本發(fā)明涉及機(jī)械工程測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

慣性傳感器可以發(fā)展為速度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器和傾角傳感器等，在交通工具、生物醫(yī)學(xué)、石油開采、軍事工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)具有靈敏度高、可靠性高、分辨率高和線性度好的慣性傳感器的需求量不斷增加。由于磁性液體慣性傳感器對(duì)慣性力的敏感度較高，則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)機(jī)械損耗和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有磁性液體慣性傳感器由于多種結(jié)構(gòu)問題無(wú)法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，具體問題如申請(qǐng)?zhí)朇N103149384A、申請(qǐng)?zhí)朇N103675351A和申請(qǐng)?zhí)朇N105137112A所述的專利。這些專利均采用磁性液體的二階浮力原理，質(zhì)量塊為永磁體。申請(qǐng)?zhí)朇N103149384A和申請(qǐng)?zhí)朇N103675351A這兩個(gè)專利均利用了永磁體在殼體內(nèi)部移動(dòng)，使得線圈內(nèi)的電感值不同，從而檢測(cè)到輸出信號(hào)。然而，由于永磁體的相對(duì)磁導(dǎo)率非常小，導(dǎo)致信號(hào)不強(qiáng)，外部噪聲對(duì)傳感器的干擾非常嚴(yán)重，同時(shí)線性度不高。申請(qǐng)?zhí)朇N105137112A所述專利則利用了電磁感應(yīng)原理，通過永磁體的運(yùn)動(dòng)來(lái)切割導(dǎo)線，從而產(chǎn)生電流信號(hào)。雖然該專利的信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)，但永磁體很容易觸碰導(dǎo)線。同時(shí)，當(dāng)永磁體運(yùn)動(dòng)速度增加時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)將阻礙永磁體的運(yùn)動(dòng)，因而無(wú)法反映真實(shí)信號(hào)。因此，必須對(duì)現(xiàn)有磁性液體慣性傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其能夠在實(shí)際中得到應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有磁性液體慣性傳感器由于多種結(jié)構(gòu)問題無(wú)法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，如線性度不高和信號(hào)弱等情況。特提供一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體慣性傳感器。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體慣性傳感器，包括：上殼體、左永磁體、保持架、霍爾元件、霍爾元件接線端、通氣槽、右永磁體、磁性液體、通氣腔和下殼體。將所述的左永磁體、保持架和右永磁體依次固定連接，從而形成活動(dòng)塊。左永磁體和右永磁體上吸附有磁性液體，確保在磁性液體的二階浮力作用下，活動(dòng)塊能夠被磁性液體懸浮而不接觸到上殼體的內(nèi)壁。將由左永磁體、保持架和右永磁體所形成的活動(dòng)塊裝入上殼體中。將霍爾元件固定安裝在上殼體的頂面且垂直于上殼體的頂面和底面，同時(shí)確?；魻栐梢韵鄬?duì)于活動(dòng)塊左右運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生剮蹭。將霍爾元件接線端從上殼體的壁面穿出。將下殼體的上端面與上殼體的底面固定連接，并在連接部位進(jìn)行密封從而形成通氣腔。上殼體的頂面與下殼體的底面平行。

所述上殼體所述上殼體為長(zhǎng)方體薄壁空心結(jié)構(gòu)，在其頂面的內(nèi)壁加工有倒梯形結(jié)構(gòu)，該倒梯形結(jié)構(gòu)的底角θ范圍為5°≤θ≤90°。上殼體的底面加工有一個(gè)矩形的通氣槽，通氣槽的長(zhǎng)度大于由左永磁體、保持架和右永磁體所形成的活動(dòng)塊長(zhǎng)度。上殼體的材料為絕緣的非導(dǎo)磁材料。上殼體的倒梯形結(jié)構(gòu)給左永磁體、保持架和右永磁體構(gòu)成的活動(dòng)塊提供了一個(gè)定心力，使其在無(wú)外部振動(dòng)的狀態(tài)下能夠穩(wěn)定懸浮于上殼體正中心。

保持架為口字型的框架結(jié)構(gòu)，材料為絕緣的非導(dǎo)磁性材料，優(yōu)選尼龍、塑料或POM。保持架的內(nèi)框?qū)挾却笥诨魻栐膶挾?，從而不妨礙活動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)。

所述左永磁體和右永磁體大小尺寸完全相同，為長(zhǎng)方體，且極性相反，即，左永磁體的右端面為S極，右永磁體的左端面也為S極。左永磁體的右端和右永磁體的左端面必須平行，從而在左、右永磁體的幾何中心產(chǎn)生一個(gè)零磁場(chǎng)點(diǎn)，從該點(diǎn)往左右兩側(cè)，磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增加?；魻栐陌惭b位置必須確保其磁場(chǎng)檢測(cè)部位處于由左永磁體和右永磁體之間所形成的零磁場(chǎng)處，使得無(wú)外界振動(dòng)時(shí)，輸出信號(hào)為初始值。

所述下殼體為一個(gè)矩形槽狀的薄壁結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)和寬與上殼體的長(zhǎng)和寬分別相等，材料為絕緣的導(dǎo)磁性材料。通氣腔的容積必須大于磁性液體的體積，從而可以防止磁性液體部分失效后流入通氣腔內(nèi)造成堵塞。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果：(1)利用霍爾元件可以獲得較高的線性度，同時(shí)提供了極高的靈敏度；(2)上殼體頂部的倒梯形結(jié)構(gòu)為傳感器提供回復(fù)力，使其在靜止情況下能夠處于上殼體正中；(3)通過保持架將左永久磁體和右永久磁體隔開，產(chǎn)生了一個(gè)中心為零磁場(chǎng)，向左、右兩側(cè)逐漸增加的磁場(chǎng)，通過調(diào)整保持架的長(zhǎng)度就可以控制傳感器的靈敏度與線性度。

附圖說(shuō)明

圖1一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體慣性傳感器主視圖；

圖2一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體慣性傳感器的三維圖。

圖1中：上殼體1、左永磁體2、保持架3、霍爾元件4、霍爾元件接線端5、通氣槽6、右永磁體7、磁性液體8、通氣腔9和下殼體10。

具體實(shí)施方式

以附圖為具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

一種用矩形永磁體的內(nèi)錐角磁性液體慣性傳感器，如圖1，該裝置包括：上殼體1、左永磁體2、保持架3、霍爾元件4、霍爾元件接線端5、通氣槽6、右永磁體7、磁性液體8、通氣腔9和下殼體10。

先將所述的左永磁體2、保持架3和右永磁體7依次固定連接，從而形成活動(dòng)塊。然后將由左永磁體2、保持架3和右永磁體7所形成的活動(dòng)塊裝入上殼體1中。將霍爾元件4固定安裝在上殼體1的頂面且垂直于上殼體1的頂面和底面，同時(shí)確?；魻栐?可以相對(duì)于活動(dòng)塊左右運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生剮蹭?；魻栐?的安裝位置必須確保其磁場(chǎng)檢測(cè)部位處于由左永磁體和右永磁體之間所形成的零磁場(chǎng)處，使得無(wú)外界振動(dòng)時(shí)，輸出信號(hào)為初始值。然后將霍爾元件接線端5從上殼體1的壁面穿出。在左永磁體2和右永磁體7上吸附有磁性液體8，確保在磁性液體8的二階浮力作用下，活動(dòng)塊能夠被磁性液體8懸浮而不接觸到上殼體1的內(nèi)壁。最后將下殼體10的上端面與上殼體1的底面固定連接，并在連接部位進(jìn)行密封從而形成通氣腔9。加工和安裝時(shí)，確保上殼體1的頂面與下殼體10的底面平行。

安裝完成之后，將直流電源和外部輸出設(shè)備與霍爾元件接線端5分別相連接。

在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由左永磁體2、保持架3和右永磁體7構(gòu)成的活動(dòng)塊在上殼體1的倒梯形結(jié)構(gòu)的影響下被束縛在上殼體1的正中，此時(shí)霍爾元件4中無(wú)磁通量，因此輸出信號(hào)為初始值。當(dāng)外界有振動(dòng)時(shí)，活動(dòng)塊將隨著上殼體1發(fā)生運(yùn)動(dòng)，由于磁性液體8的粘滯作用，活動(dòng)塊與上殼體1之間將產(chǎn)生速度差，從而在霍爾元件4中的磁通量產(chǎn)生變化，通過外部電路檢測(cè)霍爾元件4中的電壓值，從而輸出信號(hào)。