磁流體複合物重力梯度儀的製作方法

2023-05-28 16:41:51 1

磁流體複合物重力梯度儀的製作方法
【專利摘要】一種磁流體複合物重力梯度儀，在外殼體內同軸的設置有內壁形成有三個階段的階梯孔的內殼體，內殼體內有相互對接的下中心定位件和上中心定位件，其與外殼體和內殼體同軸並與敏感軸重合，內殼體底部嵌入有下永磁體和下永磁體固定件，內殼體的中部嵌入有流體通道殼體，位於流體通道殼體內的下中心定位件和上中心定位件的外側套有中部永磁體，流體通道殼體的上埠蓋有流體通道端蓋，內殼體的上埠蓋有殼體端蓋，內殼體端蓋內嵌入上永磁體和上永磁體固定件，內殼體的側壁上插有四個內電極，外殼體端蓋上設置有四個外電極，流體通道殼體內設置有由金屬材料構成的懸浮件和微位移傳感器。本發明體積小、可靠性、強度高、壽命長，可以在強衝擊等極其惡劣的環境下穩定工作。
【專利說明】磁流體複合物重力梯度儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種重力梯度儀。特別是涉及一種利用了磁流體複合物獨特的電磁屬性和機械流變特點的磁流體複合物重力梯度儀。
【背景技術】
[0002]地球系統物質分布及其運移的豐富信息全都包含於地球時變和空變重力場中，這是各種環境變化導致地球動力學特徵最基本、最直接和最重要的物理量之一。在一個直線加速度場中通過測量兩點間的加速度之差來測量重力的變化，即重力梯度。通過對重力梯度的空間積分就可以還原重力場。相對於直接測量重力的手段，能夠大大提高其空間解析度。
[0003]在慣性導航中，為了區分載體運動的慣性加速度和重力加速度，慣性導航儀器必須有重力場的數學模型。然而現有系統僅是利用簡單橢球模型來描述重力場，局部地區會有部分誤差。重力梯度儀已成為人類社會不可缺少的部分。它不但在地球物理、地質科學、海洋學等科學研究方面開拓了新視野，而且為現代地球科學解決人類面臨的資源、環境和災害等緊迫課題提供重要的基礎信息，同時在資源勘探、導航和定位、國防建設和軍事應用等領域發揮不可替代的作用。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠減少慣性導航系統的測量誤差，具有高精度、低成本、長壽命和體積小特點的磁流體複合物重力梯度儀。
[0005]本發明所採用的技術方案是:一種磁流體複合物重力梯度儀，包括有外殼體和蓋在外殼體上埠上的外殼體端蓋，所述的外殼體內同軸的設置有內壁形成有三個階段的階梯孔的內殼體，所述的內殼體內由底面至上設置有相互對接的下中心定位件和上中心定位件，所述的下中心定位件和上中心定位件與所外殼體和內殼體同軸並與敏感軸重合，所述的內殼體的底部階梯孔內嵌入有套在下中心定位件外側的下永磁體和位於下永磁體上面且套在下中心定位件外側的下永磁體固定件，所述的內殼體的中部階梯孔內嵌入有流體通道殼體，所述流體通道殼體的底面套在下中心定位件外側，位於所述的流體通道殼體內的下中心定位件和上中心定位件的外側套有中部永磁體，所述的流體通道殼體的上埠蓋有套在所述的上中心定位件的外側並能夠固定所述中部永磁體和密封流體通道殼體的流體通道端蓋，所述的內殼體的上埠階梯孔內嵌入有能夠固定上中心定位件的內殼體端蓋，所述的內殼體端蓋的內部嵌入有套在上中心定位件外側的上永磁體，以及位於上永磁體和流體通道端蓋之間的上永磁體固定件，所述的內殼體的側壁上從上埠等間隔的插有四個內電極，所述的四個內電極的底端連接徑向插入內殼體側壁內的電極銷，所述的外殼體端蓋上設置有四個外電極，所述的流體通道殼體內設置有由金屬材料構成的懸浮件和微位移傳感器。
[0006]所述的外殼體度部設置有用於與載體固定連接的外殼體螺紋孔。[0007]所述的外殼體端蓋與所述的內殼體端蓋之間形成有分別連接所述的四個內電極、四個外電極和微位移傳感器的電路板安裝腔。
[0008]所述的流體通道殼體內設置有四個懸浮件，每相鄰兩個懸浮件之間設置有一個微位移傳感器，每相鄰的懸浮件和微位移傳感器之間設置有絕緣層，所述的流體通道殼體內填充有磁流體複合物。
[0009]所述的磁流體複合物是由半徑為100~5000nm的非磁性固體顆粒構成的複合膠體溶液。
[0010]所述的流體通道殼體的側壁上形成有用於插入微位移傳感器的插入孔。
[0011]所述的下永磁體和上永磁體是用於提供軸向磁場使懸浮件在磁流體複合物中懸浮的環形永磁體,所述的下永磁體和上永磁體的軸線與敏感軸重合,其中,所述的下永磁體與所述的下中心定位件為間隙配合，所述的上永磁體與所述的上中心定位件為間隙配合。
[0012]所述的中部永磁體是用於定位懸浮件中心位置的空心圓柱體,所述中部永磁體的軸線與上中心定位件和下中心定位件的中軸線重合。
[0013]所述的上永磁體固定件與內殼體端蓋為過盈配合，與上中心定位件為間隙配合，所述的下永磁體固定件與流體通道殼體為過盈配合，與下中心定位件為間隙配合。
[0014]所述的內殼體端蓋與所述的內殼體為螺紋連接，所述的流體通道端蓋與所述的流體通道殼體為螺紋連接。
[0015]本發明的磁流體複合物重力梯度儀，具有如下有益效果:
[0016]1、本發明結構新穎，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；
[0017]2、本發明中採用的環形流體通道結構極大降低了對振動加速度和交軸角速度的敏感，因此可以在強衝擊等極其惡劣的環境下穩定工作；
[0018]3、本發明具有高精度、小型化、低成本的特點，同時還具有較好的移植性，適合於衛星、飛機等應用場合。
[0019]4、本發明體積可以做到mm量級就可以得到足夠的輸出，因此本發明可以做到小體積、小重量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明的磁流體複合物重力梯度儀的主視圖；
[0021]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0022]圖3是本發明重要部件的分解結構示意圖。
[0023]圖中
[0024]1:敏感軸2:外電極
[0025]3:電路板安裝腔 4:緊固螺釘
[0026]5:上永磁體固定件 6:上中心定位件
[0027]7:內殼體8:內電極
[0028]9:下流體通道10:中部永磁體
[0029]11:流體通道殼體 12:外殼體螺紋孔
[0030]13:下中心定位件 14:下永磁體[0031]15:下永磁體固定件16:電極銷
[0032]17:外殼體18:微位移傳感器
[0033]19:上流體通道20:流體通道端蓋
[0034]21:內殼體端蓋22:上永磁體
[0035]23:外殼體端蓋24:絕緣層
[0036]25:懸浮件26:插入孔
【具體實施方式】
[0037]下面結合實施例和附圖對本發明的磁流體複合物重力梯度儀做出詳細說明。
[0038]如圖1、圖3所示，本發明的磁流體複合物重力梯度儀，包括有外殼體17和蓋在外殼體17上埠上的外殼體端蓋23，所述的外殼體17底部設置有用於與載體固定連接的外殼體螺紋孔12。所述的外殼體17內同軸的設置有內壁形成有三個階段的階梯孔的內殼體7，所述的內殼體7內由底面至上設置有相互對接的下中心定位件13和上中心定位件6，所述的下中心定位件13和上中心定位件6與所外殼體17和內殼體7同軸並與敏感軸I重合，所述的內殼體7的底部階梯孔內嵌入有套在下中心定位件13外側的下永磁體14和位於下永磁體14上面且套在下中心定位件13外側的下永磁體固定件15，所述的內殼體7的中部階梯孔內嵌入有流體通道殼體11，所述流體通道殼體11的底面套在下中心定位件13外側，位於所述的流體通道殼體11內的下中心定位件13和上中心定位件6的外側套有中部永磁體10，所述的流體通道殼體11的上埠蓋有套在所述的上中心定位件6的外側並能夠固定所述中部永磁體10和密封流體通道殼體11的流體通道端蓋20，所述的流體通道端蓋20與所述的流體通道殼體11為螺紋連接。所述的內殼體7的上埠階梯孔內嵌入有能夠固定上中心定位件6的內殼體端蓋21，所述的內殼體端蓋21與所述的內殼體7為螺紋連接，所述的內殼體端蓋21的內部嵌入有套在上中心定位件6外側的上永磁體22，以及位於上永磁體22和流體通道端蓋20之間的上永磁體固定件5，所述的內殼體7的側壁上從上埠等間隔的插有四個內電極8，所述的四個內電極8的底端連接徑向插入內殼體7側壁內的電極銷16，所述的外殼體端蓋23上設置有四個外電極2，所述的流體通道殼體11內設置有由金屬材料構成的懸浮件25和微位移傳感器18。
[0039]所述的外殼體端蓋23與所述的內殼體端蓋21之間形成有分別連接所述的四個內電極8、四個外電極2和微位移傳感器18的電路板安裝腔3。
[0040]如圖1、圖2、圖3所示，所述的流體通道殼體11內設置有四個懸浮件25，每相鄰兩個懸浮件25之間設置有一個微位移傳感器18,每相鄰的懸浮件25和微位移傳感器18之間設置有絕緣層24，所述的流體通道殼體11內填充有磁流體複合物。所述的磁流體複合物是由半徑為100~5000nm的非磁性固體顆粒構成的複合膠體溶液。所述的流體通道殼體11的側壁上形成有用於插入微位移傳感器18的插入孔26。
[0041]所述的絕緣層24分別與微位移傳感器18、懸浮件25通過環氧樹脂粘連。絕緣層24材料應選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，作為一種優選實施方式選用聚碳酸酯。微位移傳感器18可以為電容式、電感式和光纖式等，作為一種優選實施方式選用電容式。
[0042]懸浮件25應選用金屬非磁性材料，作為一種優選實施方式選用鋁。通過下永磁體14和上永磁體22提供的軸向磁場，以及流體通道腔中磁流體複合物的作用，產生一階懸浮效應，懸浮件25在流體通道腔內懸浮於磁流體複合物中。上中心定位件6、下中心定位件13和永磁體10起到中心定位懸浮件25的作用。
[0043]所述的下永磁體14和上永磁體22是用於提供軸向磁場使懸浮件25在磁流體複合物中懸浮的環形永磁體,所述的下永磁體14和上永磁體22的軸線與敏感軸I重合,其中，所述的下永磁體14與所述的下中心定位件13為間隙配合，所述的上永磁體22與所述的上中心定位件6為間隙配合。所述的中部永磁體10是用於定位懸浮件25中心位置的空心圓柱體，所述中部永磁體10的軸線與上中心定位件6和下中心定位件13的中軸線重合。
[0044]所述的上永磁體固定件5和所述的永磁體固定件15選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，其中所述的上永磁體固定件5與內殼體端蓋21為過盈配合，與上中心定位件6為間隙配合,所述的永磁體固定件15與流體通道殼體11為過盈配合,與下中心定位件13為間隙配合。
[0045]在上述的結構中，外殼體17外形為圓柱體，其材料應選用具有高飽和磁通密度的金屬材料，可選擇鐵鈷合金或鐵鎳合金，避免殼體內部受到外界電磁幹擾影響，配合中部永磁體10、下永磁體14和上永磁體22構成閉合磁路。外殼體底部形成的外殼體螺紋孔12，方便將磁流體複合物重力梯度儀固定在被測載體上，其對稱軸與敏感軸I重合。
[0046]內殼體7外形為圓柱體，材料應選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，作為一種優選實施方式選用聚碳酸酯。
[0047]流體通道殼體11外形為圓柱體，材料應選用耐腐蝕絕緣材料,作為一種優選實施方式選用環氧樹脂。
[0048]下永磁體14置於內殼體7的底部,其材料應選用可以提供強磁場的永磁材料,作為一種優選實施方式選用釹鐵硼。下永磁體14的形狀為環形，其軸線與敏感軸I重合，上下分別由下永磁體固定件15和流體通道殼體11定位。
[0049]上永磁體22材料應選用可以提供強磁場的永磁材料,作為一種優選實施方式選用釹鐵硼。上永磁體22的形狀為環形，其軸線與敏感軸I重合，上下分別由流體通道端蓋20和永上磁體固定件5定位。
[0050]中部永磁體10介於流體通道殼體11和流體通道端蓋20之間，其材料應選用可以提供強磁場的永磁材料，作為一種優選實施方式選用釹鐵硼。永磁體10外形為空心圓柱體，其中軸線與上中心定位件6、下中心定位件13的中軸線重合，上下分別由流體通道端蓋20和流體通道殼體11定位。
[0051]上永磁體固定件5介於上永磁體22和流體通道端蓋10之間，為固定上永磁體22，與內殼體端蓋21過盈配合,與上中心定位件6間隙配合。通過與上中心定位件6軸肩的緊壓，定位上中心定位件6的位置。其材料應選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，作為一種優選實施方式選用聚碳酸酯。
[0052]下永磁體固定件15介於下永磁體14和流體通道殼體11之間，為固定下永磁體14，與流體通道殼體11過盈配合，與下中心定位件13間隙配合。通過與下中心定位件13軸肩的緊壓，定位下中心定位件13的位置。材料應選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，作為一種優選實施方式選用聚碳酸酯。
[0053]外殼體端蓋23與外殼體17通過螺釘4連接，完成整個裝置的密封。其材料應選用具有高飽和磁通密度的金屬材料，可選擇鐵鈷合金或鐵鎳合金，避免殼體內部受到外界電磁幹擾影響。外殼體端蓋內設電極孔，以供採集信號的外電極2與外接電路相連。
[0054]電路板安裝腔3由外殼體端蓋23、外殼體17、內殼體端蓋21和內殼體7圍成，電極銷16和內電極8經由腔中的內部處理電路(圖中未畫出)前級處理,再通過與外電極2相連進行輸出。電路板安裝腔中對電路進行固定，還需進行隔振處理。
[0055]內殼體端蓋21緊壓在內殼體7的上孔肩上，並與內殼體7的材料相同。
[0056]流體通道端蓋20緊壓在流體通道殼體11的上孔肩上，並與流體通道殼體11的內螺紋配合完成流體通道腔的密封。流體通道端蓋20與流體通道殼體11的材料相同。
[0057]上中心定位件6和下中心定位件13的材料應選用抗衝擊、高硬度且化學性質穩定的絕緣材料，作為一種優選實施方式選用聚碳酸酯。
[0058]本發明的磁流體複合物重力梯度儀的工作原理如下:
[0059]在下永磁體14、上永磁體22產生的磁場作用下，在磁流體複合物中的懸浮件25由於磁流體的一階懸浮效應懸浮於上流體通道19和下流體通道9中，並中部由永磁體10和上中心定位件6、下中心定位件13對其進行中心定位。懸浮件25受到上、下永磁體所產生的磁場影響，由於磁流體一階懸浮效應的作用，懸浮於流體通道腔內的磁流體複合物中。懸浮件作為基本敏感元件可分成4個扇形部分，兩兩間產生4個等距的空隙。當重力梯度變化時，各部分產生微小移動，四個扇形塊將會出現極快的微移動，電容微位移傳感器產生差動信號，感應產生電流，通過微位移傳感器18並經過電極銷16和內電極8與電路板安裝腔3內的電路板相連，最後經由外電極2進行輸出，測量出的量即為重力場梯度的徑向部分。
【權利要求】
1.一種磁流體複合物重力梯度儀，包括有外殼體(17)和蓋在外殼體(17)上埠上的外殼體端蓋(23)，其特徵在於，所述的外殼體(17)內同軸的設置有內壁形成有三個階段的階梯孔的內殼體(7)，所述的內殼體(7)內由底面至上設置有相互對接的下中心定位件(13)和上中心定位件(6),所述的下中心定位件(13)和上中心定位件(6)與所述外殼體(17 )和內殼體(7 )同軸並與敏感軸(I)重合，所述的內殼體(7 )的底部階梯孔內嵌入有套在下中心定位件(13 )外側的下永磁體(14 )和位於下永磁體(14 )上面且套在下中心定位件(13)外側的下永磁體固定件(15)，所述的內殼體(7)的中部階梯孔內嵌入有流體通道殼體(11)，所述流體通道殼體(11)的底面套在下中心定位件(13)外側，位於所述的流體通道殼體(11)內的下中心定位件(13 )和上中心定位件(6 )的外側套有中部永磁體(10 )，所述的流體通道殼體(11)的上埠蓋有套在所述的上中心定位件(6)的外側並能夠固定所述中部永磁體(10)和密封流體通道殼體(11)的流體通道端蓋(20)，所述的內殼體(7)的上埠階梯孔內嵌入有能夠固定上中心定位件(6 )的內殼體端蓋(21),所述的內殼體端蓋(21)的內部嵌入有套在上中心定位件(6)外側的上永磁體(22)，以及位於上永磁體(22)和流體通道端蓋(20 )之間的上永磁體固定件(5 )，所述的內殼體(7 )的側壁上從上埠等間隔的插有四個內電極(8)，所述的四個內電極(8)的底端連接徑向插入內殼體(7M則壁內的電極銷(16)，所述的外殼體端蓋(23)上設置有四個外電極(2)，所述的流體通道殼體(11)內設置有由金屬材料構成的懸浮件(25)和微位移傳感器(18)。
2.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的外殼體(17)度部設置有用於與載體固定連接的外殼體螺紋孔(12)。
3.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的外殼體端蓋(23)與所述的內殼體端蓋(21)之間形成有分別連接所述的四個內電極(8)、四個外電極(2)和微位移傳感器(18)的電路板安裝腔(3)。
4.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的流體通道殼體(11)內設置有四個懸浮件(25)，每相鄰兩個懸浮件(25)之間設置有一個微位移傳感器(18)，每相鄰的懸浮件(25)和微位移傳感器(18)之間設置有絕緣層(24)，所述的流體通道殼體(11)內填充有磁流體複合物。
5.根據權利要求4所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的磁流體複合物是由半徑為100~5000nm的非磁性固體顆粒構成的複合膠體溶液。
6.根據權利要求4所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的流體通道殼體(11)的側壁上形成有用於插入微位移傳感器(18)的插入孔(26)。
7.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的下永磁體(14)和上永磁體(22)是用於提供軸向磁場使懸浮件(25)在磁流體複合物中懸浮的環形永磁體，所述的下永磁體(14)和上永磁體(22)的軸線與敏感軸(I)重合，其中，所述的下永磁體(14)與所述的下中心定位件(13)為間隙配合，所述的上永磁體(22)與所述的上中心定位件(6)為間隙配合。
8.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的中部永磁體(10)是用於定位懸浮件(25)中心位置的空心圓柱體，所述中部永磁體(10)的軸線與上中心定位件(6 )和下中心定位件(13 )的中軸線重合。
9.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的上永磁體固定件(5)與內殼體端蓋(21)為過盈配合，與上中心定位件(6)為間隙配合，所述的下永磁體固定件(15)與流體通道殼體(11)為過盈配合，與下中心定位件(13)為間隙配合。
10.根據權利要求1所述的磁流體複合物重力梯度儀，其特徵在於，所述的內殼體端蓋(21)與所述的內殼體(7)為螺紋連接，所述的流體通道端蓋(20)與所述的流體通道殼體(11)為螺紋 連接。
【文檔編號】G01V7/00GK103760616SQ201410033994
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月24日 優先權日:2014年1月24日
【發明者】李醒飛, 徐夢潔, 梁思夏, 王麗萍, 張少強 申請人:天津大學