一种柱形一阶浮力磁性液体加速度传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械传感检测领域。
【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。而申请号如RO 100632和US 7296469所述的专利都描述了利用磁性液体的一阶浮力原理的加速度传感器。然而RO 100632所述的专利由于在轴向无磁场梯度，因此在轴向无法定位，导致无论在地面还是太空环境下质量块所在位置是随机的，无法在静止状态下使得零点电压为零，且利用环形永磁体作为磁场源产生的磁场梯度过小，因此在地面应用时很难使质量块悬浮起来，因此质量块只能选用密度较小的非导磁性物质，如铝材，从而使得传感器对惯性力不敏感，信号太小。而US 7296469所述的专利虽然克服了 RO 100632所述专利的缺点，但是其结构过于复杂，线圈无法之间通过磁性液体的体积变化产生电感值，同时，该专利的质量块悬浮在矩形空腔内，依靠底部单块磁体所产生的磁场力与重力相抵消非常容易造成质量块的不稳定悬浮，即使通过侧壁的四块磁体所产生的磁场力对质量块进行束缚，仍然不能避免质量块的偏移和不稳定悬浮，因此输出信号线性度不好。
[0003]因此急需对磁性液体传感器的结构进行重新设计和改进，使其能够在实际工程中得到应用。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体传感器由于多种结构缺陷造成磁性液体流动困难、永磁体易碎裂、定心效果不好和粘性耗能效率不高等问题，使其无法在工程实际中得到应用。特提供一种柱形一阶浮力磁性液体加速度传感器。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]该装置包括:第一限位永磁体、壳体、上V形衔铁、磁性液体、质量块、第二限位永磁体、下V形衔铁、第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体、第三悬浮永磁体、第四悬浮永磁体、第二感应线圈和第一感应线圈；
[0007]将所述壳体内充入磁性液体，并将质量块装入壳体中；将壳体进行密封后，在壳体的左端面固定安装第一限位永磁体，在壳体的右端面固定安装第二限位永磁体；在壳体的四个外侧面分别固定安装第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体、第三悬浮永磁体和第四悬浮永磁体，安装完成后形成传感组件。
[0008]将上V形衔铁的下端面和下V形衔铁的上端面固定连接，形成一个四棱柱的内腔；将第一感应线圈装入由上V形衔铁和下V形衔铁所形成的四棱柱内腔的左端，并紧贴四棱柱内腔凸台的左端面；继将第二感应线圈装入由上V形衔铁和下V形衔铁所形成的四棱柱内腔的右端，并紧贴四棱柱内腔凸台的右端面，安装完成后形成检测组件。
[0009]将传感组件装入检测组件的四棱柱内腔中，使得上V形衔铁紧贴第一悬浮永磁体和第二悬浮永磁体所形成的V形凸台面，并固定安装，使得下V形衔铁紧贴第三悬浮永磁体和第四悬浮永磁体所形成的V形凸台面，并固定安装。
[0010]当本专利应用在地面时，壳体内必须充满磁性液体，但不需要安装第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体和上V形衔铁；当应用在太空中时，壳体内必须充满磁性液体，且需要将第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体、第三悬浮永磁体和第四悬浮永磁体均安装在壳体侧壁上。所述壳体为空心四棱柱，四棱柱的四个夹角分别为Θ 1、Θ2、Θ3和Θ 4，且均大于45度。壳体厚度为I?3_，可以保证永磁体的磁场衰减不至于过大，造成回复力过小。当应用于地面时，四个夹角Θ1、Θ2、Θ3和Θ 4可以不相同，下端夹角Θ I的优选范围为45?135度，左侧夹角Θ 2和右侧夹角Θ 4通常大小相等。该角度的选择可以使得质量块能够克服重力悬浮起来，同时又不发生向左、右两侧偏移。当应用于太空中时，由于无重力影响，要求Θ 1、Θ 2、Θ3和Θ 4全部为90度。所述第一悬浮永磁体、第二悬浮永磁体、第三悬浮永磁体和第四悬浮永磁体分别与安装位置处的壳体的侧面形状和大小相同；且任意相邻的两个悬浮永磁体极性相反，即，第一悬浮永磁体与壳体的接触面为N(S)极，第二悬浮永磁体与壳体的接触面则为S (N)极，第三悬浮永磁体与壳体的接触面则为N (S)极，而第四悬浮永磁体与壳体的接触面则为S(N)极。第一至第四悬浮永磁体优选与壳体等形状和大小的单块矩形永磁体，若壳体结构过长，可考虑用多块矩形永磁体拼装组合，也可以选择用多块圆柱形永磁体拼装组合。所述第一限位永磁体和第二限位永磁体大小形状完全相同，且为圆柱形或者四边形，第一限位永磁体与壳体的接触面为N(S)极，第二限位永磁体与壳体的接触面也为N(S)极。壳体上的角度使得第一至第四悬浮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。同时，将永磁体安装在壳体和端盖外侧，彻底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引起的磁性液体流动困难问题，也彻底解决了现有技术中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。
[0011]所述质量块为非导磁性物质，其为圆柱形或者四棱柱；上V形衔铁和下V形衔铁均为导磁性良好的材料；上V形衔铁的V形夹角为θ 3，下V形衔铁的V形夹角为Θ1;由上V形衔铁和下V形衔铁所形成的四棱柱空腔的四个夹角分别与壳体的四个夹角相等，为θ 1、Θ2、Θ3和Θ4。上、下V形衔铁形状的设计有助于形成磁屏蔽，同时防止长期使用过程中永磁体之间的吸力或者斥力使得永磁体安装发生松动。质量块的材料为非导磁性物质可以彻底解决现有技术中质量块为永磁体时所引起的磁粘效应，从而导致的质量块与壳体之间的磁性液体流动困难的问题。本发明中，质量块由于是非导磁性物质，因此可以选择硬度远小于壳体材料的物质，如实木、铝、钛、金、银和铜等，在加速度极大时，质量块与壳体相撞，仅发生形变而不发生碎裂，仍然能够保持较好的减振效果。在地面和太空应用时，对质量块的密度没有要求。
[0012]所述第一感应线圈和第二感应线圈大小形状完全相同，均为空心四棱柱形状，且四棱柱的四个夹角分别与壳体的四个夹角相等，为Θ1、Θ2、Θ3和Θ 4;所述上V形衔铁和下V形衔铁的中部加工有V形凸台，该凸台高度与线圈厚度相等，当上V形衔铁和下V形衔铁固定安装后，将在四棱柱内腔的左端和右端各形成一个四变形的沉孔，沉孔深度与第一、第二感应线圈的长度相等。
[0013]第一限位永磁体和第二限位永磁体与质量块之间的距离应当大于5mm小于等于20_，通常优选10_。
[0014]本发明和已有技术相比所具有的有益效果:(1)壳体上的角度使得第一至第四悬浮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，使得质量块的定心效果得到极大提高，同时可以更加稳定的悬浮质量块，同时所有永磁体均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；(2)质量块选用非导磁性材料，因此可以选择硬度较小、塑性较大的材料，从而可有效解决撞壁后质量块碎裂问题，也避免了因磁粘效应引起的流动困难问题；(3