专利名称：基于磁流变脂(液)的智能传感方法及其电容式传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁流变体电磁学特性检测和磁流变体智能传感技术领域，具体涉及磁流变(体)电容式智能传感技术及其应用领域，尤其涉及磁流变脂(液)电容式智能传感技术及其应用。
背景技术：
电容式传感器主要有变面积型，变间隙型和变介电常数型三种类型。在先技术具有温度稳定性好，结构简单，适应性强，动态响应快，可实现非接触检测等优点(单成祥，传感器的理论与设计基础及其应用[M]，国防工业出版社，1999 :3-30)。在先技术中的变介电常数型电容式传感器通常在两极板间不同区域充满不同电解质以改变介电常数实现其检测目的，主要用于液面高度和片状材料厚度测量(孙圣和，现代传感器发展方向[J]，电子
测量与仪器学报，2009，23 :28-34)。但没有通过调节磁场大小来改变介电常数的磁流变体电容式传感器，变介电常数型电容式传感器也不能对磁场进行转换检测。随着电磁学的发展，磁场的检测已经广泛应用于地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学、考古学诸多领域。因此，对智能磁流变体电容式传感器研究具有重要意义。磁流变体主要包括磁流变液，磁流变脂两种磁性介质。它们主要由高磁导率、低滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成。在外加磁场的作用下，固态与液态之间可进行快速转化，并且这种变化是可控、连续、可逆的(M. A. Luque,M. P. P' erez~P/ erez,et al, Brain Research Bulletin. Sci. , 2008, 75 :480-484),已被广泛应用于机械、汽车、航空、精密加工、建筑、医疗等领域(Thomas H. Meedel，Patrick Chang, et al. [J],Developmental Biology. Sci. , 2007, 312 :644-645)。目前,磁流变体的电磁学特性还没有应用于电容式传感器及其传感技术领域。
发明内容
为了将磁流变体电磁学特性应用于电容式传感器及其智能传感技术领域，本发明提出一种新的磁流变体智能传感技术，并设计出一种变介电常数型智能磁流变体电容式传感器。这种电容式传感器内部的电解质为磁性介质——磁流变体，可以通过检测电容值的改变获得磁感应强度大小。本发明所测量的磁流变体电容范围为0 几干PF，检测的磁感应强度的范围为0 7000Gs。本发明所采用的技术方案本发明所采用的技术方案由磁流变体的变介电常数型电容器设计及磁流变体电容的测量电路两部分构成。为了解决上述问题，本发明设计一种磁流变体的变介电常数型可变电容器(参照图I所示)，内部盛载磁流变体。其特征在于具备该可变电容器包括极板，封装两部分组成。两个极板相互平行，其中一个为定极板，另外一个为动极板。通过旋转动极板，可以调节两个极板间的距离，也可以固定动极板。封装采用螺纹式结构，便于极板间距离的调节。所述的极板材料为铝合金，铁合金，或钛合金，形状为圆形，半圆形，方形，三角形以及其他不规则形状。所述的封装材料为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯，并在封装上设计螺纹。所述的磁流变体可以为磁流变液，或磁流变脂，也可是磁流体。本发明的磁流变体电容测量电路部分(参照图2所示)，由直流电压源，直流电流源，装有磁流变体的变介电常数型电容器，电子开关Kl、K2，运算放大器，预放，A/D转换，数据处理系统几部分组成。其特点在于具备电流源与待测的装有磁流变体的可变电容器通过电子开关Kl、K2串联构成闭合回路，可变电容器的两端连接到运算放大器的输入端，运算放大器输出端通过预放，A/D转 换(模拟/数字转换)接入数据处理系统。当Kl闭合时，直流电压源给电容充电至Uc =Us。然后Kl断开，K2闭合，电容在电流源的作用下放电，数据处理系统部分的内部计数器同时开始工作。当电流源对电容放电至Uc = 0时，比较器翻转，计数器结束计数，计数值与电容放电时间成正比。电容电压Uc与放电电流Io的关系为Uc=Us--^ll0Cit(I)令Uc = 0，则有C(B) = ^ = ^-(2)
Us Us式中N为计数器的读数，Tc为计数脉冲的周期(是一个常数)，Itl放电电流，t为放电时间，Us为电压源输出电压，C(B)是磁流变电容的电容值。Uc为充电电压。Us和Itl为定值时，C(B)与N成正比。B为外加磁场。所述的直流电压源可以提供持续的稳定电压。所述的直流电流源采用精密型恒流管，可以提供连续的稳定电流。所述的恒流管型号为2DHL050，或3CR3A，或3CR3B，或4DH7。所述的电子开关Kl、K2由三极管构成。通过数据处理系统控制其断开和闭合。所述的预放，可以由三级管，场效应管或者运算放大器组成。所述的数据处理系统可以由单片机，DSP处理器，虚拟仪器或ARM处理器构成。本发明所采用的方法根据上述检测装置，本发明进一步提出一种基于磁流变体的智能传感方法，该方法包括以下步骤(I)将电流源与待测的装有磁流变体的变介电常数型电容式传感器通过电子开关K1、K2串联构成闭合回路。(2)将变介电常数型电容器的两端连接到运算放大器的输入端。(3)将运算放大器输出端接到预放的输入端，预放的输出端接到A/D转换(模拟/数字转换)的输入端，A/D转换的输出端接入数据处理系统。(4)闭合电子开关K1，直流电压源给电容充电至Uc = Us，然后断开K1，闭合K2，电容在电流源的作用下放电，数据处理系统的内部计数器同时开始工作。
(5)变介电常数型电容器的电容大小为
权利要求
1.本发明设计一种智能磁流变体电容式传感器，该发明包括基于磁流变体的变介电常数型电容器及测量电路两部分。其特征为 所述的变介电常数型电容器，内部盛满磁流变体。
所述的变介电常数型电容器由定极板，动极板，封装三部分组成。
所述的测量电路由电流源，电压源，电子开关，预放大，A/D转换，数据处理系统几部分组成。能够实时检测磁流变体电容大小的改变。
2.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的可变电容器盛载磁流变体，电容器的密封采用螺旋式结构。
3.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的封装材料为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯，并在封装设计螺纹。动极板通过螺纹可调节与定极板间的距离。
4.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的极板材料为铝合金，铁合金，或钛合金，形状为圆形，半圆形，方形，三角形以及其他不规则形状。
5.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的磁流变体为磁流变液，磁流变脂，或磁性液体。
6.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的测量部分，电子开关通过数据处理系统控制，数据处理系统可以由单片机，DSP, ARM或者虚拟仪器组成。
7.根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的测量部分，被测电容只进行一次充放电即可完成对被测电容的检测。采用了电子技术中准确度较高的时间检测原理，克服了传统检测微弱信号电路中放大器的稳定性不好、零点漂移大等缺点，具有电路结构简单、检测精度和分辨率高等优点。
8.令\根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的测量部分，被测磁流变电容大小为
9.I 1根据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的技术方案，包括基于磁流变体介电常数型电容器的设计及磁流变体电容的检测两部分构成。变介电常数型电容器用于盛载磁流变体，磁流变体电容的检测系统用于实时测量磁流变体电容的大小。
10.IONi艮据权利要求I所述的智能磁流变体电容式传感器，其特征是所述的基于磁流变体电容特性的智能传感方法，是通过磁流变体电容器的电容大小的改变与外加磁场关系来探测磁场的大小。
全文摘要
本发明提出一种磁流变体智能传感技术，设计出一种智能磁流变体电容式传感器，通过检测电容值变化准确地检测磁场的变化情况。电容器中用到的不是传统云母等电解质，而是一种新型的智能材料——磁流变体(也可是磁流体)。将磁流变体放入本发明设计的磁流变体变介电常数型电容器中，然后对可变电容器进行一次充放电，完成对被测电容的检测。本发明采用了电子技术中准确度较高的时间检测原理，克服了传统检测微弱信号电路中放大器的稳定性不好、零点漂移大等缺点，具有电路结构简单、检测精度和分辨率高等优点。本发明所设计的智能磁流变体电容传感器，可以准确的检测磁场的大小，检测范围在0-7000Gs。
文档编号G01R27/26GK102654535SQ20111005063
公开日2012年9月5日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者何国田, 冉迎春, 刘云杰, 张德胜, 戴鹏飞, 王松, 谷明信, 马燕 申请人:重庆师范大学