法的正确性.最后给出了主要性能指标.