適用於0-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺的製作方法

2023-06-07 21:24:51 1

適用於0-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺的製作方法
【專利摘要】一種適用於0-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，包括有金屬殼體和用於封蓋金屬殼體上埠的端蓋，金屬殼體內由下至上依次設置有下永磁體蓋、外圓套筒和上永磁體蓋，下永磁體蓋內嵌入有下永磁體，外圓套筒內側套有內圓套筒，外圓套筒的下端設置有下墊圈和導電墊圈，外圓套筒的上埠設置有上墊圈，上永磁體蓋內嵌入有上永磁體，外圓套筒的外側壁上對稱的嵌入有兩個永磁體，由各部件形成有相互連通的上環形通道、下環形通道、第一上升通道、第二上升通道和回流通道，外圓套筒的筒壁上分別插入有上端伸出端蓋的第一輸出電極、第二輸出電極、第一正電極、第二正電極、第一負電極和第二負電極。本實用新型能夠改善其低頻特性，使得磁流體陀螺應用範圍更加廣泛。
【專利說明】適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種磁流體陀螺。特別是涉及一種適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺。
【背景技術】
[0002]陀螺儀作為角速度的敏感元件，被廣泛應用於航空、航天和航海領域，特別是在軍事領域發揮著極其重要的作用。傳統陀螺儀由於設計機理以及工作原理的限制，在高頻帶時特性不理想。而磁流體陀螺擁有優良的高頻特性。但結構簡單的磁流體陀螺存在低頻特性不夠理想的問題，而這一弊端限制了它的應用前景。

【發明內容】

[0003]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種改善了磁流體陀螺低頻特性的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺。
[0004]本實用新型所採用的技術方案是:一種適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，包括有金屬殼體和用於封蓋所述金屬殼體上埠的端蓋，所述的金屬殼體內由下至上依次設置有由絕緣材料構成的下永磁體蓋、由絕緣材料構成的外圓套筒和由絕緣材料構成的上永磁體蓋，其中，所述的下永磁體蓋內嵌入有下永磁體，外圓套筒內側套有由導電導磁材料構成的內圓套筒，所述的外圓套筒的下埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有卡在所述的內圓套筒下埠外壁內的下墊圈，所述的凹槽內還嵌入有連接在下永磁體蓋和所述的下墊圈之間的導電墊圈，所述的外圓套筒的上埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有與所述的上永磁體蓋相連的上墊圈，所述的上永磁體蓋內嵌入有上永磁體，所述的外圓套筒的外側壁上對稱的嵌入有兩個永磁體，所述的上永磁體蓋、下永磁體蓋、導電墊圈、下墊圈、上墊圈、外圓套筒和內圓套筒之間形成有相互連通的上環形通道、下環形通道、第一上升通道、第二上升通道和回流通道，所述的外圓套筒的筒壁上分別插入有上端伸出所述端蓋的第一輸出電極、第二輸出電極、第一正電極、第二正電極、第一負電極和第二負電極，所述的第一輸出電極的底端貫穿所述的導電墊圈與所述的下永磁體蓋接觸，所述第二輸出電極的底端連接徑向由外圓套筒中部插入到內圓套筒筒壁中部內的內電極銷，所述第二正電極的底端連接徑向插入外圓套筒筒壁中部的第二正電極銷，所述第一正電極的底端連接徑向插入外圓套筒筒壁中部的第一正電極銷，所述第一負電極的底端連接徑向插入外圓套筒筒壁中部的第一負電極銷，所述第二負電極的底端連接徑向插入外圓套筒筒壁中部的第二負電極銷。
[0005]所述的上環形通道形成在所述外圓套筒和內圓套筒的頂端，所述的下環形通道形成在所述外圓套筒和內圓套筒的底端，所述的第一上升通道和第二上升通道形狀相同均為弧片形結構相對稱的軸向形成在外圓套筒筒壁內且上端與所述的上環形通道連通，下端與所述的下環形通道連通，所述的回流通道形成在所述的內圓套筒的中心軸處，且上端與所述的上環形通道連通，下端與所述的下環形通道連通。[0006]所述的第一上升通道的兩個側邊分別對應連接第一正電極銷和第一負電極銷，所述的第二上升通道兩個側邊分別對應連接第二正電極銷和第二負電極銷。
[0007]所述的下墊圈上在與所述的第一上升通道和第二上升通道相對應處形成有對應的弧形開口，在與所述的第一輸出電極相對應處形成有能夠貫通第一輸出電極的通孔。
[0008]所述的上墊圈上形成有能夠分別貫穿第一輸出電極、第二輸出電極、第一正電極、第二正電極、第一負電極和第二負電極的通孔。
[0009]所述的下永磁體蓋形成有下部開口的凹槽，所述的下永磁體嵌入在所述的該凹槽內。
[0010]所述的上永磁體蓋形成有上部開口的凹槽，所述的上永磁體嵌入在所述的該凹槽內。
[0011]所述的端蓋通過螺釘固定在所述金屬殼體上埠上。
[0012]本實用新型的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，沒有固體移動部件，不存在機械磨損，因此具有高可靠性、高強度、長壽命的特點；採用的磁流體慄和回流管將上下層環形通道相連的結構，有效改善了結構簡單的磁流體陀螺的低頻特性，使得帶寬進一步擴大，拓展了磁流體陀螺的應用範圍。本實用新型不僅能夠保持結構簡單磁流體陀螺優良的高頻特性，而且能夠改善其低頻特性，使得磁流體陀螺應用範圍更加廣泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的磁流體陀螺主要部件的位置示意圖；
[0014]圖2是本實用新型的磁流體陀螺俯視圖；
[0015]圖3是圖2的A-A剖視圖；
[0016]圖4是圖2的B-B剖視圖；
[0017]圖5是本實用新型的磁流體陀螺中部徑向斷面的結構示意圖；
[0018]圖6是本實用新型中下墊圈的結構示意圖；
[0019]圖7a是本實用新型的幅頻曲線圖；
[0020]圖7b是本實用新型的相頻曲線圖。
[0021]圖中
[0022]1:上環形通道2:下環形通道
[0023]3:第一上升通道4:第二上升通道
[0024]5:回流通道6:上永磁體
[0025]7:下永磁體8、9:永磁體
[0026]10:第二正電極11:第一輸出電極
[0027]12:第一正電極13:第一負電極
[0028]14:第二輸出電極15:第二負電極
[0029]16:金屬殼體17:端蓋
[0030]18:通孔19:敏感軸
[0031]20:上永磁體蓋21:下永磁體蓋
[0032]22:導電墊圈23:下墊圈
[0033]24、、30、31、32:螺釘25:上墊圈[0034]26:第二正電極銷27:內圓套筒
[0035]28:外圓套筒29:內電極銷
[0036]33:第一正電極銷34:第一負電極銷
[0037]35:第二負電極銷36、37:弧形開口
【具體實施方式】
[0038]下面結合實施例和附圖對本實用新型的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺做出詳細說明。
[0039]圖1是本實用新型的磁流體陀螺主要部件的位置示意圖，也是本實用新型的工作原理圖。圖中描述了磁流體傳感器的上環形通道I和下環形通道2被兩個相對於環形軌道軸線對稱分布且互相平行的第一上升通道3和第二上升通道4以及一個與敏感軸19同軸的回流通道5連接起來。上永磁體6控制上環形通道1，提供垂直於上環形通道的磁場。下永磁體7控制下環形通道2，提供垂直於下環形通道的磁場。上永磁體6和下永磁體7的放置極性相反。永磁體8控制第一上升通道3，提供磁場使得磁流體在給定電壓時通過第一上升通道3從下環形軌道上升到上環形軌道。永磁體9控制第二上升通道4，提供磁場使得磁流體在給定電壓時通過第二上升通道4從下環形軌道上升到上環形軌道。磁流體通過回流通道5從上環形通道流入下環形通道。
[0040]如圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實用新型的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，包括有金屬殼體16和用於封蓋所述金屬殼體16上埠的端蓋17，所述金屬殼體16為導磁材料，其作用是隔離外界磁場，傳導內部磁場。所述的端蓋17通過螺釘24、30、31、32固定在所述金屬殼體16上埠上。金屬殼體16外形為圓柱體，其材料應選用具有高飽和磁通密度的軟磁材料，可選擇鐵鈷合金(尤其釩鐵鈷合金)或鐵鎳合金，這樣可以避免殼體內部傳感部分受到外界電磁幹擾影響，同`時又可以配合內部永磁體構成閉合磁路。端蓋17和金屬殼體16是同種材料。
[0041]所述的金屬殼體16內由下至上依次設置有由絕緣材料構成的下永磁體蓋21、由絕緣材料構成的外圓套筒28和由絕緣材料構成的上永磁體蓋20，其中，所述的下永磁體蓋21內嵌入有下永磁體7，外圓套筒28內側套有由導電導磁材料構成的內圓套筒27，所述的上永磁體蓋20內嵌入有上永磁體6，所述的下永磁體蓋21形成有下部開口的凹槽，所述的下永磁體7嵌入在所述的該凹槽內。所述的上永磁體蓋20形成有上部開口的凹槽，所述的上永磁體6嵌入在所述的該凹槽內。所述的外圓套筒28的外側壁上對稱的嵌入有兩個永磁體8、9。所述的內內圓套筒為導電導磁材料，其作用是傳導內部磁場，作為內電極的一部分。上永磁體6和下永磁體7與內圓套筒27同軸。上永磁體6、下永磁體7和兩個永磁體
8、9的材料選用可以提供強磁場的永磁鐵，可選擇釹鐵硼。
[0042]所述的外圓套筒28的下埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有卡在所述的內圓套筒27下埠外壁內的下墊圈23，所述的凹槽內還嵌入有連接在下永磁體蓋21和所述的下墊圈23之間的導電墊圈22，所述的導電墊圈22，作為下環形通道的外電極的一部分，如圖6所示，所述下墊圈23上在與所述的第一上升通道3和第二上升通道4相對應處形成有對應的弧形開口 36、37，在與所述的第一輸出電極11相對應處形成有能夠貫通第一輸出電極11的通孔18。[0043]所述的外圓套筒28的上埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有與所述的上永磁體蓋20相連的上墊圈25，所述的上墊圈25上形成有能夠分別貫穿第一輸出電極11、第二輸出電極14、第一正電極12、第二正電極15、第一負電極13和第二負電極10的通孔。
[0044]上墊圈25和下墊圈23為絕緣材料，其作用是防止各個電極間相互接觸或幹擾。
[0045]所述的上永磁體蓋20、下永磁體蓋21、外圓套筒28、導電墊圈22、下墊圈23、上墊圈25和內圓套筒27之間形成有相互連通的由上環形通道1、下環形通道2、第一上升通道
3、第二上升通道4和回流通道5構成的磁流體通道。所述的上環形通道I形成在所述外圓套筒28和內圓套筒27的頂端，所述的下環形通道2形成在所述外圓套筒28和內圓套筒27的底端，所述的第一上升通道3和第二上升通道4形狀相同均為弧片形結構相對稱的軸向形成在外圓套筒28筒壁內且上端與所述的上環形通道I連通，下端與所述的下環形通道2連通，所述的回流通道5形成在所述的內圓套筒27的中心軸處，且上端與所述的上環形通道I連通，下端與所述的下環形通道2連通。
[0046]所述的外圓套筒28的筒壁上分別插入有上端伸出所述端蓋17的第一輸出電極
11、第二輸出電極14、第一正電極12、第二正電極15、第一負電極13和第二負電極10，所述的第一輸出電極11的底端貫穿所述的導電墊圈22與所述的下永磁體蓋21接觸，所述第二輸出電極14的底端連接徑向由外圓套筒28中部插入到內圓套筒27筒壁中部內的內電極銷29，所述第二正電極15的底端連接徑向插入外圓套筒28筒壁中部的第二正電極銷35，所述第一正電極12的底端連接徑向插入外圓套筒28筒壁中部的第一正電極銷33，所述第一負電極13的底端連接徑向插入外圓套筒28筒壁中部的第一負電極銷34，所述第二負電極10的底端連接徑向插入外圓套筒28筒壁中部的第二負電極銷26。所述的第一上升通道3的兩個側邊分別對應連接第一正電極銷33和第一負電極銷34，所述的第二上升通道4兩個側邊分別對應連接第二正電極銷35和第二負電極銷26。
[0047]第一負電極13和第二負電極10接負電源，第一正電極12和第二正電極15接正電源。第一正電極12和第一負電極13給第一上升通道3提供電壓，第二正電極15和第二負電極10給第二上升通道4提供電壓。第一輸出電極11是測得環形通道外壁電壓的外電極，第二輸出電極14是測得環形通道內壁電壓的內電極。
[0048]本實用新型的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺的工作原理是基於磁流體動力學效應(MHD)具體如下:
[0049]當磁流體陀螺圍繞敏感軸19旋轉時，上環形通道I和下環形通道2內的環形導電流體由於慣性作用趨於保持靜止，所以上下層導電流體與轉動的磁流體環形軌道有相對角位移，這樣在上永磁體6和下永磁體7的磁場作用下，下環形通道中的導電流體中心與圓環壁之間會產生電勢差。上環形通道I和下環形通道2這兩層環形通道通過第一上升通道3、第二上升通道4和回流通道5連接，在第一上升通道3、第二上升通道4給定電壓以及永磁體8和永磁體9的磁場作用下，導電流體在下環形通道2上升到上環形通道I中。而上環形通道I中的導電流體可以通過回流通道5流入下環形通道2。這樣導電流體可以持續不斷地循環流通。永磁體8、第一上升通道3和第一上升通道3的正負電極構成一個磁流體慄，而永磁體9、第二上升通道4和第二上升通道4的正負電極構成另一個磁流體慄。當導電流體通過第一上升通道3和第一上升通道3上升到上環形通道I時，它相對於旋轉的環形通道徑向流入上環形通道1，會產生科裡奧利加速度分量，進而產生圓周方向的速度分量即線速度分量。同理，當導電流體通過回流管道5流入下環形通道2中時，由於磁流體慄的作用，導電流體也產生相對旋轉的環形通道徑向流動，故也會產生科裡奧利加速度分量並產生圓周方向的速度分量即線速度分量。在低頻轉動時，科裡奧利加速度分量會使產生圓周方向的速度即線速度從而可以通過下層環形通道的內外電極檢測到電勢差。而高頻轉動時，科裡奧利加速度分量產生的圓周方向的速度分量相對於實際陀螺轉動的圓周速度分量很小，即實際陀螺轉動的圓周速度分量佔主要地位。所以，本實用新型改善了結構簡單的磁流體陀螺的低頻特性。
[0050]在理想狀態下，磁流體陀螺前級傳感器傳遞函數為:
[0051]
【權利要求】
1.一種適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，包括有金屬殼體(16)和用於封蓋所述金屬殼體(16)上埠的端蓋(17)，其特徵在於，所述的金屬殼體(16)內由下至上依次設置有由絕緣材料構成的下永磁體蓋(21)、由絕緣材料構成的外圓套筒(28)和由絕緣材料構成的上永磁體蓋(20)，其中，所述的下永磁體蓋(21)內嵌入有下永磁體(7)，外圓套筒(28)內側套有由導電導磁材料構成的內圓套筒(27)，所述的外圓套筒(28)的下埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有卡在所述的內圓套筒(27)下埠外壁內的下墊圈(23)，所述的凹槽內還嵌入有連接在下永磁體蓋(21)和所述的下墊圈(23)之間的導電墊圈(22)，所述的外圓套筒(28)的上埠形成有凹槽，所述的凹槽內嵌入有與所述的上永磁體蓋(20)相連的上墊圈(25)，所述的上永磁體蓋(20)內嵌入有上永磁體(6)，所述的外圓套筒(28)的外側壁上對稱的嵌入有兩個永磁體(8、9)，所述的上永磁體蓋(20)、下永磁體蓋(21)、導電墊圈(22)、下墊圈(23)、上墊圈(25)、外圓套筒(28)和內圓套筒(27)之間形成有相互連通的上環形通道(I)、下環形通道(2)、第一上升通道(3)、第二上升通道(4)和回流通道(5)，所述的外圓套筒(28)的筒壁上分別插入有上端伸出所述端蓋(17)的第一輸出電極(11)、第二輸出電極(14)、第一正電極(12)、第二正電極(15)、第一負電極(13)和第二負電極(10)，所述的第一輸出電極(11)的底端貫穿所述的導電墊圈(22)與所述的下永磁體蓋(21)接觸，所述第二輸出電極(14)的底端連接徑向由外圓套筒(28)中部插入到內圓套筒(27)筒壁中部內的內電極銷(29)，所述第二正電極(15)的底端連接徑向插入外圓套筒(28)筒壁中部的第二正電極銷(35)，所述第一正電極(12)的底端連接徑向插入外圓套筒(28)筒壁中部的第一正電極銷(33)，所述第一負電極(13)的底端連接徑向插入外圓套筒(28)筒壁中部的第一負電極銷(34)，所述第二負電極(10)的底端連接徑向插入外圓套筒(28)筒壁中部的第 二負電極銷(26)。
2.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的上環形通道(I)形成在所述外圓套筒(28 )和內圓套筒(27 )的頂端，所述的下環形通道(2)形成在所述外圓套筒(28)和內圓套筒(27)的底端，所述的第一上升通道(3)和第二上升通道(4)形狀相同均為弧片形結構相對稱的軸向形成在外圓套筒(28)筒壁內且上端與所述的上環形通道(I)連通，下端與所述的下環形通道(2)連通，所述的回流通道(5)形成在所述的內圓套筒(27)的中心軸處，且上端與所述的上環形通道(I)連通，下端與所述的下環形通道(2)連通。
3.根據權利要求2所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的第一上升通道(3 )的兩個側邊分別對應連接第一正電極銷(33 )和第一負電極銷(34 )，所述的第二上升通道(4 )兩個側邊分別對應連接第二正電極銷(35 )和第二負電極銷(26 )。
4.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的下墊圈(23 )上在與所述的第一上升通道(3 )和第二上升通道(4 )相對應處形成有對應的弧形開口(36、37)，在與所述的第一輸出電極(11)相對應處形成有能夠貫通第一輸出電極(11)的通孔(18)。
5.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的上墊圈(25)上形成有能夠分別貫穿第一輸出電極(11)、第二輸出電極(14)、第一正電極(12)、第二正電極(15)、第一負電極(13)和第二負電極(10)的通孔。
6.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的下永磁體蓋(21)形成有下部開口的凹槽，所述的下永磁體(7)嵌入在所述的該凹槽內。
7.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的上永磁體蓋(20)形成有上部開口的凹槽，所述的上永磁體(6)嵌入在所述的該凹槽內。
8.根據權利要求1所述的適用於O-1KHz輸入信號測量的磁流體陀螺，其特徵在於，所述的端蓋(17)通過 螺釘(24、30、31、32 )固定在所述金屬殼體(16 )上埠上。
【文檔編號】G01C19/56GK203605947SQ201320733855
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】李醒飛, 徐夢潔, 於翔, 梁思夏, 王麗萍 申請人:天津大學