一种静电支撑式光学检测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光学检测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、用光学检测法检测液体形状和位置变化、用静电力平衡惯性力实现三维加速度的测量。本发明检测三维加速度的方法，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

1.一种静电支撑式光学检测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、用光学检测法检测液体形变、用静电力平衡惯性力测量加速度，该方法在液体光学检测式三维加速度计上实现，该液体光学检测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（4），玻璃正六面体（4）端面内表面粘贴有金属薄膜（5），金属薄膜（5）接地，在玻璃正六面体（4）内封装金属液滴（6），绝缘球腔（3）内封装有光学检测系统（7）；光学检测系统（7）包括玻璃正六面体剖视图（8）、金属液滴剖视图（9）、光源（10）、光线（11）、第一凸透镜（12）、反射镜（13）、反射光线（14）、第二凸透镜（15）、位置敏感器件（16）、位置敏感器件第一象限（17）、位置敏感器件第二象限（18）、位置敏感器件第三象限（19）、位置敏感器件第四象限（20）、金属液滴（6）与玻璃正六面体（4）端面的接触轮廓（21）；该方法包括以下步骤：步骤1：将液体光学检测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（4）各端面的支撑力，同时金属液滴（6）的质心与玻璃正六面体（4）的质心重合；此时，金属液滴（6）与玻璃正六面体（4）各端面的接触面积相等；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（4）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（4）的质心处，实现静电支撑控制；该步骤通过光学检测法来确定金属液滴（6）的质心回到玻璃正六面体（4）的质心处：光源（10）发出的光线（11），经第一凸透镜（12）后变为平行光，经反射镜（13）入射到玻璃正六面体（4）中金属液滴（6）上，反射回的光线（14）经第二凸透镜（15）照射到位置敏感器件（16）上，位置敏感器件（16）分割为四象限：位置敏感器件第一象限（17）、位置敏感器件第二象限（18）、位置敏感器件第三象限（19）和位置敏感器件第四象限（20），当位置敏感器件（16）检测到金属液滴（6）与玻璃正六面体（4）的接触面积的位置和大小与步骤1一致，即认为金属液滴（6）的质心回到玻璃正六面体（4）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。