[发明专利]一种静电支撑式差分电容法测量三维加速度的方法

摘要

本发明公开了一种静电支撑式差分电容法测量三维加速度的方法。本发明以液体物质作为敏感质量体、采用正六面体结构、用差分电容法检测液体形变和位置变化、用静电力平衡惯性力实现三维加速度的测量。本发明检测加速度的方法，以液体作为敏感质量体，可在大冲击或高过载后恢复正常工作；采用静电支撑技术，静电力和惯性力是线性关系，具有灵敏度高、量程范围宽等特点。

主权项

1.一种静电支撑式差分电容法测量三维加速度的方法，其特征在于，该方法是以金属液体作为敏感质量体、用差分电容法检测液体形状和位置变化、用静电力平衡惯性力测量加速度，该方法在液体差分电容式三维加速度计上实现，该液体差分电容式三维加速度计包括绝缘球腔（3）、固定于绝缘球腔（3）外表面的圆电极（1）和与圆电极（1）相连的电极引线（2），绝缘球腔（3）内封装有玻璃正六面体（5），玻璃正六面体（5）端面外表面覆盖有六块金属极板（4）、每块金属极板（4）分为金属极板第一象限（11）、金属极板第二象限（12）、金属极板第三象限（13）、金属极板第四象限（14）和位于金属极板（14）中心位置的金属极板引线孔（10）以及通过该引线孔的金属极板引线（9）、在玻璃正六面体（5）内封装金属液滴（6），绝缘球腔（3）上开有引线孔（7），金属液滴（6）通过接地引线（8）经引线孔（7）接地；该方法包括以下步骤：步骤1：将液体差分电容式三维加速度计安置在载体上，当加速度为0时，给圆电极（1）施加直流偏置电压，圆电极（1）产生的静电力使金属液滴（6）处于悬浮状态，即金属液滴（6）不受玻璃正六面体（5）各端面的支撑力，同时金属液滴（6）的质心与玻璃正六面体（5）的质心重合；金属液滴（6）与同一端面的金属极板（4）的四个象限形成四个电容，此时，金属液滴（6）与玻璃正六面体（5）端面的接触面积为轴对称结构；因此，金属液滴（6）与六块金属极板（4）的四个象限形成的24个电容值相等；步骤2：当载体处于加速状态时，金属液滴（6）受力变形，与玻璃正六面体（5）端面的接触面积发生变化；步骤3：调整施加在圆电极（1）上的直流偏置电压，使金属液滴（6）的质心回到玻璃正六面体（5）的质心处，实现静电支撑控制；该步骤采用差分电容法来确定金属液滴（6）的质心回到玻璃正六面体（5）的质心处：当金属液滴（6）与六块金属极板（4）组成的24个电容值一致，且与步骤1中的电容值一致，即认为金属液滴（6）的质心回到玻璃正六面体（5）的质心处；步骤4：通过步骤3中控制电压的调节，金属液滴（6）处于静电支撑的平衡态，即受力平衡：；此时，金属液滴（6）的受力满足Young-Laplace方程，从而得到载体的三维加速度信息：；其中，是表面张力产生的压强分量，为表面张力系数，、是金属液滴（6）自由表面的曲率半径；是加速度力产生的压强分量，为金属液滴（6）密度，为载体的三维加速度信息，为金属液滴（6）内某点到其自由表面的垂直高度；是参考点界面两侧的压强差；是电场力产生的压强分量，是金属液滴（6）的介电常数，为静电场在液体自由表面法线方向的分量。