[實用新型]磁性液體全方位水平傾角傳感器

有效

• 申請號: 201720506964.2
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN206944988U
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 楊文榮;郭兵;李健
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01C9/18
• 分類號: G01C9/18
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本實用新型涉及一種傾角傳感器，主要涉及一種采用磁性液體的傾角傳感器。

背景技術

隨著科技的不斷進步，社會生產實踐中常常需要精確地測量工作平面相對于水平面的傾斜角度，例如高精度激光儀器調平、工程機械調平、大壩監測、衛星導彈的發射角度、飛行器飛行姿態等，因此傾角傳感器有著十分廣泛的應用前景。目前工業上應用的傾角傳感器可以分為“固體擺”、“液體擺”、“氣體擺”三種。相比于“固體擺”和；“液體擺”式傾角傳感器，“氣體擺”式傾角傳感器容易受到諸多因素的干擾，因此“氣體擺”式傾角傳感器的性能穩定性差、實際應用率低。相比與“液體擺”式傾角傳感器，“固體擺”傾角傳感器存在機械滯后以及磨損的問題。

現有一種磁性液體傳感器，它具有一個玻璃管，玻璃管充有非磁性載液和約半容器體積的磁性液體，玻璃管的徑向外周纏繞著激勵線圈、差分感應線圈。激勵線圈產生磁場，磁化管內的磁性液體，當玻璃管傾斜時，磁性液體在重力的作用下移動，其外周纏繞的差分感應線圈產生感應電流。該電流是傳感器傾斜角的函數。由于該種傾角傳感器只能夠測量某一固定方向的傾斜角，實際使用中測量三維空間傾斜角需要至少兩個相互垂直放置的傾角傳感器才可以實現三維空間內傾斜角的測量，該傾角傳感器不能實現同步測量傾斜角和偏轉角；由于該種傳感器本身結構的限制，傾角傳感器管內磁性液體隨著傾斜角增加在重力作用下的移動越來越小，所以傾角傳感器的測量精度會隨著傾角的增加而降低，該傾角傳感器不能實現±180°全角度的測量；由于該種傳感器需要通過激勵線圈產生磁場，所以使用該傾角傳感器需要配備相應的激勵電源，增加了傾角傳感器的使用難度和成本，通過差分感應線圈實現傾角信號到電信號的轉化，增加了傳感器的體積和重量，不便于在現有的系統中使用。

實用新型內容

針對當前技術中存在的不足，本實用新型的目的為提供一種適用于三維空間內±180°全角度、多方位測量的傾角傳感器。該傳感器通過磁性液體測量元件的設計，解決了現有磁性液體傳感器測量方向固定單一、測量范圍窄等問題，該傳感器可以同步測量三維空間內傾斜角和偏轉角并且測量范圍擴展到±180°，顯著提高了測量系統的適用性與工作效率。該傳感器通過堆疊式永磁體的設計，解決了隨傾斜角變化磁感應強度B變化率不均勻的問題，顯著地提高了傳感器的測量精度以及傳感器的穩定性。該傳感器通過水平底座上指南針的設計，解決偏轉方向的參照物的問題，增加了偏轉方向角測量值的規范性。

本實用新型技術方案為：

一種磁性液體全方位水平傾角傳感器，該傳感器包括磁性液體測量元件、支架、水平底座和堆疊式永磁體；所述支架通過安裝孔固定在水平底座上；磁性液體測量元件安裝在支架上；所述堆疊式永磁體懸浮在磁性液體測量元件內部的磁性液體中；所述水平底座由固定螺栓固定在待檢測面上；

所述磁性液體測量元件包括封閉球殼、隧道磁電阻(TMR)傳感器a、隧道磁電阻(TMR)傳感器b、隧道磁電阻(TMR)傳感器c、連接桿、連接環和磁性液體；封閉球殼內裝有占球殼體積40％～50％的磁性液體和堆疊式永磁體，并通過連接桿與連接環相連接；4個連接桿均勻分布在封閉球殼水平方向最大圓周上，每個連接桿的一端垂直固定在球殼上；連接桿的另一端與連接環相連接，圓環狀的連接環在封閉球殼中部的最大圓周的外側；隧道磁電阻(TMR)傳感器b固定在封閉球殼外側的最底部，隧道磁電阻(TMR)傳感器a、隧道磁電阻(TMR)傳感器c分別位于封閉球殼水平方向最大圓周的外側，并且和球心在同一條直線上；

所述磁性液體是煤油基Fe₃O₄磁性液體，按照體積比Fe₃O₄：煤油＝8：92配制；四氧化三鐵為納米顆粒，直徑的范圍在2～20nm；

所述的堆疊式永磁體由3-5塊圓柱形永磁體以半徑從小到大的順序堆疊組成，圓柱永磁體的厚度相同，直徑最大的圓柱永磁體在最上方；軸向充磁的圓柱永磁體依靠相互之間的吸附力堆疊構成一個整體；永磁體的中心軸線重合；所述的堆疊式永磁體優選為由5塊圓柱形永磁體堆疊組成，五塊圓柱永磁體的厚度均為2mm，半徑依次為10mm、8mm、6mm、4mm、2mm；所述的封閉球殼的半徑為20mm。

支架為四根支腳，每根支腳包括半環形支柱、支柱a、調節柱、支柱b；所述半環形支柱用來支撐連接環，所述支柱b固定裝入水平底座相應的支腳安裝孔中；支柱a的無螺紋端與半環形支柱的相連接，有螺紋端與調節柱相連接，調節柱的另一端與支柱b有螺紋端相連接。