[发明专利]磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统及其方法

权利要求书

1.一种磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统，其特征包括：硬件模块、流变属性分析模块以及数据存储与显示模块；

所述硬件模块包括：动力驱动单元、测试单元、控制处理单元(1)和信号采集单元(2)；

所述测试单元包括：可控电流/电压源(3)、测试装置(4)和传感器组；

所述控制处理单元(1)控制所述动力驱动单元驱动管道内磁流变液流入所述测试装置(4)中，使得所述磁流变液在所述测试装置(4)中处于流动工作模式下；

所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置(4)的流量和磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述控制处理单元(1)控制所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压用于对所述测试装置(4)产生磁场并改变所述测试装置(4)中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置(4)的两端压力；

所述传感器组再次采集磁流变液流入所述测试装置(4)的磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述流变属性分析模块对两次所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据所述两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；

所述数据存储与显示模块对所述传感器组两次采集的两端压力、流量、磁感应强度和所述流变属性进行存储和可视化处理；

其中，所述测试装置(4)包括：端盖(401)、定位块(402)、定位销(403)、阀芯(404)、励磁线圈(405)和阀体(406)；

所述端盖(401)与阀体(406)的两端通过螺栓连接并形成内含圆柱腔的密封构件；所述阀芯(404)设置于所述圆柱腔内，所述阀芯(404)的两端与所述定位块(402)通过阶梯轴连接，使得阀芯(404)与阀体(406)保持同轴；所述阀芯(404)两侧的凸缘与阀体(406)之间形成径向环形间隙并作为磁流变液流动工作模式的区域；所述定位块(402)与端盖(401)通过所述定位销(403)连接，用于固定所述阀芯(404)的轴向位置；

所述励磁线圈(405)置于所述阀芯(404)的凹槽内，且所述励磁线圈(405)与可控电流/电压源(3)连接，并通过所述阀芯(404)两端的凸缘和阀体(406)产生磁场并形成闭合回路；

所述流变属性分析模块是按如下步骤得到磁流变液流动工作模式的流变属性：

步骤1、当可控电流/电压源(3)输出的电流/电压为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元(2)获取所述磁流变液流入测试装置(4)的流量Q以及所述测试装置(4)的两端压力P₁、P₂、磁感应强度B，并进行滤波处理后，判断所述两端压力P₁、P₂是否稳定，若两端压力P₁、P₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤2，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤2、对所述测试装置(4)的两端压力P₁、P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤3、当所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压不为零，所述流变属性分析模块从信号采集单元(2)获取所述测试装置(4)的两端压力P′₁、P′₂、磁感应强度B'，并判断所述两端压力P′₁、P′₂是否稳定，若两端压力P′₁、P′₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，所述流变属性分析模块重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P′₁、P′₂以及磁感应强度B'；

步骤4、对所述测试装置(4)的两端压力P′₁、P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP'|；

步骤5、根据步骤1和步骤2计算得到两端压力差|ΔP|和|ΔP'|并进行做差计算，得到所述磁流变液受磁场作用形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，由式(1)计算得到流动工作模式下磁流变液在不同磁感应强度下所受屈服应力，从而得到流动工作模式下磁流变液的流变属性：

式(1)中：τ_y(H)为屈服应力；ΔP为测试装置两端场效应压力差|ΔP″|；Q为流量；g为磁场通过阀芯与阀体间隙的高度；L为磁场通过阀芯与阀体间隙的长度；w为磁场通过阀芯与阀体间隙的宽度；η为零磁场中磁流变液的粘度。

2.一种基于流动工作模式下磁流变液的流变属性自动化测试方法，其特征是应用于由硬件模块、流变属性分析模块以及数据存储与显示模块组成的磁流变液流动模式流变属性自动化测试系统中；

所述硬件模块包括：动力驱动单元、测试单元、控制处理单元(1)和信号采集单元(2)；

所述测试单元包括：可控电流/电压源(3)、测试装置(4)和传感器组；

所述控制处理单元(1)控制所述动力驱动单元驱动管道内磁流变液流入所述测试装置(4) 中，使得所述磁流变液在所述测试装置(4)中处于流动工作模式下；

所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置(4)的流量和磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述控制处理单元(1)控制所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压用于对所述测试装置(4)产生磁场并改变所述测试装置(4)中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置(4)的两端压力；

所述传感器组再次采集磁流变液流入所述测试装置(4)的磁感应强度以及所述测试装置(4)的两端压力并通过所述信号采集单元(2)传递给所述流变属性分析模块；

所述流变属性分析模块对两次所采集的两端压力进行处理，得到两端压力差；并根据所述两端压力差和磁流变液的流量得到流动工作模式下磁流变液的流变属性；

所述数据存储与显示模块对所述传感器组两次采集的两端压力、流量、磁感应强度和所述流变属性进行存储和可视化处理；

其中，所述测试装置(4)包括：端盖(401)、定位块(402)、定位销(403)、阀芯(404)、励磁线圈(405)和阀体(406)；

所述端盖(401)与阀体(406)的两端通过螺栓连接并形成内含圆柱腔的密封构件；所述阀芯(404)设置于所述圆柱腔内，所述阀芯(404)的两端与所述定位块(402)通过阶梯轴连接，使得阀芯(404)与阀体(406)保持同轴；所述阀芯(404)两侧的凸缘与阀体(406)之间形成径向环形间隙并作为磁流变液流动工作模式的区域；所述定位块(402)与端盖(401)通过所述定位销(403)连接，用于固定所述阀芯(404)的轴向位置；

所述励磁线圈(405)置于所述阀芯(404)的凹槽内，且所述励磁线圈(405)与可控电流/电压源(3)连接，并通过所述阀芯(404)两端的凸缘和阀体(406)产生磁场并形成闭合回路；

所述流变属性自动化测试方法是按照如下步骤进行：

步骤1、当可控电流/电压源(3)输出的电流/电压为零，利用所述动力驱动单元驱动管道内的磁流变液流入所述测试装置(4)中，使得所述磁流变液在所述测试装置(4)中处于流动工作模式下；

步骤2、利用所述传感器组采集所述磁流变液流入所述测试装置(4)的流量Q、所述测试装置(4)的两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤3、判断所述两端压力P₁和P₂是否稳定，若两端压力P₁和P₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤4，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的流量Q、两端压力P₁和P₂以及磁感应强度B；

步骤4、对所述两端压力P₁和P₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP|；

步骤5、利用所述可控电流/电压源(3)输出电流/电压用于对所述测试装置(4)产生磁场并改变所述测试装置(4)中闭合回路的磁感应强度，使得所述磁流变液的流变属性发生改变；从而改变所述测试装置(4)的两端压力；

步骤6、利用所述传感器组再次采集所述测试装置(4)的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'，并判断所述两端压力P′₁和P′₂是否稳定，若两端压力P′₁和P′₂各自的极差与最大值的比值小于预设值σ，则表示稳定，并执行步骤7，反之，则表示不稳定，并重新获取所述传感器组所采集的两端压力P′₁和P′₂以及磁感应强度B'；

步骤7、对所述传感器组采集的两端压力P′₁和P′₂做差值计算，并取绝对值，得到两端压力差|ΔP′|；

步骤8、对两次计算的压力差|ΔP|和|ΔP′|做差值计算，得到所述磁流变液受磁场作用所形成的场效应压力差|ΔP″|，根据所述场效应压力差|ΔP″|和磁流变液的流量Q，由式(1)计算得到流动工作模式下磁流变液在不同磁感应强度下所受屈服应力，从而得到流动工作模式下磁流变液的流变属性：

式(1)中：τ_y(H)为屈服应力；ΔP为测试装置两端场效应压力差|ΔP″|；Q为流量；g为磁场通过阀芯与阀体间隙的高度；L为磁场通过阀芯与阀体间隙的长度；w为磁场通过阀芯与阀体间隙的宽度；η为零磁场中磁流变液的粘度。