CN109556998A - 一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可变磁场下磁性颗粒的运动轨迹的观测装置，所属技术领域为颗粒运动的观测。它主要由方形观测腔、圆柱形观测台、表面刻度盘、两个电磁铁放置腔、磁场两极连接架、磁性颗粒、腔底柔性橡胶泥、往复式刮泥板、刮泥板导轨、旋转轴、圆锥滚子轴承和支撑底座组成；方形观测腔位于圆柱形观测台的中心位置，圆柱形观测台外表面沿中心轴线对称分布两个电磁铁放置腔。在观测腔底板均匀铺设一层柔性橡胶泥，同时在观测腔底板一端位置加装往复式刮泥板，从而能够反复进行磁性颗粒轨迹观测实验。该装置结构简单，制作成本低，可重复利用，能够对磁性颗粒在可变磁场下进行有效的运动轨迹标定观测实验。

Description

一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置

技术领域：

本发明涉及一种观测装置，特别是涉及一种磁性颗粒在磁场下运动的观测装置。

背景技术：

磁性颗粒的磁场下轨迹分析在磁流变等磁性材料研究领域至关重要，可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置在研究磁性颗粒力学方面的问题具有独特的优势，其中对于磁性颗粒运动轨迹的可视化研究具有十分重要的意义。传统光学观测装置对于磁性颗粒运动形态的观察只能反应某一时刻的位置，对于颗粒在整个运动过程之间的轨迹、速度、位移等均不能反映，对于颗粒运动形态的有效检测具有一定的局限性，且外部磁场大小和方向均不能改变，基于传统磁性颗粒观测装置的技术缺陷研制一种可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置。

发明内容：

本发明克服了上述现有技术的不足，提供了一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，结构简单，操作方便，对磁性颗粒在磁场下的轨迹可视化研究提供了重要的技术支持。

本发明的技术方案是：一种基于可变磁场下磁性颗粒的运动轨迹的实时观测装置，其特征在于：它主要由方形观测腔、圆柱形观测台、表面刻度盘、电磁铁放置腔、磁场两极连接架、柔性橡胶泥、往复式刮泥板、刮泥板导轨、旋转轴、圆锥滚子轴承和支撑底座组成；观测方向位于方形观测腔上方，方形观测腔位于圆柱观测台的中心位置，圆柱外表面沿轴线对称分布磁场发生装置的两极，并且通过磁场两极连接架配合支撑底座上的旋转轴进行旋转以改变磁场作用方向，磁场偏移角度可通过观测腔上表面刻度盘读取。在观测腔底板均匀铺设一层柔性橡胶泥，由于颗粒存在自身重量，在运动过程中能够在柔性橡胶泥表面留下以凹痕形式的运动轨迹，完成对磁性颗粒的观测，从而了解不同磁场条件下磁性颗粒的运动机理。在观测腔底板柔性橡胶泥上表面一端位置加装往复式推杆刮泥板，在刮泥板导轨的支撑运动下使得柔性橡胶泥形成刮平区和未刮平区，刮平区里的柔性橡胶泥在刮泥板的带动下使得原有的凹痕复归平整，达到重复标定小球轨迹的目的，从而能够反复进行磁性颗粒轨迹观测实验。该装置结构简单，制作成本低，可重复利用，能够对磁性颗粒在可变磁场下进行轨迹的观测实验。

进一步的，上述的用于在可变磁场下对磁性颗粒运动轨迹进行观测的装置，所述的磁场发生装置位于方形观测腔所在的圆柱观测台外表面沿轴线对称分布的位置，并且两极连接架可绕支撑底座上的旋转轴进行旋转以改变磁场作用的方向。

进一步的，上述的在可变磁场下对磁性颗粒运动轨迹进行观测的装置，所述的刻度盘位于方形观测腔体的上表面，刻度的相对大小可以用来计算磁场方向发生的角度。

进一步的，上述的用于在可变磁场下对磁性颗粒运动轨迹进行观测的装置，观测腔底部预先均匀铺设一层柔性橡胶泥，通过磁性颗粒的表面凹痕在观测腔底板形成运动轨迹。

进一步的，上述的用于在可变磁场下对磁性颗粒运动轨迹进行观测的装置，在观测腔底板橡胶泥上表面一端位置加装往复式推杆刮泥板，配合刮泥板导轨从而在刮泥板的运动下使得柔性橡胶泥形成刮平区和未刮平区，刮平区里的柔性橡胶泥在刮泥板的带动下使得原有的凹痕复归平整，有助于轨迹的可重复标定。

本发明的有益效果是：

1.相对于传统的磁性颗粒运动状态观测装置，本发明的观测装置结构简单，操作方便，能够有效反映磁性颗粒在不同磁场条件下的运动轨迹可视化。

2.本发明的可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，通过在观测腔底板均匀铺设一层柔性橡胶泥，依靠颗粒自身存在的重量，磁性颗粒在磁场力的作用下在柔性橡胶泥表面产生运动，运动过程中产生的凹痕形成磁性颗粒的运动轨迹，该轨迹标定方法简单，试验效果可靠。

3.通过在观测腔底板橡胶泥上表面一端位置加装往复式推杆刮泥板，在刮泥板的运动下使得柔性橡胶泥形成刮平区和未刮平区，刮平区里的柔性橡胶泥在刮泥板的带动下使得原有的凹痕复归平整，达到重复标定小球轨迹的目的，从而能够反复进行磁性颗粒轨迹观测实验。

4.观测腔所在的圆柱外表面沿轴线对称分布磁场发生装置的两极，并且两极连成的磁场两极连接架可绕底座上的旋转轴进行旋转以改变磁场作用方向和大小，装置紧凑，结构简单，为磁性颗粒在不同磁场条件下的运动机理研究提供了保障。

附图说明：

图1为一种可变磁场方向下磁性颗粒运动轨迹的观测装置主视图，图2为观测腔左视图，图3为观测腔俯视图，图4为刮泥板结构三维图。

在图1、图2、图3中：1.电磁铁放置腔，2.刻度盘，3.旋转轴，4.方形观测腔，5.支撑底座，6.磁性颗粒，7.圆锥滚子轴承，8.柔性橡胶泥,9.往复式刮泥板，10.磁场两极连接架，11.圆柱形观测台。

在图4中：1.往复式刮泥板，2.刮泥板导轨，3.运动轨迹，4.柔性橡胶泥，5.观测腔底板。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1、图2、图3所示，一种基于可变磁场下磁性颗粒的运动轨迹的观测装置，其特征在于：它主要由方形观测腔4、圆柱形观测台11、表面刻度盘2、两个电磁铁放置腔1、磁场两极连接架10、磁性颗粒6、柔性橡胶泥8、往复式刮泥板9、旋转轴3、一对圆锥滚子轴承7和支撑底座5组成；观测方向垂直于方形粒子运动观测腔4上方，方形观测腔4位于圆柱形观测台11的中心位置，圆柱外表面沿轴线对称分布电磁铁放置腔1作为磁场发生装置的两极。

所述的一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，整个方形观测腔体4由平滑透明的有机玻璃块体制成，所选透明材料透光性良好，有利于实验现象的观测。其中所述的磁场发生装置为两个电磁场放置腔1，里面分别放置磁场发生装置的N、S两极，位于方形观测腔4所在的圆柱形观测台11外表面且沿轴线对称分布的位置，并且两极连成的磁场两极连接架10可绕支撑底座5上的旋转轴3进行旋转以改变磁场作用的方向。

在方形观测腔底板均匀铺设一层柔性橡胶泥8，由于磁性颗粒6存在自身重量，在运动过程中能够在柔性橡胶泥8表面留下以凹痕形式的运动轨迹，磁性颗粒6在运动过程中通过其上方的观测方向进行观测，了解不同磁场条件下磁性颗粒6的运动机理。同时柔性橡胶泥8上表面一端位置加装往复式推杆刮泥板9，在刮泥板9的运动下使得柔性橡胶泥形成刮平区和未刮平区，刮平区里的柔性橡胶泥在刮泥板9的带动下使得原有的凹痕复归平整，达到重复标定小球轨迹的目的，从而能够反复进行磁性颗粒轨迹观测实验。该装置结构简单，制作成本低，可重复利用，能够对磁性颗粒在可变磁场下进行轨迹的实时观测实验。

图4中，往复式刮泥板1在前后两侧导轨2的支撑下往复运动，使得在观测腔底板5上的柔性橡胶泥4形成的颗粒运动轨迹3复归平整，完成多次重复标定运动轨迹试验，有效提高了装置轨迹观测效率。

利用上述装置，可以完成以下实验任务和观测需求：

对于外加可变磁场条件下磁性颗粒的运动观测的和需要对磁性颗粒进行轨迹观测的运动分析。

1.磁流变液或磁流变弹性体中磁性颗粒的运动观测：

(1)图片取样：磁流变液或磁流变弹性体在无外加磁场作用时，磁性颗粒呈现无规则排布状态，一旦施加外部磁场后，粒子在外部磁场力的作用下产生运动，这一过程通过该观测装置可以很好记录并呈现。

(2)针对磁流变材料的特性，其中磁性颗粒的运动学分析对于磁流变材料的深入研究至关重要。在观测方向安装电子显微镜，结合电子显微镜捕捉功能能够拍摄不同组磁性颗粒在不同外加磁场条件作用下的实时运动状态，，再通过牛顿运动学公式进行力学计算并在PC端输出颗粒的运动参数，同时结合拍摄轨迹图像对运动过程进行仿真拟合，得出颗粒运动函数表达式。

2.磁性小球在外磁场条件下的运动观测：

磁性小球在磁场条件下的运动复杂，普通的光学显微镜难以捕捉和观测其正确的运动状态并绘出运动轨迹图。通过此装置可以重复模拟磁性小球在不同外磁场条件下的运动，通过观测腔腔底的柔性橡胶泥记录小球的运动轨迹，同时利用观测腔底面的平面特性更换不同种类的粘性阻尼材料，更全面的的模拟磁性小球在磁场下的运动轨迹状态。

Claims (5)

1.一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，其特征在于：它主要由方形观测腔、圆柱形观测台、表面刻度盘、电磁铁放置腔、磁场两极连接架、柔性橡胶泥、往复式刮泥板、刮泥板导轨、旋转轴、圆锥滚子轴承和支撑底座组成，圆柱观测台外表面沿中心轴线对称分布两个电磁铁放置腔，在观测腔底部放置有预先均匀铺设一层柔性橡胶泥，在观测腔底板上表面位置加装往复式推杆刮泥板，能够对不同磁场条件下的磁性颗粒运动轨迹进行重复标定，从而对其进行观测。

2.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，其特征在于：所述的方形观测腔位于所在的圆柱形观测台中心位置，腔体形状为正方形，腔体深度与电磁铁放置腔深度一致。

3.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，其特征在于：所述的电磁铁放置腔作为磁场发生装置的两极，通过两极连成的支架可绕底座上的旋转轴进行旋转以改变磁场作用方向，通过改变电磁铁的电压大小从而改变磁场的大小。

4.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，其特征在于：所述的柔性橡胶泥均匀铺设在方形观测腔腔底。

5.根据权利要求1所述的一种基于可变磁场下磁性颗粒运动轨迹的观测装置，其特征在于：所述的往复式刮泥板安装在方形观测腔橡胶泥上表面右端位置，通过刮泥板的往复运动使得运动凹痕复归平整。