準二維磁性流體加速度傳感器的製作方法

2023-11-05 00:48:37 4

專利名稱：準二維磁性流體加速度傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及加速度傳感器的生產及應用領域，尤其涉及一種基於磁性流體的準二維加 速度傳感器。
背景技術：
目前，在諸多的技術領域均常用到加速度傳感器，如汽車運動控制、建築機械運動控 制、機械振動檢測、航天航空、家電產品性能檢測等等。 現有的加速度傳感器通常有以下幾種結構。一種加速度傳感器是採用懸臂梁結構，包含固定端設置在基板上作往復彈性變形運動 的懸臂梁，通過檢測懸臂梁位置的方式確定外界加速度大小。常用的檢測方式有設置一端 固定、另一端自由運動的懸臂梁，在懸臂梁的根部粘貼應變片，通過應變片檢測懸臂梁根 部的位移值，從而確定外界輸入加速度。另一種加速度傳感器是將壓電元件設置於傳感器底部，在壓電元件上方設置質量塊， 質量塊與壓電元件在法向上緊密接觸，接觸面法線平行於所測加速度的方向，工作時質量 塊產生一定的位移量，使得與之相接觸的壓電元件產生輸出信號，通過檢測輸出信號，即 可檢測相應的輸入加速度。上述的加速度傳感器一旦安裝之後，只能檢測同一個方向的輸入加速度，而對於其他 方向的加速度則無法檢測，即其檢測方向具有一維性，同時， 一經製造後就不能改變加速 度傳感器內部的材料，這些都是它們的缺點。發明內容鑑於上述現有技術所存在的問題，本發明的目的是提供準二維磁性流體加速度傳感 器，核心是基於磁性流體的斜接觸壓電式加速度傳感器，具有檢測方向二維性、大量程、 量程可控性、高靈敏度、高可靠性、智能性、工作壽命長等特點。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種準二維磁性流體加速度傳感器，包括非磁性腔體、質量塊、檢測裝置與磁性流 體，其中-非磁性腔體由非磁性材料構成的密閉容器；質量塊設於非磁性腔體中部，質量塊的兩端面與非磁性腔體的接觸面的法向與質量 塊的軸線成一定傾斜角度；且在接觸面間設有檢測裝置，並在質量塊、檢測裝置與非磁性 腔體之間保持設定的預緊壓力；且非磁性腔體與質量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用於檢測質量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結果信號。所述的準二維磁性流體加速度傳感器，還包括磁場控制裝置，用於改變磁性流體的粘 度，控制質量塊軸向的位移量，具體包括勵磁線圈纏繞於非磁性腔體的外部，通過輸入電流產生均勻磁場，改變磁性流體的 粘度，控制質量塊軸向的位移量。所述的準二維磁性流體加速度傳感器，還包括檢測控制裝置，用於根據檢測裝置輸出 的加速度檢測結果信號，控制勵磁線圈的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內部磁場。所述的檢測裝置包括一塊或者多塊壓電片通過串連方式或者並聯方式組成的壓電元 件，壓電元件設於質量塊與非磁性腔體之間，用於檢測質量塊的位移量變化，輸出可供後 續檢測電路檢測的信號。所述的質量塊的一端與非磁性腔體的接觸面包括成一定角度的兩個接觸面，且每個接 觸面間均設有壓電元件。所述的質量塊端面為外定位稜錐面，非磁性腔體設有內稜錐凹槽，質量塊的外定位稜 錐面設於非磁性腔體的內稜錐凹槽中實現周向定位。所述的質量塊以高比重材料製成，且所述的質量塊是圓柱體或稜柱體，且在質量塊周 向設置有多道凹槽或葉片，用於增加與磁性流體的有效接觸面積。所述的非磁性腔體包括非磁性內筒與非磁性壓蓋，其中-所述的非磁性內筒兩端開口，兩端分別通過螺釘固定安裝一個非磁性壓蓋壓緊質量 塊，組成非磁性腔體，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產生保持設定的預緊壓 力；或者，所述的非磁性內筒一端開口，開口處安裝一個非磁性壓蓋壓緊質量塊，組成非磁性腔 體，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產生保持設定的預緊壓力；或者， 所述的非磁性內筒與非磁性壓蓋之間還設置有非磁性密封圈。所述的非磁性腔體為圓柱體或稜柱體，外壁沿軸向方向設置有周向凹槽，用於安裝勵 磁線圈。所述的磁性流體加速度傳感器，還包括外殼體，所述的非磁性腔體、磁性流體、質量 塊、檢測裝置或磁場控制裝置設置於外殼體內腔中，外殼體具體包括外套筒、上端蓋與下 端蓋，外套筒與上端蓋與下端蓋通過螺栓固定，所述的下端蓋上設有安裝支腳和/或安裝 孔，或者；所述的外殼體與非磁性腔體間設有隔離套，用於隔離磁場控制裝置與外部磁場的聯 系，抑制外界磁場幹擾。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明所述的一種準二維磁性流體加速度傳 感器包括非磁性腔體、質量塊、檢測裝置與磁性流體，非磁性腔體是由非磁性材料構成的 密閉容器；質量塊設於非磁性腔體中部，質量塊的兩端面與非磁性腔體的接觸面的法向與 質量塊的軸線成一定傾斜角度；且在接觸面間設有檢測裝置，並在質量塊、檢測裝置與非 磁性腔體之間保持設定的預緊壓力；且非磁性腔體與質量塊形成的空腔中充滿磁性流體； 檢測裝置用於檢測質量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結果信號。具體可將一質量塊和多塊壓電元件放置於一非磁性材料組成的滿磁性流體的非磁性腔 體的內部，通過非磁性壓蓋的周向定位作用，使質量塊與非磁性腔體保持同軸，在非磁性 壓蓋的內稜錐凹槽的兩傾斜相對平面上粘貼壓電元件，兩片壓電元件的接觸面法線以一傾 斜角度相交，每個壓電元件的接觸面法線與質量塊的軸線成一傾斜角度，非磁性壓蓋除了 起到定位的作用，還提供了預緊力，當非磁性壓蓋鎖緊的時候，產生的預緊力將壓電元件 和質量塊壓緊，使壓電元件和質量塊在壓電元件的接觸面緊密接觸；當存在外界加速度 時，質量塊由於慣性作用，將對壓電元件產生拉伸或者壓縮的效果，通過檢測壓電元件的 輸出信號，即可確定質量塊的位移量，進而確定外界加速度的值，同時，質量塊還將受到 磁性流體的阻尼力作用，通過控制磁性流體的阻尼力，可以控制質量塊的位移量，從而實 現檢測量程範圍的改變。本發明結構上新穎，避免了傳統的懸臂梁結構，引入了壓電元件，通過非磁性壓蓋提 供的預緊力，使質量塊和壓電元件緊密接觸， 一方面增強了所述加速度傳感器的靈敏度， 另一方面有效增加了加速度傳感器的剛度，能夠提高加速度傳感器的量程，實現加速度傳 感器大量程檢測；在每個非磁性壓蓋的內稜錐凹槽的傾斜相對平面上設置兩塊壓電元件， 質量塊兩端設置了相應的稜錐面，用於實現質量塊與壓電元件的面接觸；兩塊壓電元件的接觸面法線以一傾斜角度相交，同時，每個壓電元件的接觸面法線與質量塊的軸線成一傾 斜角度，當所述的加速度傳感器承受水平加速度或豎直加速度時，質量塊由於慣性而產生 水平位移量或者豎直位移量，這兩種位移量都可以被分解成平行於壓電元件接觸面的位移 量和垂直於壓電元件接觸面的位移量，從而使得輸入的水平加速度或者豎直加速度都在壓 電元件上有了相應的輸出量，因此所述的加速度傳感器可以檢測二維方向的輸入加速度 質量塊上設置斜凹槽，增大了質量塊與磁性流體的有效接觸面積，可以同時在水平方向或 豎直方向感受磁性流體的阻尼力，控制質量塊在水平方向或豎直方向的位移量；在質量塊 的每個端面設置兩塊壓電元件，當輸入水平加速度時，同一軸側的兩塊壓電元件受壓，另 外一側的兩塊壓電元件則被放鬆，當輸入豎直加速度時，位於同一端面的兩塊壓電元件將 受壓、另一端面的兩塊壓電元件被放鬆，這種差動檢測方式可有效消除各種幹擾，提高了 質量塊位移量檢測的準確度；另外本發明中利用磁性流體粘度可控性特點，通過對勵磁線 圈電流進行改變，改變施加在磁性流體上的磁場強度，達到控制磁性流體粘度的目的，從 而可以達到對加速度傳感器量程的控制，實現大量程的特點。具有檢測方向二維性、大量 程、量程可控性、高靈敏度、高可靠性、智能性、工作壽命長等特點。


圖1為本發明所述的準二維磁性流體加速度傳感器的立體爆炸示意圖；圖2為本發明所述的準二維磁性流體加速度傳感器的結構示意圖；圖3為本發明所述的準二維磁性流體加速度傳感器的局部放大結構示意圖。
具體實施方式
本發明所述的準二維磁性流體加速度傳感器包括非磁性腔體、質量塊、檢測裝置與磁 性流體，非磁性腔體是由非磁性材料構成的密閉容器；質量塊設於非磁性腔體中部，質量 塊的兩端面與非磁性腔體的接觸面的法向與質量塊的軸線成一定傾斜角度；且在接觸面間 設有檢測裝置，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設定的預緊壓力；且非磁性 腔體與質量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用於檢測質量塊與非磁性腔體之間壓 力的變化，輸出加速度檢測結果信號。具體是將一質量塊和多塊壓電元件放置於一非磁性材料組成的滿磁性流體的非磁性腔 體的內部，通過非磁性壓蓋的內稜錐凹槽的周向定位作用，使質量塊與非磁性腔體保持同軸，在非磁性壓蓋的內稜錐凹槽的兩傾斜相對平面上粘貼壓電元件，兩片壓電元件的接觸面法線以一傾斜角度相交，每個壓電元件的接觸面法線與質量塊的軸線成一傾斜角度，非 磁性壓蓋除了對質量塊和壓電元件起到周向定位的作用，還提供了必要的預緊力，當非磁 性壓蓋鎖緊的時候，產生的預緊力將壓電元件和質量塊壓緊，使壓電元件和質量塊緊密接 觸，用於增大所述加速度傳感器的剛度，還能增大加速度的測量靈敏度；當存在外界加速 度時，質量塊由於慣性作用，對與之緊密接觸的壓電元件產生拉伸或者壓縮的效果當輸 入水平加速度時，同一軸側的兩塊壓電元件受壓，另外一側的兩塊壓電元件則被放鬆，當 輸入豎直加速度時，位於同一端面的兩塊壓電元件將受壓、另一端面的兩塊壓電元件被放 松，這種差動檢測方式可有效消除各種幹擾，提高了質量塊位移量檢測的準確度，通過檢 測壓電元件的輸出信號，可確定質量塊的位移量，從而確定外界的二維加速度的值，同 時，質量塊外壁設置了多道斜凹槽，可有效增質量塊與磁性流體的有效接觸面積，可以同 時在水平方向或豎直方向感受磁性流體的阻尼力，控制質量塊在水平方向或豎直方向的位 移量；通過控制勵磁線圈的輸入電流，可控制勵磁線圈的磁場，勵磁線圈的磁場可改變磁 性流體的粘度，磁性流體粘度的改變將改變磁性流體對質量塊的阻尼力，從而可控制質量 塊的位移量，實現加速度傳感器大量程檢測，還可動態控制量程範圍大小。本發明的具體實施方式
的結構如圖1與圖2所示，所述的準二維加速度傳感器最基本的 結構包括非磁性腔體、磁性流體10、質量塊12與檢測裝置，其中非磁性腔體為非磁性材料構成的密閉容器，內部充滿磁性流體10，非磁性腔體包括非磁性內筒9與非磁性壓蓋3，本例中的非磁性內筒9兩端開口，兩端通過第一螺釘13安裝非磁性壓蓋3，鎖緊後組成密閉的非磁性腔體，內部充滿磁性流體10;有時在加工工藝允許的情況下，非磁性內筒9可以是一端開口，開口處通過第一螺釘13安裝一個非磁性壓蓋壓 緊質量塊3組成非磁性腔體，內部充滿磁性流體10。同時，為了更好地實現非磁性腔體的 密閉(主要是磁性流體的密封)，所述的非磁性內筒9與非磁性壓蓋3之間可設置非磁性密 封圈5,防止磁性流體10發生洩漏。本例中的非磁性腔體外壁沿軸向方向設置有周向凹槽，也就是非磁性內筒9的外壁沿 軸向方向設置有周向凹槽，用於安裝勵磁線圈8，在非磁性內筒9的兩個端面沿軸向方向預 留壁厚，用於固定非磁性壓蓋3。本例中的非磁性腔體為圓柱形，也就是非磁性內筒9的形狀為圓柱形，內部幵通孔， 兩端面預留安裝壁厚，且在非磁性內筒9的外壁沿軸向方向設有周向凹槽，用於安裝勵磁線 圈8;當然，非磁性腔體也可以是稜柱體，也就是非磁性內筒9的形狀為稜柱體，內部開通孔，兩端面處預留壁厚，在非磁性內筒9的外壁沿軸向方向設有周向凹槽，凹槽處用於設置線圈固定套，勵磁線圏8可纏繞在線圈固定套上。磁性流體10為磁流體、磁性複合流體或磁流變體等具備磁性的流體中的任何一種或是 其中任何幾種的組合。所述加速度傳感器的非磁性內筒9中充滿磁性流體10，質量塊12設 置於磁性流體10中，受到磁性流體10的阻尼力作用。改變磁性流體10的粘度，可以改變磁 性流體10對質量塊12的阻尼力大小，從而改變質量塊12在豎直方向或水平方向的位移量。所述的檢測裝置包括一塊或者多塊壓電片通過串連方式或者並聯方式組成的壓電元件 4,壓電元件4設於質量塊12與非磁性腔體之間，用於檢測質量塊12的位移量變化，輸出可 供後續檢測電路檢測的信號。所述的質量塊12的一端與非磁性腔體的接觸面包括成一定角度的兩個接觸面，且每個 接觸面間均設有壓電元件4。實際中質量塊12端面為外定位稜錐面，非磁性腔體設有內稜 錐凹槽，質量塊12的外定位稜錐面設於非磁性腔體的內稜錐凹槽中實現周向定位。具體 為壓電元件4由石英晶體、壓電陶瓷、壓電薄膜或其他新型壓電材料等具備壓電效應的 材料構成。本例中的壓電元件4為長方體薄片形，粘貼於非磁性壓蓋3的內稜錐凹槽的傾斜 相對的兩個表面；當然，不排除壓電元件4為稜形、柱形等其他可替換的形狀。當鎖緊非磁 性壓蓋3時，壓電元件4受到預緊力的作用而與質量塊12在接觸面上緊密接觸，確保壓電元 件4能夠正常感應質量塊12的位移量。質量塊12為高比重材料製成， 一般要求比重為14-19克/立方釐米，質量塊可以為金屬 如由鎢合金、銅鎢合金等高比重合金構成。質量塊也可以為非金屬，只要滿足上述比重範 圍即可。質量塊12的兩個端面處設置有定位錐面，通過非磁性壓蓋3的內稜錐凹槽的表面 進行定位，本例中的質量塊12為長方體，在長方體周向設置有斜凹槽，這裡的斜凹槽可以 是螺旋狀的，用於增質量塊12與磁性流體10的有效接觸面積，可以同時在水平方向或豎直 方向感受磁性流體的阻尼力；當然，質量塊12也可以是圓柱體，在兩個端面處設置圓錐 面，在圓柱體周向設置斜凹槽，可以實現同樣的功能。當鎖緊非磁性壓蓋3時，產生的預緊 力使得質量塊12和壓電元件4緊密接觸，可以增大所述加速度傳感器的靈敏度，同時由於 壓電元件4的材料特性，能夠增大加速度傳感器的剛度；當存在外界加速度時，質量塊12 由於自身慣性的作用，輸出相應的位移量，由於壓電元件4與質量塊12緊密接觸，質量塊 12的位移量便成為壓電元件4的輸入量；由於質量塊12周向設置了斜凹槽，可以同時在水平方向或豎直方向感受磁性流體的阻尼力，當改變磁性流體10的粘度時，質量塊12受到磁 性流體10的阻尼力將發生變化，從而其輸出位移量也發生變化相同的加速度輸入時，若 增大磁性流體10的粘度，質量塊12受到磁性流體10的阻尼力將相對增大，質量塊12的輸出位移量相對減小，此時所述的加速度傳感器適合測量數值比較大的輸入加速度；若減小磁 性流體10的粘度，質量塊12受到磁性流體10的阻尼力將相對減小，質量塊12的輸出位移量相對增大，此時所述的加速度傳感器適合測量數值比較小的輸入加速度。因此，通過控制磁性流體10的粘度，可以控制所述加速度傳感器的量程範圍，同時，通過大幅度增大磁性 流體10的粘度，所述加速度傳感器可實現大量程測量。本例中的質量塊12周向設置有斜凹槽也可以用環狀的葉片來代替，同樣滿足上述要求。為了更好地完成測量工作，在本例的基礎上所述的加速度傳感器還包括磁場控制裝 置，用於改變磁性流體的粘度，控制質量塊軸向的位移量。勵磁線圈8設置於非磁性內筒9 和非磁性套筒7之間，線圈纏繞在非磁性內筒9的凹槽之上，保持與非磁性內筒9同軸；也 可以設置同軸線圈固定套於非磁性內筒9上，勵磁線圈8纏繞在線圈固定套中。勵磁線圈8 用於在非磁性內筒9的內部產生均勻磁場，改變勵磁線圈8的通電電流，可以改變非磁性內 筒9內部的磁場增大勵磁線圈8的通電電流，將增大非磁性內筒9內部的磁場；減小勵磁 線圈8的通電電流，將減小非磁性內筒9內部的磁場。非磁性套筒7、非磁性墊圈2和非磁性 壓蓋3用於隔絕勵磁線圈8產生的磁場和外界磁場之間的聯繫，防止外磁場幹擾。所述的加速度傳感器還包括外殼體，所述的非磁性腔體、磁性流體10、質量塊12、檢 測裝置或磁場控制裝置設置於外殼體內腔中，外殼體具體包括外套筒6、上端蓋11與下端 蓋1，外套筒6與上端蓋11與下端蓋1通過第二螺釘14固定，所述的下端蓋1上設有安裝支腳 15和/或安裝孔16。所述的外殼體與非磁性腔體間設有隔離套，用於隔離磁場控制裝置與外部磁場的聯 系，抑制外界磁場幹擾。隔離套包括非磁性套筒7與非磁性墊圈2。所述的加速度傳感器還包括檢測控制裝置，用於根據檢測裝置輸出的加速度檢測結果 信號，控制勵磁線圈的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內部磁場。本發明所述的加速度傳感器的工作原理如下-如圖1、圖2與圖3所示，在非磁性內筒9中充滿了磁性流體10,在磁性流體10裡，質 量塊12和壓電元件4通過非磁性壓蓋3的內稜錐凹槽定位，當鎖緊非磁性壓蓋3時，產生的預緊力使得質量塊12和壓電元件4緊密接觸，質量塊12還受到磁性流體10的阻尼力作用， 質量塊12設置有斜凹槽，增加與磁性流體10的有效接觸面積，可以同時在水平方向或豎直 方向感受磁性流體的阻尼力，由於非磁性壓蓋3設置了密封圈5，使得磁性流體10不會溢 出；在非磁性內筒9的外壁沿軸向方向設有周向凹槽，勵磁線圈8設置於周向凹槽內，用於 提供均勻的磁場，勵磁線圈8外部設置了非磁性套筒9、非磁性壓蓋3設置了非磁性墊圈， 用於隔絕勵磁線圈8的磁場和外界磁場的聯繫，防止外磁場幹擾。當存在外界加速度時，質量塊12由於自身慣性的作用，輸出相應的位移量，由於壓電 元件4與質量塊12緊密接觸，質量塊12的位移量便成為壓電元件4的輸入量當豎直加速度 輸入時，質量塊12由於慣性作用在豎直方向產生位移量，此時位於同一端面的兩塊壓電元 件4被壓縮，位於另外一個端面的壓電元件4被放鬆，質量塊12在豎直方向產生的位移量將 被分解為垂直於壓電元件4接觸面的分量和平行於壓電元件4接觸面的分量，此時位於同一 端面的兩塊壓電元件4的輸出信號的符號相同，位於不同端面的壓電元件的輸出信號符號相 反，因此，通過檢測壓電元件4的輸出量，即可確定豎直加速度的值；當水平加速度輸入 時，質量塊12由於慣性作用在水平方向產生位移量，此時位於同一軸側的兩塊壓電元件4 被壓縮，位於另一軸側的兩塊壓電元件4被放鬆，質量塊12的水平方向產生的位移量將被 分解為垂直於壓電元件4接觸面的分量和平行於壓電元件4接觸面的分量，此時位於同一軸 側的兩塊壓電元件4的輸出信號的符號相同，位於不同軸側的壓電元件的輸出信號符號相 反。壓電元件4的輸出信號大小可確定輸入加速度的值，而對比不同壓電元件輸出信號的符 號，可確定輸入加速度是豎直加速度或是水平加速度，從而實現檢測方向的二維性。通過控制勵磁線圈8的通電電流，改變產生的磁場大小，能改變磁性流體10的粘度， 由於質量塊12受到磁性流體10的阻尼力作用，因此可改變質量塊12受到的阻尼力作用，進 而改變質量塊12的輸出位移量。在相同的外界加速度輸入時，改變勵磁線圈8的通電電 流，改變磁性流體10的粘度，即可改變質量塊12的位移量，從而可實現所述加速度傳感器 的量程可控性，同時，由於質量塊12周向設置斜凹槽，可以同時在水平方向或豎直方向感 受磁性流體的阻尼力，因此可實現所述加速度傳感器在二維方向的量程可控性；若大幅度 提高磁性流體10的粘度，在相同的外界加速度輸入時，質量塊12的位移量將會降低。因 此，可以實現大量程加速度的測量。若進一步將壓電元件4的輸出量以反饋的形式輸入到勵磁線圈8的控制電路，控制電路 可以自動根據壓電元#4的輸出量來調整勵磁線圈8的通電電流，則可實現所述加速度傳感器的智能性。本例所述加速度傳感器結構中不再採用傳統的懸臂梁工作方式，轉而引入了壓電元件 作為彈性元件，提高了所述加速度傳感器的測量靈敏度，在工作過程中彈性元件不再出現 彎曲、扭轉等物理變形，也提高了加速度傳感器的工作壽命和可靠性。因此本發明具有如下優點和有益效果1、 本發明結構上新穎，避免了傳統的懸臂梁結構，改變了質量塊的工作原理，是對 現有加速度傳感器原理上的創新；2、 本發明中採用了質量塊與壓電元件斜接觸式結構，改變了傳統一維壓電式加速度 傳感器中採取的質量塊軸線與壓電元件接觸面法線平行的工作原理，達到檢測二維方向輸 入加速度的目的，從而實現了檢測方向的二維性；3、 本發明中採用磁性流體粘度可控性特點，通過控制勵磁線圈的通電電流，改變施 加在磁性流體上的磁場強度，達到控制磁性流體粘度的目的，從而實現了加速度傳感器量 程可控性；4、 本發明引入多凹槽質量塊和壓電元件，通過提高磁性流體的粘度，可以實現大量 程輸入加速度的檢測5、 本發明中採取了壓電元件輸出信號的差動連接，能夠有效消除各種幹擾，提高了 檢測準確度；6、 本發明消除了彈性元件在運動過程中產生彎曲、扭轉的彈性形變，提高了所述加 速度傳感器的工作可靠性；以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任 何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都 應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為 準。
權利要求
1. 一種準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，包括非磁性腔體、質量塊、檢測裝置與磁性流體，其中非磁性腔體由非磁性材料構成的密閉容器；質量塊設於非磁性腔體中部，質量塊的兩端面與非磁性腔體的接觸面的法向與質量塊的軸線成一定傾斜角度；且在接觸面間設有檢測裝置，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設定的預緊壓力；且非磁性腔體與質量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用於檢測質量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結果信號。
2、 根據權利要求1所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，還包括磁場控 制裝置，用於改變磁性流體的粘度，控制質量塊軸向的位移量，具體包括-勵磁線圈纏繞於非磁性腔體的外部，通過輸入電流產生均勻磁場，改變磁性流體的 粘度，控制質量塊軸向的位移量。
3、 根據權利要求2所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，還包括檢測控 制裝置，用於根據檢測裝置輸出的加速度檢測結果信號，控制勵磁線圈的輸入電流，從而 控制勵磁線圈的內部磁場。
4、 根據權利要求1或2所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的檢 測裝置包括一塊或者多塊壓電片通過串連方式或者並聯方式組成的壓電元件，壓電元件設 於質量塊與非磁性腔體之間，用於檢測質量塊的位移量變化，輸出可供後續檢測電路檢測 的信號。
5、 根據權利要求4所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的質量塊的一端與非磁性腔體的接觸面包括成一定角度的兩個接觸面，且每個接觸面間均設有壓電 元件。
6、 根據權利要求5所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的質量塊端面為外定位稜錐面，非磁性腔體設有內稜錐凹槽，質量塊的外定位稜錐面設於非磁性腔 體的內稜錐凹槽中實現周向定位。
7、 根據權利要求1或2所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的質 量塊以高比重材料製成，且所述的質量塊是圓柱體或稜柱體，且在質量塊周向設置有多道凹槽或葉片，用於增加與磁性流體的有效接觸面積。
8、 根據權利要求1或2所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的非磁性腔體包括非磁性內筒與非磁性壓蓋，其中所述的非磁性內筒兩端開口，兩端分別通過螺釘固定安裝一個非磁性壓蓋壓緊質量 塊，組成非磁性腔體，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產生保持設定的預緊壓力；或者，所述的非磁性內筒一端開口，開口處安裝一個非磁性壓蓋壓緊質量塊，組成非磁性腔 體，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產生保持設定的預緊壓力；或者， 所述的非磁性內筒與非磁性壓蓋之間還設置有非磁性密封圈。
9、 根據權利要求8所述的準二維磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，所述的非磁性 腔體為圓柱體或稜柱體，外壁沿軸向方向設置有周向凹槽，用於安裝勵磁線圈。
10、 根據權利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特徵在於，還包括外殼體， 所述的非磁性腔體、磁性流體、質量塊、檢測裝置或磁場控制裝置設置於外殼體內腔中， 外殼體具體包括外套筒、上端蓋與下端蓋，外套筒與上端蓋與下端蓋通過螺栓固定，所述 的下端蓋上設有安裝支腳和/或安裝孔，或者；所述的外殼體與非磁性腔體間設有隔離套，用於隔離磁場控制裝置與外部磁場的聯 系，抑制外界磁場幹擾。
全文摘要
本發明所述的一種準二維磁性流體加速度傳感器包括非磁性腔體、質量塊、檢測裝置與磁性流體，非磁性腔體是由非磁性材料構成的密閉容器；質量塊設於非磁性腔體中部，質量塊的兩端面與非磁性腔體的接觸面的法向與質量塊的軸線成一定傾斜角度；且在接觸面間設有檢測裝置，並在質量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設定的預緊壓力；且非磁性腔體與質量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用於檢測質量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結果信號。具有檢測方向二維性、大量程、量程可控性、高靈敏度、智能性、高可靠性、工作壽命長等特點。
文檔編號G01P15/08GK101246184SQ20071006399
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者劉桂雄, 晨 徐, 程韜波, 邱東勇 申請人:華南理工大學