基於磁流變體智能傳感技術的磁流變(液)阻尼器健康在線自診斷檢測方法與裝置的製作方法
2023-12-02 22:39:56
專利名稱：基於磁流變體智能傳感技術的磁流變(液)阻尼器健康在線自診斷檢測方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於磁流變(液)應用技術領域，具體涉及磁流變(液)阻尼器的可靠性和安全性檢測，尤其能識別磁流變液阻尼器安全和危險狀態的健康在線自診斷檢測方法及
>J-U ρ α 裝直。
背景技術：
磁流變液阻尼器是以磁流變液作為工作介質的阻尼器，具有結構簡單、能耗低、提供阻尼力大、阻尼力可調範圍寬等特點。在航空、汽車、橋梁土木工程結構的振動控制方面具有廣闊的發展前景(李忠獻，吳林林，徐龍河等.[J].磁流變阻尼器的構造設計及其阻尼力性能的試驗研究，2003，23 (I) :128-132.)。但磁流變液的抗沉降性差(孔亞男，張進秋，張建.[J]. 一種改進型的磁流變液製備工藝研究.2010 (7) :87-89)。目前的磁流變液阻尼器，其使用的磁流變液的抗沉降性能已有很大提高，也設計出了一些結構複雜的阻尼器來減少磁流變液磁性顆粒的沉降(趙曉文，侯忠明，杜彥亭.[J].多自由度磁流變阻尼器設計及其阻尼特性研究.2009，26 (12) :16-19)。但磁流變液的磁性顆粒沉降問題並沒有從根本上得到解決，並且隨著磁流變液阻尼器的長時間使用，磁流變液的磁性顆粒也會磨損，從而使阻尼器的阻尼力變小。普通的阻尼器在使用過程中無法判斷其可靠性，嚴重危及人們的生命財產安全。傳統用超聲波傳感器來檢測磁流變液阻尼器的運行狀態，是非實時性檢測，結構比較複雜，成本較高(溫洪昌，廖昌榮，劉會兵等.[J].基於超聲波傳感的磁流變阻尼器運行狀態識別.2009 (7) :84-86)。目前，磁流變液阻尼器健康狀況的診斷很少報導報導。因此，磁流變液阻尼器健康檢測的在線檢測研究具有非常重要的價值。
發明內容
為了克服在先技術中存在的上述問題，根據磁流變液的電阻特性，本發明提出一種在線自診斷檢測磁流變液阻尼器健康的方法及裝置。利用在磁流變液阻尼器內容易沉積磁性顆粒的地方預設數個電極，通過測兩電極間的電阻值，從而判斷阻尼器內電極處有無磁性顆粒沉積及沉積的多少，以此來識別阻尼器健康狀態。本發明原理如下磁流變液內磁性顆粒的濃度越大,其電阻率越小。當磁性顆粒在底部沉澱時，其沉積部分的電阻率呈數量級減小。通過測量各預設電極間的電阻來判斷阻尼器內某個區域磁流變液是否有磁性顆粒沉積以及顆粒的磨損情況，以此來判斷該阻尼器的健康狀態。本發明提出的檢測方法如下本發明採用電容充放電方法來精確檢測高阻值電阻。其實現過程如圖I所示，當開關S與觸點I相連接時，電路通過待測磁流變液電阻Rx向電容C充電，電容C兩端電壓達到非門閾值電壓時非門被觸發，經過與門後將產生一脈衝(從電容充電開始到門電路被觸髮結束的脈衝)。當充電激勵脈衝高電平結束後，開關S與觸點2相接觸，此時電容C與磁流變液電阻Rx構成放電迴路。與門電路產生的脈衝寬度將與待測磁流變液電阻Rx有如下關係
權利要求
1.一種磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測方法與裝置，該裝置包括阻尼器內置磁流變液電阻電極、矩形信號發生電路、阻抗電平轉換電路、數值運算部分、顯示部分組成。
所述磁流變液電阻電極由金屬電極和絕緣介質組成，在絕緣介質上嵌入兩個電極，將兩電極用導線引線到阻尼器外面，其中兩電極之間充滿磁流變液，從而製成磁流變液電阻特性測試裝置。
所述矩形信號發生電路可用單片機和嵌入式晶片或者定時器製作。
所述阻抗電平轉換電路可用分立元件搭建，用電阻、電容、三極體、邏輯門電路、運放組成。其原理是設計個充放電迴路。利用矩形脈衝通過待測磁流變液電阻給電容充電，將待測電阻值轉換成電容的充電時間，並用邏輯門電路將電容的充電時間變換成高電平輸出。
所述數值運算部分可用單片機和嵌入式晶片製作，用以計算阻抗電平轉換電路輸出高電平脈衝的寬度，用電容的充放電公式計算磁流變液的電阻值，並以此對阻尼器的健康狀 況做出判斷。
所述顯示部分包括電路部分和顯示器件，電路部分單片機和嵌入式晶片製作，顯示器件採用數碼管或液晶。
2.根據權利要求I所述的檢測裝置，其特徵為所述變液電阻電極由金屬電極和絕緣介質組成。在絕緣介質上嵌入兩個電極，將其嵌入阻尼器底部和壁上，阻尼器內部的磁流變液與金屬電極一起構成磁流變液電阻。在阻尼器上開一小孔，將兩電極用導線通過阻尼器的小孔引線到阻尼器外面，用於檢測內部磁流變液電阻。
3.根據權利要求I所述的檢測裝置，其特徵為所述矩形信號發生電路用單片機和嵌入式晶片或者定時器製作，該電路用於產生脈寬可調的矩形脈衝信號電壓，為磁流變液電阻提供穩定的充電電壓。
4.根據權利要求2所述的檢測裝置，其特徵為所述絕緣介質用陶瓷製作，將其做成梯形，以便固定卡在阻尼器內。阻尼器內與陶瓷接觸部分鍍上厚度為毫米量級的金屬鋁，絕緣介質卡在阻尼器內，並採用過盈耦合。
5.利用權力要求I所述的磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測方法，該方法包括以下步驟 (1)建立磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測系統，該系統由阻尼器內置磁流變液電阻電極、矩形信號發生電路、阻抗電平轉換電路、數值運算部分、顯示部分五部分組成。
(2)磁流變液電阻由嵌入阻尼器內部金屬電極和內部磁流變液組成。在絕緣介質上嵌入兩個電極，將其嵌入阻尼器底部和壁上，阻尼器內部的磁流變液與金屬電極一起構成磁流變液電阻。在阻尼器上開一小孔，將電極用導線通過阻尼器的小孔引線到阻尼器外面，用於檢測內部磁流變液電阻。
(3)用矩形信號發生電路產生矩形波通過磁流變液電阻給電容充電，且矩形信號發生電路產生矩形波頻率和佔空比可調。
(4)阻抗電平轉換電路將電容的充電時間轉換成高電平脈衝輸出。
(5)數值運算部分用定時器來計算阻抗電平轉換電路輸出高脈衝的寬度。
根據電容的充放電公式計算出磁流變液的電阻值。
(6)用單片機I/O口定時輸出信號循環選通每個磁流變液電阻接入充放電回 路，對阻尼器內部不同區域進行檢測，並用液晶實時顯示阻尼器的健康狀態。
6.所述在線自診斷方法所用的技術是基於磁流變液電阻特性的磁流體智能傳感技術。
7.所述裝置其特性在於設計出一種新的自診斷磁流變液阻尼器。
全文摘要
根據磁流變液的電阻特性，本發明提出一種新的磁流變液傳感技術及其在線自診斷檢測磁流變液阻尼器健康的方法與裝置。利用在阻尼器內部容易沉積磁性顆粒的地方預設數個電極，通過測兩電極間的電阻值，從而判斷阻尼器內電極處有無磁性顆粒沉積及沉積的多少，以此來診斷阻尼器健康狀況。本發明可實現磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測，並判斷其健康狀態。同時可以評估磁流變液的抗沉降能力，估計阻尼器的使用壽命。具有在線自診斷、體積小、結構簡單、成本低廉、工作可靠性高的優點。是一種在線自診斷磁流變液阻尼器健康狀況的新方法。
文檔編號G01R27/22GK102654538SQ201110050638
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者何國田, 冉迎春, 劉雲傑, 張德勝, 戴鵬飛, 曾毅, 李明, 王松, 谷明信, 馬燕 申請人:重慶師範大學