[发明专利]准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准二维加速度传感器。

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准二维磁性流体加速度传感器，核心是基于磁性流体的斜接触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：

一种准二维磁性流体加速度传感器，包括：非磁性腔体、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；

质量块：设于非磁性腔体中部，质量块的两端面与非磁性腔体的接触面的法向与质量块的轴线成一定倾斜角度；且在接触面间设有检测装置，并在质量块、检测装置与非磁性腔体之间保持设定的预紧压力；且非磁性腔体与质量块形成的空腔中充满磁性流体；

检测装置：用于检测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。

所述的准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，控制质量块轴向的位移量。

所述的准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或者多块压电片通过串连方式或者并联方式组成的压电元件，压电元件设于质量块与非磁性腔体之间，用于检测质量块的位移量变化，输出可供后续检测电路检测的信号。

所述的质量块的一端与非磁性腔体的接触面包括成一定角度的两个接触面，且每个接触面间均设有压电元件。

所述的质量块端面为外定位棱锥面，非磁性腔体设有内棱锥凹槽，质量块的外定位棱锥面设于非磁性腔体的内棱锥凹槽中实现周向定位。

所述的质量块以高比重材料制成，且所述的质量块是圆柱体或棱柱体，且在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：

所述的非磁性内筒两端开口，两端分别通过螺钉固定安装一个非磁性压盖压紧质量块，组成非磁性腔体，并在质量块、检测装置与非磁性腔体之间产生保持设定的预紧压力；或者，

所述的非磁性内筒一端开口，开口处安装一个非磁性压盖压紧质量块，组成非磁性腔体，并在质量块、检测装置与非磁性腔体之间产生保持设定的预紧压力；或者，

所述的非磁性内筒与非磁性压盖之间还设置有非磁性密封圈。

所述的非磁性腔体为圆柱体或棱柱体，外壁沿轴向方向设置有周向凹槽，用于安装励磁线圈。

所述的磁性流体加速度传感器，还包括外壳体，所述的非磁性腔体、磁性流体、质量块、检测装置或磁场控制装置设置于外壳体内腔中，外壳体具体包括外套筒、上端盖与下端盖，外套筒与上端盖与下端盖通过螺栓固定，所述的下端盖上设有安装支脚和/或安装孔，或者；

所述的外壳体与非磁性腔体间设有隔离套，用于隔离磁场控制装置与外部磁场的联系，抑制外界磁场干扰。