基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置及結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及檢測傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng) 速度或加速度傳感裝置及其組合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)牛頓力學(xué)的理論，W旋轉(zhuǎn)體系為參照系，質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)偏離原有方向的傾 向被歸結(jié)為一個(gè)外加力的作用，該力即為科里奧利力，并定義為：= -2w(&x D .式中巧 為科里奧利力;m為質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量；為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度；涼為旋轉(zhuǎn)體系角速度。
[0003] 現(xiàn)有的基于科里奧利力的檢測傳感器，例如公開號為103913158A，公開日為2014 年07月09日，發(fā)明名稱為《磁電式科里奧利力檢測傳感器》的中國專利申請，提供了一種磁 電式科里奧利力檢測傳感器，該科里奧利力檢測傳感器，將質(zhì)量塊設(shè)置于殼體內(nèi)部，基于科 里奧利力效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)平轉(zhuǎn)動(dòng)體低速或高速的寬頻轉(zhuǎn)速的檢測。
[0004] 但是運(yùn)些專利申請?zhí)岢龅臋z測傳感器，均是針對轉(zhuǎn)動(dòng)檢測，沒有檢測平動(dòng)的，本發(fā) 明創(chuàng)新的將功能敏感材料W及科里奧利效應(yīng)用于平動(dòng)檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng) 速度或加速度傳感裝置及其組合結(jié)構(gòu)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置，包括 殼體W及設(shè)置于殼體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、敏感磁結(jié)構(gòu)體、連接結(jié)構(gòu)、磁屏蔽結(jié)構(gòu)W及傳感機(jī) 構(gòu)；
[0007] 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)通過連接結(jié)構(gòu)對敏感磁結(jié)構(gòu)體進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[000引磁屏蔽結(jié)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與敏感磁結(jié)構(gòu)體之間進(jìn)行磁屏蔽；
[0009] 所述殼體作為平動(dòng)體系；
[0010] 所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對殼體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的角速度為O ;
[0011] 通過連接結(jié)構(gòu)，敏感磁結(jié)構(gòu)體同步于驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0012] 所述傳感機(jī)構(gòu)用于采集敏感磁結(jié)構(gòu)體在科氏力作用下發(fā)生偏擺所引發(fā)的磁電轉(zhuǎn) 化信號。
[0013] 優(yōu)選地，所述敏感磁結(jié)構(gòu)體采用如下任一種結(jié)構(gòu)：
[0014] -設(shè)置于剛性體內(nèi)部且與剛性體連為一體的磁結(jié)構(gòu)體；
[0015] -單體結(jié)構(gòu)的磁結(jié)構(gòu)體，采用永磁體或電磁體。
[0016] 優(yōu)選地，W所述殼體的速度V或者加速度a, W及基于時(shí)間參量的運(yùn)動(dòng)位移作為要 檢測的量。
[0017] 優(yōu)選地，所述敏感磁結(jié)構(gòu)體采用永磁體，永磁體的磁極方向根據(jù)檢測需求進(jìn)行配 置。
[0018] 優(yōu)選地，所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或往復(fù)擺轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0019] 所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用如下任一種結(jié)構(gòu)：
[0020] -所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用永磁體，通過電磁線圈組驅(qū)動(dòng)永磁體或電磁體；
[0021 ]-所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用電磁體，通過永磁體組驅(qū)動(dòng)電磁體或永磁體；
[0022] -所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用電機(jī)W輸出轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0023] -所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)采用平轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及相匹配的傳動(dòng)齒輪、傳動(dòng)齒條或者傳動(dòng)皮帶輪， 形成往復(fù)擺轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0024] 所述驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)所需的電源采用電池，實(shí)現(xiàn)長行程的無電纜平動(dòng)測量。
[0025] 優(yōu)選地，所述連接結(jié)構(gòu)為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)與敏感磁結(jié)構(gòu)體的運(yùn)動(dòng)傳遞部件，且連接結(jié)構(gòu) 要有一定的柔度，所述一定的柔度是指在科氏力作用下能產(chǎn)生偏擺彈性變形。
[0026] 優(yōu)選地，所述磁屏蔽結(jié)構(gòu)屏蔽驅(qū)動(dòng)部分的磁場，W提高檢測精度。
[0027] 優(yōu)選地，磁屏蔽結(jié)構(gòu)將殼體內(nèi)部空間分隔為第一容納腔和第二容納腔，所述驅(qū)動(dòng) 結(jié)構(gòu)位于第一容納腔內(nèi)，所述敏感磁結(jié)構(gòu)體位于第二容納腔內(nèi)；
[0028] 敏感磁結(jié)構(gòu)體所處的第二容納腔的側(cè)壁內(nèi)設(shè)有第=容納腔，所述傳感機(jī)構(gòu)設(shè)置于 所述第=容納腔內(nèi)；
[0029] 所述傳感機(jī)構(gòu)采用如下任一種結(jié)構(gòu)：
[0030] -傳感機(jī)構(gòu)包括相互接觸的磁致應(yīng)變體和力電材料，所述力電材料位于磁致應(yīng)變 體的上端和/或下端；
[0031] -傳感機(jī)構(gòu)包括相互接觸的方向異型永磁結(jié)構(gòu)體和力電材料，所述方向異型永磁 結(jié)構(gòu)體采用一個(gè)方向異型永磁單體或多個(gè)相互接觸的方向異型永磁單體;所述力電材料位 于方向異型永磁結(jié)構(gòu)體的上端和/或下端；
[0032] -傳感機(jī)構(gòu)包括磁致應(yīng)變體和力電材料，所述力電材料為薄膜或片體結(jié)構(gòu)，并設(shè)置 于磁致應(yīng)變體的兩側(cè)面上，形成夾屯、結(jié)構(gòu)；
[0033] -傳感機(jī)構(gòu)包括磁致應(yīng)變體和力電材料；
[0034] 所述磁致應(yīng)變體包括:磁致伸縮材料、磁粒子擺動(dòng)體、磁力移動(dòng)體或巨磁阻材料；
[0035] 所述力電材料包括:壓電材料、壓阻材料、壓磁材料、碳納米管或石墨締材料。
[0036] 所述力電材料可W為由碳納米管、石墨締材料中的任一者或兩者的組合彈性結(jié)構(gòu) 材料組成的薄膜或片體或塊體結(jié)構(gòu)，并設(shè)置于磁致應(yīng)變體的側(cè)面或端部，形成磁致應(yīng)變體 變形時(shí)致使碳納米管或石墨締材料對應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)變；
[0037] -傳感機(jī)構(gòu)采用巨磁阻材料體；
[0038] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種新型磁致應(yīng)變體和力電材料傳感器裝置，包括力電材料部 件和磁致應(yīng)變體；
[0039] 所述力電材料部件采用的力電材料為由碳納米管、石墨締材料中的任一者或兩者 的組合彈性結(jié)構(gòu)材料組成的薄膜或片體或塊體結(jié)構(gòu)，并設(shè)置于磁致應(yīng)變體的側(cè)面或端部， 形成相對周邊磁場或電磁場變化下的磁致應(yīng)變體變形時(shí)致使碳納米管或石墨締材料產(chǎn)生 應(yīng)變而實(shí)現(xiàn)的伸縮應(yīng)變、磁場強(qiáng)度、電流強(qiáng)度或者電壓強(qiáng)度的檢測傳感裝置或系統(tǒng)。
[0040] 由于碳納米管、石墨締材料中的任一者或兩者的組合彈性結(jié)構(gòu)材料組成的薄膜或 片體或塊體結(jié)構(gòu)具有極高的電阻應(yīng)變比，即微小應(yīng)變可產(chǎn)生極大的電阻變化，進(jìn)而使由碳 納米管、石墨締材料中的任一者或兩者的組合彈性結(jié)構(gòu)材料組成的薄膜或片體或塊體結(jié)構(gòu) 體組成的電路具有極敏感的電參數(shù)(電壓或電流的變化），從而對應(yīng)實(shí)現(xiàn)極微小應(yīng)變的超精 密應(yīng)變傳 感器件。因此，所述力電材料為由碳納米管、石墨締材料中的任一者或兩者的組合 彈性結(jié)構(gòu)材料組成的薄膜或片體或塊體結(jié)構(gòu)，可設(shè)置于磁致應(yīng)變體的外側(cè)面、或內(nèi)部、或端 部，形成相對磁致應(yīng)變體周邊磁場或電磁場變化下的導(dǎo)致磁致應(yīng)變體變形時(shí)對應(yīng)設(shè)置的碳 納米管或石墨締類力電材料產(chǎn)生應(yīng)變，致使檢測出電信號變化?；诖耍鴮?shí)現(xiàn)的伸縮應(yīng)變 或磁場強(qiáng)度或電流/電壓強(qiáng)度檢測傳感裝置或系統(tǒng)。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置的組 合結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)上述的基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置，多個(gè)所述基 于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置呈陣列結(jié)構(gòu)組合連接。
[0042] 本發(fā)明還提供了一種基于科里奧利力效應(yīng)的傳感裝置的組合結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)上述 的基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置呈陣列結(jié)構(gòu)組合連接W及基于科里 奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置同現(xiàn)有公開的專利轉(zhuǎn)動(dòng)傳感裝置(例如公開號 103913158A)的組合使用。
[0043] 本發(fā)明的工作原理為:驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)敏感磁結(jié)構(gòu)體旋轉(zhuǎn)或者往復(fù)擺轉(zhuǎn)動(dòng)，即有相 對于殼體的相對角速度當(dāng)殼體的平動(dòng)速度(加速度)正交于該轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，敏感磁結(jié)構(gòu)體將 受到科氏力的作用，進(jìn)而產(chǎn)生正交于平動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的偏擺運(yùn)動(dòng)，由磁致應(yīng)變和力電 材料體組合而成的傳感機(jī)構(gòu)將感應(yīng)該偏擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電信號。W此來實(shí)現(xiàn)基于科里奧利力效 應(yīng)實(shí)現(xiàn)平動(dòng)體(殼體)的速度(加速度)的檢測。由于F =-2w〇^x巧，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)(敏感磁結(jié)構(gòu)體） 的質(zhì)量m-定時(shí)，科里奧利力的值取決于平動(dòng)體系（殼體）的速度V和質(zhì)點(diǎn)的角速度涼，所 W，當(dāng)￥較小（平動(dòng)速度慢)或V較大(平動(dòng)速度快）時(shí)，通過對應(yīng)增加或減小質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)速度 涼，即能夠取得書和氣之間優(yōu)化對應(yīng)的頻譜關(guān)系，獲得穩(wěn)定的科里奧利力，使敏感磁結(jié)構(gòu)體 體相對傳感機(jī)構(gòu)空間位置發(fā)生變化，引起磁電信號的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而對應(yīng)得到慢速或快速平動(dòng) 的檢測。
[0044] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0045] 1、本發(fā)明基于科里奧利力效應(yīng)，提供了不同的驅(qū)動(dòng)模式，適用于不同信號特征檢 測需求；
[0046] 2、本發(fā)明使用的敏感功能材料，相較于傳統(tǒng)的傳感機(jī)構(gòu)(如電容)具有更高的抗干 擾能力，可W在惡劣的環(huán)境中使用；
[0047] 3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種新型的平動(dòng)檢測機(jī)理和方法，并可W用于實(shí)現(xiàn)無檢測行程限 制的往復(fù)平動(dòng)檢測手段。
[004引4、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種新型的平動(dòng)檢測機(jī)理和方法，可W進(jìn)行剛性物體平動(dòng)檢測亦 可進(jìn)行流體平動(dòng)檢測。
【附圖說明】
[0049] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0050] 圖1為本發(fā)明的原理示意圖；
[0051] 圖2為實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052] 圖中；
[0053] I為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，2為連接結(jié)構(gòu)，3為殼體，4為傳感機(jī)構(gòu)，5為敏感磁結(jié)構(gòu)體，6為磁結(jié)構(gòu) 體，7為電磁線圈，8為磁屏蔽結(jié)構(gòu)，9為力電材料，10為磁致應(yīng)變體；
[0054] v/a為待檢測的平動(dòng)速度/加速度，F(xiàn)。為科里奧利力，V。為敏感磁結(jié)構(gòu)體在科里奧利 力作用下的偏擺速度，U為敏感功能材料輸出的檢測電信號，CO為驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)在電磁線圈作用 下的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變化和改進(jìn)。運(yùn)些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0056] 本實(shí)施實(shí)例提供了一種基于科里奧利力效應(yīng)的平動(dòng)速度或加速度傳感裝置，包括 殼體W及設(shè)置于殼體內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、電