CN114839396A

CN114839396A - 一种磁性液体加速度传感器

Info

Publication number: CN114839396A
Application number: CN202210538228.0A
Authority: CN
Inventors: 李德才; 杨少杰; 牧学禹; 孔祥东
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2022-05-18
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2042-05-18
Also published as: CN114839396B

Abstract

本申请实施例提供一种磁性液体加速度传感器，属于机械工程测量技术领域，包括：管体；复合磁芯，复合磁芯位于管体内；复合磁芯包括两个磁铁件，两个磁铁件之间通过连接架连接；其中，磁铁件的外壁包括容纳区域和非容纳区域，容纳区域设置有支撑件，支撑件与管体的内壁保持抵接状态；非容纳区域与管体的内壁之间设置有磁性液体；霍尔元件，霍尔元件设置在管体的外壁上；还包括第一回复磁铁和第二回复磁铁，第一回复磁铁和第二回复磁铁用于使复合磁芯在未工作状态时保持在管体的中间位置。通过本申请实施例提供的一种磁性液体加速度传感器，可以提高较大加速度给磁芯产生的震动冲击的抵抗力，使磁芯运动更加平稳。

Description

一种磁性液体加速度传感器

技术领域

本申请实施例涉及机械工程测量技术领域，具体而言，涉及一种磁性液体加速度传感器。

背景技术

磁性液体是一种兼具流动性和磁响应特性的新型功能材料。磁性液体加速度传感器的研究符合加速度传感器对于新材料的开发与利用这一发展方向。用于加速度传感器的材料一般可分为结构材料和敏感材料。结构材料的作用是承受外部载荷冲击并保证传感器形状和结构的稳定。传统的结构如压电、压阻材料可以满足大部分现有加速度传感器的需求，但其自身局限也非常明显。在面对不断增长的性能、稳定性等要求时会逐渐显得乏力。因此新结构的开发与利用显得非常重要。相比于传统结构材料，新结构对传感器的精度、重复性、稳定性、响应特性等具有决定性的影响。

但是，目前的磁性液体加速度传感器对于震动冲击的抵抗能力普遍较弱，在测量较大的加速度时，容易导致磁芯运动不够平稳。

发明内容

本申请实施例提供一种磁性液体加速度传感器，旨在提高对较大加速度给磁芯产生的震动冲击的抵抗力，使磁芯运动更加平稳。

本申请实施例提供一种磁性液体加速度传感器，包括：

管体，所述管体的一端设置有第一端盖，另一端设置有第二端盖；

复合磁芯，所述复合磁芯位于所述管体内；

所述复合磁芯包括两个磁铁件，两个所述磁铁件之间通过连接架连接；

其中，所述磁铁件的外壁正对于所述管体的内壁；所述磁铁件的外壁包括容纳区域和非容纳区域，所述容纳区域设置有支撑件，所述支撑件与所述管体的内壁保持抵接状态；所述非容纳区域与所述管体的内壁之间设置有磁性液体；

霍尔元件，所述霍尔元件设置在所述管体的外壁上，且所述霍尔元件位于所述管体的中间位置；

还包括第一回复磁铁和第二回复磁铁，所述第一回复磁铁设置在所述第一端盖远离所述管体的一面，所述第二回复磁铁设置在所述第二端盖远离所述管体的一面，所述第一回复磁铁和所述第二回复磁铁用于使所述复合磁芯在未工作状态时保持在所述管体的中间位置。

可选地，所述磁铁件包括第一永磁铁、第二永磁铁和分隔垫；

其中，所述第一永磁铁和所述第二永磁铁相对设置，所述分隔垫位于所述第一永磁铁和第二永磁铁之间，且所述分隔垫的直径小于所述第一永磁铁和所述第二永磁铁的尺寸；

所述分隔垫的外侧壁与所述第一永磁铁和所述第二永磁铁相对的侧壁之间形成容纳区域，所述第一永磁铁的外侧壁和所述第二永磁铁的外侧壁为非容纳区域。

可选地，所述支撑件包括多个滚珠，多个所述滚珠沿着所述分隔垫的周向设置，且多个所述滚珠与所述管体的内壁保持抵接状态。

可选地，所述分隔垫的材质为橡胶。

可选地，所述第一回复磁铁朝向相邻的所述磁铁件的磁极与该磁铁件朝向所述第一回复磁铁的磁极相同；

所述第二回复磁铁朝向相邻的所述磁铁件的磁极与该磁铁件朝向所述第二回复磁铁的磁极相同。

可选地，所述磁性液体为机油基磁性液体。

可选地，所述第一端盖和所述第二端盖上均设置有密封部，所述密封部位于所述管体内，且所述密封部的尺寸与所述管体的尺寸相适配。

可选地，所述第一永磁铁和所述第二永磁铁的材料为钕铁硼。

可选地，所述管体的材料至为亚克力。

可选地，所述霍尔元件的信号为S49E。

有益效果：

本申请提供一种磁性液体加速度传感器，通过设置管体以及位于管体内的复合磁芯，复合磁芯包括两个磁铁件，并且磁铁件的外壁上具有容纳区域和非容纳区域，在容纳区域内设置有与管体内壁保持抵接状态的支撑件，非容纳区域与管体内壁之间设置有磁性液体，同时在管体上还设置有霍尔元件以及第一回复磁铁和第二回复磁铁；这样，在利用该磁性液体加速度传感器对被测物体的加速度进行检测时，复合磁芯会随着被测物体的移动而相对移动，而在复合磁芯的移动过程中，支撑件可以使复合磁芯的两个磁铁件与管体的内壁保持接触，从而使得复合磁芯在较大的加速度下，可以更有效地抵抗其所受到的震动冲击，进而使得复合磁芯的运动更加平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的一种磁性液体加速度传感器的结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的一种磁性液体加速度传感器的磁铁件的结构示意图。

附图标记说明：1、管体；11、第一端盖；12、第二端盖；13、密封部；2、复合磁芯；21、磁铁件；211、第一永磁铁；212、第二永磁铁；213、分隔垫；22、连接件；A、容纳区域；B、非容纳区域；3、支撑件；4、磁性液体；5、霍尔元件；6、第一回复磁铁；7、第二回复磁铁。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参照图1所示，为本申请实施例公开的一种磁性液体加速度传感器，该传感器包括管体1、复合磁芯2、霍尔元件5、第一回复磁铁6和第二回复磁铁7。

具体地，参照图1所示，管体1整体为圆柱状，管体1可以选用亚克力材质，以使管体1本身透明，从而便于测试人员观测复合磁芯2的状态。管体1的一端设置有第一端盖11，另一端设置有第二端盖12，第一端盖11和第二端盖12可以密封管体1，在制造传感器时，先将复合磁芯2置于管体1内后，再将第一端盖11和第二端盖12分别安装到管体1的两端。

参照图1和图2所示，复合磁芯2位于管体1内，且在未工作状态时，复合磁芯2处于管体1的平衡位置，即，管体1的中间位置。复合磁芯2包括两个磁铁件21，磁铁件21整体呈圆柱形，两个磁铁件21之间通过连接架连接。其中，磁铁件21的外壁正对于管体1的内壁设置。并且磁铁件21的外壁包括容纳区域A和非容纳区域B，容纳区域A内设置有支撑件3，支撑件3与管体1的内壁保持抵接状态，且在复合磁芯2移动时，支撑件3也始终与管体1的内壁抵接。

参照图1所示，磁铁件21的非容纳区域B与管体1的内壁之间则设置有磁性液体4，利用磁性液体4可以使复合磁芯2在管体1内进行滑动，且由于磁性液体4的磁性，磁铁件21会吸附磁性液体4，从而使磁性液体4保持在磁性件的非容纳区域B与管体1的内壁之间的位置。

在本实施例中，磁性液体4选用机油基磁性液体，机油基磁性液体相对黏性较高，可以更好地使复合磁芯2在管体1内平稳移动。

参照图1所示，霍尔元件5粘接在管体1的外壁上，且霍尔元件5位于管体1的中间位置。在管体1内的复合磁芯2移动时，会导致霍尔元件5周围的磁感应强度发生变化，而霍尔元件5可以检测到磁场的变化进而输出工作电压，通过与未工作状态时霍尔元件5输出的基准电压相比，并进行相关计算，便可以得出复合磁芯2移动产生的加速度，进而得出被测物体移动产生的加速度。在具体应用时，霍尔元件5可以选用型号为S49E的霍尔元件。

参照图1所示，第一回复磁铁6固定连接在第一端盖11上，且位于第一端盖11远离管体1的一面；第二回复磁铁7固定连接在第二端盖12上，且位于第二端盖12远离管体1的一面；第一回复磁铁6和第二回复磁铁7可以使复合磁芯2在未工作状态时保持在管体1的中间位置。

具体地，第一回复磁铁6朝向相邻的磁铁件21的磁极与该磁铁件21朝向第一回复磁铁6的磁极相同，第二回复磁铁7朝向相邻的磁铁件21的磁极与该磁铁件21朝向第二回复磁铁7的磁极相同，因此第一回复磁铁6和第二回复磁铁7均会向复合磁芯2产生斥力，这样，在复合磁芯2朝向第一回复磁铁6或第二回复磁铁7移动后，由于第一回复磁铁6或第二回复磁铁7对复合磁芯2的斥力，复合磁芯2会朝向原本的位置移动，从而使复合磁芯2保持在管体1的中间位置。

这样，在利用该磁性液体加速度传感器对被测物体的加速度进行检测时，将传感器固定至被测物体上，随后移动被测物体，使得传感器跟随被测物体移动，而复合磁芯2会在惯性作用下随着被测物体的移动而朝向被测物体移动方向相反的方向移动，而在复合磁芯2的移动过程中，支撑件3可以使复合磁芯2的两个磁铁件21与管体1的内壁保持接触，从而使得复合磁芯2在较大的加速度下，可以更有效地抵抗其所受到的震动冲击，进而使得复合磁芯2的运动更加平稳。

在一种实施例中，磁铁件21包括第一永磁铁211、第二永磁铁212和分隔垫213。

具体地，参照图2所示，第一永磁铁211和第二永磁铁212均为环形且厚度较薄的磁铁，且第一永磁铁211和第二永磁铁212的尺寸相同，第一永磁铁211和第二永磁铁212处于相互吸附状态，第一永磁铁211和第二永磁铁212的材质可以选用钕铁硼；分隔垫213位于第一永磁铁211和第二永磁铁212之间，分隔垫213为非导磁材料，如橡胶或塑料；且分隔垫213的直径小于第一永磁铁211和第二永磁铁212的直径。

这样，在将分隔垫213固定在第一永磁铁211和第二永磁铁212之间后，分隔垫213的外侧壁(朝向管体1内壁的侧壁)与第一永磁铁211和第二永磁铁212相对的侧壁之间的位置形成容纳区域A，第一永磁铁211和第二永磁铁212的外侧壁(朝向管体1内壁的侧壁)形成非容纳区域B。再将支撑件3安装于容纳区域A内，便可以使磁铁件21通过支撑件3与管体1内壁保持抵接状态，实现复合磁芯2的平稳运动。

且采用第一永磁铁211和第二永磁铁212结构的复合磁芯2的整体质量较轻，可以有效地提高磁性液体加速度传感器的灵敏度。

在一种实施例中，支撑件3包括多个滚珠。

具体地，滚珠为铁质，可以被第一永磁铁211和第二永磁铁212吸附，因此可以更好地固定在容纳区域A内；多个滚珠沿着分隔垫213的周向设置，且多个滚珠均与管体1的内壁保持抵接状态，这样，便使得磁铁件21可以通过多个滚珠与管体1内壁保持抵接，使得复合磁芯2的运动更加平稳。

在一种实施例中，参照图1所示，第一端盖11和第二端盖12上均设置有密封部13，密封部13位于管体1内，且密封部13的尺寸与管体1的尺寸相适配。

具体地，第一端盖11与第一端盖11上的密封部13以及第二端盖12与第二端盖12上的密封部13均为一体成型，密封部13的设置可以增加磁性液体加速度传感器的气密抗压能力，从而避免了复合磁芯2与管体1两端产生撞击，对传感器结构起到了保护作用。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims

1.一种磁性液体加速度传感器，其特征在于，包括：

复合磁芯，所述复合磁芯位于所述管体内；

2.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述磁铁件包括第一永磁铁、第二永磁铁和分隔垫；

3.根据权利要求2所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述支撑件包括多个滚珠，多个所述滚珠沿着所述分隔垫的周向设置，且多个所述滚珠均与所述管体的内壁保持抵接状态。

4.根据权利要求2所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述分隔垫的材质为橡胶或塑料。

5.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述第一回复磁铁朝向相邻的所述磁铁件的磁极与该磁铁件朝向所述第一回复磁铁的磁极相同；

6.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述磁性液体为机油基磁性液体。

7.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述第一端盖和所述第二端盖上均设置有密封部，所述密封部位于所述管体内，且所述密封部的尺寸与所述管体的尺寸相适配。

8.根据权利要求2所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述第一永磁铁和所述第二永磁铁的材料为钕铁硼。

9.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述管体的材料至为亚克力。

10.根据权利要求1所述的磁性液体加速度传感器，其特征在于：

所述霍尔元件的信号为S49E。