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-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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

敏感工作气体对射流陀螺灵敏度的影响

研究了干燥空气、N2和He等3种常用敏感工作气体对射流陀螺灵敏度的影响。采用有限元法计算了输入角速度ωi=20(°)/s时敏感元件内的流场。计算结果和实验表明,改变敏感元件内敏感工作气体的种类,流场分布也随之变化。ωi=20(°)/s时,两热电阻丝r1、r2处的气流速度差ΔvN2>ΔvAIR>ΔvHe。灵敏度系数KN2>KAIR>KHe,其中KN2=1.05 KAIR,KHe=0.21%KAIR。N2对应的灵敏度最高,热电阻丝抗氧化,稳定性较好,但成本高;干燥空气的灵敏度次之,热电阻丝易氧化,稳定性差;He对应的灵敏度最小,热电阻丝不易氧化,稳定性最好。该文解释了敏感工作气体对射流陀螺灵敏度的影响机理,为提高射流陀螺的实用性,满足不同工程需要开辟了一个新的途径。     

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。     

基于推挽式热膨胀流陀螺敏感机理的研究

提出一种新型推挽式热膨胀流陀螺结构,并解释了它的敏感机理.通过建立陀螺敏感元件的二维模型,利用COMSOL有限元分析软件对敏感元件内的温度场和气流速度场进行了计算,同时研究了角速度对温度场和气流速度场变化的影响,最后在Proteus电路仿真软件中通过建立陀螺检测电路模型定量地计算了热膨胀流陀螺的输入输出特性关系.计算结...     

微机械开放式z轴射流陀螺敏感机理的研究

揭示了一种基于开放式气流通道的微机械z轴射流陀螺的敏感机理。采用基于流固耦合的三维瞬态有限元分析法,计算了敏感元件内部气流场,并给出了数学模型。计算和测试结果表明:敏感元件内有一开放式的气流通道,分别设置两个入口和一个出口,气流在压电泵的驱动下,由两个入口进入并汇聚,由喷口喷出的气流在射流敏感室形成射流敏感体并从出口流出。在静止条件下,射流敏感体相对热线r1和r2对称分布,作为电桥两个臂的热线r1和r2之间的速度梯度βx=0,电桥平衡,输出电压为0;有角速度输入时,射流敏感体在哥氏力的作用下沿着z轴发生偏转,射流敏感体相对热线r1和r2不再对称分布,βx随着角速度的增加而加大,在其他材料和结果参数不变的情况下,由于射流敏感体与热线r1和r2不对称的热量交换,热线r1和r2的电阻发生不对称的改变,导致电桥失去平衡,电桥输出与输入角速度成正比的不平衡电压。在±120(°)/s的输入范围内,陀螺灵敏度为2.0μV/[(°)·s-1],非线性度优于0.5%,功耗为5.2mW,热线电阻为3Ω,热线电阻温度系数为2 600℃-1。这种微机械开放式z轴陀螺敏感元件内气流由开放的入口和出口之间形成定向流动,无需气流在敏感元件内循环,敏感元件结构简单。     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理,建立了该陀螺的数学模型,设计了其敏感结构,计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数,计算分析了陀螺的电容敏感特性.对制作的陀螺进行性能测试的结果表明,该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动,从而说明敏感载体的俯仰(或横滚)角速度原理正确,并且理论和试验都说明,当载体自旋角速度不同时,陀螺输出信号的比例系数也不同.     

气流式补偿回路传感器

提出将气流式水平姿态传感器和角速度陀螺构成补偿回路传感器,通过气流式补偿回路传感器的原理分析和结构设计,陀螺信号消除了干扰加速度对水平姿态传感器信号的干扰,提高了运动载体水平姿态输出信号的精确度。此传感器不仅能进行静态倾角测量,而且能抑制动态情况下加速度对水平姿态传感器输出信号的干扰,使动态水平姿态输出信号也能达到很高的精度,同时还可输出角速度信号。利用单片机对传感器零位电压、灵敏度随温度变化及非线性度进行补偿,能显著提高传感器的线性度,展宽工作温度     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理,建立了该陀螺的数学模型,设计了其敏感结构,计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数,计算分析了陀螺的电容敏感特性。对制作的陀螺进行性能测试的结果表明,该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动,从而说明敏感载体的俯仰(或横滚)角速度原理正确,并且理论和试验都说明,当载体自旋角速度不同时,陀螺输出信号的比例系数也不同。     

旋转式硅微机械陀螺的研究

分析了旋转式硅微机械陀螺的工作原理，建立了该陀螺的数学模型，设计了其敏感结构，计算了陀螺振动元件三个轴向的转动惯量、弹性支撑梁扭转刚度、振动元件角振动阻尼系数等动力学参数，计算分析了陀螺的电容敏感特性。对制作的陀螺进行性能测试的结果表明，该陀螺利用旋转载体自身的旋转角速度作为驱动，从而说明敏感载体的俯仰（或横滚）角速度原理正确，并且理论和试验都说明，当载体自旋角速度不同时，陀螺输出信号的比例系数也不同。     

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。     

转动腔体中射流特性的有限元分析

论述了采用有限元法分析转动腔体中射流特性。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,腔体静止时,射流速度沿腔体中心轴对称分布,腔体中心轴上的速度最大,两侧流速逐渐减小,近壁处为零;腔体转动时,在哥氏力的作用下,射流中心发生偏转,流场相对于腔体中心轴不再对称分布,腔体中各点处的流速分布随角速度而变化,压电射流角速度传感器利用这一特性敏感角速度。     

微机械气流式全方位姿态传感器的敏感机理

采用有限元法,解释了微机械气流式全方位水平姿态传感器的敏感机理.通过建立敏感元件的三维模型,计算了敏感元件内气流速度在不同倾斜状态下的分布.结果表明,热源周围两两相对的热敏电阻处的气流速度之差随着倾斜角度的变化而改变;随着倾斜角度的增加,两热敏电阻处的气流速度之差加大,流过两热敏电阻的电流之差加大,电桥失去平衡,输出一个与倾斜角度相对应的电压.有限元计算方法为该传感器的优化设计开辟了有效的研究途径.