本发明专利技术公开了一种电化学流体振动陀螺仪，涉及陀螺仪技术领域，包括流道单元、流速检测单元、电磁驱动单元和框架，流道单元具有环形流道腔，环形流道腔内充满有流体，流道单元与框架形成有绕第一轴线的转动连接，电磁驱动单元的输出端与流道单元固定连接且能够驱动流道单元绕第一轴线往复摆动，框架用于连接于被测物体上并随被测物体绕第二轴线转动，第一轴线和第二轴线不平行，流速检测单元固定连接于流道单元的环形流道腔内，流速检测单元能够检测环形流道内的流体相对于环形流道的运动速度。本发明专利技术公开的电化学流体振动陀螺仪具有更均衡的成本与性能优势。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陀螺仪，特别是涉及一种电化学流体振动陀螺仪。
技术介绍
1、陀螺仪作为一种可检测物体的角度、角速度或角加速度的仪器，广泛应用于航空、航天、航海、兵器、汽车、矿产、生物医学、环境监控等领域。陀螺仪通常可分为机械转子陀螺仪、光学陀螺仪、磁流体陀螺仪、振动陀螺仪、原子陀螺仪等，而振动陀螺仪又包括音叉振动陀螺仪、半球谐振陀螺仪、压电振动陀螺仪及硅微陀螺仪等。
2、现有的振动陀螺仪由多个固体结构的零部件装配制造，加工精度和装配工艺对陀螺仪性能有重要影响：由于加工精度的限制，陀螺仪制造过程中会存在有一定的加工误差，实际工作时驱动模态的质量块并不是严格在驱动轴向振动，进而引入正交耦合误差；振动陀螺通常工作在具有一定真空度的谐振腔内，随着时间的推移，谐振腔的封装气压也会逐渐升高，使系统品质因数降低。现有的振动陀螺仪在标度因子精度和零位漂移等指标上与昂贵的光学陀螺仪存在明显的差距。
3、电化学流量检测技术是近二十年发展起来的一种针对特殊电解液速度测量的技术，采用四支多孔惰性金属电极被放置在充满可逆氧化还原反应的电解液(如碘/碘化钾溶液)导管中，电极之间由多孔薄膜隔开。在小幅度电压作用下，阴阳电极之间会形成离子浓度梯度，当电解液受外界驱动力的作用在管道内发生相对运动时，溶液中的离子在阴极和阳极之间发生迁移，与电解液运动速度相关的附加电流就会流向电极。电化学流量检测技术具有极高的机电转换效率，可在极低的工作频率下仍然能够保持超高的灵敏度和信噪比，且电化学换能单元内部无精密加工部件及易损毁单元。
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p>技术实现思路1、本专利技术的目的是提供一种电化学流体振动陀螺仪，以解决上述现有技术存在的问题，能够以较低的成本提高了检测精度，具有更均衡的成本与性能优势。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供了一种电化学流体振动陀螺仪，包括流道单元、流速检测单元、电磁驱动单元和框架，所述流道单元具有环形流道腔，所述环形流道腔内充满有流体，所述流道单元与所述框架形成有绕第一轴线的转动连接，所述电磁驱动单元的输出端与所述流道单元固定连接且能够驱动所述流道单元绕所述第一轴线往复摆动，所述框架用于连接于被测物体上并随所述被测物体绕第二轴线转动，所述第一轴线和所述第二轴线不平行，所述流速检测单元固定连接于所述流道单元的所述环形流道腔内，所述流速检测单元能够检测所述环形流道内的所述流体相对于所述环形流道的运动速度。
4、优选的，所述第一轴线和所述第二轴线相互垂直。
5、优选的，所述电磁驱动单元包括定子组件和动子组件，所述定子组件包括外磁轭筒、磁钢、内磁轭筒和磁轭连接部件，所述外磁轭筒和所述内磁轭筒呈一端具有开口的筒状，所述外磁轭筒与所述磁轭连接部件固定连接，所述磁轭连接部件与所述框架固定连接，所述外磁轭筒的内底壁与所述磁钢的n极或s极接触并固定连接，所述内磁轭筒至少能够部分伸入至所述外磁轭筒内，且所述内磁轭筒的外壁与所述外磁轭筒的内壁之间留有间隙，所述内磁轭筒的内底壁与所述磁钢的s极或n极接触并固定连接；所述动子组件包括动子本体和缠绕于所述动子本体外的线圈，所述动子本体呈筒状，所述动子本体的输出端与所述流道单元固定连接，所述动子本体的另一端和缠绕于所述动子本体外的所述线圈远离所述流道单元的一端能够伸入至所述内磁轭筒与所述外磁轭筒之间的间隙内，通过向所述线圈内通入不同方向的电流能够使所述动子组件沿自身轴向往复运动。
6、优选的，还包括两个挠性轴，两个所述挠性轴分别设置于所述流道单元的两侧，各所述挠性轴的一端与所述框架的内壁固定连接，各所述挠性轴的另一端与所述流道单元的外壁固定连接，两个所述挠性轴的轴线与所述第一轴线共线，各所述挠性轴能够随所述流道单元绕所述第一轴线的转动产生变形并恢复。
7、优选的，所述流速检测单元为电化学流体速度测量单元，所述流体为具有自身可逆氧化/还原属性的电解液。
8、优选的，还包括调制单元，所述调制单元与所述流速检测单元通讯连接，所述流道单元的所述环形流道腔为圆环形流道腔，所述电磁驱动单元驱动所述流道单元绕所述第一轴线做简谐振动运动，所述调制单元能够利用公式1计算得到所述待测物体的角速度：
9、
10、其中，ωb为所述被测物体的旋转角速度；vlk为所述流速检测单元检测到的所述圆环形流道内的所述流体相对于所述环形流道的运动速度；r为圆环形流道腔的半径；ωz为所述电磁驱动单元驱动所述流道单元绕第一轴线的振动角速度。
11、本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
12、本专利技术提供的电化学流体振动陀螺仪，包括流道单元、流速检测单元、电磁驱动单元和框架，流道单元具有环形流道腔，环形流道腔内充满有流体，流道单元与框架形成有绕第一轴线的转动连接，电磁驱动单元的输出端与流道单元固定连接且能够驱动流道单元绕第一轴线往复摆动，框架用于连接于被测物体上并随被测物体绕第二轴线转动，第一轴线和第二轴线不平行，流速检测单元固定连接于流道单元的环形流道腔内，流速检测单元能够检测环形流道内的流体相对于环形流道的运动速度。
13、当框架随被测物体绕第二轴线转动时，往复摆动的流体受到科氏力的作用，并在科氏力的作用下产生相对于流道单元的运动速度、流道单元绕第一轴线往复摆动角速度呈一定的关系，流道单元在确定的电磁驱动力作用下具有相对固定的绕第一轴线往复摆动角速度，通过流速检测单元检测到的流道单元内的流体相对于流道单元的运动速度能够获得待测物体的角速度。
14、本专利技术提供的电化学流体振动陀螺仪采用流体为惯性单元，无需高精密的加工精度，降低了成本；本专利技术采用流体替代机械振子，消除了因装配工艺误差引起的正交耦合误差，提高了检测精度故；同时，陀螺仪无需工作在真空环境下，不存在谐振腔气体泄漏而产生的指标恶化问题。本专利技术提供的电化学流体振动陀螺仪采以较低的成本提高了检测精度，具有更均衡的成本与性能优势。
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【技术保护点】
1.一种电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：包括流道单元、流速检测单元、电磁驱动单元和框架，所述流道单元具有环形流道腔，所述环形流道腔内充满有流体，所述流道单元与所述框架形成有绕第一轴线的转动连接，所述电磁驱动单元的输出端与所述流道单元固定连接且能够驱动所述流道单元绕所述第一轴线往复摆动，所述框架用于连接于被测物体上并随所述被测物体绕第二轴线转动，所述第一轴线和所述第二轴线不平行，所述流速检测单元固定连接于所述流道单元的所述环形流道腔内，所述流速检测单元能够检测所述环形流道内的所述流体相对于所述环形流道的运动速度。
2.根据权利要求1所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：所述第一轴线和所述第二轴线相互垂直。
3.根据权利要求2所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：所述电磁驱动单元包括定子组件和动子组件，所述定子组件包括外磁轭筒、磁钢、内磁轭筒和磁轭连接部件，所述外磁轭筒和所述内磁轭筒呈一端具有开口的筒状，所述外磁轭筒与所述磁轭连接部件固定连接，所述磁轭连接部件与所述框架固定连接，所述外磁轭筒的内底壁与所述磁钢的N极或S极接触并固定连接，所述内磁轭筒至少能够部分伸入至所述外磁轭筒内，且所述内磁轭筒的外壁与所述外磁轭筒的内壁之间留有间隙，所述内磁轭筒的内底壁与所述磁钢的S极或N极接触并固定连接；所述动子组件包括动子本体和缠绕于所述动子本体外的线圈，所述动子本体呈筒状，所述动子本体的输出端与所述流道单元固定连接，所述动子本体的另一端和缠绕于所述动子本体外的所述线圈远离所述流道单元的一端能够伸入至所述内磁轭筒与所述外磁轭筒之间的间隙内，通过向所述线圈内通入不同方向的电流能够使所述动子组件沿自身轴向往复运动。
4.根据权利要求1所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：还包括两个挠性轴，两个所述挠性轴分别设置于所述流道单元的两侧，各所述挠性轴的一端与所述框架的内壁固定连接，各所述挠性轴的另一端与所述流道单元的外壁固定连接，两个所述挠性轴的轴线与所述第一轴线共线，各所述挠性轴能够随所述流道单元绕所述第一轴线的转动产生变形并恢复。
5.根据权利要求1所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：所述流速检测单元为电化学流体速度测量单元，所述流体为具有自身可逆氧化/还原属性的电解液。
6.根据权利要求3所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：还包括调制单元，所述调制单元与所述流速检测单元通讯连接，所述调制单元能够根据所述电磁驱动单元的所述动子组件的线圈输入电流获得所述流道单元的振动角速度，并所述调制单元能够利用公式1计算得到所述待测物体的角速度：
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【技术特征摘要】
1.一种电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：包括流道单元、流速检测单元、电磁驱动单元和框架，所述流道单元具有环形流道腔，所述环形流道腔内充满有流体，所述流道单元与所述框架形成有绕第一轴线的转动连接，所述电磁驱动单元的输出端与所述流道单元固定连接且能够驱动所述流道单元绕所述第一轴线往复摆动，所述框架用于连接于被测物体上并随所述被测物体绕第二轴线转动，所述第一轴线和所述第二轴线不平行，所述流速检测单元固定连接于所述流道单元的所述环形流道腔内，所述流速检测单元能够检测所述环形流道内的所述流体相对于所述环形流道的运动速度。
2.根据权利要求1所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：所述第一轴线和所述第二轴线相互垂直。
3.根据权利要求2所述的电化学流体振动陀螺仪，其特征在于：所述电磁驱动单元包括定子组件和动子组件，所述定子组件包括外磁轭筒、磁钢、内磁轭筒和磁轭连接部件，所述外磁轭筒和所述内磁轭筒呈一端具有开口的筒状，所述外磁轭筒与所述磁轭连接部件固定连接，所述磁轭连接部件与所述框架固定连接，所述外磁轭筒的内底壁与所述磁钢的n极或s极接触并固定连接，所述内磁轭筒至少能够部分伸入至所述外磁轭筒内，且所述内磁轭筒的外壁与所述外磁轭筒的内壁之间留有间隙，所述内磁轭筒的内底壁与所述磁钢的s极...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨大鹏，闫佳颀，王琦玮，鞠宸浩，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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