在某些領(lǐng)域中所使用的傳統(tǒng)的角加速度傳感器主要是在角速率陀螺的基礎(chǔ)上改型設(shè)計出來的， 屬于微分式機(jī)械電磁類角加速度傳感器。這種傳感器的加速度信號是通過在角速率陀螺輸出端串聯(lián)微分器獲得的，因而其信號的質(zhì)量和可靠性較差。此外，也有采用幾個線加速度傳感器進(jìn)行測量， 再經(jīng)過信息處理來獲得角加速度信號的方法。但這種方法實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，價格昂貴，而且精度也不是很高.本文所介紹的角加速度傳感器，是根據(jù)流動電勢效應(yīng)，直接將角加速度信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出的，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、信號質(zhì)量好、可靠性高等特點，可廣泛用于衛(wèi)星、飛機(jī)、軍艦、戰(zhàn)略導(dǎo)彈和火箭等運動物體的導(dǎo)航、姿態(tài)控制以及系統(tǒng)穩(wěn)定等方面。
1 流動電勢[1～3 ]
任何固體與任何液體相互接觸時，都會使固體表面呈現(xiàn)出帶電現(xiàn)象。究其原因主要有以下幾個方面: (1) 固體表面對離子的吸附;(2) 離子晶體的溶解;(3) 固體表面的電離;(4) 固體具有n 型(空穴型)或p 型(電子過剩型) 缺陷;(5) 兩相對電子的親合力不同。不管是由哪種原因引起的，當(dāng)固體表面帶電以后，它必然要吸引等量的反極性電荷在其周圍。這樣在緊靠帶電固體表面處就形成一層特殊的表面層———雙電層。雙電層的經(jīng)典理論有以下三種:德拜—尤格爾理論;古依—查普曼理論;斯特恩理論。其中斯特恩理論對實驗結(jié)果的解釋至今絕大部分仍然是正確的。斯特恩雙電層的理論模型如圖1 所示。從圖中可以看出，雙電層由一個稱為斯特恩平面的平面(實際上是一個假想平面) 將它分成二部分:內(nèi)層為斯特恩層，外層為擴(kuò)散層，在擴(kuò)散層中，反電荷離子富集。
當(dāng)液體受壓力(或角加速度) 作用被強(qiáng)迫通過毛細(xì)管(或多孔塞) 時，靠近毛細(xì)管管壁雙電層中的擴(kuò)散層將帶著反電荷離子一起向管的一端流動， 這樣就出現(xiàn)了電流，并導(dǎo)致電勢差產(chǎn)生。電勢差產(chǎn)生與流動方向相反的傳導(dǎo)電流，二者很快達(dá)到平衡。在穩(wěn)定狀態(tài)下，與壓力差P 成正比的流動電流和與電勢差E 成正比的傳導(dǎo)電流大小相等。因此， 流動電勢E與壓力P 成正比，其線性關(guān)系為
式中E 為流動電勢， p 為毛細(xì)管或多孔塞兩端的壓力差，ε為液體的介電常數(shù)，η為液體的黏度， k 為液體的比電導(dǎo)，ζ為雙電層中滑動面(又稱剪切面)處的電勢。從(1) 式可以看出， 流動電勢是液體所受壓力的線性函數(shù)，比電導(dǎo)低、黏度小和介電常數(shù)大的液體通過毛細(xì)管或多孔塞時會產(chǎn)生相當(dāng)大的流動電勢。
