CN109682719A - 磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法，包括：硬件模块、流变属性分析模块、数据存储与显示模块；硬件模块包括动力驱动单元、测试单元、控制处理单元和信号采集单元，驱动磁流变液流动，并对磁流变液施加可调磁场，测量流动模式下磁流变液流量以及压力；流变属性分析模块对信号采集单元所采集的流量和压力进行处理得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；数据存储与显示模块对所采集的流量、压力和流变属性进行存储和显示。本发明能方便地测试和研究流动工作模式磁流变液的流变属性，实现自动化测试，提高测试效率，节约人力成本，保证测试结果准确性。

Description

磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法

技术领域

本发明涉及磁流变液测试系统领域，特别是涉及一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法。

背景技术

磁流变液是一种新型智能流体材料，是由微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。磁流变液在零磁场中表现为低粘度的牛顿流体特性，在强磁场中磁流变液内部磁性颗粒沿磁场方向极化成链状或柱状，生成的磁链将阻碍液体的运动，使磁流变液表现出高粘度、低流动性的宾汉流体特性，并且在磁场中流变具有瞬时、可逆的特点，因此被广泛应用于航空航天、医疗、车辆等诸多领域。

磁流变液三种基本工作模式分别是流动模式、剪切模式和挤压模式。流动模式由压力推动磁流变液通过固定的两块板或圆槽，两板或圆槽形成的细长间隙构成磁流变液流动工作模式空间，外加磁场垂直分布于该空间，随磁感应强度变化，磁流变液的流变属性发生变化，从而使两块板或圆槽两端产生压力差。剪切模式则由作用力使构成磁流变液剪切工作模式空间的两块板或圆槽作相对平移或旋转运动，处于空间处的磁流变液受剪切力作用。挤压模式则是由构成磁流变液流动空间的两块板作相向运动来挤压磁流变液，挤压模式可以近似等效为流动模式。

现有的磁流变液测试系统测试的是剪切工作模式下磁流变液的剪切屈服应力，主要工作原理是利用相互平行的两块板或圆槽构成盛放磁流变液的空间，电机带动两板或圆槽作相对旋转运动，使两板或圆槽间的磁流变液受剪切作用，励磁线圈产生的磁场垂直穿过板或圆槽，随磁感应强度变化，磁流变液在磁场中发生流变属性变化，通过扭矩传感器测量作相对旋转运动的板或圆槽的扭矩来计算剪切屈服应力。

对于测试流动工作模式下磁流变液流变属性的测试系统目前基本没有，而市场上大部分应用磁流变液的仪器或设备，例如磁流变液阻尼器、磁流变液伺服阀、磁流变液减震器、磁流变悬置等，利用的是磁流变液流动/挤压工作模式下的流变属性来工作。而流动模式与剪切模式磁流变液的流变属性是存在差异的，上述剪切工作模式磁流变液测试系统的测试结果不能精确反映流动/挤压工作模式下的磁流变液的流变属性，对基于磁流变液流动/挤压工作模式仪器或设备的设计、仿真和应用产生误差。

另外，现有的磁流变液测试仪机械结构复杂，价格昂贵，测试功能单一，操作较为复杂，使用不方便，在测试过程中仅对目标参数值进行检测采集，没有对测试过程其他影响因素例如磁场等进行测量，无法预知系统异常，增加测试者的时间成本并降低了效率。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法，以期能方便地测试和研究流动工作模式磁流变液的流变属性，实现自动化测试，并提高测试效率，保证测试结果准确性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统的特点包括：硬件模块、流变属性分析模块以及数据存储与显示模块；

所述硬件模块包括：动力驱动单元、测试单元、控制处理单元和信号采集单元；

所述测试单元包括：可控电流/电压源、测试装置和传感器组；

所述控制处理单元控制所述动力驱动单元驱动管道内磁流变液流入所述测试装置中，使得所述磁流变液在所述测试装置中处于流动工作模式下；

所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置的流量和磁感应强度以及所述测试装置的两端压力并通过所述信号采集单元传递给所述流变属性分析模块；

所述控制处理单元控制所述可控电流/电压源输出电流/电压用于对所述测试装置产生磁场并改变所述测试装置中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置的两端压力；

所述传感器组再次采集磁流变液流入所述测试装置的磁感应强度以及所述测试装置的两端压力并通过所述信号采集单元传递给所述流变属性分析模块；

所述流变属性分析模块对两次所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据所述两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；

所述数据存储与显示模块对所述传感器模组两次采集的两端压力、流量、磁感应强度和所述流变属性进行存储和可视化处理。

本发明所述的流变属性自动化测试系统的特点也在于，所述测试装置包括：端盖、定位块、定位销、阀芯、励磁线圈和阀体；

所述端盖与阀体的两端通过螺栓连接并形成内含圆柱腔的密封构件；所述阀芯设置于所述圆柱腔内，所述阀芯的两端与所述定位块通过阶梯轴连接，使得阀芯与阀体保持同轴；所述阀芯两侧的凸缘与阀体之间形成径向环形间隙并作为磁流变液流动工作模式的区域；所述定位块与端盖通过所述定位销连接，用于固定所述阀芯的轴向位置；

所述励磁线圈置于所述阀芯的凹槽内，且所述励磁线圈与可控电流/电压源连接，并通过所述阀芯两端的凸缘和阀体产生磁场并形成闭合回路。

所述流变属性分析模块是按如下步骤得到磁流变液流动工作模式的流变属性：

步骤1、当可控电流/电压源输出的电流/电压为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元获取所述磁流变液流入测试装置的流量Q以及所述测试装置的两端压力P₁、P₂、磁感应强度B，并进行滤波处理后，判断所述两端压力P₁、P₂是否稳定，若两端压力P₁、P₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤2，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤2、对所述测试装置的两端压力P₁、P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤3、当所述可控电流/电压源输出电流/电压不为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元获取所述测试装置的两端压力P′₁、P′₂、磁感应强度B'，并判断所述两端压力P′₁、P′₂是否稳定，若两端压力P′₁、P′₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P′₁、P′₂以及磁感应强度B'；

步骤4、对所述测试装置的两端压力P′₁、P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP'|；

步骤5、根据步骤1和步骤2计算得到两端压力差|ΔP|和|ΔP'|，得到所述磁流变液受磁场作用形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

本发明一种基于流动工作模式下磁流变液的流变属性自动化测试方法的特点是应用于由动力驱动单元、测试装置、传感器组和可控电流/电压源构成的测试环境中；并按照如下步骤进行：

步骤1、当可控电流/电压源输出的电流/电压为零，利用所述动力驱动单元驱动管道内的磁流变液流入所述测试装置中，使得所述磁流变液在所述测试装置中处于流动工作模式下；

步骤2、利用所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置的流量Q、所述测试装置的两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤3、判断所述两端压力P₁和P₂是否稳定，若两端压力P₁和P₂各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤4、对所述两端压力P₁和P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤5、利用所述可控电流/电压源输出电流/电压用于对所述测试装置产生磁场并改变所述测试装置中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置的两端压力；

步骤6、利用所述传感器组再次采集所述测试装置的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'，并判断所述两端压力P′₁和P′₂是否稳定，若两端压力P′₁和P′₂各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤7，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'；

步骤7、对所述传感器组采集的两端压力P′₁和P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP′|；

步骤8、对两次计算的压力差|ΔP|和|ΔP′|做差值计算，得到所述磁流变液受磁场作用所形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明整合硬件模块、流变属性分析模块、数据存储与显示模块，实现了磁流变液在流动工作模式下流变属性自动测试过程，得到不同磁感应强度下磁流变液的流变属性，自动化程度高，测试结果准确，测试范围宽，可靠性高，能够更加全面而精确地对流动工作模式下磁流变液的流变属性进行测试和分析；

2、针对现有的磁流变液测试仪机械结构复杂，价格高昂的问题，本发明设计一种结构简单、精度高、小型化的测试装置，测试装置结构能够实现磁流变液的流动工作模式，并提供较宽的测试范围；

3、针对现有的磁流变液测试仪没有对测试过程影响因素进行监测，本发明通过设计磁流变液流变属性分析模块，对测试过程磁场、温度进行实时监测，使磁感应强度保持较好稳定性，并自动处理传感器组采集压力、流量，实时得到稳定磁感应强度下磁流变液的流变属性，保证了测试结果准确性，节约了处理数据时间，提高了测试效率。

4、针对现有磁流变液测试仪人工操作较为复杂，本发明设计具体测试方法和步骤，实现对磁流变液流动工作模式的流变属性自动化测试，自动化处理、存储和显示数据，节约了人工处理繁琐数据的时间，提高了数据处理效率和数据结果准确性。

附图说明

图1a为本发明液压泵驱动的磁流变液流动工作模式流变属性测试系统原理图；

图1b为本发明活塞驱动的磁流变液流动工作模式流变属性测试系统原理图；

图2为本发明测试装置结构图；

图3为本发明硬件模块框架；

图4为本发明流变属性分析模块流程图；

图5为本发明磁流变液流动工作模式流变属性测试系统测试步骤流程图；

图6为本发明磁流变液流动工作模式流变属性测试系统信号流程图；

图中标号：1控制处理单元，2信号采集单元，3可控电流/电压源，4测试装置，5a第一压力传感器，5b第二压力传感器，6a液压泵，6b活塞，7流量传感器，401端盖，402定位块，403定位销，404阀芯405励磁线圈，406阀体。

具体实施方式

本实施例中，一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统是由硬件模块、流变属性分析模块、数据存储与显示模块组成；

硬件模块是由动力驱动单元、测试单元、控制处理单元1和信号采集单元2组成；

测试单元包括可控电流/电压源3、测试装置4和传感器组；

传感器组包括：第一压力传感器5a、第二压力传感器5b、流量传感器7、霍尔传感器；

图1a所示为测试系统的一种实施案例，由动力驱动单元、流量传感器7、第一压力传感器5a、测试装置4和第二压力传感器5b依次通过液压管连接并形成闭合液压回路。

第一压力传感器5a和第二压力传感器5b分别设置于测试装置4的两端，测量测试装置4两端磁流变液的压力，霍尔传感器设置于测试装置4内，测量测试装置4内磁流变液流动模式工作区域磁感应强度变化，流量传感器7设置于动力驱动单元和测试装置4之间，测量磁流变液通过测试装置4的流量。

动力驱动单元设计为由电机驱动的液压泵6a，通过控制电机转速来调节液压泵转速。电机驱动的液压泵6a由控制处理单元1控制，用来带动管道内的磁流变液流入测试装置4中，使得磁流变液在测试装置4中处于流动工作模式下。进一步来说，磁流变液流动状态一般分为准静态、低速和高速三种不同状态，控制处理单元1根据操作人员设置参数选择磁流变液工作状态，并输出相应控制信号至动力驱动单元，即电机驱动的液压泵6a。液压泵6a调节磁流变液流速/流量来控制磁流变液流动状态，使其在准静态、低速和高速等不同状态下流动。

传感器组采集磁流变液流入测试装置4的流量以及测试装置4的两端压力并通过信号采集单元2传递给流变属性分析模块；

控制处理单元1控制可控电流/电压源3输出电流/电压用于对测试装置4产生磁场并改变测试装置4中闭合回路磁场的磁感应强度，使得磁流变液的流变属性发生改变，从而改变测试装置4的两端压力；

传感器组再次采集磁流变液流入测试装置4的磁感应强度以及测试装置4的两端压力并通过信号采集单元2传递给流变属性分析模块；

流变属性分析模块对两次所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

数据存储与显示模块对传感器组采集的压力、流量、磁感应强度和流变属性分析模块处理后得到的流变属性进行存储和可视化处理。

图1b所示为测试系统的另一种实施案例，动力驱动单元设计为液压激振台驱动的活塞6b，通过控制液压激振台上下运动的位移和频率来调节活塞的运动速度。液压激振台驱动的活塞6b由控制处理单元1控制，用来推动管道内的磁流变液流入测试装置4中，使得磁流变液在测试装置4中处于流动工作模式下。进一步来说，磁流变液流动状态一般分为准静态、低速和高速三种不同状态，控制处理单元1根据操作人员设置参数选择磁流变液工作状态，并输出相应控制信号至动力驱动单元，即液压激振台驱动的活塞6b。活塞6b调节磁流变液流速/流量来控制磁流变液流动状态，使其在准静态、低速和高速等不同状态下流动。

传感器组采集磁流变液流入测试装置4的流量以及测试装置4的两端压力并通过信号采集单元2传递给流变属性分析模块。控制处理单元1控制可控电流/电压源3输出电流/电压用于对测试装置4产生磁场并改变测试装置4中闭合回路磁场的磁感应强度，使得磁流变液的流变属性发生改变，从而改变测试装置4的两端压力；流变属性分析模块对所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。数据存储与显示模块对传感器组采集的压力、流量、磁感应强度和流变属性分析模块处理后得到的流变属性进行存储和可视化处理。

如图2所示为本发明测试装置结构图，测试装置4包括：端盖401、定位块402、定位销403、阀芯404、励磁线圈405和阀体406；

端盖401与阀体406两端通过内六角螺栓连接形成内含圆柱腔的密封构件，在端盖401与阀体406接触面上设计有O型圈槽，安装O型圈，用于测试装置4两端磁流变液的密封，阀芯404设置于圆柱腔内，阀芯404两端设计为D型阶梯轴，阀芯404中间开有凹槽，放置励磁线圈405，阀芯404的两端与定位块402通过阶梯轴连接，使阀芯404与阀体406保持同轴，阀芯404两端凸缘与阀体406形成径向环形间隙为磁流变液流动工作模式区域，环形间隙截面积与液压管路截面积相等，降低变截面流动对测试结果的影响，提高测试结果的准确性，定位块402与端盖401通过定位销403连接，使阀芯404轴向位置固定，定位块402上设计有对称分布通孔，便于磁流变液流过；

励磁线圈405置于阀芯404凹槽，励磁线圈405与可控电流/电压源3连接，产生磁场通过阀芯404、两端凸缘和阀体406形成闭合回路，如图2中虚线所示，磁场方向垂直于环形间隙。阀体406设有密封的过线孔和出油孔，过线孔用于励磁线圈405出线，可以使用密封胶密封，或者螺栓与O型圈密封，或者使用带孔的外六角螺栓和橡胶垫，通过螺栓挤压橡胶垫变形来实现密封作用。出油孔可以设计与废液收集装置通过单向电磁阀连接，用于测试完成后的废液排放和清洗剂排放，出油孔密封可以使用螺纹密封。

如图3所示，流变属性分析模块是按如下步骤得到磁流变液流动工作模式的流变属性：

步骤1、当可控电流/电压源3输出的电流/电压为零，流变属性分析模块从信号采集单元2获取磁流变液流入测试装置4的流量Q以及测试装置4的两端压力P₁、P₂、磁感应强度B，并进行滤波处理后，判断两端压力P₁、P₂是否稳定，若两端压力P₁、P₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤2，反之，则表示不稳定，流变属性分析模块重新获取传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤2、对测试装置4的两端压力P₁、P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤3、当可控电流/电压源3输出电流/电压不为零，流变属性分析模块从信号采集单元2获取测试装置4的两端压力P′₁、P′₂、磁感应强度B'，并判断两端压力P′₁、P′₂是否稳定，若两端压力P′₁、P′₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，流变属性分析模块重新获取传感器组所采集的流量Q、两端压力P′₁、P′₂以及磁感应强度B'；

步骤4、对测试装置4的两端压力P′₁、P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP'|；

步骤5、根据步骤1和步骤2计算得到两端压力差|ΔP|和|ΔP'|，得到磁流变液受磁场作用形成的场效应压力差|ΔP″|，根据场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

本实施例中，一种基于流动工作模式下磁流变液的流变属性自动化测试方法，是应用于由动力驱动单元、测试装置4、传感器组和可控电流/电压源3构成的测试环境中；并按照如下步骤进行：

步骤1、当可控电流/电压源3输出的电流/电压为零，利用动力驱动单元驱动管道内的磁流变液流入测试装置4中，使得磁流变液在测试装置4中处于流动工作模式下；

步骤2、利用传感器组采集磁流变液流入测试装置4的流量Q、测试装置4的两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤3、判断两端压力P₁和P₂是否稳定，若两端压力P₁和P₂各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，并重新获取传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤4、对两端压力P₁和P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤5、利用可控电流/电压源3输出电流/电压用于对测试装置4产生磁场并改变测试装置4中闭合回路的磁感应强度，使得磁流变液的流变属性发生改变；从而改变测试装置4的两端压力；

步骤6、利用传感器组再次采集测试装置4的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'，并判断两端压力P′₁和P′₂是否稳定，若两端压力P′₁和P′₂各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤7，反之，则表示不稳定，并重新获取传感器组所采集的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'；

步骤7、对传感器组采集的两端压力P′₁和P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP′|；

步骤8、对两次计算的压力差|ΔP|和|ΔP′|做差值计算，得到磁流变液受磁场作用所形成的场效应压力差|ΔP″|，根据场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

更具体来说，如图4所示，硬件模块除了包括动力驱动单元、测试单元、控制处理单元1和信号采集单元2，还可以包括废液清洗收集单元、报警单元和排气单元。废液清洗收集单元对测试完毕后系统内磁流变液进行回收，以及清洗测试装置4；报警单元用于系统测试过程中出现问题报错；排气单元用于检测和排除测试系统液压管路内的气泡。

信号采集单元2由数据采集模块和信号调理模块组成，数据采集模块采集传感器组信号；信号调理模块接收传感器产生的各种电流/电压信号，信号经过该模块变送成流变属性分析模块所需信号并传送至流变属性分析模块以及显示仪器等接收设备。信号采集单元2可以使用单片机来实现数据采集和信号调理功能，或者使用NI数据采集卡和LabVIEW虚拟仪器编程，或者使用dSPACE均可以实现上述功能。信号调理还包括滤波和A/D转换等，可以通过编程或者设计相应电路实现。

传感器组还可以包括温度传感器、液面高度传感器、气泡传感器一种或者两种及以上组合。温度传感器设置于测试装置4内，测量测试装置4内磁流变液流动模式工作区域温度，由于测试装置4内部设有励磁线圈405用于产生磁场，励磁线圈405通电会释放热量，设置温度传感器用于防止磁流变液由于温度过高而失效。液面高度传感器设置于测试装置4内，测量测试装置4内磁流变液流动模式工作区域液面高度，确保磁流变液充满整个测试装置4。气泡传感器设置于液压管路上，用于检测测试系统管路气泡。

废液清洗收集单元包括废液收集密封容器、清洗装置、单向电磁阀、液面高度传感器，废液收集装置与测试装置4出油孔连接，收集测试完成后的废液和清洗剂，单向电磁阀通断由控制处理单元1控制，在测试使用阶段，单向电磁阀断开，出油孔与收集密封容器不形成通路，测试完成后，单向电磁阀接通，出油孔与收集密封容器形成通路，测试完成后的废液和清洗剂通过出油孔和单向电磁阀流入废液收集密封容器。废液收集密封容器将废液、清洗剂密封在一个容器内，保证测试装置4清洁干净，测试周围环境无污染，无异味。液面高度传感器检测废液收集密封容器内液面高度，超过上限值则通过报警单元预警，提醒工作人员及时处理废液并更换密封容器。

报警单元由控制处理单元1控制，可以为蜂鸣器、红色信号灯、液晶显示器一种或者多种组合，对测试系统出现的漏液、传感器信号不稳或失效、动力驱动单元没有响应等问题发出报警并告知工作人员相应的问题所在，便于工作人员针对性解决问题，防止测试仪器损坏和安全事故发生。

排气单元包括气泡传感器和排气装置，气泡传感器检测管路内的气泡，由控制处理单元1控制排气装置进行排气处理，保证测试不受气泡因素的影响，提高测试结果的准确性。

如图5、图6所示，为本发明磁流变液流动工作模式流变属性测试系统测试步骤流程图和信号流程图。具体来说，磁流变液流动工作模式流变属性测试系统的测试步骤如下：

1启动阶段：检查仪器设备是否有损坏，机械、电气线路连接是否正常，检查无误后启动电源，打开测试软件，初始化测试系统，测试系统开始对传感器组进行信号采集、处理与显示，判断各传感器信号状态是否异常，异常则由报警单元报错，否则进入下一阶段；

2参数设置阶段：测试系统进行参数设置，包括测试名称、循环次数、测试温度、剪切速率、磁感应强度/电流强度、采样频率、滤波、存储显示等，操作人员根据测试目标选择测试模式和设置测试步骤，测试系统将根据设置参数、测试模式和测试步骤进行测试，参数设置完成后进入下一阶段；

3测试阶段：测试系统根据上一阶段设置参数来测试磁流变液在流动工作模式下的流变属性，由控制处理单元1控制排气单元、动力驱动单元、测试单元、信号采集单元2等工作，使磁流变液处于流动工作模式下；流变属性分析模块接收并处理信号采集单元2传送的压力、流量、磁感应强度信号，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；数据存储与显示模块对传感器组采集的压力、流量、磁感应强度信号和流变属性分析模块处理后得到的流变属性进行存储和可视化处理。测试完成后进入下一阶段。其中各单元和模块工作流程如下：

a排气单元：测试系统排气处理，控制处理单元1输出流量控制信号至动力驱动单元，使动力驱动单元以一定转速驱动磁流变液流动，气泡传感器检测管路内残留气泡，若检测有残留气泡，则控制处理单元输出排气控制信号至排气装置进行排气操作，直到管路内气泡被完全排除；

b动力驱动单元：根据测试模式、剪切速率参数计算相应磁流变液流速以及动力驱动单元转速，并由控制处理单元1输出流量控制信号控制动力驱动单元稳定输出转速，调节磁流变液流速/流量来改变磁流变液工作状态，使其在准静态、低速和高速等不同状态下工作；

c测试单元：根据磁感应强度参数或者电流强度参数计算相应输出电流/电压，并由控制处理单元1输出磁场控制信号控制可控电流/电压源3稳定输出电流/电压，调节测试装置4内部磁流变液流动工作模式区域磁感应强度，传感器组测试磁流变液在不同磁感应强度下流动工作模式流变属性；

d信号采集单元：根据采样频率和滤波参数对传感器组进行信号采集和滤波，信号调理模块接收传感器组产生的各种电流/电压信号变送成控制处理单元1所需信号，传至控制处理单元1和信号存储与显示单元；

e控制处理单元：控制排气单元、动力驱动单元、测试单元、信号采集单元2、废液清洗收集单元等单元工作；

f流变属性分析模块：对所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；

g数据存储与显示模块：根据存储显示参数对信号采集单元2传送的信号以及流变属性分析模块处理后得到的流变属性进行存储(可存储为excel/txt格式等)和显示(曲线图、柱状图等)；

4测试结束阶段：测试完成后对测试结果进行简单分析和评价，由操作人员确认是否结束测试，确认测试结束后，控制处理单元1输出开关控制信号控制废液清洗收集单元对测试完毕后系统内磁流变液进行回收，以及清洗测试装置4；

5关闭阶段：对仪器设备进行状态检查，状态检查无误后关闭仪器设备，依次退出软件和系统，关闭电源。

本实施例中，根据传感器组采集压力与流量信号，流动工作模式下磁流变液在不同磁感应强度下所受屈服应力可由式(1)计算得到：

式(1)中：τ_y(H)为屈服应力；ΔP为测试装置两端场效应压力差；Q为流量；g为磁场通过阀芯与阀体间隙的高度；L为磁场通过阀芯与阀体间隙的长度；w为磁场通过阀芯与阀体间隙的宽度；η为零磁场中磁流变液的粘度；c为常数系数。

Claims (4)

1.一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统，其特征包括：硬件模块、流变属性分析模块以及数据存储与显示模块；

所述硬件模块包括：动力驱动单元、测试单元、控制处理单元(1)和信号采集单元(2)；

所述测试单元包括：可控电流/电压源(3)、测试装置(4)和传感器组；

所述控制处理单元(1)控制所述动力驱动单元驱动管道内磁流变液流入所述测试装置(4)中，使得所述磁流变液在所述测试装置(4)中处于流动工作模式下；

所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置(4)的流量和磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述控制处理单元(1)控制所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压用于对所述测试装置(4)产生磁场并改变所述测试装置(4)中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置(4)的两端压力；

所述传感器组再次采集磁流变液流入所述测试装置(4)的磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述流变属性分析模块对两次所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据所述两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；

所述数据存储与显示模块对所述传感器模组两次采集的两端压力、流量、磁感应强度和所述流变属性进行存储和可视化处理。

2.根据权利要求1所述的流变属性自动化测试系统，其特征是，所述测试装置(4)包括：端盖(401)、定位块(402)、定位销(403)、阀芯(404)、励磁线圈(405)和阀体(406)；

所述端盖(401)与阀体(406)的两端通过螺栓连接并形成内含圆柱腔的密封构件；所述阀芯(404)设置于所述圆柱腔内，所述阀芯(404)的两端与所述定位块(402)通过阶梯轴连接，使得阀芯(404)与阀体(406)保持同轴；所述阀芯(404)两侧的凸缘与阀体(406)之间形成径向环形间隙并作为磁流变液流动工作模式的区域；所述定位块(402)与端盖(401)通过所述定位销(403)连接，用于固定所述阀芯(404)的轴向位置；

所述励磁线圈(405)置于所述阀芯(404)的凹槽内，且所述励磁线圈(405)与可控电流/电压源(3)连接，并通过所述阀芯(404)两端的凸缘和阀体(406)产生磁场并形成闭合回路。

3.根据权利要求1所述的流变属性自动化测试系统，其特征是，所述流变属性分析模块是按如下步骤得到磁流变液流动工作模式的流变属性：

步骤1、当可控电流/电压源(3)输出的电流/电压为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元(2)获取所述磁流变液流入测试装置(4)的流量Q以及所述测试装置(4)的两端压力P₁、P₂、磁感应强度B，并进行滤波处理后，判断所述两端压力P₁、P₂是否稳定，若两端压力P₁、P₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤2，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤2、对所述测试装置(4)的两端压力P₁、P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤3、当所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压不为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元(2)获取所述测试装置(4)的两端压力P₁′、P₂′、磁感应强度B'，并判断所述两端压力P₁′、P₂′是否稳定，若两端压力P₁′、P₂′各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁′、P₂′以及磁感应强度B'；

步骤4、对所述测试装置(4)的两端压力P₁′、P₂′做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP'|；

步骤5、根据步骤1和步骤2计算得到两端压力差|ΔP|和|ΔP'|，得到所述磁流变液受磁场作用形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。

4.一种基于流动工作模式下磁流变液的流变属性自动化测试方法，其特征是应用于由动力驱动单元、测试装置(4)、传感器组和可控电流/电压源(3)构成的测试环境中；并按照如下步骤进行：

步骤1、当可控电流/电压源(3)输出的电流/电压为零，利用所述动力驱动单元驱动管道内的磁流变液流入所述测试装置(4)中，使得所述磁流变液在所述测试装置(4)中处于流动工作模式下；

步骤2、利用所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置(4)的流量Q、所述测试装置(4)的两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤3、判断所述两端压力P₁和P₂是否稳定，若两端压力P₁和P₂各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤4、对所述两端压力P₁和P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤5、利用所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压用于对所述测试装置(4)产生磁场并改变所述测试装置(4)中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置(4)的两端压力；

步骤6、利用所述传感器组再次采集所述测试装置(4)的两端压力P₁′和P₂′以及磁感应强度B'，并判断所述两端压力P₁′和P₂′是否稳定，若两端压力P₁′和P₂′各自的极差与最大值的比值小于σ，则表示稳定，并执行步骤7，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的两端压力P₁′和P₂′以及磁感应强度B'；

步骤7、对所述传感器组采集的两端压力P₁′和P₂′做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP′|；

步骤8、对两次计算的压力差|ΔP|和|ΔP′|做差值计算，得到所述磁流变液受磁场作用所形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，得到流动工作模式下磁流变液的流变属性。