專利名稱：磁性流體加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加速度傳感器的生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁性流體的加速度傳 感器。
背景技術(shù)：
目前，在諸多的技術(shù)領(lǐng)域均常用到加速度傳感器，如汽車運(yùn)動控制、建筑機(jī)械運(yùn)動控 制、機(jī)械振動檢測、航天航空、家電產(chǎn)品性能檢測等等。 現(xiàn)有的加速度傳感器通常有以下幾種結(jié)構(gòu)。一種加速度傳感器是采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，包含固定端設(shè)置在基板上作往復(fù)彈性變形運(yùn)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(shè)置--端 固定、另一端自由運(yùn)動的懸臂梁，在懸臂梁的根部粘貼應(yīng)變片，通過應(yīng)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鋼球以移動自如的狀態(tài)安放在殼體內(nèi)，根據(jù)從外部施加的機(jī) 械性振動，鋼球相對地移動，則根據(jù)該位移按預(yù)定配置而設(shè)計的開關(guān)部分產(chǎn)生通或斷輸 出，該結(jié)構(gòu)主要用作為一種加速度開關(guān)。上述的加速度傳感器都具有剛度小的特點(diǎn)，在加速度測量過程中容易到達(dá)測量范圍的 極限值， 一經(jīng)制造后就不能改變加速度傳感器內(nèi)部的材料，這些都是它們的缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種加速度傳感器，是基于磁 性流體的加速度傳感器，具有大量程、量程可控性、髙靈敏度、高可靠性、智能性、工作 壽命長等特點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種磁性流體加速度傳感器，包括非磁性腔體、質(zhì)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(gòu)成的密閉容器；質(zhì)量塊設(shè)于非磁性腔體中部，兩端面與非磁性腔體的接觸面間設(shè)有檢測裝置，并在 質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；且非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的 空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用于檢測質(zhì)量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結(jié)果信號。所述的磁性流體加速度傳感器，還包括磁場控制裝置，用于改變磁性流體的粘度，控 制質(zhì)量塊軸向的位移量，具體包括-勵磁線圈纏繞于非磁性腔體的外部，通過輸入電流產(chǎn)生均勻磁場，改變磁性流體的 粘度，控制質(zhì)量塊軸向的位移量。所述的磁性流體加速度傳感器，還包括檢測控制裝置，用于根據(jù)檢測裝置輸出的加速 度檢測結(jié)果信號，控制勵磁線圏的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內(nèi)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并聯(lián)方式組成的壓電元 件，壓電元件設(shè)于質(zhì)量塊與非磁性腔體之間，用于檢測質(zhì)量塊的位移量變化，輸出可供后 續(xù)檢測電路檢測的信號。所述的質(zhì)量塊以高比重材料制成。所述的質(zhì)量塊是圓柱體或棱柱體，且在質(zhì)量塊周向設(shè)置有多道凹槽或葉片，用于增加 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(nèi)筒與非磁性壓蓋，其中所述的非磁性內(nèi)筒兩端開口，兩端分別通過嫘釘固定安裝一個非磁性壓蓋壓緊質(zhì)量塊 組成非磁性腔體，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產(chǎn)生保持設(shè)定的預(yù)緊壓力或 者，所述的非磁性內(nèi)筒一端開口 ，開口處安裝一個非磁性壓蓋壓緊質(zhì)量塊組成非磁性腔 體，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產(chǎn)生保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；或者， 所述的非磁性內(nèi)筒與非磁性壓蓋之間還設(shè)置有非磁性密封圈。所述的非磁性腔體為圓柱體或棱柱體，外壁沿軸向方向設(shè)置有周向凹槽，用于安裝勵 磁線圈；或者還包括，所述的質(zhì)量塊端面處設(shè)置有定位凹槽，所述的非磁性腔體內(nèi)部端面處設(shè)置有凸臺，質(zhì) 量塊通過非磁性腔體內(nèi)部凸臺進(jìn)行周向定位。所述的磁性流體包括磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體中的至少一種。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(zhì)_敏塊、檢測裝置或磁場控制裝置設(shè)置于外殼體內(nèi)腔中，外殼體具體包括外套筒、i: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(shè)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(shè)有隔離套，用于隔離磁場控制裝覽與外部磁場的聯(lián) 系，抑制外界磁場干擾。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的磁性流體加速度傳感器包括非磁性腔體是由非磁性材料構(gòu)成的密閉容器；質(zhì)量塊設(shè)于非磁性腔體中部，兩端面與非磁性腔體的接觸面間設(shè)有檢測裝置，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設(shè)定的預(yù)緊壓力且非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用于檢測質(zhì)量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結(jié)果信號。具體可將一質(zhì)量塊和兩塊壓電元件放置于一非磁性材料組成的滿磁性流體的非磁性腔體的內(nèi)部，通過非磁性壓蓋的周向定位作用，使質(zhì)量塊、壓電元件與非磁性腔體保持同 軸，避免了不平衡受力的情況，非磁性壓蓋除了起到定位的作用，還提供了預(yù)緊力，當(dāng)非 磁性壓蓋鎖緊的時候，產(chǎn)生的預(yù)緊力將壓電元件和質(zhì)量塊壓緊，使壓電元件和質(zhì)量塊緊密 接觸；當(dāng)存在外界加速度時，質(zhì)量塊由于慣性作用，將對壓電元件產(chǎn)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(zhì)量塊的位移量，進(jìn)而確定外界加速度的 值，同時，質(zhì)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(zhì)量塊的位移量，從而實(shí)現(xiàn)檢測量程范圍的改變。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上新穎，避免了傳統(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，引入了壓電材料，通過非磁性壓蓋提 供的預(yù)緊力，使質(zhì)量塊和壓電材料緊密接觸， 一方面增強(qiáng)了所述加速度傳感器的靈敏度， 另一方面還能夠消除徑向作用的影響所述加速度傳感器中引入壓電材料，有效增加了加 速度傳感器的剛度，能夠提髙加速度傳感器的量程，實(shí)現(xiàn)加速度傳感器大量程檢測；質(zhì)量 塊上設(shè)置對稱的多凹槽結(jié)構(gòu)，不僅增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且增大了質(zhì)量塊與磁性流體的 有效接觸面積，進(jìn)一步增強(qiáng)加速度傳感器的靈敏度；在質(zhì)量塊的兩個端面上設(shè)置壓電元 件，當(dāng)存在外界加速度的時候，將使得其中一塊壓電元件受壓，而另外一塊壓電元件被放 松，這種差動檢測方式有效消除各種干擾，提高了質(zhì)量塊位移量檢測的準(zhǔn)確度另外本發(fā) 明中利用磁性流體粘度可控性特點(diǎn)，通過對勵磁線圈電流進(jìn)行改變，改變施加在磁性流體 上的磁場強(qiáng)度，達(dá)到控制磁性流體粘度的目的，從而可以達(dá)到對加速度傳感器量程的控制，實(shí)現(xiàn)大量程的特點(diǎn)。具有大量程、量程可控性、高靈敏度、高可靠性、智能性、工作 壽命長等特點(diǎn)。附圉說明圖l為本發(fā)明所述的磁性流體加速度傳感器的立體爆炸示意圖.； 圖2為本發(fā)明所述的磁性流體加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述的磁性流體加速度傳感器包括非磁性腔體是由非磁性材料構(gòu)成的密閉容 器；質(zhì)量塊設(shè)于非磁性腔體中部，兩端面與非磁性腔體的接觸面.間設(shè)有檢測裝置，并在質(zhì) 量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；且非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的空 腔中充滿磁性流體檢測裝置用于檢測質(zhì)量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度 檢測結(jié)果信號。具體是將質(zhì)量塊和壓電元件放置于一非磁性材料組成的滿磁性流體的非磁性腔體的內(nèi) 部，通過非磁性壓蓋的周向定位作用，使質(zhì)量塊、壓電元件與非磁性腔體保持同軸，避免 了質(zhì)量塊和壓電元件不平衡受力的情況，壓電元件所受到質(zhì)量塊的壓力根據(jù)非磁性腔體的 軸線均勻?qū)ΨQ，非磁性壓蓋除了對質(zhì)量塊和壓電元件起到周向定位的作用，還提供了必要 的預(yù)緊力，當(dāng)非磁性壓蓋鎖緊的時候，產(chǎn)生的預(yù)緊力將壓電元件和質(zhì)量塊壓緊，使壓電元 件和質(zhì)量塊緊密接觸，這樣增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增大了所述加速度傳感器的剛度，能增 大加速度傳感器的測量靈敏度；當(dāng)存在外界加速度時，質(zhì)量塊由于慣性作用，將對與之緊 密接觸的壓電元件產(chǎn)生拉伸或者壓縮的效果，若質(zhì)量塊對其中之一的壓電元件產(chǎn)生壓縮作 用時，該壓電元件會產(chǎn)生一個相應(yīng)的輸出信號，而另一塊壓電元件則將由于被放松而產(chǎn)生 拉伸的效果，該壓電元件亦將產(chǎn)生一個相應(yīng)的輸出信號，將兩塊壓電元件的輸出端按照差 動連接的方式連接，可有效消除各種干擾，提高質(zhì)量塊位移檢測的準(zhǔn)確度，通過檢測壓電 元件的輸出信號，可確定質(zhì)量塊的位移量，從而確定外界加速度的值，同時，質(zhì)量塊外壁 處設(shè)置了多道對稱的凹槽，可有效增質(zhì)量塊與磁性流體的有效接觸面積，通過控制勵磁線 圈的輸入電流，可控制勵磁線圈的磁場，勵磁線圏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(zhì)量塊的阻尼力，從而可控制質(zhì)量塊的位移量，實(shí)現(xiàn)加速 度傳感器大量程檢測，還可動態(tài)控制量程范圍大小。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)如

圖1與圖2所示，所述的加速度傳感器最基本的結(jié)構(gòu)包括非磁性腔體、磁性流體10、質(zhì)量塊11、檢測裝置，其中非磁性腔體為非磁性材料構(gòu) 成的密閉容器，內(nèi)部充滿磁性流體10;非磁性腔體包括非磁性內(nèi)筒6與非磁性壓蓋3，木例中的非磁性內(nèi)筒6兩端開口，兩端分別通過第一螺釘13固定安裝非磁性壓蓋3，鎖緊后組成 密閉的非磁性腔體，并在質(zhì)量塊11、檢測裝置與非磁性腔體之間產(chǎn)生保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；在非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的空腔中充滿磁性流體10;有時在加工工藝允許的情況下非磁性內(nèi)筒可以是一端開口，開口處通過第一螺釘13固定安裝一個非磁性壓蓋壓緊質(zhì)量塊 3組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體10。同時，為了更好地實(shí)現(xiàn)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(nèi)筒6與非磁性壓蓋3之間可設(shè)置非磁性密封圈5， 防止磁性流體10發(fā)生泄漏。本例中的非磁性腔體外壁沿軸向方向設(shè)置有周向凹槽，也就是非磁性內(nèi)筒6的外壁沿 軸向方向設(shè)置有周向凹槽，用于安裝勵磁線圈，在非磁性內(nèi)筒6的兩個端面沿軸向方向預(yù)留 壁厚，用于固定非磁性壓蓋3。本例中的非磁性腔體為圓柱形，也就是非磁性內(nèi)筒6的形狀為畫柱形，內(nèi)部開通孔， 兩端面預(yù)留安裝壁厚，且在非磁性內(nèi)筒6的外壁沿軸向方向設(shè)有周向凹槽，用于安裝勵磁線 圈8;當(dāng)然，非磁性腔體也可以是棱柱體，也就是非磁性內(nèi)筒6的形狀為棱柱體，內(nèi)部開通 孔，兩端面處預(yù)留壁厚，在非磁性內(nèi)筒6的外壁沿軸向方向設(shè)有周向凹槽，凹槽處也可用于 設(shè)置線圈固定套，勵磁線圑8可纏繞在線圈固定套上。磁性流體10為磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體等具備磁性的流體中的任何--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(nèi)筒6中充滿磁性流體10,質(zhì)量塊11設(shè) 置于磁性流體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(zhì)量塊11的阻尼力大小，從而改變質(zhì)量塊11在軸向方向的位移量。檢測裝置，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并聯(lián)方式組成 的壓電元件4，壓電元件4設(shè)于質(zhì)量塊11與非磁性腔體之間，用于檢測質(zhì)量塊11的位移量變 化，輸出可供后續(xù)檢測電路檢測的信號。壓電元件4由石英晶體、壓電陶瓷或其他新型壓電材料等具備壓電效應(yīng)的材料構(gòu)成。 本例中的壓電元件4為圓柱薄片形，中心開通孔，用于定位在非磁性壓蓋3的凸臺位置，保 持與非磁性內(nèi)筒6同軸，保證與質(zhì)量塊的受力區(qū)域根據(jù)軸線對稱;當(dāng)然，不排除壓電元件4 為方形、棱形等其他可替換的形狀。在性能足以得到保證的時候，可考慮將壓電元件4粘結(jié)在非磁性壓蓋3上，簡化安裝過程。當(dāng)鎖緊非磁性壓蓋3時，壓電元件4受到預(yù)緊力的作用 而與質(zhì)量塊11在接觸端面上緊密接觸，保證壓電元件4能夠正常感應(yīng)質(zhì)量塊的位移量。質(zhì)量塊11為高比重材料制成， 一般要求比重為14-19克/立方厘米，質(zhì)量塊可以為金屬 如由鎢合金、銅鎢合金等高比重合金構(gòu)成。質(zhì)量塊也可以為非金屈，只要滿足上述比重范 圍即可。質(zhì)量塊11端面處設(shè)置有定位凹槽，通過非磁性壓蓋3的凸臺進(jìn)行周向定位，本例 中的質(zhì)量塊11為圓柱體，在圓柱體周向設(shè)置有多道凹槽，用于增質(zhì)量塊1仁與磁性流體的有 效接觸面積；當(dāng)然，質(zhì)量塊11也可以是棱柱體，在棱柱體周向設(shè)置有多道凹槽，可以增質(zhì) 量塊11與磁性流體的有效接觸面積在加工工藝允許的條件下，可以在質(zhì)量塊11的周向加 工出薄葉片，可進(jìn)一歩增質(zhì)量塊11與磁性流體的有效接觸面積。當(dāng)鎖緊非磁性壓蓋3時， 產(chǎn)生的預(yù)緊力使得質(zhì)量塊11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，同時由于壓電元件4的材料特性，能夠增大加速度傳感器的剛度；當(dāng)存在外界加速度 時，質(zhì)量塊11由于自身慣性的作用，輸出相應(yīng)的位移量，由于壓電元件4與質(zhì)量塊11緊密 接觸，質(zhì)量塊11的位移量便成為壓電元件4的輸入量。當(dāng)改變磁性流體10的粘度時，質(zhì)量 塊11受到磁性流體10的阻尼力將發(fā)生變化，從而其輸出位移量也發(fā)生變化相同的加速度 輸入?yún)?，若增大磁性流體10的粘度，質(zhì)量塊11受到磁性流體10的阻尼力將相對增大，質(zhì)量 塊11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(shù)值比較大的輸入加速 度；若減小磁性流體10的粘度，質(zhì)量塊11受到磁性流體10的阻尼力將相對減小，質(zhì)量塊11 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(shù)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范圍，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(shí)現(xiàn)大量程測量。.為了更好地完成測量工作，在本例的基礎(chǔ)上所述的加速度傳感器還包括磁場控制裝 置，用于改變磁性流體的粘度，控制質(zhì)量塊軸向的位移量，具體包括勵磁線圈，勵磁線圈 纏繞于非磁性腔體的外部，通過輸入電流產(chǎn)生均勻磁場，改變磁性流體的粘度，控制質(zhì)量 塊軸向的位移量。本例中，線圏纏繞在非磁性內(nèi)筒6的凹槽之上，保持與非磁性內(nèi)筒6同 軸；也可以設(shè)置同軸線園固定套于非磁性內(nèi)筒6上，勵磁線圈8纏繞在線園固定套上。勵磁 線圈8用于在非磁性內(nèi)筒6的內(nèi)部產(chǎn)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(nèi)筒6內(nèi)部的磁場增大勵磁線圈8的通電電流，將增大非磁性內(nèi)筒6內(nèi)部的磁場；減 小勵磁線圈8的通電電流，將減小非磁性內(nèi)筒6內(nèi)部的磁場。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(zhì)量塊11、檢測裝置或磁場控制裝置設(shè)置于外殼體內(nèi)腔中，外殼體具體包括外套筒7、上端蓋12與下端 蓋1，外套筒7與上端蓋12與下端蓋1通過第二螺釘14固定，所述的下端蓋1上設(shè)有安裝支腳 15和/或安裝孔16。另外，樂逑的外堯休與非磁性腔佐問設(shè)有隔離套，用子隔離磁場控剁鈸暨與外都磁場 的聯(lián)系，抑制外界磁場干擾。隔離套包括非磁性套筒9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，用于根據(jù)檢測裝置輸出的加速度檢測結(jié)果 信號，控制勵磁線圈的輸入電流，從而控制勵磁線圈的內(nèi)部磁場。本發(fā)明所述的加速度傳感器的工作原理如下如圖1與圖2所示，在非磁性內(nèi)筒6中充滿了磁性流體10，在磁性流體10里，質(zhì)量塊11 和壓電元件4通過非磁性壓蓋3的凸臺定位，當(dāng)鎖緊非磁性壓蓋3時，產(chǎn)生的預(yù)緊力使得質(zhì) 量塊11和壓電元件4緊密接觸，質(zhì)量塊11還受到磁性流體10的阻尼力作用，質(zhì)量塊11設(shè)置 有多道周向凹槽，增加與磁性流體10的有效接觸面積，由于非磁性壓蓋3設(shè)置了密封圈5， 使得磁性流體10不會溢出；在非磁性內(nèi)筒6的外壁沿軸向方向設(shè)有周向凹槽，勵磁線圈8設(shè) 置于周向凹槽內(nèi)，用于提供均勻的磁場，勵磁線圈8外部設(shè)置了非磁性套筒9、非磁性壓蓋 3設(shè)置了非磁性墊圈，用于隔絕勵磁線圈8的磁場和外界磁場的聯(lián)系，防止外磁場干擾。存在外界加速度時，質(zhì)量塊11由于慣性的作用，將輸出相應(yīng)的位移量，這個位移量成 為壓電元件4的輸入量，由于質(zhì)量塊11與兩塊壓電元件4緊密接觸，兩塊壓電元件4獲得的 輸入位移量符號相反，即其中一塊壓電元件被壓縮，另外一塊壓電元件則被放松，此時， 壓電元件4輸出相應(yīng)的信號值，由于這兩塊壓電元件信號的符號相反，可通過差動連接的方 式將兩者的信號連接，然后進(jìn)行檢測，這種差動檢測方式可以消除各種干擾通過檢測壓 電元件4的輸出信號，則可確定所述加速度傳感器輸入的外界加速度。通過控制勵磁線圈8的通電電流，改變產(chǎn)生的磁場大小，能改變磁性流體10的粘度， 由于質(zhì)量塊11受到磁性流體10的阻尼力作用，因此可改變質(zhì)量塊11受到的阻尼力作用，進(jìn) 而改變質(zhì)量塊11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(zhì)量塊11的位移量，從而可實(shí)現(xiàn)所述加速度傳感器 的量程可控性；若大幅度提髙磁性流體10的粘度，在相同的外界加速度輸入時，質(zhì)量塊" 的位移量將會降低，從而實(shí)現(xiàn)大量程加速度的測量。若進(jìn)一歩將壓電元件4的輸出量以反餓的形式輸入到勵磁線糧8的控制電路，控制電路可以自動根據(jù)壓電元件4的輸出量來調(diào)整勵磁線圈8的通電電流，則可實(shí)現(xiàn)所述加速度傳感 器的智能性。本例所述加速度傳感器結(jié)構(gòu)中不再采用傳統(tǒng)的懸臂梁工作方式，轉(zhuǎn)而引入了壓電元件 作為彈性元件，提髙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(xiàn) 彎曲、扭轉(zhuǎn)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(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、 本發(fā)明結(jié)構(gòu)上新穎，避免了傳統(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，改變了質(zhì)量塊的工作原理，是對 現(xiàn)有加速度傳感器原理上的創(chuàng)新；2、 本發(fā)明中采用磁性流體粘度可控性特點(diǎn)，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(qiáng)度，達(dá)到控制磁性流體粘度的目的，從而實(shí)現(xiàn)了加速度傳感器量 程可控性；3、 本發(fā)明引入多凹槽質(zhì)量塊和壓電元件，通過提髙磁性流體的粘度，可以實(shí)現(xiàn)大量 程輸入加速度的檢測；4、 本發(fā)明中采取了壓電元件輸出信號的差動連接，能夠有效消除各種干擾，提高了 檢測準(zhǔn)確度；5、 本發(fā)明消除了彈性元件在運(yùn)動過程中產(chǎn)生彎曲、扭轉(zhuǎn)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(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范揮并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為 準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種磁性流體加速度傳感器，其特征在于，包括非磁性腔體、質(zhì)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(gòu)成的密閉容器；質(zhì)量塊設(shè)于非磁性腔體中部，兩端面與非磁性腔體的接觸面間設(shè)有檢測裝置，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；且非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用于檢測質(zhì)量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結(jié)果信號。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，還包括磁場控制裝 置，用于改變磁性流體的粘度，控制質(zhì)量塊軸向的位移量，具體包括勵磁線圈纏繞于非磁性腔體的外部，通過輸入電流產(chǎn)生均勾磁場，改變磁性流體的 粘度，控制質(zhì)量塊軸向的位移量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，還包括檢測控制裝 置，用于根據(jù)檢測裝置輸出的加速度檢測結(jié)果信號，控制勵磁線圈的輸入電流，從而控制 勵磁線圈的內(nèi)部磁場。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，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并聯(lián)方式組成的壓電元件，壓電元件設(shè)于質(zhì)量 塊與非磁性腔體之間，用于檢測質(zhì)量塊的位移量變化，輸出可供后續(xù)檢測電路檢測的信 號。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，所述的質(zhì)量塊以 高比重材料制成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，所述的質(zhì)量塊是圓柱 體或棱柱體，且在質(zhì)量塊周向設(shè)置有多道凹槽或葉片，用于增加與磁性流體的有效接觸面 積。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，所述的非磁性腔 體包括非磁性內(nèi)筒與非磁性壓蓋，其中所述的非磁性內(nèi)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(zhì)量塊組成非磁性腔體，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產(chǎn)生保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；或 者，所述的非磁性內(nèi)筒一端開口 ，開口處安裝一個非磁性壓蓋壓緊質(zhì)量塊組成非磁性腔 體，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間產(chǎn)生保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；或者， 所述的非磁性內(nèi)筒與非磁性壓蓋之間還設(shè)置有非磁性密封園。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，所述的非磁性腔體為圓柱體或棱柱體，外壁沿軸向方向設(shè)置有周向凹槽，用于安裝勵磁線圈；或者還包括，所述的質(zhì)量塊端面處設(shè)置有定位凹槽，所述的非磁性腔體內(nèi)部端面處設(shè)置有凸臺，質(zhì) 量塊通過非磁性腔體內(nèi)部凸臺進(jìn)行周向定位。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，所述的磁性流體包括磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體中的至少一種。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁性流體加速度傳感器，其特征在于，還包括外殼體， 所述的非磁性腔體、磁性流體、質(zhì)量塊、檢測裝置或磁場控制裝置設(shè)置于外殼體內(nèi)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(shè)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(shè)有隔離套，用于隔離磁場控制裝置與外部磁場的聯(lián) 系，抑制外界磁場干擾。
全文摘要
本發(fā)明所述的磁性流體加速度傳感器包括非磁性腔體是由非磁性材料構(gòu)成的密閉容器；質(zhì)量塊設(shè)于非磁性腔體中部，兩端面與非磁性腔體的接觸面間設(shè)有檢測裝置，并在質(zhì)量塊、檢測裝置與非磁性腔體之間保持設(shè)定的預(yù)緊壓力；且非磁性腔體與質(zhì)量塊形成的空腔中充滿磁性流體；檢測裝置用于檢測質(zhì)量塊與非磁性腔體之間壓力的變化，輸出加速度檢測結(jié)果信號。具有大量程、量程可控性、高靈敏度、高可靠性、智能性、工作壽命長等特點(diǎn)。
文檔編號G01P15/08GK101246183SQ20071006399
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者劉桂雄, 東 曹, 程韜波, 邱東勇 申請人:華南理工大學(xué)