[發明專利]一種磁流變彈性體壓力傳感器

有效

• 申請號: 201410624731.3
• 申請日: 2014-11-07
• 公開（公告）號: CN104316225A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 朱緒力;肖林京;滕桂榮;范亞敏;王傳萍;孫朝陽
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01L9/16
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 毛勝昔

技術領域

本發明涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種磁流變彈性體壓力傳感器。

背景技術

磁流變彈性體是一種新型智能材料。其制備方法大致為，將微米級的軟磁材料顆粒分散于液態高分子聚合物中，在外加磁場和溫度場的作用下，上述混合物發生磁流變效應使得顆粒磁化并形成有序結構；繼續保持磁場和溫度場作用直至聚合物固化而形成的彈性固體就是磁流變彈性體。

由于磁流變彈性體內部顆粒結構的特殊性，其導電性和一般的填料隨機分布的導電高分子復合材料的導電性有所不同。在磁流變彈性體的制備過程中，顆粒在磁場的作用下有序聚集，形成各向異性的結構。

磁流變彈性體在制備過程中，磁流變效應使得顆粒聚集，此聚集狀態為顆粒在制備磁場作用下的最低能量狀態。

現有技術的磁流變彈性體傳感器在使用過程中，往往存在測量精度不高、使用壽命短等現象，而且隨著傳感器使用時間的延長，其反應靈敏度、遲滯差值、線性度和重復性等主要性能指標將逐步衰減、變差，直至無法正常使用，其整體使用壽命偏短。原因在于，磁流變彈性體作為傳感元件使用時，在其使用環境的外加力的作用下，其內部的顆粒鏈不可避免的發生錯位，甚至出現顆粒鏈中顆粒與顆粒連接的斷裂等情形。隨著這種錯位或斷裂現象的加劇，傳感器的性能指標將逐步衰減、變差，直至無法正常使用。

發明內容

本發明的目的是，提供一種結構簡單、布局緊湊、反應靈敏、遲滯差值小、線性度高、重復性好，且使用壽命長的磁流變壓力傳感器。

本發明為實現上述目的所需要解決的技術問題是，如何進行壓力傳感器內磁流變彈性體與磁體之間相對位置的合理布局，以實現壓力傳感器在外加磁場形成的閉合回路中，其內部的磁流變彈性體中的鐵磁微粒迅速達到并始終保持在理想的穩定鏈狀結構的技術問題。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種磁流變彈性體壓力傳感器，整體呈六面體結構，包括導磁體和磁流變彈性體；其特征在于，還包括有永磁體；

所述永磁體數量為兩個，分別為上永磁體和下永磁體；

所述磁流變彈性體數量為兩個；

所述導磁體成L形，數量為四個；

所述導磁體、磁流變彈性體和永磁體按順序固定連接成一體，共同圍成一個封閉的矩形框；其中，所述上永磁體和下永磁體分別布置在所述矩形框的上、下邊框的中心位置，所述磁流變彈性體分別布置在所述矩形框的左右邊的中心位置；

所述導磁體的上、下兩個外表面上均設置有絕緣層；

所述上永磁體與下永磁體之間形成一個封閉的環形磁場；

所述導磁體的左右兩端面中的任一端面上還焊接有兩個接線端子；

所述兩個接線端子一上一下分別設置在所述磁流變彈性體的上方位置和下方位置。

上述技術方案直接帶來的技術效果是，一方面，結構簡單、布局緊湊；

另一方面，通過在傳感器內部增設一對永磁體，利用永磁體所產生的磁場，將磁流變彈性體置于永磁體所產生的封閉磁場內，既能防止磁流變彈性體顆粒鏈發生斷裂和滑動，又可以使顆粒鏈在發生錯位和斷裂時及時復位。即，可使磁流變彈性體內部“顆粒鏈”的取向始終處于穩定一致的狀態。具體理由詳細解釋說明如下：

磁流變彈性體內的顆粒具有鏈或柱狀結構，為便于理解與說明，可以將這種顆粒與顆粒之間的鏈或柱狀結構簡單看成無數個顆粒鏈。在制備磁流變彈性體時，其內部的顆粒在成鏈過程中鐵磁性顆粒沿著磁力線規律性的運動聚集，同一鏈上相鄰顆粒的間距非常小，會造成顆粒間的接觸電阻也非常小。在有電場施加在磁流變彈性體上時，顆粒鏈就作為導電通道。在適當的制備磁場作用下，絕大部分的顆粒都能夠參與導電通道的形成，而孤立的非聯通鏈很少存在。由于以上原因，磁流變彈性體中的導電通道與顆粒隨機分散的導電高分子復合材料相比，具有導電通道數量多，且導電通道的電阻小的特點，因此磁流變彈性體的電阻要比相同填充材料體積比的均勻混合的普通導電高分子復合材料小得多。

影響磁流變彈性體電導的因素主要有外加力載荷、磁場、電場等。當磁流變彈性體受到外加力的作用時，同一條顆粒鏈中的相鄰顆粒的間距會發生改變，同時顆粒受到擠壓或者拉伸也會發生局部形變，造成顆粒鏈的電阻發生改變，在宏觀上表現為磁流變彈性體的電阻產生變化。在磁場的作用下，顆粒之間有相互吸引力產生，能夠改變磁流變彈性體的電阻。磁流變彈性體的導電電流包括傳導電流和隧道電流兩部分，而隧道電流是與電場強度非線性相關的，因此磁流變彈性體的電阻隨電場強度的變化而改變。