[发明专利]一种基于互感法的磁流变抛光液铁粉浓度检测装置

说明书

本发明公开了一种基于互感法的磁流变抛光液铁粉浓度检测装置，包括检测线圈和参考线圈；检测线圈的初级线圈和参考线圈的初级线圈同向串联连接，检测线圈的次级线圈和参考线圈的次级线圈反向串联连接，检测线圈和参考线圈构成差动结构；检测线圈用于套设在流通磁流变液的抛光液循环管路外；参考线圈用于套设在无磁流变液流通的抛光液循环管路外。针对目前采用的磁流变液水分控制方法灵敏度低、受环境影响大且实施不便等问题，本发明提出的铁粉浓度检测装置，利用互感原理，将磁流变液铁粉浓度的变化转变为差分电信号的变化，经分析处理将代表了铁粉浓度的电信号转换为水分含量，提高了检测灵敏度和稳定性，实现对磁流变液水分实时在线检测。

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及磁流变液中铁粉颗粒浓度检测，特别是一种基于互感法的磁流变抛光液铁粉浓度检测装置。

背景技术

超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。随着现代科学技术的发展，对应用于各类光学系统中的光学元件提出了更高的要求。上世纪90年代，William Kordonski等人提出磁流变抛光(Magnetorheological Finishing,MRF)技术，为光学加工提供了行之有效的方法，利用磁流变抛光技术加工，能获得高面形精度和高表面质量的复杂曲面零件，广泛应用军工产品光学元件、大型天文望远镜镜片以及高档精密光学仪器的光学加工。

磁流变液作为磁流变抛光的“刀具”，是磁流变抛光的核心技术之一，其成分与稳定性将直接决定着抛光过程材料的去除量和抛光质量。磁流变液一般由磁性颗粒、抛光粉、基液和添加剂组成。对于水基磁流变液，水分和磁性颗粒是主要成分，二者占到抛光液体积的90％以上，磁性颗粒常选用尺寸范围在0.01μm～10μm的铁氧体磁性材料(如羰基铁粉)。磁流变抛光过程中存在水分损失、抛光粉损失、工件废屑掺入等情况，这都会使得抛光液组分及其含量变化，而其中水分的损失量相对来说是最大的。加工过程中水分的丧失会使得抛光液中铁粉浓度增加，随着铁粉浓度增大，抛光液粘度增大，材料去除率增大。因为在相同磁场强度下，磁性微粒的体积比浓度增加会使抛光液的剪切屈服应力增大，工件表面单位面积所受压力和剪切力增大，导致去除率增大。这将会对去除函数产生很大影响，无法保持其稳定，影响加工质量。故对磁流变液在加工过程中水分变化的控制是极其重要的。

针对抛光液水分含量的检测，精度较高的方法是采用水分仪进行检测，该法优点是测量精度高，水分质量分数精度可达0.01％。但该方法存在严重的时滞性，水分仪每次进行测量都需要耗费数分钟，在此过程中水分含量的变化无法测定，在连续加工中难以保证加工质量的稳定。另一方面，该法每次测定都需要人工取样，故当测量次数增加时，不但会使抛光液的损耗增大，还会增添操作人员工作量。为了满足连续加工过程中抛光液水分含量的实时稳定控制，降低水分含量检测的过程复杂性，需要研制一种能够实时在线检测抛光液水分含量的传感器，在拥有高精度高灵敏度的同时减小检测时滞性，简化检测过程。

国防科技大学在其专利(专利号：CN200810030901.X)中涉及了一种基于单线圈电感法的铁粉浓度检测装置，将圆管形传感器套于传送管路上，向线圈发送激励电压信号，当抛光液铁粉浓度改变时会引起线圈电感的变化，使传感器输出端电压幅值改变，从而获得铁粉浓度变化情况。该装置较为简单，然而这种测量原理及方法存在以下几个问题：

1、该方法采用电感原理，虽然能够检测出抛光液中铁粉浓度的变化，但传感器灵敏度较低，且可用来提升灵敏度的措施较少，灵敏度达到一定水平后难以继续提高，限制了传感器的进一步优化；

2、该方法采用直接电感法，也即单线圈电感法，灵敏度最高也仅为差动式的一半；另一方面，单线圈电感法更容易受到外界环境的影响，如温度升高使线圈阻值变化，或周围磁场对电感值的影响，且单线圈无法通过自身结构排除此类影响，故对检测结果影响较大，降低测量准确性。

综上所述，传统铁粉浓度检测方法依然存在较多问题，因此，亟需对传统铁粉浓度检测传感器进行改进和优化，研发检测精度及灵敏度更高，受环境影响更小的铁粉浓度检测传感器。