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。

微机械开放式射流陀螺的敏感原理和数值仿真

提出了一种基于开放式气流通道的微机械射流陀螺的设计、敏感原理和数值仿真。敏感元件内部气流的运动采用基于流固耦合的三维瞬态数值分析计算,计算和测试结果表明:(1)气流在压电泵的驱动下,由开放式气流通道的两个入口进入并汇聚,由喷口喷出并在射流敏感室形成射流敏感体,在入口和出口之间形成定向流动。(2)射流敏感体在哥氏力的作用下发生偏转,与作为电桥臂的热线发生热量交换,导致电桥输出与输入角速度成正比的不平衡电压。(3)陀螺灵敏度为SFZ=2.0μV/°/s,非线性度优于0.5%。