一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器制造技術

一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，屬于加速度測量領域。成功解決了現有磁性液體加速度傳感器由于多種結構問題無法在工程實際中得到應用的問題。該裝置包括左部通氣槽(1)、殼體(2)、左永磁體(3)、第一連接棒(4)、左線圈(5)、第一支撐永磁體(6)、中部通氣槽(7)、第二連接棒(8)、第二支撐永磁體(9)、右線圈(10)、第三連接棒(11)、磁性液體(12)、右永磁體(13)和右部通氣槽(14)。當有微小加速度產生時，吸附有磁性液體的質量塊在殼體(2)內壁運動從而在感應線圈中產生感應電動勢，依靠磁性液體與殼體內壁擠壓產生的彈力為質量塊提供回復力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，適用于工程實際中加速度的測量。
技術介紹
加速度傳感器在交通工具、生物醫學、石油開采、軍事工業等各個領域有著廣泛的應用。隨著科學技術的不斷發展，人們對具有靈敏度高、可靠性高、分辨率高和線性度好的加速度傳感器的需求量不斷增加。磁性液體加速度傳感器對慣性力的敏感度較高，具有結構簡單、體積小、無機械損耗和壽命長等優點。現在最為常見的磁性液體加速度傳感器，主要采用磁性液體的二階浮力原理，如對比文獻1(公開號CN 103344784A的申請專利)所述和對比文獻2(公開號CN103149384A的申請專利)所述。對比文獻1(公開號為CN103344784A的申請專利)所述的加速度傳感器，該傳感器包括外殼體、內殼體、第一線圈、圓柱形永磁體、第二線圈和磁性液體等。該專利所述的傳感器結構為一種典型的磁性液體加速度傳感器，通過將圓柱形永磁體作為質量塊，在非導磁殼內注滿磁性液體，從而利用磁性液體的二階浮力原理使得質量塊懸浮在殼體中。當外界有加速度信號時，由于在質量塊和殼體之間的磁性液體的粘性作用，使得質量塊的運動與殼體之間產生位移差值，從而造成殼體內部磁性液體體積分布發生變化。由于磁性液體的相對磁導率大于空氣，因此在殼體外部的兩個線圈電感值發生變化，從而可以輸 出信號。然而，該傳感器通過在殼體內充滿磁性液體使得永磁體能夠穩定懸浮在殼體中，然而由于磁性液體的磁粘效應，當磁性液體充滿殼體后，永磁體在殼體內部運動將非常緩慢，對加速度信號響應效果不好。其次，由于質量塊為永磁體，殼體為普通圓柱桶狀，因此質量塊重量和回復力大小均不可調。再者，由于磁性液體的相對磁導率僅略大于空氣，因此所產生的信號非常微弱，極其容易受到外界噪音干擾。因此在工程應用中不具有實用性。對比文獻2(公開號為CN104074903A的申請專利)所述的磁性液體加速度傳感器，該傳感器包括左端蓋、殼體、第一線圈、第二線圈、圓柱形磁鐵和右端蓋等。該申請專利也是將永磁體作為質量塊，在永磁體兩端吸附少量磁性液體，利用磁性液體的二階浮力原理使得永磁體懸浮，通過將殼體內壁加工成錐角狀使得磁性液體產生彈性力，從而使得永磁體始終處于殼體的正中。同時，該結構也不需要將磁性液體充滿整個殼體，從而避免了對比文獻1的磁性液體充滿后在永磁體兩端的流動困難問題。然而當質量塊運動時，整個質量塊將發生偏斜，質量塊底面與殼體錐角內壁發生刮蹭現象，導致輸出信號線性度極差。此外，雖然通過在殼體內壁開槽保證腔室兩側氣體的流通，然而由于該專利不能避免永磁體在運動過程中傾斜后與殼體的刮蹭問題，因此會導致永磁體傾斜后使得凹槽截面積減小，氣體流通受阻從而降低永磁體與殼體之間的相對運動速度，對加速度信號不敏感。最后，由于該結構的錐角為中間直徑大，兩端小，對中性不高，且其殼體為左、右分瓣結構，注射磁性液體時極為不便，甚至導致永磁體 兩端磁性液體分布量不均勻，從而造成在零加速度環境下永磁鐵無法懸浮在殼體正中央。因此急需對磁性液體加速度傳感器的結構進行重新設計和改進，使其能夠在實際工程中得到應用。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，現有磁性液體加速度傳感器由于多種結構缺陷造成線性度不好、對微小加速度不敏感等問題，使其無法在工程實際中得到應用，特提供一種新型磁性液體加速度傳感器。本專利技術解決技術問題所采用的技術方案是：一種新型磁性液體加速度傳感器，該裝置包括：左部通氣槽、殼體、左永磁體、第一連接棒、左線圈、第一支撐永磁體、中部通氣槽、第二連接棒、第二支撐永磁體、右線圈、第三連接棒、磁性液體、右永磁體和右部通氣槽；將所述的左永磁體、第一連接棒、第一支撐永磁體、第二連接棒、第二支撐永磁體、第三連接棒和右永磁體依次固定連接，從而形成質量塊，左永磁體、第一支撐永磁體、第二支撐永磁體、右永磁體上吸附有磁性液體，保證在磁性液體的二階浮力作用下，質量塊能夠被磁性液體懸浮而不接觸到殼體內壁。所述殼體為壁厚均勻的管狀結構，殼體的兩端為錐形結構，錐角角度θ范圍在0～25°選取，其中12°、15°和18°為優選值，殼體的中間部位為圓柱體；即殼體的左端內孔直徑從左到右逐漸減小，殼體的右端內孔直徑從右到左逐漸減小，殼體的兩端錐形結構的最小直徑大于中間部位的直徑，殼體的材料為非導磁材料，優選非導磁的絕 緣材料，如POM或尼龍，以便防止產生電渦流造成信號干擾。殼體采用上、下兩瓣的分瓣結構組成，因此在安裝時，可以將整個質量塊先放入殼體的下半部分中，然后再所有永磁體上注入一定量的磁性液體，確保左永磁體和右永磁體上的磁性液體注入量相同，第一支撐永磁體和第二支撐永磁體上的磁性液體注入量相同。在注射完成后，整個質量塊將自動懸浮在殼體中心，然后將殼體上半部分與下半部分固定連接，結合部位采用膠粘或者螺紋連接等固定連接方式。所述第一連接棒、第二連接棒、第三連接棒的直徑尺寸相同，第一連接棒、第三連接棒長度相同，材料都為非導磁材料，第二連接棒的材料為導磁材料。第一、第三連接棒優選非導磁的絕緣材料，如POM或尼龍，以便防止產生電渦流造成信號干擾。第二連接棒優選磁導率較大的材料，如電工純鐵。左永磁體、第一連接棒、第一支撐永磁體、第二連接棒、第二支撐永磁體、第三連接棒、右永磁體的中心位于同一條水平線。通過調整第一連接棒、第二連接棒、第三連接棒長度，保證該傳感器在非工作狀態的初始位置時，左永磁體右端面距殼體中部左端面的距離與右永磁體左端面距殼體中部右端面的距離相同。通過調整注入磁性液體的量保證該傳感器在非工作狀態的初始位置時，左永磁體上吸附的磁性液體與殼體內孔左端的凸臺內壁接觸，右永磁體上吸附的磁性液體與殼體內孔右端的凸臺內壁接觸，當質量塊在殼體內運動時，左、右永磁體上吸附的磁性液體與外殼內孔凸臺內壁以及帶錐角的內孔壁接觸擠壓產生擠壓力為質量塊提供回復力。所述左永磁體和右永磁體大小尺寸完全相同，為圓柱形；所述第一支撐永磁體和第二支撐永磁體大小尺寸完全相同，為圓柱形；左、右永磁體的直徑大于第一、第二支撐永磁體的直徑，且相鄰永磁體之間的極性相反，即，左永磁體的右端面為N極，第一支撐永磁體的右端面為S極，第二支撐永磁體的右端面為N極，右永磁體的右端面為S極。由于第一和第二支撐永磁體的存在，使得當外界有加速度信號時，可以有效的防止現有技術(對比文獻2所述裝置)在運動過程中永磁體產生的傾斜問題，從而避免了永磁體與殼體的刮蹭問題。所述左線圈和右線圈完全相同形成差分電路，所述第二連接棒在左線圈內的長度大于等于左線圈長度的0.5倍，所述第二連接棒在右線圈內的長度大于等于右線圈長度的0.5倍。由于線圈中間部位磁場最為均勻，因此線性度在該處達到最優值，因此所述第二連接棒在左線圈內的長度和第二連接棒在右線圈內的長度優選左、右線圈長度的0.5倍。當無加速度產生時，第二連接棒位于左、右線圈內的長度相等，此時左、右線圈內的電感值相等，從而輸出電壓為零。所述殼體的左端錐形結構內壁上加工有左部通氣槽，其長度大于2倍的質量塊移動范圍，殼體的右端錐形結構內壁上加工有右部通氣槽，其長度大于2倍的質量塊移動范圍，殼體的中部圓柱結構內壁上加工有中部通氣槽，其長度和中部圓柱結構相同；所述左部通氣槽、中部通氣槽和右部通氣槽互相連通，深度大于磁性液體覆蓋在左永磁體、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，其特征在于：該裝置包括：左部通氣槽(1)、殼體(2)、左永磁體(3)、第一連接棒(4)、左線圈(5)、第一支撐永磁體(6)、中部通氣槽(7)、第二連接棒(8)、第二支撐永磁體(9)、右線圈(10)、第三連接棒(11)、磁性液體(12)、右永磁體(13)和右部通氣槽(14)；將所述的左永磁體(3)、第一連接棒(4)、第一支撐永磁體(6)、第二連接棒(8)、第二支撐永磁體(9)、第三連接棒(11)和右永磁體(13)依次固定連接，從而形成質量塊，左永磁體(3)、第一支撐永磁體(6)、第二支撐永磁體(9)、右永磁體(13)上吸附有磁性液體(12)，保證在磁性液體的二階浮力作用下，質量塊能夠被磁性液體(12)懸浮而不接觸到殼體內壁。

【技術特征摘要】
1.一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，其特征在于：該裝置包括：左部通氣槽(1)、殼體(2)、左永磁體(3)、第一連接棒(4)、左線圈(5)、第一支撐永磁體(6)、中部通氣槽(7)、第二連接棒(8)、第二支撐永磁體(9)、右線圈(10)、第三連接棒(11)、磁性液體(12)、右永磁體(13)和右部通氣槽(14)；將所述的左永磁體(3)、第一連接棒(4)、第一支撐永磁體(6)、第二連接棒(8)、第二支撐永磁體(9)、第三連接棒(11)和右永磁體(13)依次固定連接，從而形成質量塊，左永磁體(3)、第一支撐永磁體(6)、第二支撐永磁體(9)、右永磁體(13)上吸附有磁性液體(12)，保證在磁性液體的二階浮力作用下，質量塊能夠被磁性液體(12)懸浮而不接觸到殼體內壁。2.根據權利要求1所述的一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，其特征在于：所述殼體(2)為壁厚均勻的管狀結構，殼體(2)的兩端為錐形結構，錐角角度θ范圍在0～25°選取，殼體(2)的中間部位為圓柱體；即殼體(2)的左端內孔直徑從左到右逐漸減小，殼體(2)的右端內孔直徑從右到左逐漸減小，殼體(2)的兩端錐形結構的最小直徑大于中間部位的直徑，殼體(2)的材料為非導磁材料，為便于安裝，殼體(2)采用上、下兩瓣的分瓣結構組成，結合部位采用固定連接方式。3.根據權利要求1所述的一種新型內錐角磁性液體加速度傳感器，其特征在于：所述第一連接棒(4)、第二連接棒(8)、第三連接棒(11)的直
\t徑尺寸相同，第一連接棒(4)、第三連接棒長度相同(11)，材料都為非導磁材料...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李德才，姚杰，姜華偉，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：北京;11