專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微小傾角傳感方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傾角傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變液的微小傾角傳感方法及其裝置。
背景技術(shù)：
磁流變液是一種智能流體材料，由磁性粒子、基液以及添加劑組成。在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁流變液呈現(xiàn)流動(dòng)性良好的液體狀態(tài)；在外加磁場(chǎng)作用下其表觀粘度可在短時(shí)間(毫秒級(jí))內(nèi)增加到兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，從而呈現(xiàn)類(lèi)似固體的狀態(tài)。在撤掉外磁場(chǎng)后“固態(tài)”磁流變液可快速轉(zhuǎn)換為流體狀態(tài)(Wojciech Szelag. Finite element analysis of themagnetorheo- logical uid brake transients[J]. 2004, 23(3):758- 766·)。
微小傾角傳感器是一種能夠測(cè)量工作系統(tǒng)傾角的設(shè)備。通過(guò)測(cè)量?jī)A角，可以獲得工作系統(tǒng)相對(duì)于基準(zhǔn)面的傾斜程度，微小傾角傳感器廣泛用于水平位置傾斜度測(cè)量、導(dǎo)軌直線度測(cè)量、平板平面度測(cè)量、角度監(jiān)控等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的微小傾角傳感器或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；或者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度低。

發(fā)明內(nèi)容
為了能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏度高且測(cè)量裝置簡(jiǎn)單的微小傾角傳感方法，本發(fā)明提出一種磁流變液微小傾角傳感方法及傳感器。該裝置主要分為傾角測(cè)試裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路兩部分。傾角測(cè)試裝置由非磁性容器、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變液組成。磁流變液放在非磁性容器中，體積為非磁性容器的一半。檢測(cè)電容放置在非磁性容器上下兩端，如圖I所示。當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)，檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。即由檢測(cè)電容值便可得到傾角大小。磁場(chǎng)線圈用來(lái)為磁流變液提供磁場(chǎng)，由于磁流變液介電常數(shù)隨外磁場(chǎng)的變化而變化，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)可以使得檢測(cè)電容與傾角之間近似呈線性關(guān)系，且可改變檢測(cè)電容大小，從而提高傳感器的靈敏度。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容、反饋電阻、反饋電容和運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例運(yùn)算電路組成。用一交流電壓信號(hào)對(duì)該比例運(yùn)算電路進(jìn)行激勵(lì)后，將檢測(cè)電容隨傾角的變化轉(zhuǎn)化為交流電壓信號(hào)。用嵌入式系統(tǒng)或虛擬儀器或單片機(jī)對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理即可得非磁性容器的傾角的大小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不但可以有效地檢測(cè)微小傾角的大小，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性度好，靈敏度高。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
一種磁流變液微小傾角方法及傳感裝置，該傳感裝置包括傾角測(cè)試裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路兩部分。所述傾角測(cè)試裝置由非磁性容器、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變液組成。磁流變液放在非磁性容器中，體積為非磁性容器的一半。檢測(cè)電容放置在非磁性容器上下兩端，如圖
I所示。當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)，檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。即由檢測(cè)電容值便可得到傾角大小。磁場(chǎng)線圈用來(lái)為磁流變液提供磁場(chǎng)，從而提高傳感器的靈敏度。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容、反饋電阻、反饋電容和運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例運(yùn)算電路組成。當(dāng)測(cè)試時(shí)，向電路輸入一交流電壓信號(hào)，該交流電壓信號(hào)對(duì)比例運(yùn)算電路進(jìn)行激勵(lì)后，將檢測(cè)電容隨傾角的變化轉(zhuǎn)化為交流電壓信號(hào)。用嵌入式系統(tǒng)或虛擬儀器或單片機(jī)對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理即可得到非磁性容器的傾角的大小。本發(fā)明的有益效果是
(O設(shè)計(jì)出磁流變液微小傾角傳感器。
(2)檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性度好，靈敏度高。(3)為磁流變液在傳感技術(shù)中的應(yīng)用提供了一種新的方法。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明傾角測(cè)試裝置示意 圖中I.非磁性容器，2.檢測(cè)電容，3.磁流變液，4.磁場(chǎng)線圈 圖2是信號(hào)轉(zhuǎn)換電路 圖3是檢測(cè)電容與傾角關(guān)系曲線；
具體實(shí)施例方式 參照?qǐng)D1，本發(fā)明所涉及的傾角測(cè)試方法及裝置由非磁性容器I、檢測(cè)電容2、磁流變液3、磁場(chǎng)線圈4組成。磁流變液3放在非磁性容器I中，體積為非磁性容器I的一半。檢測(cè)電容2放置在非磁性容器上下兩端，極板長(zhǎng)度為非磁性容器I長(zhǎng)度的一半。磁場(chǎng)線圈4放置在非磁性容器I外部，用來(lái)為磁流變液3提供磁場(chǎng)。其中非磁性容器為長(zhǎng)方體，其長(zhǎng)為a，寬為b,高為c.
參照?qǐng)D2，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容Cx、已知電阻R1、R2、反饋電容Cl、已知電容C2、C3和運(yùn)算放大器構(gòu)成。參照?qǐng)DI，傾角測(cè)量方案為
當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)，檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。檢測(cè)電容為電容Cl與電容C2的串聯(lián)值，SP :
⑴
當(dāng)傾角β很小時(shí)，α ^tana ,所以有
權(quán)利要求
1.一種磁流變液微小傾角傳感器；該傳感器包括傾角測(cè)試裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路兩部分；其特征為 所述傾角測(cè)試裝置由非磁性容器、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變液組成；磁流變液放在非磁性容器中；體積為非磁性容器的一半；檢測(cè)電容放置在非磁性容器上下兩端；如圖I所示；當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)；檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化；從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化；即由檢測(cè)電容值便可得到傾角大?。淮艌?chǎng)線圈用來(lái)為磁流變液提供磁場(chǎng)；從而提高傳感器的靈敏度； 所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容、反饋電阻、反饋電容和運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例運(yùn)算電路組成；當(dāng)測(cè)試時(shí)；向電路輸入一交流電壓信號(hào)；該交流電壓信號(hào)對(duì)比例運(yùn)算電路進(jìn)行激勵(lì)后；將檢測(cè)電容隨傾角的變化轉(zhuǎn)化為交流電壓信號(hào)；用嵌入式系統(tǒng)或虛擬儀器或單片機(jī)對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理即可得到非磁性容器的傾角的大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置；其特征為所述傾角測(cè)試裝置由非磁性容器、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變液組成；磁流變液放在非磁性容器中；體積為非磁性容器的一半；檢測(cè)電容放置在非磁性容器上下兩端；長(zhǎng)度為非磁性容器長(zhǎng)度一半；如圖I所示；當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)；檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化；從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化；即由檢測(cè)電容值便可得到傾角大?。淮艌?chǎng)線圈用來(lái)為磁流變液提供磁場(chǎng)；由于磁流變液介電常數(shù)隨外磁場(chǎng)的變化而變化；通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)可以使得檢測(cè)電容與傾角之間近似呈線性關(guān)系；且可改變檢測(cè)電容大?。粡亩岣邆鞲衅鞯撵`敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置；其特征為所述非磁性容器可以是鋁板、鈦合金或鎢銅合金等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁流變液微小傾角傳感方法及傳感器裝置設(shè)計(jì)。將磁流變液放在非磁性容器中，體積為非磁性容器的一半。檢測(cè)電容放置在非磁性容器上下兩端。當(dāng)非磁性容器沿基準(zhǔn)方向偏折有一個(gè)角度時(shí)，檢測(cè)電容中介質(zhì)(空氣部分和磁流變液部分)比例將發(fā)生變化，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。即由檢測(cè)電容值便可得到傾角大小。由于磁流變液介電常數(shù)隨外磁場(chǎng)的變化而變化，通過(guò)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)可以使得檢測(cè)電容與傾角之間近似呈線性關(guān)系，且可改變檢測(cè)電容大小，從而提高傳感器的靈敏度。
文檔編號(hào)G01C9/20GK102778221SQ20111011850
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者何國(guó)田, 冉迎春, 劉云杰, 宋莉, 張德勝, 戴鵬飛, 王松, 谷明信, 馬燕 申請(qǐng)人:重慶師范大學(xué)