[發(fā)明專利]懸臂梁式磁流變脂大加速度傳感器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210066478.5
• 申請(qǐng)日: 2012-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN103308719A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何國田;王松;張德勝;馬燕;冉迎春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P15/125
• 分類號(hào): G01P15/125
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加速度傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變脂的懸臂梁式大加速度傳感器。

背景技術(shù)

磁流變脂是由微米級(jí)鐵磁性顆粒、基油、稠化劑、添加劑和填料組成的結(jié)構(gòu)骨架的膠體分散體系。其流變性能在外磁場(chǎng)作用下發(fā)生明顯、連續(xù)、可逆的快速變化。磁流變脂稠度高，阻尼系數(shù)較大。

加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的設(shè)備，廣泛用于航空航天、武器系統(tǒng)、汽車、振動(dòng)監(jiān)控、碰撞測(cè)試等領(lǐng)域。通過測(cè)量加速度，可以獲得運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。從而可應(yīng)用在控制、汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)、地震監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探以及橋梁的振動(dòng)測(cè)試與分析。現(xiàn)有的加速度傳感器一般剛度較小，測(cè)量范圍有限，使用中容易達(dá)到其量程的極限值。

發(fā)明內(nèi)容

為了能夠測(cè)量較大的加速度，本發(fā)明提出一種懸臂梁式磁流變脂加速度傳感器。該裝置主要分為加速度測(cè)試裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路兩部分。

加速度測(cè)試裝置由懸臂梁、非磁性質(zhì)量塊、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變脂、非磁性容器組成。磁流變脂充滿非磁性容器，非磁性質(zhì)量塊被懸臂梁固定懸浮于磁流變脂中，懸臂梁上下兩端固定在非磁性容器上。在非磁性質(zhì)量塊上設(shè)置動(dòng)極板、在非磁性容器內(nèi)設(shè)置定極板，二者構(gòu)成檢測(cè)電容。當(dāng)非磁性容器運(yùn)動(dòng)時(shí)，非磁性質(zhì)量塊將與非磁性容器產(chǎn)生相對(duì)位移，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。磁場(chǎng)線圈用來為磁流變脂提供磁場(chǎng)，由于磁流變脂的阻尼系數(shù)隨外磁場(chǎng)的變化而變化，通過調(diào)節(jié)磁場(chǎng)線圈中電流大小使得磁流變脂的阻尼系數(shù)在合適的范圍內(nèi)，從而當(dāng)非磁性容器以大加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，非磁性質(zhì)量塊與非磁性容器相對(duì)位移變化在裝置允許范圍內(nèi)。

信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容、電流源、開關(guān)、運(yùn)算放大器和DSP構(gòu)成組成。用一基準(zhǔn)電壓給檢測(cè)電容充電至電容兩端電壓等于基準(zhǔn)電壓；然后檢測(cè)電容在電流源的作用下放電，DSP的內(nèi)部計(jì)數(shù)器同時(shí)開始工作。當(dāng)電流源對(duì)電容放電至電容兩端電壓為零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器結(jié)束計(jì)數(shù)。從而可得檢測(cè)電容大小，進(jìn)而可得到相對(duì)位移隨時(shí)間的變化，從而可得非磁性容器的加速度的大小。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不但可以有效地檢測(cè)加速度的大小，而且可以實(shí)現(xiàn)大加速度測(cè)量。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種磁流變脂加速度傳感器，該傳感器包括加速度測(cè)試裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路兩部分。

所述加速度測(cè)試裝置由懸臂梁、非磁性質(zhì)量塊、檢測(cè)電容、磁場(chǎng)線圈、磁流變脂、非磁性容器組成。磁流變脂充滿非磁性容器，非磁性質(zhì)量塊被懸臂梁固定懸浮于磁流變脂中，懸臂梁上下兩端固定在非磁性容器上。磁場(chǎng)線圈用來為磁流變脂提供磁場(chǎng)。在非磁性質(zhì)量塊上設(shè)置動(dòng)極板、在非磁性容器內(nèi)設(shè)置定極板，二者構(gòu)成檢測(cè)電容。當(dāng)非磁性容器運(yùn)動(dòng)時(shí)，非磁性質(zhì)量塊將與非磁性容器產(chǎn)生相對(duì)位移，從而檢測(cè)電容將發(fā)生變化。

所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由檢測(cè)電容、電流源、開關(guān)、運(yùn)算放大器和DSP構(gòu)成組成。如圖2所示，當(dāng)K₁閉合時(shí)，基準(zhǔn)電壓給電容充電至電容兩端電壓等于基準(zhǔn)電壓；然后K₁斷開，K₂閉合，電容在電流源的作用下放電，DSP的內(nèi)部計(jì)數(shù)器同時(shí)開始工作。當(dāng)電流源對(duì)電容放電至電容兩端電壓為零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器結(jié)束計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值與電容放電時(shí)間成正比。從而可得檢測(cè)電容大小，進(jìn)而可得到相對(duì)位移隨時(shí)間的變化，從而可得非磁性容器的加速度的大小。

根據(jù)上述測(cè)試裝置，本發(fā)明進(jìn)一步提出一種基于磁流變脂的大加速度檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

（1）設(shè)計(jì)基于懸臂梁式磁流變脂大加速度測(cè)試裝置及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。

（3）通過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將檢測(cè)電容變化轉(zhuǎn)換為DSP計(jì)數(shù)值變化。

（4）通過DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算后可得到加速度的大小。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）設(shè)計(jì)出懸臂梁式磁流變脂大加速度傳感器。

（2）可以檢測(cè)出大量程加速度。

（3）為磁流變脂在傳感技術(shù)中的應(yīng)用提供了一種新的方法。

附圖說明:

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明加速度測(cè)試裝置示意圖；

圖中1.非磁性容器，2.磁場(chǎng)線圈，3.懸臂梁，4.檢測(cè)電容動(dòng)極板，5.檢測(cè)電容定極板，6.磁流變脂，7.非磁性質(zhì)量塊

圖2是信號(hào)轉(zhuǎn)換電路圖；

圖3是相對(duì)位移隨時(shí)間變化曲線；

具體實(shí)施方式:?