一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械工程测量领域。
【背景技术】
[0002]加速度传感器销量仅次于压力传感器，在交通工具、生物医学、石油开采、军事工业等各个领域有着广泛的应用。随着科学技术的不断发展，人们对具有灵敏度高、可靠性高、分辨率高和线性度好的加速度传感器的需求量不断增加。磁性液体加速度传感器对惯性力的敏感度较高，具有结构简单、体积小、无机械损耗和寿命长等优点。然而现有磁性液体加速度传感器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用，具体问题如申请号CN103149384A和申请号CN103675351A所述的专利，该专利所述装置采用磁性液体的二阶浮力原理，质量块为永磁体，由于永磁体磁场过强，导致磁性液体中的颗粒容易聚集，造成流动性变差的问题，同时由于磁性液体用量少且不均匀，信号较弱。因此急需对磁性液体传感器的结构进行重新设计，以满足工程需要。
【发明内容】
[0003]本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体阻尼减振器由于采用磁性液体的二阶浮力原理，容易造成磁性液体流动困难和和信号较弱的问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]本发明的一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，包括第一永磁体、壳体、质量块、端盖、第二永磁体、磁性液体、上线圈、下线圈。
[0006]所述壳体设有内孔，所述质量块装入壳体，所述磁性液体注满壳体内孔，所述第一永磁体为具有一定厚度的圆柱状且固定连接在壳体底部的外端面，其外径与所述壳体的外径相同，所述第二永磁体为具有一定厚度的圆柱状且固定连接在端盖的外端面，其外径与所述壳体的外径相同，所述上线圈和下线圈分别缠绕在壳体外圆上侧和下侧；
[0007]所述质量块为实心球体，材料为非导磁性物质且密度大于所选用磁性液体的密度，其直径是壳体内孔直径的1/3?5/6。所述上线圈和下线圈采用差动式电桥电路连接方式。当外界有加速度产生时，质量块将从中心位置偏离，质量块两侧腔室内的磁性液体将从质量块与壳体内孔的间隙中流过。质量块在腔室内的移动将导致壳体内部磁性液体的体积分布发生变化，由于质量块不导磁，相对磁导率小于等于1，而磁性液体的相对磁导率大于1，因此在壳体外侧的两个线圈之间将形成电感差或电势差，从而可以输出测量信号。当本发明应用于失重环境之中时，对质量块的密度没有要求，当本发明应用于地面环境时，要求质量块的密度略小于所选用磁性液体的密度。合理选取质量块直径与壳体内径的比值，既可以保证有较强信号输出，又可以确保传感器的灵敏度。
[0008]所述第一永磁体为具有一定厚度的圆柱状且固定连接在壳体底部的外端面，所述第二永磁体为具有一定厚度的圆柱状且固定连接在端盖的外端面，第一永磁体和第二永磁体为同极相对，即，第一永磁体与壳体的连接部位为N(S)极，第二永磁体与端盖的连接部位也为N(S)极；第一永磁体与第二永磁体在壳体中会产生一个以壳体中心为原点的轴对称不均匀磁场，在该磁场的作用下，壳体内部的磁性液体会产生一个指向原点的体积力，因此可以保证质量块悬浮于壳体正中。将第一永磁体和第二永磁体安装在壳体和端盖外侧，解决了现有技术中永磁体撞击造成的碎裂问题和由于磁粘效应弓I起的磁性液体流动困难问题，也彻底解决了现有技术永磁体安放在壳体内部所导致的磁性液体注入困难甚至无法注满的问题。
[0009]本发明和已有技术相比所具有的有益效果如下:(1)质量块的球形形状有效的加强了质量块与壳体之间的频率差，同时可以更加稳定的悬浮在壳体中，增强了传感器的传输信号；(2)第一和第二永磁体产生的非均匀磁场作用在磁性液体上可以更加稳定的悬浮质量块，同时第一和第二永磁体安装在外侧有效避免了永磁体碎裂、磁粘效应引起的磁性液体流动困难和磁性液体注入困难的问题。
【附图说明】
[0010]图1 一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器；
[0011]图1中:第一永磁体1、壳体2、质量块3、端盖4、第二永磁体5、磁性液体6、上线圈
7、下线圈8。
【具体实施方式】
[0012]以附图为【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
[0013]一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，如图1，该传感器装置包括:第一永磁体1、壳体2、质量块3、端盖4、第二永磁体5、磁性液体6、上线圈7、下线圈8。
[0014]构成该装置的各部分之间的连接:
[0015]先将壳体2内注入磁性液体6，当磁性液体6高度为壳体2高度的一半时，停止注入磁性液体。然后将质量块3放入壳体2中，待质量块3完全浸入壳体2的底部后，继续向壳体2内注入磁性液体6直至注满为止。然后将端盖4与壳体2固定连接，连接方式可以采用焊接、粘接或螺纹连接等方式。若采用焊接和粘接方式，壳体2的外径和端盖4的直径相同；若采用螺纹连接方式，壳体2将加工法兰盘，法兰盘外径与端盖4直径相同。将第一永磁体I与壳体2底部固定连接，第二永磁体5与端盖4固定连接，连接方式采用粘接。第一永磁体1、第二永磁体5与壳体2的中心位于同一条直线上。最后将上线圈7和下线圈8分别缠绕在壳体2外圆上侧和下侧。
[0016]壳体2、质量块3和端盖4的材料均为非导磁性材料，壳体2与端盖4的材料硬度较大，质量块3的材料密度大于所选用磁性液体的密度，硬度要远小于壳体2和端盖4的材料硬度。
【主权项】
1.一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，其特征在于:包括第一永磁体(1)、壳体(2)、质量块(3)、端盖(4)、第二永磁体(5)、磁性液体(6)、上线圈(7)、下线圈(8)，所述壳体(2)设有内孔，所述质量块(3)装入壳体(2)的内孔之中，所述磁性液体(6)注满壳体(2)的内孔，所述第一永磁体(I)固定连接在壳体(2)底部的外端面，所述第二永磁体(5)固定连接在端盖(4)的外端面，所述上线圈(7)和下线圈(8)分别缠绕在壳体(2)外圆上侧和下侧。
2.根据权利要求1所述的一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，其特征在于: 所述质量块(3)为实心球体，材料为非导磁性物质且密度大于所选用磁性液体的密度，其直径是壳体(2)内孔直径的1/3?5/6。
3.根据权利要求1所述的一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，其特征在于: 所述第一永磁体(I)和第二永磁体(5)为同极相对，即，第一永磁体(I)与壳体(2)的连接部位为N (S)极，第二永磁体(5)与端盖(4)的连接部位也为N (S)极，所述第一永磁体(I)、第二永磁体(5)和壳体(2)的内孔三者同轴。
4.根据权利要求1所述的一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，其特征在于: 所述上线圈(7)和下线圈(8)采用差动式电桥电路连接方式。
【专利摘要】一种一阶浮力原理的磁性液体加速度传感器，属于机械工程测量领域。成功解决了现有磁性液体加速度传感器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用。该装置包括第一永磁体(1)、壳体(2)、质量块(3)、端盖(4)、第二永磁体(5)、磁性液体(6)、上线圈(7)、下线圈(8)，当外界有加速度产生时，非导磁质量块在腔体内移动，磁性液体(6)在壳体(2)内的体积分布发生变化，从而有信号输出，第一永磁体(1)和第二永磁体(5)在磁性液体(6)内部形成的一阶浮力使得质量块(3)与壳体(2)之间形成频率差，使得传感器灵敏度得到提高。
【IPC分类】G01P15-105
【公开号】CN104849495
【申请号】CN201510212832
【发明人】李德才, 姚杰, 姜华伟, 黄串
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月29日