一種雙軸磁性液體慣性傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械工程測量領域。
【背景技術】
[0002]慣性傳感器可以發(fā)展為速度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器和傾角傳感器等，在交通工具、生物醫(yī)學、石油開采、軍事工業(yè)等各個領域有著廣泛的應用。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對具有靈敏度高、可靠性高、分辨率高和線性度好的速度傳感器的需求量不斷增加。由于磁性液體慣性傳感器對慣性力的敏感度較高，則具有結構簡單、體積小、無機械損耗和壽命長等優(yōu)點。然而現有磁性液體慣性傳感器由于多種結構問題無法在工程實際中得到應用，具有問題如申請?zhí)朇N103149384A和申請?zhí)朇N103675351A所述的專利，該專利所述裝置采用磁性液體的二階浮力原理，質量塊為永磁體。這兩個專利均為利用了永磁體在殼體內部移動，使得線圈內的電感值不同，從而檢測到輸出信號。然而，由于永磁體的相對磁導率非常小，導致信號不強，外部噪聲對傳感器的干擾非常嚴重，同時線性度不高。因此，必須對現有磁性液體慣性傳感器的結構進行重新設計，使其能夠在實際中得到應用。

【發(fā)明內容】

[0003]本實發(fā)明需要解決的技術問題是，現有磁性液體慣性傳感器由于多種結構問題無法在工程實際中得到應用，如線性度不高和信號弱等情況。特提供一種雙軸磁性液體慣性傳感器。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]本發(fā)明的一種雙軸磁性液體慣性傳感器，包括殼體、第一感應片、墊片、第一永久磁體、磁性液體、第二感應片、第二永久磁體、第三感應片、第四感應片。
[0006]將四個墊片的上表面與第一永久磁體的下表面固定連接，使得四個墊片對稱分布在第一永久磁體下表面的四個均布位置，將第二永久磁體的上表面與四個墊片的下表面固定連接，通過四個墊片將第一永久磁體和第二永久磁體隔開后，形成一個空隙，從而構成移動組件。所述第一永久磁體和第二永久磁體大小、形狀完全相同，為圓柱體，相鄰的兩個面極性相反，即第一永久磁體的下表面為N(S)極，第二永久磁體的上表面為S (N)極。通過這種方式，使得在第一永久磁體和第二永久磁體之間形成一個均勾磁場。
[0007]將第一感應片末端的兩個斜面分別與第三感應片末端的左側斜面和第四感應片末端的左側斜面固定連接，同時，將第二感應片末端的的兩個斜面分別與第三感應片末端的右側斜面和第四感應片末端的右側斜面固定連接，使得第一感應片、第二感應片、第三感應片和第四感應片表面平齊并呈90度均勻分布，從而形成檢測組件。所述第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片大小形狀完全相同，為導電性能良好的非導磁性薄片結構，由兩個腳架和兩個斜梁構成，形狀為帶V角的“凹”字形，表面涂有絕緣漆或者用絕緣材料包裹；所述第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片固定連接后，形狀呈“十字”型，第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片的四個腳架末端分別與外部電路相連接。將檢測組件插入移動組件的空隙中，然后將移動組件和檢測組件一起裝入殼體中，將檢測組件的左端與殼體的左側面固定連接，將檢測組件的右端與殼體的右側面固定連接；將檢測組件的前端與殼體的前側面固定連接；將檢測組件的后端與殼體的后側面固定連接；在第一永久磁體的上表面和第二永久磁體的下表面分別注射磁性液體，使得移動組件懸浮在殼體中。第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片的材料優(yōu)選銅、金、銀或者鋁，其厚度不應太薄，否則熱損耗太大，通常大于0.5mm,同時也不應太厚，否則使得第一永久磁體和第二永久磁體之間的空隙過大，從而無法提供均勻磁場，使得信號線性度不強，因此通常選擇小于1.5_。第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片也可以分隔開，從而不形成“十字”型，即，分別將一端獨立安裝在殼體上，而另一端懸空。但是由于感應片自身重力的影響，會產生一定的撓度，使其發(fā)生彎曲，從而容易與第一永久磁體或第二永久磁體發(fā)生剮蹭，影響測量精度。因此，優(yōu)選將四個感應片固定連接并形成“十字”型。根據感應電動勢，E = d (BS) /dt = Blv (B第一永久磁體和第二永久磁體之間的磁感應強度，S為第一感應片或者第二、三、四感應片在磁場中的面積，I為第一感應片或者第二、三、四感應片的寬度，V為第一永久磁體和第二永久磁體的運動速度)，當外界有振動時，第一、二、三、四感應片與第一永久磁體和第二永久磁體之間產生相對速度，從而會在殼體左、右壁面和前、后壁面的輸出端產生電動勢E1、E2和E3、E4，通過檢測E1、E2和E3、E4的大小便可以檢測到速度信號，而第一、二、三、四感應片固定連接后為“十字”型，則可以確保輸出電壓信號與速度信號之間的線性關系。由于對速度進行積分，則可以得到位移的信號，對速度進行微分則可以得到加速度信號，因此該慣性傳感器可以對速度、位移和加速度信號進行檢測。
[0008]所述殼體頂部為一個錐形結構，錐形角的大小為60?175°，底部為一個圓柱型槽，在圓柱型槽的左側壁面加工有兩個通孔Cl和dl，在圓柱型槽的右側壁面加工有兩個通孔al和bl，在圓柱型槽的前側壁面加工有兩個通孔c和d，在圓柱型槽的后側壁面加工有兩個通孔a和b，將第一感應片、第二感應片、第三感應片、第四感應片的八個腳架末端分別穿入殼體壁面的四個通孔中，殼體的材料為絕緣性能良好的非導磁性材料。所述墊片為絕緣性能良好的非導磁性材料，厚度大于感應片的厚度。殼體的錐形結構給由墊片、第一永久磁體和第二永久磁體構成的移動組件提供了一個定心力，使其在無外部振動的狀態(tài)下能夠穩(wěn)定懸浮于殼體正中心。為防止短路或者信號干擾，磁性液體、殼體和墊片必須具有絕緣性能，因此，要求磁性液體的基載液必須具有絕緣性能，而且磁性顆粒也必須為氧化鐵結構，而為了防止對第一永久磁體和第二永久磁體的磁場產生干擾，殼體和墊片還必須為非磁性材料。由于第一永久磁體和第二永久磁體依靠磁性液體的二階懸浮力進行懸浮，因此在安裝前應該測試移動組件的懸浮高度，再進行加工殼體壁面的孔a、b、c、d和al、bl、Cl、dl，確保第一、二、三、四感應片能夠安放在第一永久磁體和第二永久磁體之間的空隙中，并且不發(fā)生刮蹭?？譨、b、c、d和al、bl、Cl、dl不僅為了固定第一、二、三、四感應片，同時還提供了第一、二、三、四感應片與外界電路的連接通道。
[0009]本發(fā)明和已有技術相比所具有的優(yōu)異效果:(I)利用感應電動勢的原理，通過磁通量在感應片之間的變化，從而檢測到速度信號，從而使傳感器具有極其高的線性度，此夕卜，由于輸出信號取決于感應片速度，因此使得傳感器在靜止狀態(tài)下輸出始終為零，不存在零點殘余電壓；(2)殼體頂部的錐形夾角為傳感器提供回復力，使其在靜止情況下能夠處于殼體正中心；(3)通過墊片將第一永久磁體和第二永久磁體隔開，產生了一個均勾磁場，將第一、二、三、四感應片安裝在該間隙內檢測信號，極大的提高了傳感器的線性度