[发明专利]一种双轴磁性液体惯性传感器有效
申请号: | 201510358000.3 | 申请日: | 2015-06-25 |
公开(公告)号: | CN105137113B | 公开(公告)日: | 2018-02-16 |
发明(设计)人: | 李德才;姚杰;吴少峰 | 申请(专利权)人: | 北京交通大学 |
主分类号: | G01P3/42 | 分类号: | G01P3/42;G01P5/08 |
代理公司: | 北京卫平智业专利代理事务所(普通合伙)11392 | 代理人: | 董琪 |
地址: | 100044 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 磁性 液体 惯性 传感器 | ||
技术领域
本发明涉及机械工程测量领域。
背景技术
惯性传感器可以发展为速度传感器、加速度传感器、位移传感器和倾角传感器等,在交通工具、生物医学、石油开采、军事工业等各个领域有着广泛的应用。随着科学技术的不断发展,人们对具有灵敏度高、可靠性高、分辨率高和线性度好的速度传感器的需求量不断增加。由于磁性液体惯性传感器对惯性力的敏感度较高,则具有结构简单、体积小、无机械损耗和寿命长等优点。然而现有磁性液体惯性传感器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用,具有问题如申请号CN103149384A和申请号CN103675351A所述的专利,该专利所述装置采用磁性液体的二阶浮力原理,质量块为永磁体。这两个专利均为利用了永磁体在壳体内部移动,使得线圈内的电感值不同,从而检测到输出信号。然而,由于永磁体的相对磁导率非常小,导致信号不强,外部噪声对传感器的干扰非常严重,同时线性度不高。因此,必须对现有磁性液体惯性传感器的结构进行重新设计,使其能够在实际中得到应用。
发明内容
本实发明需要解决的技术问题是,现有磁性液体惯性传感器由于多种结构问题无法在工程实际中得到应用,如线性度不高和信号弱等情况。特提供一种双轴磁性液体惯性传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明的一种双轴磁性液体惯性传感器,包括壳体、第一感应片、垫片、第一永久磁体、磁性液体、第二感应片、第二永久磁体、第三感应片、第四感应片。
将四个垫片的上表面与第一永久磁体的下表面固定连接,使得四个垫片对称分布在第一永久磁体下表面的四个均布位置,将第二永久磁体的上表面与四个垫片的下表面固定连接,通过四个垫片将第一永久磁体和第二永久磁体隔开后,形成一个空隙,从而构成移动组件。所述第一永久磁体和第二永久磁体大小、形状完全相同,为圆柱体,相邻的两个面极性相反,即第一永久磁体的下表面为N极,第二永久磁体的上表面为S极。通过这种方式,使得在第一永久磁体和第二永久磁体之间形成一个均匀磁场。
将第一感应片末端的两个斜面分别与第三感应片末端的左侧斜面和第四感应片末端的左侧斜面固定连接,同时,将第二感应片末端的的两个斜面分别与第三感应片末端的右侧斜面和第四感应片末端的右侧斜面固定连接,使得第一感应片、第二感应片、第三感应片和第四感应片表面平齐并呈90度均匀分布,从而形成检测组件。所述第一感应片、第二感应片、第三感应片、第四感应片大小形状完全相同,为导电性能良好的非导磁性薄片结构,由两个脚架和两个斜梁构成,形状为带V角的“凹”字形,表面涂有绝缘漆或者用绝缘材料包裹;所述第一感应片、第二感应片、第三感应片、第四感应片固定连接后,形状呈“十字”型,第一感应片、第二感应片、第三感应片、第四感应片的四个脚架末端分别与外部电路相连接。将检测组件插入移动组件的空隙中,然后将移动组件和检测组件一起装入壳体中,将检测组件的左端与壳体的左侧面固定连接,将检测组件的右端与壳体的右侧面固定连接;将检测组件的前端与壳体的前侧面固定连接;将检测组件的后端与壳体的后侧面固定连接;在第一永久磁体的上表面和第二永久磁体的下表面分别注射磁性液体,使得移动组件悬浮在壳体中。第一感应片、第二感应片、第三感应片、第四感应片的材料优选铜、金、银或者铝,其厚度不应太薄,否则热损耗太大,通常大于0.5mm,同时也不应太厚,否则使得第一永久磁体和第二永久磁体之间的空隙过大,从而无法提供均匀磁场,使得信号线性度不强,因此通常选择小于1.5mm。第一感应片、第二感应片、第三感应片、第四感应片也可以分隔开,从而不形成“十字”型,即,分别将一端独立安装在壳体上,而另一端悬空。但是由于感应片自身重力的影响,会产生一定的挠度,使其发生弯曲,从而容易与第一永久磁体或第二永久磁体发生剐蹭,影响测量精度。因此,优选将四个感应片固定连接并形成“十字”型。根据感应电动势,E=d(BS)/dt=Blv(B第一永久磁体和第二永久磁体之间的磁感应强度,S为第一感应片或者第二、三、四感应片在磁场中的面积,l为第一感应片或者第二、三、四感应片的宽度,v为第一永久磁体和第二永久磁体的运动速度),当外界有振动时,第一、二、三、四感应片与第一永久磁体和第二永久磁体之间产生相对速度,从而会在壳体左、右壁面和前、后壁面的输出端产生电动势E1、E2和E3、E4,通过检测E1、E2和E3、E4的大小便可以检测到速度信号,而第一、二、三、四感应片固定连接后为“十字”型,则可以确保输出电压信号与速度信号之间的线性关系。由于对速度进行积分,则可以得到位移的信号,对速度进行微分则可以得到加速度信号,因此该惯性传感器可以对速度、位移和加速度信号进行检测。
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