[发明专利]基于磁流变脂(液)的智能传感方法及其电容式传感器

说明书

所属技术领域

本发明涉及磁流变体电磁学特性检测和磁流变体智能传感技术领域，具体涉及磁流变(体)电容式智能传感技术及其应用领域，尤其涉及磁流变脂(液)电容式智能传感技术及其应用。 

背景技术

电容式传感器主要有变面积型，变间隙型和变介电常数型三种类型。在先技术具有温度稳定性好，结构简单，适应性强，动态响应快，可实现非接触检测等优点(单成祥，传感器的理论与设计基础及其应用[M]，国防工业出版社，1999：3-30)。在先技术中的变介电常数型电容式传感器通常在两极板间不同区域充满不同电解质以改变介电常数实现其检测目的，主要用于液面高度和片状材料厚度测量(孙圣和，现代传感器发展方向[J]，电子测量与仪器学报，2009，23：28-34)。但没有通过调节磁场大小来改变介电常数的磁流变体电容式传感器，变介电常数型电容式传感器也不能对磁场进行转换检测。随着电磁学的发展，磁场的检测已经广泛应用于地球物理、空间技术、军事工程、工业、生物学、医学、考古学诸多领域。因此，对智能磁流变体电容式传感器研究具有重要意义。 

磁流变体主要包括磁流变液，磁流变脂两种磁性介质。它们主要由高磁导率、低滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成。在外加磁场的作用下，固态与液态之间可进行快速转化，并且这种变化是可控、连续、可逆的(M.A.Luque，M.P.P′erez-P′erez，et al，Brain Research Bulletin.Sci.，2008，75：480-484)，已被广泛应用于机械、汽车、航空、精密加工、建筑、医疗等领域(Thomas H.Meedel，Patrick Chang，et al.[J].Developmental Biology.Sci.，2007，312：644-645)。目前，磁流变体的电磁学特性还没有应用于电容式传感器及其传感技术领域。 

发明内容

为了将磁流变体电磁学特性应用于电容式传感器及其智能传感技术领域，本发明提出一种新的磁流变体智能传感技术，并设计出一种变介电常数型智能磁流变体电容式传感器。这种电容式传感器内部的电解质为磁性介质——磁流变体，可以通过检测电容值的改变获得磁感应强度大小。本发明所测量的磁流变体电容范围为0～几干pF，检测的磁感应强度的范围为0～7000Gs。 

本发明所采用的技术方案： 

本发明所采用的技术方案由磁流变体的变介电常数型电容器设计及磁流变体电容的测量电路两部分构成。 

为了解决上述问题，本发明设计一种磁流变体的变介电常数型可变电容器(参照图1所示)，内部盛载磁流变体。其特征在于具备： 

该可变电容器包括极板，封装两部分组成。两个极板相互平行，其中一个为定极板，另外一个为动极板。通过旋转动极板，可以调节两个极板间的距离，也可以固定动极板。封装采用螺纹式结构，便于极板间距离的调节。 

所述的极板材料为铝合金，铁合金，或钛合金，形状为圆形，半圆形，方形，三角形以及其他不规则形状。 

所述的封装材料为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯，并在封装上设计螺纹。 

所述的磁流变体可以为磁流变液，或磁流变脂，也可是磁流体。 

本发明的磁流变体电容测量电路部分(参照图2所示)，由直流电压源，直流电流源，装有磁流变体的变介电常数型电容器，电子开关K1、K2，运算放大器，预放，A/D转换，数据处理系统几部分组成。其特点在于具备： 

电流源与待测的装有磁流变体的可变电容器通过电子开关K1、K2串联构成闭合回路，可变电容器的两端连接到运算放大器的输入端，运算放大器输出端通过预放，A/D转换(模拟/数字转换)接入数据处理系统。当K1闭合时，直流电压源给电容充电至Uc＝Us。然后K1断开，K2闭合，电容在电流源的作用下放电，数据处理系统部分的内部计数器同时开始工作。当电流源对电容放电至Uc＝0时，比较器翻转，计数器结束计数，计数值与电容放电时间成正比。电容电压Uc与放电电流Io的关系为：