CN103675351A - 新型电感式磁性液体加速度传感器 - Google Patents

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李德才
钱乐平
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Abstract

新型电感式磁性液体加速度传感器，属于惯性传感器技术领域。解决现有磁性液体加速度传感器结构复杂、体积大、成本较高，腔室中的磁性液体易存在气泡，影响传感器精度的问题。该传感器由端盖、外壳、电感线圈、圆柱形永磁体、橡胶密封圈、螺栓、螺母、空气、磁性液体和信号电路组成；圆柱形永磁体和磁性液体组成惯性质量。磁性液体将圆柱形永磁体悬浮在外壳内腔中的同时，能够密封住外壳内腔中左右两端空腔的空气。当外界产生加速度时，惯性质量沿轴向位移，压缩一端空腔的空气，使得左右两端空腔气压不相等，产生回复力。该传感器结构简单，体积小、装配方便；磁性液体不需要注满，节省了成本，避免了腔室中的磁性液体易存在气泡的问题。

Description

新型电感式磁性液体加速度传感器
技术领域
本发明涉及惯性传感器技术领域，具体地说，本发明涉及一种新型电感式磁性液体加速度传感器。
背景技术
磁性液体是一种既具有液体的流动性又具有对磁场的响应特性的一种新型功能材料。利用磁性液体的特性研发而成的加速度传感器相比传统加速度传感器，具有无机械磨损，灵敏度高、耐冲击、能耗低、低频响应好等优点。现有磁性液体加速度传感器结构如专利EP1640727A1结构较复杂、体积较大、成本较高，同时腔室中的磁性液体易存在气泡，影响传感器精度。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，现有磁性液体加速度传感器结构复杂、体积大、成本较高，腔室中的磁性液体易存在气泡，影响传感器精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
新型电感式磁性液体加速度传感器，构成该传感器的各部分之间的连接：
外壳的外圆周两个凹槽内分别缠有电感线圈一和电感线圈二，电感线圈一与电感线圈二完全相同，两个线圈的连接采用差动式连接，两个线圈接入信号处理电路中。
将圆柱形永磁体两端吸附上磁性液体，放入外壳的内腔中，此时通过测量电感线圈一和电感线圈二的差值来使得圆柱形永磁体处于传感器轴线方向的中心位置，当电感线圈一和电感线圈二的差值为零时，即可保证圆柱形永磁体处于传感器轴线方向的中心位置。
被吸附的磁性液体在磁场的作用下将圆柱形永磁体悬浮起来。
圆柱形永磁体与吸附在其轴向两端的磁性液体组成惯性质量。
橡胶密封圈一嵌入左端盖的环形凹槽中，橡胶密封圈二嵌入右端盖的环形凹槽中。
外壳轴向两端为法兰盘结构，用螺栓螺母将外壳与左端盖及外壳与右端盖连接固定。
外壳内部的腔室除了圆柱形永磁体和磁性液体外，剩余的空间均为空气。
该传感器的工作原理：
由于圆柱形永磁体产生的磁场在轴线上具有梯度，当磁性液体两端受到压差作用时，磁性液体会受到磁力作用，其方向为磁场弱的地方指向磁场强的地方，而圆柱形永磁体在轴线上的磁场分布为轴线两端最强，越靠近几何中心磁场越弱，因此磁性液体将圆柱形永磁体悬浮在外壳内腔中的同时，能够密封住外壳内腔中圆柱形永磁体左端空腔的空气及圆柱形永磁体右端空腔的空气，并使得两端空腔的空气完全隔开。
当传感器不工作时，即外界无加速度时，左端空腔的空气与右端空腔的空气的气压完全相等，因此对惯性质量的合力为零。
当外界产生加速度时，惯性质量沿轴向移动，产生轴向位移，并压缩一端空腔的空气，使得左右两端空腔气压不相等，产生回复力。
加速度不同造成惯性质量轴向位移大小不同。
圆柱形永磁体的轴向位移使得外壳凹槽内两个线圈的电感发生变化，即将位移信号转换为电信号输入到电路中，电信号在经过信号处理电路处理后输出相应的电压信号。
所述外壳、端盖、螺栓及螺母均为非导磁材料。
本发明和已有技术相比所具有的有益效果：
结构更加简单，体积更小、装配方便。
不需要注满磁性液体，节省了制造成本，同时避免了腔室中的磁性液体易存在气泡的问题。
附图说明
图1磁性液体加速度传感器结构图。
图2左端盖左视图。
图3信号处理电路。
图中：左端盖1、外壳2、电感线圈一3、电感线圈二4、圆柱形永磁体5、橡胶密封圈二6、右端盖7、螺栓8、螺母9、空气10、磁性液体11、空气12、橡胶密封圈一13。
具体实施方式
以附图为具体实施方式对本发明作进一步说明：
一种磁性液体加速度传感器，如图1，该传感器包括：左端盖1、外壳2、线圈一3、线圈二4、圆柱形永磁体5、橡胶密封圈二6、右端盖7、螺栓8、螺母9、右端空腔的空气10、磁性液体11、左端空腔的空气12、橡胶密封圈一13。
构成该传感器的各部分之间的连接：
外壳2的外圆周两个凹槽内分别缠有电感线圈一3和电感线圈二4，电感线圈一3与电感线圈二4完全相同，两个线圈的连接采用差动式连接，两个线圈接入信号处理电路中。
将圆柱形永磁体5两端吸附上磁性液体11，放入外壳2的内腔中，此时通过测量电感线圈一3和电感线圈二4的差值来使得圆柱形永磁体5处于传感器轴线方向的中心位置，当电感线圈一3和电感线圈二4的差值为零时，即可保证圆柱形永磁体5处于传感器轴线方向的中心位置。
被吸附的磁性液体11在磁场的作用下将圆柱形永磁体5悬浮起来。
圆柱形永磁体5与吸附在其轴向两端的磁性液体11组成惯性质量。
橡胶密封圈一13嵌入左端盖1的环形凹槽中，橡胶密封圈二6嵌入右端盖7的环形凹槽中。
外壳2轴向两端为法兰盘结构，用螺栓8、螺母9将外壳2与左端盖1及外壳2与右端盖7连接固定。
外壳2内部的腔室除了圆柱形永磁体5和磁性液体11外，剩余的空间均为空气。
该传感器的工作原理：
由于圆柱形永磁体5产生的磁场在轴线上具有梯度，当磁性液体11两端受到压差作用时，磁性液体11会受到磁力作用，其方向为磁场弱的地方指向磁场强的地方，而圆柱形永磁体5在轴线上的磁场分布为轴线两端最强，越靠近几何中心磁场越弱，因此磁性液体11将圆柱形永磁体5悬浮在外壳2内腔中的同时，磁性液体11能够密封住外壳2内腔中圆柱形永磁体5左端空腔的空气12及圆柱形永磁体5右端空腔的空气10，并使得两端空腔的空气完全隔开。
当传感器不工作时，即外界无加速度时，左端空腔的空气12与右端空腔的空气的气压10完全相等，因此对惯性质量的合力为零。
当外界产生加速度时，惯性质量沿轴向移动，产生轴向位移，并压缩一端空腔的空气，使得左端空腔的空气12与右端空腔的空气10的气压不相等，产生回复力。
加速度不同造成惯性质量轴向位移大小不同。
圆柱形永磁体5的轴向位移使得外壳凹槽内电感线圈一3和电感线圈二4的电感值发生变化，即将位移信号转换为电信号输入到电路中，电信号在经过信号处理电路处理后输出相应的电压信号。
所述的外壳2的内径与圆柱形永磁体5的外径差值取0.2mm～0.7mm，取其端值或中间值均可，以保证磁性液体11能够密封住外壳2内腔中左端空腔的空气12及右端空腔的空气10。
所述外壳2、左端盖1、右端盖7、螺栓8及螺母9均为非导磁材料如奥氏体不锈钢。
传感器的信号处理电路如图3所示，将惯性质量的位移变化转化为输出电压的变化。
所述磁性液体11通常可选为煤油基磁性液体，机油基磁性液体或酯基磁性液体。

Claims (1)

1.新型电感式磁性液体加速度传感器，构成该传感器的各部分之间的连接：
外壳（2）的外圆周两个凹槽内分别缠有电感线圈一（3）和电感线圈二（4），电感线圈一（3）与电感线圈二（4）完全相同，两个线圈的连接采用差动式连接，两个线圈接入信号处理电路中；
将圆柱形永磁体（5）两端吸附上磁性液体（11），放入外壳（2）的内腔中，此时通过测量电感线圈一（3）和电感线圈二（4）的差值来使得圆柱形永磁体（5）处于传感器轴线方向的中心位置，当电感线圈一（3）和电感线圈二（4）的差值为零时，即可保证圆柱形永磁体（5）处于传感器轴线方向的中心位置；
被吸附的磁性液体（11）在磁场的作用下将圆柱形永磁体（5）悬浮起来；
圆柱形永磁体（5）与吸附在其轴向两端的磁性液体（11）组成惯性质量；
橡胶密封圈一（13）嵌入左端盖（1）的环形凹槽中，橡胶密封圈二（6）嵌入右端盖（7）的环形凹槽中；
外壳（2）轴向两端为法兰盘结构，用螺栓（8）、螺母（9）将外壳（2）与左端盖（1）及外壳（2）与右端盖（7）连接固定；
外壳（2）内部的腔室除了圆柱形永磁体（5）和磁性液体（11）外，剩余的空间均为空气；
其特征在于：
所述的外壳（2）的内径与圆柱形永磁体（5）的外径差值取0.2mm～0.7mm，取其端值或中间值均可，以保证磁性液体（11）在磁场的作用下能够密封住外壳（2）内腔中左端空腔的空气（12）及右端空腔的空气（10）；
当外界产生加速度时，惯性质量沿轴向移动，产生轴向位移，并压缩一端空腔的空气，使得左端空腔的空气（12）与右端空腔的空气（10）的气压不相等，产生回复力。
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