《基於超疏水效應的液浮轉子微陀螺研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉曉為擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於超疏水效應的液浮轉子微陀螺研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉曉為
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
懸浮轉子微機械陀螺是高精度微機械陀螺發展的重要方向與主要突破途徑之一。本項目提出了一種基於納米超疏水效應的液浮轉子微機械陀螺，利用超疏水納米效應和液浮旋轉陀螺工作原理，結合MEMS加工、高速旋轉摩擦的惡劣環境下表面耐久超疏水層的實現、旋轉驅動與信號檢測等創新性技術，實現基於納米超疏水液浮轉子微陀螺的原理驗證,為研製高精度微機械陀螺奠定基礎。通過納米超疏水結構在陀螺中的套用，研究新型液浮轉子式微機械陀螺工作原理、陀螺信號檢測新原理、轉子納米超疏水表面材料匹配、摩擦、散熱等科學問題，探討基於納米超疏水效應液浮轉子微機械陀螺的新原理與納米界面新效應。本項目所提出的納米超疏水液浮轉子微陀螺是一種新型的高性能微陀螺，該項目的開展從理論上認識超疏水動態界面效應有重要的基礎價值，對我國高精度微機械陀螺及其慣性技術的發展具有重要的意義。
結題摘要
針對目前微機械陀螺在穩定性方面存在的問題，提出了基於納米減阻的液浮轉子式微陀螺新結構，進行了角速度敏感機理研究，採用電容檢測、靜電伺服力矩實現轉子隨動與再平衡，建立了靜電伺服電壓與輸入角速度的數學模型。初步建立了微陀螺漂移誤差分析模型，研究了製造工藝誤差，電磁力矩與阻尼力矩等主要誤差因素並進行了測算，結果表明，轉子邊緣處的工藝缺陷和電磁力矩軸向分量對陀螺性能影響最大，引起的漂移誤差在0.01º/h數量級。建立了液浮轉子式微陀螺的流場模型，研究了轉子直徑、轉速對粘滯力矩的影響。設計了液浮轉子式微陀螺新結構，重點對驅動定子、轉子、線圈、檢測電極、懸浮液體和密封腔體進行了設計與最佳化。提出了一種多相、多拍的微陀螺驅動技術，實現了轉子在液體介質中高速、平穩旋轉。提出了反電動勢微陀螺轉子轉速測量方法、時分/頻分復用微陀螺電容檢測方法，研製了ASIC和PCB兩種微陀螺微弱電容檢測電路，ASIC檢測電路電容檢測相對解析度可達4×10-9。建立了轉子式微陀螺演示驗證器件及實驗平台，採用交疊6相24拍模式，微陀螺轉子轉速最高可達7900rpm。提出了一種基於金屬催化劑的氮化硼納米管疏水膜製備方法，在不鏽鋼基底上製備出緻密疏水氮化硼納米管薄膜，對水的接觸角為158.1°，通過脈衝波疊加連續波的複合方法可調節納米管表面親疏水性。提出了鋁陽極氧化、水熱合成法製備出了納米超疏薄膜，對水的接觸角達到了166°，對油可達150°，實現超疏水、超疏油性。把納米超疏薄膜用於轉子中，微陀螺轉子轉速達到8700rpm，轉速提高了10%。研究成果驗證了超疏納米減阻的有效性，並且為高性能微機械陀螺的研究奠定了堅實的基礎。
