一種雙軸磁性液體慣性傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械工程測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]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，人們對具有靈敏度高、可靠性高、分辨率高和線性度好的速度傳感器的需求量不斷增加。由于磁性液體慣性傳感器對慣性力的敏感度較高，則具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無機(jī)械損耗和壽命長等優(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)問題無法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，具有問題如申請?zhí)朇N103149384A和申請?zhí)朇N103675351A所述的專利，該專利所述裝置采用磁性液體的二階浮力原理，質(zhì)量塊為永磁體。這兩個(gè)專利均為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，從而檢測到輸出信號。然而，由于永磁體的相對磁導(dǎo)率非常小，導(dǎo)致信號不強(qiáng)，外部噪聲對傳感器的干擾非常嚴(yán)重，同時(shí)線性度不高。因此，必須對現(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)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)問題無法在工程實(shí)際中得到應(yīng)用，如線性度不高和信號弱等情況。特提供一種雙軸磁性液體慣性傳感器。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]本發(fā)明的一種雙軸磁性液體慣性傳感器，包括殼體、第一感應(yīng)片、墊片、第一永久磁體、磁性液體、第二感應(yīng)片、第二永久磁體、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片。
[0006]將四個(gè)墊片的上表面與第一永久磁體的下表面固定連接，使得四個(gè)墊片對稱分布在第一永久磁體下表面的四個(gè)均布位置，將第二永久磁體的上表面與四個(gè)墊片的下表面固定連接，通過四個(gè)墊片將第一永久磁體和第二永久磁體隔開后，形成一個(gè)空隙，從而構(gòu)成移動(dòng)組件。所述第一永久磁體和第二永久磁體大小、形狀完全相同，為圓柱體，相鄰的兩個(gè)面極性相反，即第一永久磁體的下表面為N(S)極，第二永久磁體的上表面為S (N)極。通過這種方式，使得在第一永久磁體和第二永久磁體之間形成一個(gè)均勾磁場。
[0007]將第一感應(yīng)片末端的兩個(gè)斜面分別與第三感應(yīng)片末端的左側(cè)斜面和第四感應(yīng)片末端的左側(cè)斜面固定連接，同時(shí)，將第二感應(yīng)片末端的的兩個(gè)斜面分別與第三感應(yīng)片末端的右側(cè)斜面和第四感應(yīng)片末端的右側(cè)斜面固定連接，使得第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片和第四感應(yīng)片表面平齊并呈90度均勻分布，從而形成檢測組件。所述第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片大小形狀完全相同，為導(dǎo)電性能良好的非導(dǎo)磁性薄片結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)腳架和兩個(gè)斜梁構(gòu)成，形狀為帶V角的“凹”字形，表面涂有絕緣漆或者用絕緣材料包裹；所述第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片固定連接后，形狀呈“十字”型，第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片的四個(gè)腳架末端分別與外部電路相連接。將檢測組件插入移動(dòng)組件的空隙中，然后將移動(dòng)組件和檢測組件一起裝入殼體中，將檢測組件的左端與殼體的左側(cè)面固定連接，將檢測組件的右端與殼體的右側(cè)面固定連接；將檢測組件的前端與殼體的前側(cè)面固定連接；將檢測組件的后端與殼體的后側(cè)面固定連接；在第一永久磁體的上表面和第二永久磁體的下表面分別注射磁性液體，使得移動(dòng)組件懸浮在殼體中。第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片的材料優(yōu)選銅、金、銀或者鋁，其厚度不應(yīng)太薄，否則熱損耗太大，通常大于0.5mm,同時(shí)也不應(yīng)太厚，否則使得第一永久磁體和第二永久磁體之間的空隙過大，從而無法提供均勻磁場，使得信號線性度不強(qiáng)，因此通常選擇小于1.5_。第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片也可以分隔開，從而不形成“十字”型，即，分別將一端獨(dú)立安裝在殼體上，而另一端懸空。但是由于感應(yīng)片自身重力的影響，會產(chǎn)生一定的撓度，使其發(fā)生彎曲，從而容易與第一永久磁體或第二永久磁體發(fā)生剮蹭，影響測量精度。因此，優(yōu)選將四個(gè)感應(yīng)片固定連接并形成“十字”型。根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢，E = d (BS) /dt = Blv (B第一永久磁體和第二永久磁體之間的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為第一感應(yīng)片或者第二、三、四感應(yīng)片在磁場中的面積，I為第一感應(yīng)片或者第二、三、四感應(yīng)片的寬度，V為第一永久磁體和第二永久磁體的運(yùn)動(dòng)速度)，當(dāng)外界有振動(dòng)時(shí)，第一、二、三、四感應(yīng)片與第一永久磁體和第二永久磁體之間產(chǎn)生相對速度，從而會在殼體左、右壁面和前、后壁面的輸出端產(chǎn)生電動(dòng)勢E1、E2和E3、E4，通過檢測E1、E2和E3、E4的大小便可以檢測到速度信號，而第一、二、三、四感應(yīng)片固定連接后為“十字”型，則可以確保輸出電壓信號與速度信號之間的線性關(guān)系。由于對速度進(jìn)行積分，則可以得到位移的信號，對速度進(jìn)行微分則可以得到加速度信號，因此該慣性傳感器可以對速度、位移和加速度信號進(jìn)行檢測。
[0008]所述殼體頂部為一個(gè)錐形結(jié)構(gòu)，錐形角的大小為60?175°，底部為一個(gè)圓柱型槽，在圓柱型槽的左側(cè)壁面加工有兩個(gè)通孔Cl和dl，在圓柱型槽的右側(cè)壁面加工有兩個(gè)通孔al和bl，在圓柱型槽的前側(cè)壁面加工有兩個(gè)通孔c和d，在圓柱型槽的后側(cè)壁面加工有兩個(gè)通孔a和b，將第一感應(yīng)片、第二感應(yīng)片、第三感應(yīng)片、第四感應(yīng)片的八個(gè)腳架末端分別穿入殼體壁面的四個(gè)通孔中，殼體的材料為絕緣性能良好的非導(dǎo)磁性材料。所述墊片為絕緣性能良好的非導(dǎo)磁性材料，厚度大于感應(yīng)片的厚度。殼體的錐形結(jié)構(gòu)給由墊片、第一永久磁體和第二永久磁體構(gòu)成的移動(dòng)組件提供了一個(gè)定心力，使其在無外部振動(dòng)的狀態(tài)下能夠穩(wěn)定懸浮于殼體正中心。為防止短路或者信號干擾，磁性液體、殼體和墊片必須具有絕緣性能，因此，要求磁性液體的基載液必須具有絕緣性能，而且磁性顆粒也必須為氧化鐵結(jié)構(gòu)，而為了防止對第一永久磁體和第二永久磁體的磁場產(chǎn)生干擾，殼體和墊片還必須為非磁性材料。由于第一永久磁體和第二永久磁體依靠磁性液體的二階懸浮力進(jìn)行懸浮，因此在安裝前應(yīng)該測試移動(dòng)組件的懸浮高度，再進(jìn)行加工殼體壁面的孔a、b、c、d和al、bl、Cl、dl，確保第一、二、三、四感應(yīng)片能夠安放在第一永久磁體和第二永久磁體之間的空隙中，并且不發(fā)生刮蹭?？譨、b、c、d和al、bl、Cl、dl不僅為了固定第一、二、三、四感應(yīng)片，同時(shí)還提供了第一、二、三、四感應(yīng)片與外界電路的連接通道。
[0009]本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的優(yōu)異效果:(I)利用感應(yīng)電動(dòng)勢的原理，通過磁通量在感應(yīng)片之間的變化，從而檢測到速度信號，從而使傳感器具有極其高的線性度，此夕卜，由于輸出信號取決于感應(yīng)片速度，因此使得傳感器在靜止?fàn)顟B(tài)下輸出始終為零，不存在零點(diǎn)殘余電壓；(2)殼體頂部的錐形夾角為傳感器提供回復(fù)力，使其在靜止情況下能夠處于殼體正中心；(3)通過墊片將第一永久磁體和第二永久磁體隔開，產(chǎn)生了一個(gè)均勾磁場，將第一、二、三、四感應(yīng)片安裝在該間隙內(nèi)檢測信號，極大的提高了傳感器的線性度