[發(fā)明專利]磁電式科里奧利力檢測傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410095933.3
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103913158B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 楊斌堂;孟光
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/56
• 分類號: G01C19/56
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發(fā)明涉及力檢測傳感器技術領域，具體地，涉及一種磁電式科里奧利力檢測傳感器。

背景技術

我們知道根據(jù)牛頓力學的理論，以旋轉體系為參照系，質(zhì)點的直線運動偏離原有方向的傾向被歸結為一個外加力的作用，該力即為科里奧利力，并定義為：式中為科里奧利力；m為質(zhì)點質(zhì)量；為質(zhì)點運動速度；為旋轉體系角速度。

目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，提供了一種磁電式科里奧利力檢測傳感器。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。

一種磁電式科里奧利力檢測傳感器，包括殼體以及設置于殼體內(nèi)部的質(zhì)量體和檢測傳感器機構，所述殼體作為旋轉體系，其角速度為所述質(zhì)量體以速度相對殼體運動，所述檢測傳感器機構用于實現(xiàn)角度檢測。

優(yōu)選地，所述質(zhì)量體通過平衡力懸浮在殼體的三維空間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述平衡力通過如下任一種方式提供：

-彈性材料體，所述彈性材料體的一端固定于殼體的任一向或任多向端面上，彈性材料體的另一端與質(zhì)量體固接，所述質(zhì)量體在彈性材料體的約束下懸浮；

-可對稱變化磁場，所述質(zhì)量體在磁場作用下懸浮。

優(yōu)選地，所述彈性材料體包括：彈性網(wǎng)、單體柔性鉸鏈、單體彈簧以及由多個單體柔性鉸鏈或多個單體彈簧組合形成的組合體。

優(yōu)選地，還包括電磁線圈，所述電磁線圈固定于殼體的任一端面上；所述質(zhì)量體為永磁體質(zhì)量塊、電磁體質(zhì)量塊和鐵磁體質(zhì)量塊中的任一種，對所述電磁線圈施加交變載荷(交變電流)，產(chǎn)生交變電磁力，使質(zhì)量體產(chǎn)生往復直線運動。

優(yōu)選地，所述永磁體質(zhì)量塊為如下任一種結構：

-在X和Z向磁極正交的兩塊永磁體的組合體；

-包括剛性材料體和與剛性材料體端面相適配的多個磁力片，所述磁力片的S極或N極膠接在剛性材料體的每一個端面上，相應地，磁力片的N極或S極形成外端面。

優(yōu)選地，所述檢測傳感器機構為以下任一種結構：

-包括一個傳感器單元，所述傳感器單元設置于殼體上的X向端面、Y向端面和Z向端面中的任一端面上，或，設置于質(zhì)量體的X向端面、Y向端面和Z向端面中的任一端面上；

-包括多個傳感器單元，所述多個傳感器單元分別設置于殼體上的X向端面、Y向端面和Z向端面中的任多個端面上，和／或，設置于質(zhì)量體的X向端面、Y向端面和Z向端面中的任多個端面上，實現(xiàn)多個傳感器單元對一個角度的同時檢測。

優(yōu)選地，每一個傳感器單元為如下任一種結構：

-第一磁致伸縮-壓電傳感器單體，包括相互連接的壓電體和磁致伸縮體；

-第二磁致伸縮-壓電傳感器單體，包括壓電體、磁致伸縮體和永磁體塊，所述壓電體和磁致伸縮體相互連接，所述永磁體塊設置于對磁致伸縮體產(chǎn)生永磁勵磁場的位置上，例如，所述永磁體塊設置于磁致伸縮體的一端部或兩側；

-第一磁致伸縮-壓電傳感器單體和／或第二磁致伸縮-壓電傳感器單體剛性連接組合形成的磁致伸縮-壓電傳感器組合體。

優(yōu)選地，還包括一維平動檢測傳感器，所述一維平動檢測傳感器設置于質(zhì)量體的X軸、Y軸和Z軸中任一個或任多個平動運動方向上，此時，質(zhì)量體未設置一維平動檢測傳感器的其他軸運動方向通過滑動接觸件約束；向質(zhì)量體施加平動運動慣性作用力，使質(zhì)量體產(chǎn)生相對于一維平動檢測傳感器的移動，進而測量質(zhì)量體平動位移、加速度和／或速度。

優(yōu)選地，所述慣性作用力通過振動產(chǎn)生。

本發(fā)明的工作原理為：基于科里奧利力效應實現(xiàn)平轉動體(殼體)低速或高速的寬頻轉速的基于磁電效應的檢測。由于當質(zhì)點(質(zhì)量體)的質(zhì)量m一定時，科里奧利力的值取決于質(zhì)點(質(zhì)量體)的運動速度和旋轉體系(殼體)的角速度所以，當較小(平轉動體轉速慢)或較大(平轉動體轉速快)時，通過對應增加或減小質(zhì)點運動速度即能夠取得和之間優(yōu)化對應的頻譜關系，獲得穩(wěn)定的科里奧利力，使質(zhì)量體相對傳感器單元空間位置發(fā)生變化，引起磁電信號，進而對應得到平轉動體慢速或快速轉動的檢測。

本發(fā)明提供的磁電式科里奧利力檢測傳感器，基于科里奧利力效應，實現(xiàn)平轉動體低速或高速的寬頻轉速的檢測。通過采用磁致伸縮-壓電傳感器和一維平動檢測傳感器，最多能夠實現(xiàn)包括三個轉動角度檢測和三個平動測量的六自由度檢測，填補了本領域中關于磁電式科里奧利力檢測傳感器的空白。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：