关键词：角速度;;开放式气流通道;;射流陀螺;;有限元分析;;热线
摘 要：给出了一种基于开放式气流通道的Z轴微机械射流陀螺的设计和仿真。采用基于流固耦合的三维瞬态有限元分析方法,计算了敏感元件内部气流场。计算结果和测试表明:在压电陶瓷振子振动的一个完整周期内,射流敏感室内维持一个稳定的射流敏感体,为利用哥氏效应制作微机械开放式Z轴射流陀螺奠定了敏感基础;气流在压电泵的驱动下,由2个入口进入并汇聚,在喷口形成速度较大的射流敏感体后从出口流出,在入口和出口之间形成稳定的流动;满足预期响应频率的热线和喷口距离L_Z=1.8 mm,满足非线性度最小预期的两个平行热线之间的最佳距离Δl=0.7 mm;在静止条件下,热线r1和r2之间的速度梯度βX为零,随着角速度的输入,r1和r2之间的速度梯度βX不再为零,而随着角速度增加而加大;在±120°/s的输入范围内,陀螺灵敏度为SFz=2.0μV/((°)/s),非线性度优于0.5%,功耗为5.2 m W,热线电阻值R=3Ω,热线电阻温度系数TCR=2 600/℃。提出的有限元分析方法为微机械开放式Z轴陀螺的优化设计开辟了有效的研究途径。
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