MEMS流體陀螺研究
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1.3 ECF流體陀螺
ECF(electro-conjugate fluid)流體是一種新型的流體材料，當(dāng)在流體兩端的電極上加上幾千伏的電壓時，ECF流體可以產(chǎn)生很強的流動，利用ECF流體的這種特性可以制作基于ECF的流體陀螺。由日本東京工業(yè)大學(xué)制作的這種流體陀螺如圖3所示，其基本原理如下：在容器內(nèi)部充滿ECF液體，當(dāng)在如圖3所示的電極上加上上千伏的電壓時，便會產(chǎn)生很強的ECF液體沖擊流，并往圖3(a)所示方向流動。當(dāng)給陀螺如圖3(b)所示以順時針方向旋轉(zhuǎn)的角速度時，ECF的流動便向左邊偏移，左右流體的流動變化使得頂部的熱阻阻值發(fā)生變化，進而可以檢測出外部的電壓值的變化，通過測量外部電壓的變化便可以測量出外界輸入角速度的值。
ECF流體所具有的特性為流體陀螺的研究開拓了新的途徑，但是ECF流體陀螺所用的高電壓卻可能限制它的應(yīng)用場合，設(shè)法尋找新的ECF材料或采取其它途徑來降低所用的電壓值是ECF流體陀螺擴大應(yīng)用場合的關(guān)鍵。
1.4 超流體陀螺
對于超流體陀螺(super fluid gyroscope)的研究是基于一種低溫物理效應(yīng)一超流體開展的。采用超流體的陀螺。其工作原理設(shè)計、可行性驗證以及精度等級的確定等方面都需要進行大量探索性的理論研究和實驗分析。但因為超流體獨特的物理特性對于保持慣性有著良好的潛力，研究者們正在積極開展相關(guān)工作，發(fā)展基于超流體的慣性陀螺儀。由于超流體流動基本上可以認(rèn)為沒有阻力，當(dāng)承載容器與其發(fā)生切向運動時，超流體不會像通常的流體一樣由于液體的粘性力發(fā)生隨動，而是保持原來的狀態(tài)。也就是說低阻使之對于轉(zhuǎn)動可能呈現(xiàn)出非常良好的慣性。這樣超流體與承載容器間就出現(xiàn)了相對流動，檢測這個運動速度或它的某種放大量就可以獲得轉(zhuǎn)動速度的信息。
由于超流體的粘滯系數(shù)很低，流體間以及流體對周圍運動的阻尼很小，具有很好的慣性，而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對陀螺的要求正是需要其保持良好的慣性系。利用超流體效應(yīng)檢測角速度，在原理上具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)陀螺的性能潛力，適用于各類需要高精度陀螺的場合。不過，由于該方向的研究剛剛展開，不成熟的環(huán)節(jié)還較多，如何將原理與實際的應(yīng)用相結(jié)合，探尋更有效的高精度方案，完善配套技術(shù)以降低制造成本、縮小體積重量都是有待進一步研究的問題。
2 結(jié) 語
本文根據(jù)微流體陀螺的不同原理介紹了幾種常見的MEMS微流體陀螺，并對它們的基本原理、優(yōu)缺點和應(yīng)用前景進行了簡單的介紹，這幾種MEMS微流體陀螺都具有體積小、重量輕、成本低和抗高沖擊等獨特優(yōu)點，使得它們都較適合應(yīng)用在慣性導(dǎo)航、自動控制等相關(guān)領(lǐng)域，因而具有廣闊的應(yīng)用前景，隨著微機電技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，流體陀螺的種類將進一步多樣化，微流體陀螺將在慣性導(dǎo)航和自動控制等方面發(fā)揮越來越重要的作用。
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