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一种新型磁性液体加速度传感器的设计及实验研究

李强  
【摘要】:本文根据一种新型磁性液体传感器原理设计了一种磁性液体加速度传感器;磁芯采用磁性液体悬浮的永磁体;回复力由一对永磁体产生;信号由一对电感式线圈检测。 根据磁性液体的表面应力张量,理论研究了磁性液体悬浮力的大小,得出了磁性液体自悬浮表达式,理论证明了实验采用的永磁体能被磁性液体悬浮,得出了实验采用磁性液体的相对磁导率应大于1.02的结论;根据永磁体的磁力计算原理,利用圆柱形永磁体永磁圆盘叠加模型和等效电流线圈模型计算了圆柱形永磁体产生的场,得到了两个圆柱形永磁体间磁力,对采用一对永磁体产生的磁力与磁芯位移的关系进行了数值计算,得出了在不同回复距离时,磁力与磁芯位移的关系,加速度与磁芯位移的关系;对差动电感式传感器的输出电压进行了理论分析,得出传感器输出电压表达式。 对线圈的结构参数进行了设计;对传感器的磁芯材料进行了选择;对电源电压和频率进行了确定;设计了检测传感器信号的差动式电桥电路,设计了具有放大、整流功能的信号处理电子电路;用Labview软件设计了数据采集卡和计算机接口程序。搭建了具有信号处理和数据采集功能的传感器实验平台。 分析了传感器的结构参数对输出特性的影响;在搭建的传感器实验平台上,对磁性液体加速度传感器采用的回复距离、磁性液体种类、磁性液体体积、磁性液体物理性能参数、磁芯的尺寸等与输出电压的关系进行研究,实验数据与数值模拟基本符合;分析了传感器的部分静态和动态性能,实验数据与理论分析符合较好。 图95幅,表22个,参考文献126篇。


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