[发明专利]用于测量材料的磁导率的方法和装置

说明书

与其它申请和专利的关系

本申请是于2007年3月2日提交的待决的美国专利申请11/681,258的部分继续。

技术领域

本发明涉及用于推理估测的方法和装置；更具体地，涉及用于确定材料的磁导率的方法和装置；并且最具体地，涉及利用这种测量控制磁流变(MR)流体中的磁材料的浓度的方法和装置。

背景技术

MR流体是众所周知的并且可以将其实际上定义为流体材料，该流体材料的表观粘度随着流体暴露在磁场下而反增长。粘度的增加是各向异性的，由于磁化粒子的纤维(fibrils)的形成，粘度在磁场的方向上是最大的。该属性在本领域中称作“硬化”(stiffenening)，已经在极高分辨率的成型、修整以及表面的抛光中获得巨大的成功，特别是光学元件，其中可以用高度精确和控制的方式来移除非常少量的材料。在本技术领域中将该领域一般地称作磁流变修整(MRF)。参见例如美国专利号5,971,835；6,746,310；以及6,893,322，它们的相关内容以引用的方式并入本文中。

MRF技术中的问题是维持进入磁工作区中的MR流体的恒定磁粒子浓度。通过从混合池抽取MR流体的传输系统向工作区供应MR流体，使用过的MR流体从工作区传送到混合池中用于混合和重使用。典型地，由于蒸发，使用过的MR流体的载体(水)被消耗，并且使用过的MR流体还被加热，这两个改变必须在可以重使用MR流体之前校正。在没有对由于蒸发而损失的水进行补充的情况下，在MRF操作期间池中的MR流体的批量供应将逐渐增加粒子浓度。由于粒子浓度是控制从待修整基板上移除材料的速度的重要因素，因此这是不受欢迎的操作条件。因此，在任意给定时间知道从池中供应的MR流体中的粒子浓度并且向池中提供正确的水补充速度以替代由于使用中蒸发导致的水损失是重要的，从而动态地将浓度保持恒定在目标值。

美国专利号5,554,932披露了一种用于测量样品材料的饱和磁通密度的系统。在圆柱形永久磁铁的两侧对称地设置第一和第二样品支架。环绕样品支架放置线圈，并且旋转该永久磁铁。将由于磁材料不在样品支架中的一个中时在线圈中感生的信号施加至放大器/仪表，以提供零(null)信号。当将样品放置在一个样品支架中时，可以测量饱和磁通密度。该披露的系统的缺点是机械设备是相对笨重的并且具有关键的移动部件(永久磁铁)。

美国专利号6,650,108披露了用于推理流动MR流体中的磁粒子的浓度的系统。该系统是基于在阻抗测量中汇聚的电感测量，它具有涉及高灵敏度电桥电路的相对复杂的技术。该披露的系统的缺点是分辨率相对低。

于2007年3月2日提交的美国专利申请号11/681,258披露了简单、高分辨率装置，该装置用于连续地测量和监视混合池MR流体中的磁粒子的浓度以在重使用池中MR流体用于修整之前允许受控制的实时稀释。该披露的系统的缺点是表观浓度(磁导率)也是MR流体的电导率的函数。

本领域需要的是简单、高分辨率装置，该装置用于对输出信号进行混合池MR流体的流体电导率(fluid conductivity)的改变的连续补偿以在重使用池中MR流体用于修整之前允许进行受控制的实时稀释。

本发明的主要目标是在确定MR流体的粒子浓度时考虑到流体电导率。

发明内容

在本发明的方法和装置中简要地描述了两个电感共享相同的磁芯部。优选地，将电感形成为主和次同心线圈。当向主线圈应用AC电压时，在芯部中产生轴向的磁通，该磁通与芯部的磁导率的强度成正比。接下来，由于互感效应，磁通在次线圈中感生AC电压，该电压与源电压同相。芯部的磁导率取决于样品中的磁粒子的浓度(当“芯部”是MR流体的样品时)，并且因此可以从次电压信号的幅度反计算出磁粒子的浓度。

通过使用差分方法可以增加测量灵敏度和系统分辨率，该方法使用两个相同的线圈组或者线圈对，其中参考材料形成一个线圈组的磁芯部，并且MR流体形成另一个线圈组的磁芯部。

由于液体导电芯部中的磁感生环形涡流生成与外部磁场相反的磁场，可能影响该装置的输出信号。这种涡流的强度是MR流体的电导率的函数，它可以随着时间而改变，这是由于在MR流体的工作寿命期间发生的化学过程(如氧化)。因此，当计算装置的电压输出时必须包括电导率项，并且必须在使用期间连续地测量MR流体的电导率。

附图说明

通过阅读下列描述以及附图，本发明的前述和其它目的、特征以及优点和它的当前优选实施例将变得更显而易见，其中：