專利名稱：一種加速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加速度傳感器的生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁性流體的加速度傳感器。
背景技術(shù)：
目前，在許多的技術(shù)領(lǐng)域均常用到加速度傳感器，如汽車運(yùn)動(dòng)控制、汽車測(cè)試、家電、游戲產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、GPS、PDA、手機(jī)、震動(dòng)檢測(cè)、建筑儀器以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等等。
現(xiàn)有的加速度傳感器通常有以下幾種結(jié)構(gòu)。
一種是將鋼球以移動(dòng)自如的狀態(tài)安放在殼體內(nèi)，根據(jù)從外部施加的機(jī)械性振動(dòng)，鋼球相對(duì)地移動(dòng)，則根據(jù)該位移按預(yù)定配置而設(shè)計(jì)的開關(guān)部分產(chǎn)生通或斷輸出，該結(jié)構(gòu)主要用作為一種加速度開關(guān)。
另一種加速度傳感器基本上采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，包含以固定設(shè)置在基板上的支持部件的固定端為中心作往復(fù)動(dòng)作的彈性變形運(yùn)動(dòng)的懸臂梁，用檢測(cè)懸臂梁的位置的方式確定外界加速度大小。常用的檢測(cè)方式有把懸臂梁做為電容電極的動(dòng)極板，檢測(cè)電容值的變化，得到懸臂梁的位置，從而得到外界加速度。
上述的加速度傳感器都具有機(jī)械接觸，存在機(jī)械變形和磨損，并一經(jīng)制造后就不能改變材料的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種加速度傳感器，核心是基于磁性流體的加速度傳感器，具有高精度、寬量程、高可靠性、智能性、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種加速度傳感器，包括非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子、磁性部件與檢測(cè)裝置，其中非磁性腔體為非磁性材料構(gòu)成的密閉容器，內(nèi)部充滿磁性流體；
磁性浮子為磁性材料構(gòu)成，由磁場(chǎng)作用懸浮于非磁性腔體內(nèi)的磁性流體中；磁性部件由磁性材料構(gòu)成，位于磁性浮子兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)；檢測(cè)裝置設(shè)于非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
所述的加速度傳感器還包括磁場(chǎng)控制裝置，用于改變磁性流體的粘度，控制磁性浮子的位移量，具體包括控制線圈纏繞于非磁性腔體外側(cè)，通過(guò)外加電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，改變磁性流體的粘度，控制磁性浮子的位移量；或者還包括，線圈固定套套于非磁性腔體外側(cè)，控制線圈纏繞于線圈固定套外側(cè)。
所述的檢測(cè)裝置包括軸端檢測(cè)裝置設(shè)于磁性浮子磁極的兩端非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；和/或，周向檢測(cè)裝置設(shè)于磁性浮子非磁極方向的周向的非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
所述的軸端檢測(cè)裝置包括磁性位移檢測(cè)元件采用霍爾元件，位于磁性浮子兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)，檢測(cè)磁性浮子的位移，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；且所述的磁性位移檢測(cè)元件與磁性部件間可以設(shè)有隔離元件；或者，所述的周向檢測(cè)裝置包括周向位移檢測(cè)元件，所述的周向位移檢測(cè)元件包括兩組檢測(cè)電容，軸向左右對(duì)稱安裝于非磁性腔體的外側(cè)面；其中所述的每組檢測(cè)電容包括兩個(gè)半圓形或平板式的極板，兩個(gè)極板軸向?qū)ΨQ安裝于非磁性腔體的外側(cè)面。
所述的檢測(cè)裝置還包括信號(hào)處理模塊，具體用于將磁性位移檢測(cè)元件差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理；或者，將兩組檢測(cè)電容差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。
所述的非磁性腔體包括非磁性外筒與非磁性端蓋，其中非磁性外筒兩端開口，兩端分別安裝一個(gè)非磁性端蓋組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體；或者，非磁性外筒一端開口，開口處安裝一個(gè)非磁性端蓋組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體；或者，
所述的非磁性外筒與非磁性端蓋之間還設(shè)有密封環(huán)。
所述的非磁性腔體兩端外側(cè)設(shè)有凹槽，如為非磁性端蓋則設(shè)于非磁性端蓋上，用于安裝檢測(cè)裝置；或者，所述的非磁性腔體為圓柱形，外壁軸向中部設(shè)有周向的環(huán)臺(tái)，外壁沿軸線方向周向?qū)ΨQ位置設(shè)有軸向凸臺(tái)；將非磁性腔體的外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置；或者，所述的非磁性腔體為長(zhǎng)方體，相對(duì)的兩組外壁其中一組兩面軸向中部設(shè)有周向凸臺(tái)，將非磁性腔體的一對(duì)相對(duì)外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置。
所述的磁性流體為磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體中的一種或多種的組合；或者，所述的磁性浮子為長(zhǎng)圓柱形、球形、橢球形或長(zhǎng)方形。
所述的加速度傳感器還包括內(nèi)夾套，所述的非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子與檢測(cè)裝置均設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)；所述的磁場(chǎng)控制裝置可設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)也可設(shè)于內(nèi)夾套外；所述的內(nèi)夾套具體包括內(nèi)夾套套筒與壓蓋，壓蓋與內(nèi)夾套套筒由螺栓固定將檢測(cè)裝置固定安裝于內(nèi)夾套中；所述的磁場(chǎng)控制裝置設(shè)于于內(nèi)夾套外時(shí)線圈固定套與內(nèi)夾套套筒可為一體。
所述的加速度傳感器還包括外殼體，所述的非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子與檢測(cè)裝置均設(shè)于外殼體內(nèi)腔中，外殼體具體包括外套筒與外端蓋，外套筒與外端蓋通過(guò)螺栓固定，所述的外端蓋上設(shè)有安裝支腳和/或安裝孔。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的一種加速度傳感器是將一磁性浮子放置于一非磁質(zhì)材料組成的滿磁性流體的非磁性腔體的內(nèi)部，由于磁性浮子自身所具有的磁場(chǎng)梯度，磁性流體在該磁場(chǎng)梯度作用下，產(chǎn)生一作用力，使得磁性浮子懸浮在磁性流體中，并在非磁性腔體的徑向上保持中間平衡位置；當(dāng)存在加速度時(shí)，磁性浮子位置發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)上新穎，避免了傳統(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)的特性，將具有梯度磁場(chǎng)的磁性浮子懸浮起來(lái)，同時(shí)能夠消除徑向作用的影響；磁性浮子處于與其它機(jī)械部件無(wú)直接接觸狀態(tài)，使得其可靠性高、壽命長(zhǎng)并且在檢測(cè)中同時(shí)采取特殊多介質(zhì)帶縫隙組合檢測(cè)電容和磁性位移檢測(cè)元件，對(duì)磁性運(yùn)動(dòng)塊位移檢測(cè)，并均采取差動(dòng)方式，消除各種干擾，具備高精度特點(diǎn)；另外本發(fā)明中利用磁性流體粘度可控性特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)控制線圈電流進(jìn)行改變，改變施加在磁性流體上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到控制磁性流體粘度的目的，從而可以達(dá)到對(duì)加速度傳感器量程的控制，實(shí)現(xiàn)寬量程的特點(diǎn)。具有高精度、寬量程、高可靠性、智能性、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明所述的一種加速度傳感器的立體爆炸示意圖；圖2為本發(fā)明所述的一種加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所述的一種加速度傳感器的非磁性外筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明所述的一種加速度傳感器的一種工作狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心是將一磁性運(yùn)動(dòng)部件(也就是磁性浮子1)放置于一非磁質(zhì)材料組成的滿磁性流體14的密閉容器(也就是非磁性腔體)的內(nèi)部，由于磁性浮子1自身所具有的磁場(chǎng)梯度，磁性流體14在該磁場(chǎng)梯度作用下，產(chǎn)生一作用力，使得磁性浮子1懸浮在磁性流體14中，并在非磁性腔體的徑向上保持中間平衡位置；當(dāng)存在加速度時(shí)，磁性浮子1位置發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)如圖1與圖2所示所述的加速度傳感器最基本的結(jié)構(gòu)包括非磁性腔體、磁性流體14、磁性浮子1、磁性部件9與檢測(cè)裝置，其中非磁性腔體為非磁性材料構(gòu)成的密閉容器，內(nèi)部充滿磁性流體14；非磁性腔體包括非磁性外筒4與非磁性端蓋13，本例中的非磁性外筒4兩端開口，兩端分別安裝一個(gè)非磁性端蓋13組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體14。有時(shí)在加工工藝允許的情況下非磁性外筒4可以是一端開口，開口處安裝一個(gè)非磁性端蓋13組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體14。同時(shí)為了更好地實(shí)現(xiàn)非磁性腔體的密閉(主要是密封)，所述的非磁性外筒3與非磁性端蓋13之間還設(shè)有密封環(huán)12，防止磁性流體14泄漏。
本例中的非磁性腔體兩端外側(cè)設(shè)有凹槽，也就是非磁性端蓋13上設(shè)有凹槽，用于安裝檢測(cè)裝置。
如圖3所示本例中的非磁性腔體為圓柱形，也就是非磁性外筒3的形狀為圓柱形，內(nèi)空心，兩端開口，且在非磁性外筒3的外壁軸向中部設(shè)有沿周向的環(huán)臺(tái)16，在非磁性外筒3的外壁沿軸線方向周向?qū)ΨQ位置設(shè)有軸向凸臺(tái)17；將非磁性外筒3的外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置。當(dāng)然，不排除所述的非磁性腔體為長(zhǎng)方體，也就是非磁性外筒3的形狀為長(zhǎng)方體，內(nèi)空心，兩端開口，長(zhǎng)方體相對(duì)的兩組外壁其中一組兩面軸向中部設(shè)有沿周向的周向凸臺(tái)；將非磁性外筒3的一對(duì)相對(duì)外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置。
磁性浮子1為磁性材料構(gòu)成，由磁場(chǎng)作用懸浮于非磁性腔體內(nèi)的磁性流體14中；磁性浮子1形狀為長(zhǎng)圓柱形、球形、橢球形或長(zhǎng)方形等。
磁性部件9由磁性材料構(gòu)成，位于磁性浮子兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)；磁性流體14為磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體等具備磁性的流體中的任何一種或是其中任何幾種的組合。
檢測(cè)裝置本例中的檢測(cè)裝置為軸端檢測(cè)裝置，設(shè)于磁性浮子1磁極的兩端非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子1的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；所述的軸端檢測(cè)裝置包括磁性位移檢測(cè)元件7采用霍爾元件，位于磁性浮子1兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)，檢測(cè)磁性浮子1的位移，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；且所述的磁性位移檢測(cè)元件7與磁性部件9間可以設(shè)有隔離元件8；避免磁性部件9對(duì)磁性位移檢測(cè)元件7造成干擾。
磁性位移檢測(cè)元件7、隔離元件8與磁性部件9置于上述的非磁性端蓋13上的凹槽中。
本例中的檢測(cè)裝置還可以采用周向檢測(cè)裝置，如為了更準(zhǔn)確地測(cè)量加速度，除軸端檢測(cè)裝置外，還可同時(shí)設(shè)置軸端檢測(cè)裝置與周向檢測(cè)裝置。
所述的周向檢測(cè)裝置設(shè)于磁性浮子非磁極方向的周向的非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子1的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
所述的周向檢測(cè)裝置包括周向位移檢測(cè)元件，所述的周向位移檢測(cè)元件包括兩組檢測(cè)電容6，本例中每組檢測(cè)電容6包括兩個(gè)半圓形極板，共四個(gè)半圓形極板，分別安裝于圓柱形非磁性外筒3的外側(cè)面被軸向凸臺(tái)17與周向的環(huán)臺(tái)16分隔成的四個(gè)區(qū)域，軸向凸臺(tái)17與周向的環(huán)臺(tái)16在這里起到定位與隔離的作用。
相對(duì)于上述的長(zhǎng)方體形狀的非磁性腔體，每組檢測(cè)電容6包括兩個(gè)平板式極板，共四個(gè)平板式極板，分別安裝于非磁性外筒3的一對(duì)相對(duì)外側(cè)面被周向凸臺(tái)分隔成的四個(gè)區(qū)域，周向凸臺(tái)在這里起到定位與隔離的作用。
所述的檢測(cè)裝置還包括信號(hào)處理模塊，具體用于將磁性位移檢測(cè)元件差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理；或者，將兩組檢測(cè)電容差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。具體在原理部份進(jìn)行論述。
為了更好地完成測(cè)量工作，在本例的基礎(chǔ)上所述的加速度傳感器還包括磁場(chǎng)控制裝置，用于改變磁性流體的粘度，控制磁性浮子的位移量，具體包括控制線圈3纏繞于非磁性腔體外側(cè)，通過(guò)外加電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，改變磁性流體的粘度，控制磁性浮子的位移量；所述的控制線圈3纏繞于線圈固定套2外側(cè)，線圈固定套2于非磁性腔體外側(cè)。
當(dāng)然所述的加速度傳感器還包括內(nèi)夾套，上述的非磁性腔體、磁性流體14、磁性浮子1、磁性部件9與檢測(cè)裝置均設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)；所述的內(nèi)夾套具體包括內(nèi)夾套套筒與壓蓋10，壓蓋10與內(nèi)夾套套筒由螺栓固定，壓蓋10與磁性部件9接觸將磁性位移檢測(cè)元件7、隔離元件8與磁性部件9緊于非磁性端蓋13上的凹槽中。所述的磁場(chǎng)控制裝置可設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)也可設(shè)于內(nèi)夾套外；本例中的的磁場(chǎng)控制裝置設(shè)于于內(nèi)夾套外，內(nèi)夾套套筒也就是線圈固定套2。
為了方便安裝，所述的加速度傳感器還包括外殼體，所述的非磁性腔體、磁性流體14、磁性浮子1、磁性部件9與檢測(cè)裝置均設(shè)于外殼體內(nèi)腔中，外殼體具體包括外套筒5與外端蓋11，外套筒5與外端蓋11通過(guò)螺栓固定，所述的外端蓋11上設(shè)有安裝支腳和/或安裝孔。同時(shí)殼體由電磁屏蔽材料組成的，整個(gè)加速度傳感器位于其中，避免外界磁場(chǎng)對(duì)其內(nèi)部傳感元件的干擾，以及消除內(nèi)部磁場(chǎng)元件對(duì)外界環(huán)境的影響。
本發(fā)明所述的加速度傳感器的工作原理如下磁性浮子1放置于非磁性腔體內(nèi)部，磁性浮子1一方面受到重力以及磁性流體14的浮力；另一方面，由于磁性浮子1自身會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度，而磁性流體14在該磁場(chǎng)梯度作用下，有其獨(dú)有特性，將產(chǎn)生一作用力，使得磁性浮子1懸浮在磁性流體14中，并在圓柱形非磁性腔體的徑向上保持中間平衡位置；當(dāng)存在徑向的加速度時(shí)，使得磁性浮子1位置在徑向發(fā)生偏移，從而其磁場(chǎng)梯度發(fā)生變化，就會(huì)產(chǎn)生一恢復(fù)力使得磁性浮子1立即恢復(fù)中間平衡位置，因而對(duì)徑向加速度不敏感，消除徑向加速度的影響。
非磁性端蓋13中安放有磁性部件9，它們的極性與磁性浮子1的極性保持相反，左右分別有一塊，它們使得磁性浮子1始終處于磁極相斥力的作用。在沒(méi)受到外界軸向加速度作用時(shí)，磁性浮子1保持在圓柱形非磁性腔體軸向的中央位置。當(dāng)受到外界軸向加速度作用時(shí)，由于慣性作用，磁性浮子1相對(duì)于圓柱形非磁性腔體在軸向具有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并會(huì)產(chǎn)生一定的位移。磁性運(yùn)動(dòng)部件1的位移會(huì)引起磁性部件9對(duì)磁性運(yùn)動(dòng)部件1的作用力的改變，越靠近磁性部件9的一端受到排斥力將更大，而越遠(yuǎn)離磁性部件9的一端受到排斥力將更小，在圖4中所示的狀態(tài)下，左端受到的排斥力減小，右邊受到的排斥力增大，因而會(huì)使得磁性浮子1有向中央位置運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，當(dāng)外界加速度作用力等于磁性部件9對(duì)磁性浮子1排斥力時(shí)，達(dá)到一平衡位置。通過(guò)檢測(cè)得到該位移將可以得知軸向外界加速度的大小。
本實(shí)例中，磁性位移檢測(cè)元件7采用霍爾元件，磁性浮子1的運(yùn)動(dòng)位移將通過(guò)霍爾元件準(zhǔn)確檢測(cè)出來(lái)，采用將左右兩邊的霍爾元件差動(dòng)連接，消除一些干擾信號(hào)，同時(shí)抵消磁性部件9產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)霍爾元件產(chǎn)生的強(qiáng)信號(hào)，從而有利于弱信號(hào)的檢測(cè)，提高檢測(cè)精度。
本實(shí)例中，還采用特殊形狀電容檢測(cè)方式同時(shí)檢測(cè)磁性浮子1的運(yùn)動(dòng)位移。在圓柱形非磁性腔體外層安裝有兩組多介質(zhì)帶縫隙半圓形組合檢測(cè)電容6，兩組電容之間以及電容極板間利用圓柱形非磁性腔體外壁的軸向凸臺(tái)與周向的環(huán)臺(tái)定位與隔離。當(dāng)磁性浮子1在圓柱形非磁性腔體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將引起兩檢測(cè)電容6內(nèi)部的電介質(zhì)含量發(fā)生變化，從而改變檢測(cè)電容的電容值。將左右兩邊的檢測(cè)電容差動(dòng)連接，消除一些干擾信號(hào)，提高檢測(cè)精度。
在圓柱形非磁性腔體外壁嵌套有線圈固定套2，線圈固定套2上均勻纏繞控制線圈3，此控制線圈3將通過(guò)外加電流控制產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而對(duì)磁性流體14的粘度起到控制作用，磁性流體14的粘度的控制將可以控制磁性浮子1的運(yùn)動(dòng)位移的大小，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量量程的控制，達(dá)到寬量程效果。
因此本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)上新穎，避免了傳統(tǒng)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，是對(duì)現(xiàn)有加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理上的創(chuàng)新；2、本發(fā)明采用磁性流體作為加速度傳感器結(jié)構(gòu)中的一重要部分，充分利用其獨(dú)有特性，利用其在梯度磁場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生作用力的特性，將具有梯度磁場(chǎng)的磁性運(yùn)動(dòng)部件懸浮起來(lái)，同時(shí)能夠消除徑向作用的影響；3、本發(fā)明中的運(yùn)動(dòng)塊為磁性浮子1，通過(guò)加速度傳感器中在兩端設(shè)置的磁性部件產(chǎn)生磁極相斥力，保持運(yùn)動(dòng)塊在軸向的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)塊處于與其它機(jī)械部件無(wú)直接接觸狀態(tài)，使得其可靠性高、壽命長(zhǎng)；4、本發(fā)明中采取的原理，使得加速度傳感器精度高，并且在檢測(cè)中同時(shí)采取特殊多介質(zhì)帶縫隙組合檢測(cè)電容和磁性位移檢測(cè)元件，對(duì)磁性運(yùn)動(dòng)塊位移檢測(cè)，并均采取差動(dòng)方式，消除各種干擾，具備高精度特點(diǎn)；5、本發(fā)明中利用磁性流體粘度可控性特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)線圈電流控制，改變施加在磁性流體上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到控制磁性流體粘度的目的，從而可以達(dá)到對(duì)加速度傳感器量程的控制，實(shí)現(xiàn)寬量程的特點(diǎn)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種加速度傳感器，其特征在于，包括非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子、磁性部件與檢測(cè)裝置，其中非磁性腔體為非磁性材料構(gòu)成的密閉容器，內(nèi)部充滿磁性流體；磁性浮子為磁性材料構(gòu)成，由磁場(chǎng)作用懸浮于非磁性腔體內(nèi)的磁性流體中；磁性部件由磁性材料構(gòu)成，位于磁性浮子兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)；檢測(cè)裝置設(shè)于非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的加速度傳感器還包括磁場(chǎng)控制裝置，用于改變磁性流體的粘度，控制磁性浮子的位移量，具體包括控制線圈纏繞于非磁性腔體外側(cè)，通過(guò)外加電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，改變磁性流體的粘度控制磁性浮子的位移量；或者還包括，線圈固定套套于非磁性腔體外側(cè)，控制線圈纏繞于線圈固定套外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的檢測(cè)裝置包括軸端檢測(cè)裝置設(shè)于磁性浮子磁極的兩端非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；和/或，周向檢測(cè)裝置設(shè)于磁性浮子非磁極方向的周向的非磁性腔體的外側(cè)，用于檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加速度傳感器，其特征在于所述的軸端檢測(cè)裝置包括磁性位移檢測(cè)元件采用霍爾元件，位于磁性浮子兩磁極的外端，設(shè)于非磁性腔體外側(cè)，檢測(cè)磁性浮子的位移，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)；且所述的磁性位移檢測(cè)元件與磁性部件間可以設(shè)有隔離元件；或者，所述的周向檢測(cè)裝置包括周向位移檢測(cè)元件，所述的周向位移檢測(cè)元件包括兩組檢測(cè)電容，軸向左右對(duì)稱安裝于非磁性腔體的外側(cè)面；其中所述的每組檢測(cè)電容包括兩個(gè)半圓形或平板式的極板，兩個(gè)極板軸向?qū)ΨQ安裝于非磁性腔體的外側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的檢測(cè)裝置還包括信號(hào)處理模塊，具體用于將磁性位移檢測(cè)元件差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理；或者，將兩組檢測(cè)電容差動(dòng)連接，對(duì)檢測(cè)的加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的非磁性腔體包括非磁性外筒與非磁性端蓋，其中非磁性外筒兩端開口，兩端分別安裝一個(gè)非磁性端蓋組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體；或者，非磁性外筒一端開口，開口處安裝一個(gè)非磁性端蓋組成非磁性腔體，內(nèi)部充滿磁性流體；或者，所述的非磁性外筒與非磁性端蓋之間還設(shè)有密封環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的非磁性腔體兩端外側(cè)設(shè)有凹槽，如為非磁性端蓋則設(shè)于非磁性端蓋上，用于安裝檢測(cè)裝置；或者，所述的非磁性腔體為圓柱形，外壁軸向中部設(shè)有周向的環(huán)臺(tái)，外壁沿軸線方向周向?qū)ΨQ位置設(shè)有軸向凸臺(tái)；將非磁性腔體的外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置；或者，所述的非磁性腔體為長(zhǎng)方體，相對(duì)的兩組外壁其中一組兩面軸向中部設(shè)有周向凸臺(tái)；將非磁性腔體的一對(duì)相對(duì)外側(cè)面分隔成四個(gè)區(qū)域用于安裝檢測(cè)裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的磁性流體為磁流體、磁性復(fù)合流體或磁流變體中的一種或多種的組合；或者，所述的磁性浮子為長(zhǎng)圓柱形、球形、橢球形或長(zhǎng)方形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的加速度傳感器還包括內(nèi)夾套，所述的非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子與檢測(cè)裝置均設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)；所述的磁場(chǎng)控制裝置可設(shè)于內(nèi)夾套內(nèi)也可設(shè)于內(nèi)夾套外；所述的內(nèi)夾套具體包括內(nèi)夾套套筒與壓蓋，壓蓋與內(nèi)夾套套筒由螺栓固定將檢測(cè)裝置固定安裝于內(nèi)夾套中；所述的磁場(chǎng)控制裝置設(shè)于于內(nèi)夾套外時(shí)線圈固定套與內(nèi)夾套套筒可為一體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述的加速度傳感器還包括外殼體，所述的非磁性腔體、磁性流體、磁性浮子與檢測(cè)裝置均設(shè)于外殼體內(nèi)腔中，外殼體具體包括外套筒與外端蓋，外套筒與外端蓋通過(guò)螺栓固定，所述的外端蓋上設(shè)有安裝支腳和/或安裝孔。
全文摘要
本發(fā)明所述的一種加速度傳感器是將一磁性浮子放置于一非磁質(zhì)材料組成的滿磁性流體的非磁性腔體的內(nèi)部，由于磁性浮子自身所具有的磁場(chǎng)梯度，磁性流體在該磁場(chǎng)梯度作用下，產(chǎn)生一作用力，使得磁性浮子懸浮在磁性流體中，并在非磁性腔體的徑向上保持中間平衡位置；當(dāng)存在加速度時(shí)，磁性浮子位置發(fā)生移動(dòng)，通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)磁性浮子的位移變化，輸出加速度檢測(cè)結(jié)果信號(hào)。具有高精度、寬量程、高可靠性、智能性、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01P15/00GK1924590SQ20061000407
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月28日
發(fā)明者劉桂雄, 曹東 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院