[发明专利]二维磁性流体加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及加速度传感器的生产及应用领域，尤其涉及一种基于磁性流体的二维加速度传感器。

背景技术

目前，在诸多的技术领域均常用到加速度传感器，如汽车运动控制、建筑机械运动控制、机械振动检测、航天航空、家电产品性能检测等等。

现有的加速度传感器通常有以下几种结构。

一种加速度传感器是采用悬臂梁结构，包含固定端设置在基板上作往复弹性变形运动的悬臂梁，通过检测悬臂梁位置的方式确定外界加速度大小。常用的检测方式有设置一端固定、另一端自由运动的悬臂梁，在悬臂梁的根部粘贴应变片，通过应变片检测悬臂梁根部的位移值，从而确定外界输入加速度。

另一种加速度传感器是将压电元件设置于传感器底部，在压电元件上方设置质量块，质量块与压电元件在法向上紧密接触，接触面法线平行于所测加速度的方向，工作时质量块产生一定的位移量，使得与之相接触的压电元件产生输出信号，通过检测输出信号，即可检测相应的输入加速度。

上述的加速度传感器一旦安装之后，只能检测同一个方向的输入加速度，而对于其他方向的加速度则无法检测，即其检测方向具有一维性，同时，一经制造后就不能改变加速度传感器内部的材料，这些都是它们的缺点。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供二维磁性流体加速度传感器，核心是基于磁性流体的双质量块压电式加速度传感器，具有检测方向二维性、大量程、量程可控性、高灵敏度、高可靠性、智能性、工作寿命长等特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种二维磁性流体加速度传感器，包括：非磁性腔体、垂直质量块、水平质量块、检测装置与磁性流体，其中：

非磁性腔体：由非磁性材料构成的密闭容器；

垂直质量块：沿竖直方向设于非磁性腔体中部，上下两端面与非磁性腔体的接触面间设有检测装置，并在垂直质量块、检测装置与非磁性腔体之间保持设定的预紧压力；

水平质量块：沿水平方向设于非磁性腔体中部，左右两端面与非磁性腔体的接触面间设有检测装置，并在水平质量块、检测装置与非磁性腔体之间保持设定的预紧压力；

且在非磁性腔体与垂直质量块和水平质量块形成的空腔中充满磁性流体；

检测装置：用于检测垂直质量块和水平质量块与非磁性腔体之间压力的变化，输出加速度检测结果信号。

所述的二维磁性流体加速度传感器，还包括磁场控制装置，用于改变磁性流体的粘度，控制垂直质量块和水平质量块轴向的位移量，具体包括：

励磁线圈：缠绕于非磁性腔体的外部，通过输入电流产生均匀磁场，改变磁性流体的粘度，控制垂直质量块和水平质量块轴向的位移量。

所述的二维磁性流体加速度传感器，还包括检测控制装置，用于根据检测装置输出的加速度检测结果信号，控制励磁线圈的输入电流，从而控制励磁线圈的内部磁场。

所述的检测装置包括一块压电片组成的压电元件；或者，所述的检测装置包括多块压电片通过串连方式或者并联方式组成的压电元件，压电元件设于垂直质量块和水平质量块与非磁性腔体之间，用于检测垂直质量块和水平质量块的位移量变化，输出可供后续检测电路检测的信号。

所述的垂直质量块或水平质量块以高比重材料制成；且所述的垂直质量块或水平质量块是圆柱体或棱柱体，且在垂直质量块或水平质量块周向设置有多道凹槽或叶片，用于增加与磁性流体的有效接触面积。

所述的垂直质量块中部设有水平方向的水平通孔，水平质量块从水平通孔中穿过；或者，

所述的水平质量块中部设有竖直方向的垂直通孔，垂直质量块从垂直通孔中穿过。

所述的非磁性腔体包括非磁性内筒与非磁性压盖，其中：

所述的非磁性内筒轴线竖直设置，且一端开口，开口处通过螺钉固定安装一个轴向非磁性压盖压紧垂直质量块，并且在非磁性内筒的侧壁上设有一开孔，在开孔处通过螺钉固定安装一个侧向非磁性压盖压紧水平质量块，组成非磁性腔体；并在垂直质量块、检测装置与非磁性腔体之间以及水平质量块、检测装置与非磁性腔体之间保持设定的预紧压力；

或者，

所述的非磁性内筒轴线水平设置，且一端开口，开口处通过螺钉固定安装一个轴向非磁性压盖压紧水平质量块，并且在非磁性内筒的侧壁上设有一开孔，在开孔处通过螺钉固定安装一个侧向非磁性压盖压紧垂直质量块，组成非磁性腔体；并在垂直质量块、检测装置与非磁性腔体之间以及水平质量块、检测装置与非磁性腔体之间保持设定的预紧压力；

或者，