CN104931196B - 一种磁性液体正弦微压发生器 - Google Patents

Abstract

一种磁性液体正弦微压发生器，将环形永久磁铁(3)固定于透明亚克力管(1)的中间位置，然后将磁性液体(4)注入到透明亚克力管(1)中间的环形永久磁铁(3)处，磁性液体(4)吸附于此并将透明亚克力管(1)分成左右两个独立的腔室；最后将第一激励线圈(2‑1)和第二激励线圈(2‑2)分别套在透明亚克力管(1)上关于环形永久磁铁(3)对称的位置上并固定。随着第一激励线圈(2‑1)和第二激励线圈(2‑2)内部电流的正弦变化，磁性液体(4)将在透明亚克力管(1)内按照与正弦电流相同的频率做受迫振动，这样在透明亚克力管(1)的两端腔内就产生了两个相差1/2周期的正弦微压。该正弦微压发生器体积小，耐冲击，频率范围宽。

Description

一种磁性液体正弦微压发生器

技术领域

本发明属于微压发生器领域，特别适用于微压校准和测量。

背景技术

微压差的精确测量在工业、医疗、航空航天等领域都有着至关重要的作用，这就对微压差传感器的精度和动态响应特性提出了更高的要求。尤其是在制药领域，几帕的微压差影响着制造车间的洁净程度，决定了药品的质量，关乎人类用药安全。因此，对微压差传感器进行动态校准就显得尤为重要。其中，正弦的压力信号是动态压力校准中最常用的周期信号。传统的微压发生器往往通过机械单元的振动或者运动在某一密封腔室内产生微压，体积较大，不耐冲击振动，产生的正弦压力频率范围较窄。

在此情况下，科研工作者尝试将磁性液体应用于微压发生器。在文件1中(杨文荣,王菲,刘剑飞,等.磁性液体微压差传感器校准信号源的研究[J].仪器仪表学报,2011,32(4):801-806.)，提出了一种磁性液体微压差传感器校准信号源，该信号源由磁性液体，一个激励线圈，两块永久磁铁，一个U型管构成。该结构中通过激励线圈中电流的正弦变化使得磁性液体做受迫振动，在U型管两臂产生正弦微压。由磁性液体的受力公式可知，磁性液体所受的体积力与激励线圈内的磁场梯度有关，然而激励线圈内部磁场梯度很小，故磁性液体的受迫振动振幅很小，产生的正弦压力幅值很小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：在微压校准测量领域，传统的微压发生器体积大，不耐冲击，正弦压力频率范围窄的问题，以及现有的磁性液体微压发生器正弦压力幅值小的问题。

本发明解决其技术问题的技术方案：

一种磁性液体正弦微压发生器，该装置包括：透明亚克力管，第一激励线圈，第二激励线圈，环形永久磁铁，磁性液体。

首先将环形永久磁铁固定于透明亚克力管的中间位置，然后将磁性液体注入到透明亚克力管中间的环形永久磁铁处，在磁场梯度的作用下，磁性液体吸附于此，并将透明亚克力管分成左右两个相互独立的腔室；最后将第一激励线圈和第二激励线圈分别套在透明亚克力管上关于环形永久磁铁对称的位置上并固定。

工作时，环形永久磁铁在透明亚克力管内磁性液体两截面处产生的磁场相同，因此忽略环形永久磁铁对透明亚克力管内磁性液体两截面间磁场梯度的影响。第一激励线圈和第二激励线圈分别通入交流电，第二激励线圈内的交流电信号相对于第一激励线圈内的交流电信号滞后1/4周期。这样，当第一激励线圈内的电流为正向峰值时，第二激励线圈内的电流为零，此时磁性液体靠近第一激励线圈截面的磁场强度大于磁性液体靠近第二激励线圈截面的磁场强度，磁性液体处磁场梯度方向由第二激励线圈指向第一激励线圈，由磁性液体所受磁场力的理论可知，此时磁性液体受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第一激励线圈移动，第一激励线圈所包围的透明亚克力管内的压强将增大；当第一激励线圈内的电流为零时，第二激励线圈内的电流为正向峰值，同理分析可知此时磁性液体受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第二激励线圈移动，第一激励线圈所包围的透明亚克力管内的压强将减小。因此，随着第一激励线圈和第二激励线圈内部电流的正弦变化，磁性液体将在透明亚克力管内按照与正弦电流相同的频率做受迫振动，这样在透明亚克力管的两端腔内就产生了两个相差1/2周期的正弦微压，该微压的频率与第一激励线圈和第二激励线圈内电流的频率相同。

本发明的有益效果：

该种磁性液体正弦微压发生器不存在机械部件，相比于传统的微压发生器体积小，耐冲击，正弦微压频率范围宽；由于磁性液体在第一激励线圈和第二激励线圈的交变电流作用下，形成差动的磁场梯度差，因此相比于现有的磁性液体微压发生器正弦压力幅值明显增大，具有更高的实用价值。

附图说明

图1一种磁性液体正弦微压发生器

图中：透明亚克力管1，第一激励线圈2-1，第二激励线圈2-2，环形永久磁铁3，磁性液体4。

图2第一激励线圈和第二激励线圈内电流值

图中：黑色实线表示第一激励线圈电流值，红色虚线表示第二激励线圈内电流值。

图3第一激励线圈和第二激励线圈分别对应腔室内的微压值

图中：黑色实线表示第一激励线圈对应腔室微压值，红色虚线表示第二激励线圈对应腔室微压值。

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：

一种磁性液体正弦微压发生器，该装置包括：透明亚克力管1，第一激励线圈2-1，第二激励线圈2-2，环形永久磁铁3，磁性液体4。

如图1所示，首先将环形永久磁铁3固定于透明亚克力管1的中间位置，然后将磁性液体4注入到透明亚克力管1中间的环形永久磁铁3处，在磁场梯度的作用下，磁性液体4吸附于此，并将透明亚克力管1分成左右两个相互独立的腔室(第一激励线圈对应腔室和第二激励线圈对应腔室)；最后将第一激励线圈2-1和第二激励线圈2-2分别套在透明亚克力管1上关于环形永久磁铁3对称的位置上并固定。

工作时，环形永久磁铁3在透明亚克力管1内磁性液体4两截面处产生的磁场相同，因此忽略环形永久磁铁3对透明亚克力管1内磁性液体4两截面间磁场梯度的影响。第一激励线圈2-1和第二激励线圈2-2分别通入如图2所示的交流电，第二激励线圈2-2内的交流电信号相对于第一激励线圈2-1内的交流电信号滞后1/4周期。这样，当第一激励线圈2-1内的电流为正向峰值时，第二激励线圈2-2内的电流为零，此时磁性液体4靠近第一激励线圈2-1截面的磁场强度大于磁性液体4靠近第二激励线圈2-2截面的磁场强度(如图1所示H₁>H₂)，磁性液体4处磁场梯度方向由第二激励线圈2-2指向第一激励线圈2-1，由磁性液体所受磁场力的理论可知，此时磁性液体4受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第一激励线圈2-1移动，第一激励线圈2-1所包围的透明亚克力管1内的压强将增大；当第一激励线圈2-1内的电流为零时，第二激励线圈2-2内的电流为正向峰值，同理分析可知此时磁性液体4受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第二激励线圈2-2移动，第一激励线圈2-1所包围的透明亚克力管1内的压强将减小。因此，随着第一激励线圈2-1和第二激励线圈2-2内部电流的正弦变化，磁性液体4将在透明亚克力管1内按照与正弦电流相同的频率做受迫振动，这样在透明亚克力管1的两端腔内就产生了两个相差1/2周期的正弦微压，如图3所示，该微压的频率与第一激励线圈2-1和第二激励线圈2-2内电流的频率相同。

Claims (1)

1.一种磁性液体正弦微压发生器，其特征在于：该发生器包括透明亚克力管(1)，第一激励线圈(2-1)，第二激励线圈(2-2)，环形永久磁铁(3)，磁性液体(4)；首先将环形永久磁铁(3)固定于透明亚克力管(1)的中间位置，然后将磁性液体(4)注入到透明亚克力管(1)中间的环形永久磁铁(3)处，在磁场梯度的作用下，磁性液体(4)吸附于此，并将透明亚克力管(1)分成左右两个相互独立的腔室；最后将第一激励线圈(2-1)和第二激励线圈(2-2)分别套在透明亚克力管(1)上关于环形永久磁铁(3)对称的位置上并固定；

第一激励线圈(2-1)和第二激励线圈(2-2)分别通入交流电，第二激励线圈(2-2)内的交流电信号相对于第一激励线圈(2-1)内的交流电信号滞后1/4周期；这样，当第一激励线圈(2-1)内的电流为正向峰值时，第二激励线圈(2-2)内的电流为零，此时磁性液体(4)靠近第一激励线圈(2-1)截面的磁场强度大于磁性液体(4)靠近第二激励线圈(2-2)截面的磁场强度，磁性液体(4)处磁场梯度方向由第二激励线圈(2-2)指向第一激励线圈(2-1)，由磁性液体所受磁场力的理论可知，此时磁性液体(4)受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第一激励线圈(2-1)移动，第一激励线圈(2-1)所包围的透明亚克力管(1)内的压强将增大；当第一激励线圈(2-1)内的电流为零时，第二激励线圈(2-2)内的电流为正向峰值，同理分析可知此时磁性液体(4)受到与磁场梯度方向相同的体积力，将向第二激励线圈(2-2)移动，第一激励线圈(2-1)所包围的透明亚克力管(1)内的压强将减小；因此，随着第一激励线圈(2-1)和第二激励线圈(2-2)内部电流的正弦变化，磁性液体(4)将在透明亚克力管(1)内按照与正弦电流相同的频率做受迫振动，这样在透明亚克力管(1)的两端腔内就产生了两个相差1/2周期的正弦微压，该微压的频率与第一激励线圈(2-1)和第二激励线圈(2-2)内电流的频率相同。