新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器的制造方法
【專利摘要】新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器，屬于慣性傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有磁性液體加速度傳感器量程較短、體積較大，長期使用還存在永磁體退磁導(dǎo)致回復(fù)力變小使得傳感器精度降低的問題。該傳感器由氣箱、通氣管道、閥門、壓力表、端蓋、外殼、電感線圈、圓柱形永磁體、橡膠密封圈、螺栓螺母連接組件、空氣、磁性液體和信號電路組成；圓柱形永磁體和磁性液體組成慣性質(zhì)量。磁性液體將永磁體懸浮在外殼內(nèi)腔中的同時，能夠密封住外殼內(nèi)腔中兩端空腔部分的空氣。慣性質(zhì)量沿軸向位移時，壓縮一端空腔的空氣，產(chǎn)生回復(fù)力。通過調(diào)節(jié)外殼內(nèi)腔中左右兩端空腔的氣壓，改變回復(fù)力的大小，可以調(diào)節(jié)傳感器的量程大小。該傳感器量程可調(diào)、體積更小、壽命長。
【專利說明】新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，本發(fā)明涉及一種新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性液體是由納米級的磁性固體顆粒均勻分散到基載液中而形成的一種新型功能材料。磁性液體加速度傳感器是利用磁性液體能夠?qū)⒚芏缺茸陨泶蟮挠来朋w或者非磁性材料懸浮起來的特性而研制而成的。相比傳統(tǒng)加速度傳感器，磁性液體加速度傳感器具有靈敏度高、耐沖擊、能耗低、低頻響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有磁性液體加速度傳感器結(jié)構(gòu)如專利US2007/0214889A1量程較短、體積較大，長期使用還存在永磁體退磁導(dǎo)致回復(fù)力變小使得傳感器精度降低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有磁性液體加速度傳感器量程較短、體積較大，長期使用還存在永磁體退磁導(dǎo)致回復(fù)力變小使得傳感器精度降低的問題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器，構(gòu)成該傳感器的各部分之間的連接:
[0006]外殼的外圓周兩個凹槽內(nèi)分別纏有電感線圈一和電感線圈二，電感線圈一與電感線圈二完全相同，兩個線圈的連接采用差動式連接，兩個線圈接入信號處理電路中。
[0007]將圓柱形永磁體兩端吸附上磁性液體，放入外殼的內(nèi)腔中，此時通過測量電感線圈一和電感線圈二的差值來使得圓柱形永磁體處于傳感器軸線方向的中心位置，當(dāng)電感線圈一和電感線圈二的差值為零時，即可保證圓柱形永磁體處于傳感器軸線方向的中心位置。
[0008]被吸附的磁性液體在磁場的作用下將圓柱形永磁體懸浮起來。
[0009]圓柱形永磁體與吸附在其軸向兩端的磁性液體組成慣性質(zhì)量。
[0010]第一橡膠密封圈嵌入左端蓋的環(huán)形凹槽中，第二橡膠密封圈嵌入右端蓋的環(huán)形凹槽中。
[0011]外殼軸向兩端為法蘭盤結(jié)構(gòu)，用螺栓螺母連接組件將外殼與左端蓋及外殼與右端蓋連接固定。
[0012]氣箱一與左端蓋用通氣管道一相連,通氣管道一上裝有閥門一和壓力表一。
[0013]氣箱二與右端蓋用通氣管道二相連，通氣管道二上裝有閥門二和壓力表二。
[0014]外殼內(nèi)部的腔室除了圓柱形永磁體和磁性液體外，剩余的空間均為空氣。
[0015]所述的氣箱一和氣箱二中充入空氣，且壓力大于外殼內(nèi)腔左右兩端空腔的氣壓I?3個大氣壓。
[0016]所述的左端蓋和右端蓋均開有通孔，用于連通外殼內(nèi)腔與氣箱之間的空氣。
[0017]該傳感器的工作原理:[0018]由于圓柱形永磁體產(chǎn)生的磁場在軸線上具有梯度，當(dāng)磁性液體兩端受到壓差作用時，磁性液體會受到磁力作用，其方向為磁場弱的地方指向磁場強(qiáng)的地方，而圓柱形永磁體在軸線上的磁場分布為軸線兩端最強(qiáng)，越靠近幾何中心磁場越弱，因此磁性液體將圓柱形永磁體懸浮在外殼內(nèi)腔中的同時，磁性液體能夠密封住外殼內(nèi)腔中圓柱形永磁體左端空腔的空氣及圓柱形永磁體右端空腔的空氣，并使得兩端空腔的空氣完全隔開。
[0019]當(dāng)傳感器不工作時，S卩外界無加速度時，左端空腔的空氣與右端空腔的空氣的氣壓完全相等，因此對慣性質(zhì)量的合力為零。
[0020]工作時閥門一和閥門二關(guān)閉。
[0021]當(dāng)外界產(chǎn)生加速度時，慣性質(zhì)量沿軸向移動，產(chǎn)生軸向位移，并壓縮一端空腔的空氣，使得外殼內(nèi)腔左右兩端空腔氣壓不相等，產(chǎn)生回復(fù)力。
[0022]加速度不同造成慣性質(zhì)量軸向位移大小不同。
[0023]在傳感器不工作時，通過打開閥門一和閥門二，可以改變外殼內(nèi)腔中左右兩端空腔的氣壓，從而改變回復(fù)力的大小，也就調(diào)節(jié)了傳感器的量程大?。划?dāng)壓力表的示數(shù)較小時，表示空腔的氣壓較小，則回復(fù)力較小，因此相同加速度下慣性質(zhì)量的位移較大，然而電感線圈的長度有限，當(dāng)慣性質(zhì)量的軸向位置超出電感線圈的軸向位置時，就超出了傳感器的測量范圍，所以慣性質(zhì)量的位移較大時，傳感器所能測得的最大加速度較小，即傳感器的量程較小；同理，當(dāng)壓力表的示數(shù)較大時，表示空腔的氣壓較大，則回復(fù)力較大，則傳感器的量程較大；運(yùn)用上述原理即可調(diào)整傳感器的量程。
[0024]在傳感器工作前，必須保證壓力表一和壓力表二的數(shù)值相等，若壓力表一和壓力表二的數(shù)值不相等，則打開靠近數(shù)值較小的壓力表一側(cè)的閥門，調(diào)整靠近數(shù)值較小的壓力表一端的空腔壓力，使得壓力表一和壓力表二的數(shù)值相等，關(guān)閉閥門。
[0025]圓柱形永磁體的軸向位移使得外殼凹槽內(nèi)兩個線圈的電感發(fā)生變化，即將位移信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到電路中，電信號在經(jīng)過信號處理電路處理后輸出相應(yīng)的電壓信號。
[0026]所述外殼、端蓋、螺栓及螺母均為非導(dǎo)磁材料。
[0027]本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果:
[0028]量程可調(diào)，體積更小、壽命長。
[0029]長時間使用后若腔室內(nèi)的氣壓發(fā)生變化使得壓力表的數(shù)值改變，仍可通過閥門調(diào)節(jié)腔室內(nèi)的氣壓大小，使得回復(fù)力大小與初始工作時一樣，保證傳感器的精度，避免了長期使用存在永磁體退磁導(dǎo)致回復(fù)力變小使得傳感器精度降低的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1磁性液體加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖2左端蓋左視圖。
[0032]圖3信號處理電路。
[0033]圖中:氣箱一 1、閥門一 2、壓力表一 3、左端蓋4、外殼5、電感線圈一 6、電感線圈二
7、圓柱形永磁體8、第二橡膠密封圈9、右端蓋10、壓力表二 11、氣箱二 12、閥門二 13、通氣管道二 14、螺栓螺母連接組件15、右端空腔16、磁性液體17、左端空腔18、第一橡膠密封圈19、通氣管道一 20。【具體實施方式】
[0034]以附圖為【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0035]—種磁性液體加速度傳感器，如圖1，氣箱一 1、閥門一 2、壓力表一 3、左端蓋4、外殼5、電感線圈一 6、電感線圈二 7、圓柱形永磁體8、第二橡膠密封圈9、右端蓋10、壓力表二
11、氣箱二 12、閥門二 13、通氣管道二 14、螺栓螺母連接組件15、右端空腔16、磁性液體17、左端空腔18、第一橡膠密封圈19、通氣管道一 20。
[0036]構(gòu)成該傳感器的各部分之間的連接:外殼5的外圓周兩個凹槽內(nèi)分別纏有電感線圈一 6和電感線圈二 7，電感線圈一 6與電感線圈二 7完全相同，兩個線圈的連接采用差動式連接，兩個線圈接入信號處理電路中。
[0037]將圓柱形永磁體8兩端吸附上磁性液體17，放入外殼5的內(nèi)腔中，外殼5此時通過測量電感線圈一6和電感線圈二7的差值來使得圓柱形永磁體處于傳感器軸線方向的中心位置，當(dāng)電感線圈一 6和電感線圈二 7的差值為零時，即可保證圓柱形永磁體8處于傳感器軸線方向的中心位置。
[0038]被吸附的磁性液體17在磁場的作用下將圓柱形永磁體8懸浮起來。
[0039]圓柱形永磁體8與吸附在其軸向兩端的磁性液體17組成慣性質(zhì)量。
[0040]第一橡膠密封圈19嵌入左端蓋4的環(huán)形凹槽中，第二橡膠密封圈9嵌入右端蓋10的環(huán)形凹槽中。
[0041]外殼5軸向兩端為法蘭盤結(jié)構(gòu)，用螺栓螺母連接組件15將外殼5與左端蓋4及外殼5與右端蓋10連接固定。
[0042]氣箱一 I與左端蓋4用通氣管道一 20相連，通氣管道一 20上裝有閥門一 2和壓力表一 3。
[0043]氣箱二 12與右端蓋10用通氣管道二 14相連，通氣管道二 14上裝有閥門二 13和壓力表二 11。
[0044]外殼5內(nèi)部的腔室除了圓柱形永磁體8和磁性液體17外，剩余的空間均為空氣。
[0045]所述的氣箱一 I和氣箱二 12中充入空氣，且壓力大于外殼內(nèi)腔左端空腔18及右端空腔16的氣壓I?3個大氣壓，取其端值或中間值均可。
[0046]所述的左端蓋4和右端蓋10均開有通孔，用于連通外殼5內(nèi)腔與氣箱之間的空氣。
[0047]該傳感器的工作原理:
[0048]由于圓柱形永磁體8產(chǎn)生的磁場在軸線上具有梯度，當(dāng)磁性液體17兩端受到壓差作用時，磁性液體17會受到磁力作用，其方向為磁場弱的地方指向磁場強(qiáng)的地方。而圓柱形永磁體8在軸線上的磁場分布為軸線兩端最強(qiáng)，越靠近幾何中心磁場越弱，因此磁性液體17將圓柱形永磁體8懸浮在外殼5內(nèi)腔中的同時，磁性液體17能夠密封住外殼5內(nèi)腔中圓柱形永磁體8左端空腔18的空氣及圓柱形永磁體5右端空腔16的空氣，并使得兩端空腔的空氣完全隔開。
[0049]當(dāng)傳感器不工作時，即外界無加速度時，左端空腔18的空氣與右端空腔16的空氣的氣壓完全相等，因此對慣性質(zhì)量的合力為零。
[0050]工作時閥門一 2和閥門二 13關(guān)閉。
[0051]當(dāng)外界產(chǎn)生加速度時，慣性質(zhì)量沿軸向移動，產(chǎn)生軸向位移，并壓縮一端空腔的空氣，使得左端空腔18的空氣與右端空腔16的空氣的氣壓不相等，產(chǎn)生回復(fù)力。
[0052]加速度不同造成慣性質(zhì)量軸向位移大小不同。
[0053]在傳感器不工作時，通過打開閥門一 2和閥門二 13，可以改變外殼8內(nèi)腔中左右兩端空腔的氣壓，從而改變回復(fù)力的大小，也就調(diào)節(jié)了傳感器的量程大??；當(dāng)壓力表的示數(shù)較小時，表示空腔的氣壓較小，則回復(fù)力較小，因此相同加速度下慣性質(zhì)量的位移較大，然而電感線圈的長度有限，當(dāng)慣性質(zhì)量的軸向位置超出電感線圈的軸向位置時，就超出了傳感器的測量范圍，所以慣性質(zhì)量的位移較大時，傳感器所能測得的最大加速度較小，即傳感器的量程較小；同理，當(dāng)壓力表的示數(shù)較大時，表示空腔的氣壓較大，則回復(fù)力較大，則傳感器的量程較大；運(yùn)用上述原理即可調(diào)整傳感器的量程。
[0054]在傳感器工作前,必須保證壓力表一 3和壓力表二 11的數(shù)值相等,若壓力表一 3和壓力表二 11的數(shù)值不相等，則打開靠近數(shù)值較小的壓力表一側(cè)的閥門，調(diào)整靠近數(shù)值較小的壓力表一端的空腔壓力，使得壓力表一 3和壓力表二 11的數(shù)值相等，關(guān)閉閥門。
[0055]圓柱形永磁體8的軸向位移使得外殼5凹槽內(nèi)兩個線圈的電感發(fā)生變化，即將位移信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到電路中，電信號在經(jīng)過信號處理電路處理后輸出相應(yīng)的電壓信號。
[0056]所述的外殼2的的內(nèi)徑與圓柱形永磁體5的外徑差值取0.2mm?0.7mm,取其端值或中間值均可，以保證磁性液體17能夠密封住外殼2內(nèi)腔中左端空腔18的空氣及右端空腔16的空氣。
[0057]所述外殼、端蓋、螺栓及螺母均為非導(dǎo)磁材料如奧氏體不銹鋼。
[0058]傳感器的信號處理電路如圖3所示，將慣性質(zhì)量的位移變化轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化。
[0059]所述磁性液體7、8通常可選為煤油基磁性液體，機(jī)油基磁性液體或酯基磁性液體。
【權(quán)利要求】
1.新型量程可調(diào)式磁性液體加速度傳感器，構(gòu)成該傳感器的各部分之間的連接: 外殼(5)的外圓周兩個凹槽內(nèi)分別纏有電感線圈一(6)和電感線圈二(7)，電感線圈一(6)與電感線圈二(7)完全相同，兩個線圈的連接采用差動式連接，兩個線圈接入信號處理電路中； 將圓柱形永磁體(8 )兩端吸附上磁性液體(17 )，放入外殼(5 )的內(nèi)腔中，此時通過測量電感線圈一(6)和電感線圈二(7)的差值來使得圓柱形永磁體處于傳感器軸線方向的中心位置，當(dāng)電感線圈一(6)和電感線圈二(7)的差值為零時，即可保證圓柱形永磁體(8)處于傳感器軸線方向的中心位置； 被吸附的磁性液體(17)在磁場的作用下將圓柱形永磁體(8)懸浮起來； 圓柱形永磁體(8)與吸附在其軸向兩端的磁性液體(17)組成慣性質(zhì)量； 第一橡膠密封圈(19)嵌入左端蓋(4)的環(huán)形凹槽中，第二橡膠密封圈(9)嵌入右端蓋(10)的環(huán)形凹槽中； 外殼(5)軸向兩端為法蘭盤結(jié)構(gòu)，用螺栓螺母連接組件(15)將外殼(5)與左端蓋(4)及外殼(5)與右端蓋(10)連接固定； 外殼(5)內(nèi)部的腔室除了圓柱永磁體(8)和磁性液體(17)外，剩余的空間均為空氣； 其特征在于: 氣箱一(O與左端蓋(4)用通氣管道一(20)相連，通氣管道一(20)上裝有閥門一(2)和壓力表一(3)； 氣箱二(12)與右端蓋(10)用通氣管道二(14)相連，通氣管道二(14)上裝有閥門二(13)和壓力表二(11)； 所述的氣箱一(I)和氣箱二( 12)中充入氣體壓力大于外殼內(nèi)腔左端空腔(18)及右端空腔(16)的氣壓I?3個大氣壓，取其端值或中間值均可； 所述的外殼(2)的的內(nèi)徑與圓柱形永磁體(5)的外徑差值取0.2mm?0.7mm,取其端值或中間值均可，以保證磁性液體(10)磁場的作用下能夠密封住外殼(2)內(nèi)腔中左右兩端空腔部分的空氣； 當(dāng)外界產(chǎn)生加速度時，慣性質(zhì)量沿軸向移動，產(chǎn)生軸向位移，并壓縮一端空腔的空氣，使得左端空腔(18)的空氣與右端空腔(16)的空氣的氣壓不相等，產(chǎn)生回復(fù)力。
【文檔編號】G01P15/13GK103675342SQ201310729554
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】李德才, 錢樂平 申請人:北京交通大學(xué)