流动电势用于角加速度传感器的研究

　　在某些领域中所使用的传统的角加速度传感器主要是在角速率陀螺的基础上改型设计出来的， 属于微分式机械电磁类角加速度传感器。这种传感器的加速度信号是通过在角速率陀螺输出端串联微分器获得的，因而其信号的质量和可靠性较差。此外，也有采用几个线加速度传感器进行测量， 再经过信息处理来获得角加速度信号的方法。但这种方法实现起来比较复杂，价格昂贵，而且精度也不是很高.本文所介绍的角加速度传感器，是根据流动电势效应，直接将角加速度信号转换为电信号输出的，因而具有结构简单、重量轻、成本低、信号质量好、可靠性高等特点，可广泛用于卫星、飞机、军舰、战略导弹和火箭等运动物体的导航、姿态控制以及系统稳定等方面。

　　1 流动电势[1～3 ]

　　任何固体与任何液体相互接触时，都会使固体表面呈现出带电现象。究其原因主要有以下几个方面: (1) 固体表面对离子的吸附;(2) 离子晶体的溶解;(3) 固体表面的电离;(4) 固体具有n 型(空穴型)或p 型(电子过剩型) 缺陷;(5) 两相　对电子的亲合力不同。不管是由哪种原因引起的，当固体表面带电以后，它必然要吸引等量的反极性电荷在其周围。这样在紧靠带电固体表面处就形成一层特殊的表面层———双电层。双电层的经典理论有以下三种:德拜—尤格尔理论;古依—查普曼理论;斯特恩理论。其中斯特恩理论对实验结果的解释至今绝大部分仍然是正确的。斯特恩双电层的理论模型如图1 所示。从图中可以看出，双电层由一个称为斯特恩平面的平面(实际上是一个假想平面) 将它分成二部分:内层为斯特恩层，外层为扩散层，在扩散层中，反电荷离子富集。

　　当液体受压力(或角加速度) 作用被强迫通过毛细管(或多孔塞) 时，靠近毛细管管壁双电层中的扩散层将带着反电荷离子一起向管的一端流动， 这样就出现了电流，并导致电势差产生。电势差产生与流动方向相反的传导电流，二者很快达到平衡。在稳定状态下，与压力差P 成正比的流动电流和与电势差E 成正比的传导电流大小相等。因此， 流动电势E与压力P 成正比，其线性关系为

　　式中E 为流动电势， p 为毛细管或多孔塞两端的压力差，ε为液体的介电常数，η为液体的黏度， k 为液体的比电导，ζ为双电层中滑动面(又称剪切面)处的电势。从(1) 式可以看出， 流动电势是液体所受压力的线性函数，比电导低、黏度小和介电常数大的液体通过毛细管或多孔塞时会产生相当大的流动电势。