[发明专利]悬臂梁式磁流变脂大加速度传感器

说明书

技术领域

本发明属于加速度传感器的应用领域，具体涉及一种基于磁流变脂的悬臂梁式大加速度传感器。

背景技术

磁流变脂是由微米级铁磁性颗粒、基油、稠化剂、添加剂和填料组成的结构骨架的胶体分散体系。其流变性能在外磁场作用下发生明显、连续、可逆的快速变化。磁流变脂稠度高，阻尼系数较大。

加速度传感器是一种能够测量加速力的设备，广泛用于航空航天、武器系统、汽车、振动监控、碰撞测试等领域。通过测量加速度，可以获得运动物体的运动状态。从而可应用在控制、汽车制动启动检测、地震监测、地质勘探以及桥梁的振动测试与分析。现有的加速度传感器一般刚度较小，测量范围有限，使用中容易达到其量程的极限值。

发明内容

为了能够测量较大的加速度，本发明提出一种悬臂梁式磁流变脂加速度传感器。该装置主要分为加速度测试装置、信号转换电路两部分。

加速度测试装置由悬臂梁、非磁性质量块、检测电容、磁场线圈、磁流变脂、非磁性容器组成。磁流变脂充满非磁性容器，非磁性质量块被悬臂梁固定悬浮于磁流变脂中，悬臂梁上下两端固定在非磁性容器上。在非磁性质量块上设置动极板、在非磁性容器内设置定极板，二者构成检测电容。当非磁性容器运动时，非磁性质量块将与非磁性容器产生相对位移，从而检测电容将发生变化。磁场线圈用来为磁流变脂提供磁场，由于磁流变脂的阻尼系数随外磁场的变化而变化，通过调节磁场线圈中电流大小使得磁流变脂的阻尼系数在合适的范围内，从而当非磁性容器以大加速度运动时，非磁性质量块与非磁性容器相对位移变化在装置允许范围内。

信号转换电路由检测电容、电流源、开关、运算放大器和DSP构成组成。用一基准电压给检测电容充电至电容两端电压等于基准电压；然后检测电容在电流源的作用下放电，DSP的内部计数器同时开始工作。当电流源对电容放电至电容两端电压为零时，比较器翻转，计数器结束计数。从而可得检测电容大小，进而可得到相对位移随时间的变化，从而可得非磁性容器的加速度的大小。

本发明结构简单，不但可以有效地检测加速度的大小，而且可以实现大加速度测量。

本发明所采用的技术方案如下：

一种磁流变脂加速度传感器，该传感器包括加速度测试装置、信号转换电路两部分。

所述加速度测试装置由悬臂梁、非磁性质量块、检测电容、磁场线圈、磁流变脂、非磁性容器组成。磁流变脂充满非磁性容器，非磁性质量块被悬臂梁固定悬浮于磁流变脂中，悬臂梁上下两端固定在非磁性容器上。磁场线圈用来为磁流变脂提供磁场。在非磁性质量块上设置动极板、在非磁性容器内设置定极板，二者构成检测电容。当非磁性容器运动时，非磁性质量块将与非磁性容器产生相对位移，从而检测电容将发生变化。

所述信号转换电路由检测电容、电流源、开关、运算放大器和DSP构成组成。如图2所示，当K₁闭合时，基准电压给电容充电至电容两端电压等于基准电压；然后K₁断开，K₂闭合，电容在电流源的作用下放电，DSP的内部计数器同时开始工作。当电流源对电容放电至电容两端电压为零时，比较器翻转，计数器结束计数，计数值与电容放电时间成正比。从而可得检测电容大小，进而可得到相对位移随时间的变化，从而可得非磁性容器的加速度的大小。

根据上述测试装置，本发明进一步提出一种基于磁流变脂的大加速度检测方法，该方法包括以下步骤：

（1）设计基于悬臂梁式磁流变脂大加速度测试装置及信号转换电路。

（3）通过信号转换电路将检测电容变化转换为DSP计数值变化。

（4）通过DSP对数据进行处理和运算后可得到加速度的大小。

本发明的有益效果是：

（1）设计出悬臂梁式磁流变脂大加速度传感器。

（2）可以检测出大量程加速度。

（3）为磁流变脂在传感技术中的应用提供了一种新的方法。

附图说明:

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明加速度测试装置示意图；

图中1.非磁性容器，2.磁场线圈，3.悬臂梁，4.检测电容动极板，5.检测电容定极板，6.磁流变脂，7.非磁性质量块

图2是信号转换电路图；

图3是相对位移随时间变化曲线；

具体实施方式: