一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器，金屬殼體為軟磁材料構(gòu)成的圓柱體容器，用于容納機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路，并屏蔽外界電磁干擾，金屬殼體底部設(shè)有螺紋孔，用于將整個(gè)角速度傳感器固定在被測物體上；MFC是由非導(dǎo)電基液、磁性微粒和非磁性固體顆粒組成的三相溶液；永磁體為圓柱狀永磁體，用于提供梯度磁場，使MFC產(chǎn)生磁流體重力懸浮效應(yīng)；電磁線圈纏繞在二十四槽定子上，二十四槽定子和電磁線圈用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使MFC中的非磁性固體顆粒反向自旋；軟磁體用于屏蔽所述電磁線圈交叉處產(chǎn)生的磁場干擾；三相交流電發(fā)生電路用于產(chǎn)生三相交流電壓，通過隔離電路加載到電磁線圈上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。具有低成本、高線性、高靈敏度的特征。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及角速度傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種利用磁流體復(fù)合物中的磁性液 體及非磁性成分自旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的角速度傳感器。 一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器

【背景技術(shù)】
[0002] 磁性液體（Magnetic Fluid，簡稱MF)是由懸浮在基液中的磁性微粒、穩(wěn)定劑和基 液組成，兼具有流動(dòng)性和電磁性雙重特性的一種新型功能材料。如果在磁流體中加入第三 相由不同材料做成的非磁性固體顆粒（約100_5000nm)，而且這種非磁性固體顆粒還具有 導(dǎo)電性（金屬或被覆金屬），那么磁流體復(fù)合物（Magnetic Fluid Composites,簡稱MFC) 將表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)、電磁學(xué)和機(jī)械流變方面的屬性。在國內(nèi)，以磁性液體為核心的傳感器 在國內(nèi)才剛進(jìn)入研究起步階段，對磁性液體慣性傳感器的研究較少。
[0003] 由于MFC中非磁性顆粒的質(zhì)量、密度一般與磁流體不同，MFC -般需在微重力場條 件下工作。否則，MFC(三相流體）中的非磁性固體成分在梯度重力下將沉降到容器的底部 或移到容器中液體的上層（除非非磁性成分與磁流體的質(zhì)量、密度相同）。要在地球環(huán)境下 使用這種MFC，需要在堅(jiān)直方向附加一個(gè)梯度磁場，磁流體溶液在此梯度磁場下具有重力懸 浮效應(yīng)（產(chǎn)生一個(gè)大于常規(guī)浮力的向上的力），使其中的非磁性物質(zhì)懸浮在溶液中。這樣， 非磁性物質(zhì)等效處于微重力環(huán)境下。在微重力場中，MFC的非磁性成分無需磁梯度穩(wěn)定，整 個(gè)MFC體系宏觀均一。這樣，微小的外加物理場就可以影響MFC液體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和屬性，使之 發(fā)生相關(guān)效應(yīng)，表現(xiàn)出特定的光學(xué)、電磁學(xué)和機(jī)械流變特性等。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型提供了一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器，本實(shí)用新型利用磁流體復(fù)合 物中的磁性液體及非磁性成分自旋轉(zhuǎn)效應(yīng)提出了一種新型的角速度傳感器，詳見下文描 述：
[0005] -種磁流體復(fù)合物角速度傳感器，所述磁流體復(fù)合物角速度傳感器包括：金屬殼 體、MFC、永磁體、二十四槽定子、電磁線圈、軟磁體，以及外接的三相交流電發(fā)生電路，
[0006] 所述金屬殼體為軟磁材料構(gòu)成的圓柱體容器，用于容納機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路，并屏蔽 外界電磁干擾，所述金屬殼體底部設(shè)有螺紋孔，用于將整個(gè)角速度傳感器固定在被測物體 上；
[0007] 所述MFC是由非導(dǎo)電基液、磁性微粒和非磁性固體顆粒組成的三相溶液；
[0008] 所述永磁體為圓柱狀永磁體，用于提供梯度磁場，使所述MFC產(chǎn)生磁流體重力懸 浮效應(yīng)；
[0009] 所述電磁線圈纏繞在所述二十四槽定子上，所述二十四槽定子和所述電磁線圈用 于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使所述MFC中的非磁性固體顆粒反向自旋；
[0010] 所述軟磁體用于屏蔽所述電磁線圈交叉處產(chǎn)生的磁場干擾；
[0011] 所述三相交流電發(fā)生電路用于產(chǎn)生三相交流電壓，通過隔離電路加載到所述電磁 線圈上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
[0012] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案的有益效果是：利用磁流體復(fù)合物獨(dú)特的電磁屬性和 機(jī)械流變特性的新型磁流體慣性引力傳感器具有低成本、高線性、高靈敏度的特征，特別在 準(zhǔn)靜態(tài)和低頻慣性引力變化場合中，具有高線性度和靈敏度響應(yīng)。
[0013] 1、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)新穎，沒有固體移動(dòng)部件，不存在機(jī)械磨損，因此具有高可靠 性、高強(qiáng)度、長壽命的特點(diǎn)；
[0014] 2、本實(shí)用新型具有低成本、高線性、高靈敏度的特征，特別在準(zhǔn)靜態(tài)和低頻慣性引 力變化場合中，具有高線性度和靈敏度響應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本實(shí)用新型的俯視圖。
[0016] 其中：1、2、3和4-螺釘:5_端蓋。
[0017] 圖2是圖1中對應(yīng)的剖視圖A-A。
[0018] 其中：3,4_螺釘；5_端蓋；6_金屬殼體；7_螺紋；8_螺釘；10_電路平臺；11-上 走線板；12-上軟磁體；13-上軟磁體支架；14-上永磁體；15-上永磁體支架；16-MFC ; 17-二十四槽定子；18-下永磁體；19-下軟磁體支架；20-下軟磁體；21-下走線板；9、 22-定位桿。
[0019] 圖3是本實(shí)用新型的上下走線板、上下軟磁體支架及上下永磁體支架的示意圖。 [0020] 圖4是二十四槽定子的示意圖。
[0021] 圖5是本實(shí)用新型的裝配分解示意圖（螺釘和定位桿未畫出，其中螺釘?shù)臉?biāo)號 (23、24、25和26)標(biāo)在了相應(yīng)的螺紋孔上）。
[0022] 圖6是產(chǎn)生輸出相位差為120°的三相交流電壓的電路簡圖(在該電路與電磁線 圈之間需要加入隔離電路，圖中未畫出）。
[0023] 圖7是三相二十四槽繞組纏繞平面圖。仏和U2均接入通過隔離電路的0°正弦電 壓但電流流向相反，％和V 2均接入通過隔離電路的120°正弦電壓但電流流向相反，仏和 隊(duì)均接入通過隔離電路的240°正弦電壓但電流流向相反。電流方向如圖所示。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本實(shí)用新型實(shí)施方式 作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025] -種磁流體復(fù)合物角速度傳感器，包括：金屬殼體6、MFC16、永磁體(上永磁體14 和下永磁體18)、二十四槽定子17、電磁線圈（圖中未示出）、軟磁體(上軟磁體12和下軟磁 體20)，以及外接的三相交流電發(fā)生電路。
[0026] 金屬殼體6為軟磁材料構(gòu)成的圓柱體容器，用于容納角速度傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)和 電路，并屏蔽外界電磁干擾，金屬殼體6底部設(shè)有螺紋孔，用于將整個(gè)角速度傳感器固定在 被測物體上。
[0027] MFC16是由非導(dǎo)電基液、磁性微粒和非磁性固體顆粒組成的三相溶液。
[0028] 永磁體為圓柱狀永磁體，用于提供梯度磁場，使MFC16產(chǎn)生磁流體重力懸浮效應(yīng)， 從而使得非磁性固體顆粒均勻地懸浮在溶液中。
[0029] 電磁線圈纏繞在二十四槽定子17上，二十四槽定子17和電磁線圈用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場，使MFC 16中的非磁性固體顆粒反向自旋。
[0030] 軟磁體用于屏蔽電磁線圈交叉處產(chǎn)生的磁場干擾。
[0031] 三相交流電發(fā)生電路用于產(chǎn)生三相交流電壓，通過隔離電路加載到電磁線圈上產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場。該電路為本領(lǐng)域技術(shù)人員所共知，本實(shí)用新型實(shí)施例對此不作贅述。
[0032] 該角速度傳感器是通過MFC16中的非磁性物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下做繞z軸的反 向自旋運(yùn)動(dòng)，其角動(dòng)量的方向也是沿z軸。當(dāng)整個(gè)角速度傳感器有沿X軸或y軸（X，y, z軸 正交）的附加角動(dòng)量時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化，且在一定旋轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)，品質(zhì)因數(shù)的 倒數(shù)與附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度呈線性關(guān)系。
[0033] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)的描述該角速度傳感器的結(jié)構(gòu)，詳見下文描述：
[0034] 圖1是本實(shí)用新型的俯視圖。該圖描述了螺釘1、2、3和4在端蓋5上沿圓周方向 均勻分布，作用是與金屬殼體6相連。
[0035] 圖2是圖1中對應(yīng)的剖視圖A-A。將下走線板21插入定位桿9和22(前后方向的 定位桿圖中未示出）。將下軟磁體20與下軟磁體支架19組合好后插入定位桿9和22。將 二十四槽定子17和下永磁體18組合好后插入定位桿9和22。并將已經(jīng)和定位桿組合好的 組件放入金屬殼體6中。在二十四定位槽17中灌入MFC16后用膠涂在二十四定位槽17上 表面，同時(shí)將上永磁體架15和上永磁體14組合好后插入定位桿9和22后，使得上永磁體 架15下表面和二十四定位槽17上表面膠合。將上軟磁體架13和上軟磁體12組合好插入 定位桿9和22。將上走線板11插入定位桿9和22。將電路平臺10和電路板等組合好后， 用螺釘8 (以及圖2中未示出的螺釘）固定在上走線板11上。端蓋5與金屬殼體6通過螺 釘1、2、3和4連接。螺紋7是為了將整個(gè)角速度傳感器固定在被測物體上。
[0036] 圖3是本實(shí)用新型的上下走線板、上下軟磁體支架及上下永磁體支架的示意圖。 圖中的槽狀是供產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的線圈走線所用。圓孔是為插入定位桿9和22所用。
[0037] 圖4是二十四槽定子的示意圖。如圖4所示，槽狀是供產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的線圈走線 所用，中間圓柱狀空間是用于容納MFC的。圓孔是為插入定位桿9和22所用。
[0038] 圖5是本實(shí)用新型的裝配分解示意圖（螺釘和定位桿未畫出，其中螺釘?shù)臉?biāo)號標(biāo) 在了相應(yīng)的螺紋孔上)。按照如圖所示的順序安裝形成。
[0039] 圖6是產(chǎn)生輸出相位差為120°的三相交流電壓的電路簡圖，輸入為50Hz正弦交 流電壓。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，還可以采用其他的三相交流電壓產(chǎn)生電路，本實(shí)用新型實(shí)施例對此不 作限制。
[0040] 圖7是三相二十四槽繞組纏繞平面圖。Ui和U2均接入通過隔離電路的0°正弦電 壓但電流流向相反，％和V 2均接入通過隔離電路的120°正弦電壓但電流流向相反，Ui和 隊(duì)均接入通過隔離電路的240°正弦電壓但電流流向相反。電流方向如圖所示。
[0041] 本實(shí)用新型所述的一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器的工作原理如下：
[0042] 按照圖7所示的電磁線圈在二十四定位槽17中纏繞后，當(dāng)給電磁線圈輸入相位差 為120°的三相交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生圍繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場，從而MFC溶液中的磁性物質(zhì)跟 隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，MFC溶液中的磁性物質(zhì)與非磁性物質(zhì)之間的作用力使得非磁性物質(zhì)產(chǎn)生 反向自旋運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方向沿z軸，z軸方向如圖2中所示。當(dāng)整個(gè)傳感器有沿X軸 或y軸（X，y, z軸正交，x和y軸方向如圖1所示）的附加角動(dòng)量時(shí)，電路的品質(zhì)因數(shù)發(fā)生變 化，且在一定旋轉(zhuǎn)頻率范圍內(nèi)，品質(zhì)因數(shù)的倒數(shù)與附加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度呈線性關(guān)系。
[0043] 本實(shí)用新型實(shí)施例對各器件的型號除做特殊說明的以外，其他器件的型號不做限 制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0044] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本實(shí)用新型實(shí) 施例序號僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0045] 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種磁流體復(fù)合物角速度傳感器，其特征在于，所述磁流體復(fù)合物角速度傳感器包 括：金屬殼體、MFC、永磁體、二十四槽定子、電磁線圈、軟磁體，以及外接的三相交流電發(fā)生 電路， 所述金屬殼體為軟磁材料構(gòu)成的圓柱體容器，用于容納機(jī)械結(jié)構(gòu)和電路，并屏蔽外界 電磁干擾，所述金屬殼體底部設(shè)有螺紋孔，用于將整個(gè)角速度傳感器固定在被測物體上； 所述MFC是由非導(dǎo)電基液、磁性微粒和非磁性固體顆粒組成的三相溶液； 所述永磁體為圓柱狀永磁體，用于提供梯度磁場，使所述MFC產(chǎn)生磁流體重力懸浮效 應(yīng)； 所述電磁線圈纏繞在所述二十四槽定子上，所述二十四槽定子和所述電磁線圈用于產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)磁場，使所述MFC中的非磁性固體顆粒反向自旋； 所述軟磁體用于屏蔽所述電磁線圈交叉處產(chǎn)生的磁場干擾； 所述三相交流電發(fā)生電路用于產(chǎn)生三相交流電壓，通過隔離電路加載到所述電磁線圈 上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
【文檔編號】G01P3/44GK203909058SQ201420160821
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】李醒飛, 徐夢潔, 梁思夏, 王麗萍, 張少強(qiáng) 申請人:天津大學(xué)