MEMS流體陀螺研究
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時(shí)間：2010-08-09
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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(shí)，ECF流體可以產(chǎn)生很強(qiáng)的流動(dòng)，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(mǎn)ECF液體，當(dāng)在如圖3所示的電極上加上上千伏的電壓時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的ECF液體沖擊流，并往圖3(a)所示方向流動(dòng)。當(dāng)給陀螺如圖3(b)所示以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的角速度時(shí)，ECF的流動(dòng)便向左邊偏移，左右流體的流動(dòng)變化使得頂部的熱阻阻值發(fā)生變化，進(jìn)而可以檢測(cè)出外部的電壓值的變化，通過(guò)測(cè)量外部電壓的變化便可以測(cè)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(kāi)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(chǎng)合，設(shè)法尋找新的ECF材料或采取其它途徑來(lái)降低所用的電壓值是ECF流體陀螺擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)合的關(guān)鍵。
1.4 超流體陀螺
對(duì)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(kāi)展的。采用超流體的陀螺。其工作原理設(shè)計(jì)、可行性驗(yàn)證以及精度等級(jí)的確定等方面都需要進(jìn)行大量探索性的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析。但因?yàn)槌黧w獨(dú)特的物理特性對(duì)于保持慣性有著良好的潛力，研究者們正在積極開(kāi)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(dòng)基本上可以認(rèn)為沒(méi)有阻力，當(dāng)承載容器與其發(fā)生切向運(yùn)動(dòng)時(shí)，超流體不會(huì)像通常的流體一樣由于液體的粘性力發(fā)生隨動(dòng)，而是保持原來(lái)的狀態(tài)。也就是說(shuō)低阻使之對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)流動(dòng)，檢測(cè)這個(gè)運(yùn)動(dòng)速度或它的某種放大量就可以獲得轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)周?chē)\(yùn)動(dòng)的阻尼很小，具有很好的慣性，而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)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(cè)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(lèi)需要高精度陀螺的場(chǎng)合。不過(guò)，由于該方向的研究剛剛展開(kāi)，不成熟的環(huán)節(jié)還較多，如何將原理與實(shí)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(jìn)一步研究的問(wèn)題。
2 結(jié) 語(yǔ)
本文根據(jù)微流體陀螺的不同原理介紹了幾種常見(jiàn)的MEMS微流體陀螺，并對(duì)它們的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)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(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得它們都較適合應(yīng)用在慣性導(dǎo)航、自動(dòng)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(jī)電技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，流體陀螺的種類(lèi)將進(jìn)一步多樣化，微流體陀螺將在慣性導(dǎo)航和自動(dòng)控制等方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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