MEMS流体陀螺研究

1.3 ECF流体陀螺

ECF(electro-conjugate fluid)流体是一种新型的流体材料，当在流体两端的电极上加上几千伏的电压时，ECF流体可以产生很强的流动，利用ECF流体的这种特性可以制作基于ECF的流体陀螺。由日本东京工业大学制作的这种流体陀螺如图3所示，其基本原理如下：在容器内部充满ECF液体，当在如图3所示的电极上加上上千伏的电压时，便会产生很强的ECF液体冲击流，并往图3(a)所示方向流动。当给陀螺如图3(b)所示以顺时针方向旋转的角速度时，ECF的流动便向左边偏移，左右流体的流动变化使得顶部的热阻阻值发生变化，进而可以检测出外部的电压值的变化，通过测量外部电压的变化便可以测量出外界输入角速度的值。



ECF流体所具有的特性为流体陀螺的研究开拓了新的途径，但是ECF流体陀螺所用的高电压却可能限制它的应用场合，设法寻找新的ECF材料或采取其它途径来降低所用的电压值是ECF流体陀螺扩大应用场合的关键。

1.4 超流体陀螺

对于超流体陀螺(super fluid gyroscope)的研究是基于一种低温物理效应一超流体开展的。采用超流体的陀螺。其工作原理设计、可行性验证以及精度等级的确定等方面都需要进行大量探索性的理论研究和实验分析。但因为超流体独特的物理特性对于保持惯性有着良好的潜力，研究者们正在积极开展相关工作，发展基于超流体的惯性陀螺仪。由于超流体流动基本上可以认为没有阻力，当承载容器与其发生切向运动时，超流体不会像通常的流体一样由于液体的粘性力发生随动，而是保持原来的状态。也就是说低阻使之对于转动可能呈现出非常良好的惯性。这样超流体与承载容器间就出现了相对流动，检测这个运动速度或它的某种放大量就可以获得转动速度的信息。

由于超流体的粘滞系数很低，流体间以及流体对周围运动的阻尼很小，具有很好的惯性，而惯性导航系统对陀螺的要求正是需要其保持良好的惯性系。利用超流体效应检测角速度，在原理上具有远远高于常规陀螺的性能潜力，适用于各类需要高精度陀螺的场合。不过，由于该方向的研究刚刚展开，不成熟的环节还较多，如何将原理与实际的应用相结合，探寻更有效的高精度方案，完善配套技术以降低制造成本、缩小体积重量都是有待进一步研究的问题。

2 结 语

本文根据微流体陀螺的不同原理介绍了几种常见的MEMS微流体陀螺，并对它们的基本原理、优缺点和应用前景进行了简单的介绍，这几种MEMS微流体陀螺都具有体积小、重量轻、成本低和抗高冲击等独特优点，使得它们都较适合应用在惯性导航、自动控制等相关领域，因而具有广阔的应用前景，随着微机电技术的发展和新型材料的应用，流体陀螺的种类将进一步多样化，微流体陀螺将在惯性导航和自动控制等方面发挥越来越重要的作用。
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