[发明专利]三维磁悬浮加速度计及其制造方法

说明书

本发明公开了三维磁悬浮加速度计及其制造方法，包括运算电路系统和六自由度磁悬浮结构，六自由度磁悬浮结构包括与被测载体固连的磁性腔体以及悬浮于该磁性腔体内的磁悬浮体；磁性腔体形成六面体空间并相对于磁悬浮体可移动，任一面设置的第二永磁层与其相对的磁悬浮体一面的第一永磁层极性相同从而在磁悬浮体的六面同时产生相斥磁力使磁悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在该磁性腔体中。采用上述技术方案，通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬浮进而实现三维加速度检测，被测载体的加速度的变化引起相应第一永磁层和第二永磁层磁力的变化通过该结构的压电感应层将磁力变化为电信号，使悬浮体和加速度输入的关系即简单又精确。

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器属于仪器仪表领域，更具体地说涉及一种测量物体三维加速度的磁悬浮加速度计及其制造方法。

背景技术

传统加速度计通常采用弹簧振子来感应加速度变化，但由于振子和弹簧之间存在物理接触，会受到机械结构性能和摩擦等因素的影响而不能完全反应真正的加速度输入。为了克服该技术问题，世界各国都不遗余力的开展各种悬浮式加速度计的研究，由于其不存在物理接触，从而能够完全反应真正的加速度变化，有利于提高精度缩减体积。磁悬浮式是悬浮式加速度计重要研究，现有技术通常使用永磁体或者软磁作为悬浮体，其优点是产生的磁力较大，而且结构简单，容易实现，便于小型化，永磁体在磁场中的受力理论也有了成熟的研究成果，可以用现有的理论来计算工程应用中的一些实际问题。但是，现有技术中的1、永磁体仅能形成两面具有剩磁磁场，故仅能实现单轴加速度检测而无法实现三轴加速度检测；2现有技术通过检测永磁体或者软磁悬浮体位移产生的磁场变化通过算法计量加速度；3、现有技术设置悬浮控制系统以便控制悬浮体使其悬浮在磁性液体、空气或者其它介质之中；4、测量精度是由磁场测量装置决定。

为此，专利文献CN 105675920 A提出一种高精度静磁悬浮加速度计，包括真空磁屏蔽腔系统、磁场位移传感系统、静磁悬浮控制系统和检验磁体，采用磁场位移传感技术来实现对检验磁体位置和姿态的实时精确测量，采用静磁悬浮控制技术来实现对检验磁体位置和姿态的精确回归控制，从而将检验磁体始终控制在腔室中心。上述技术方案，采用外加电磁场的方式实现检验磁体(永磁体)的三轴悬浮，同时通过控制设置在真空磁屏蔽腔体外的多个线圈产生磁场使检验磁体始终悬浮在腔室中心，通过检测线圈的电流便能实现加速度的检测。但是，磁场系统是非常复杂的系统，很难精准的获取检验磁体的空间位置，同时检验磁体回归中心的路径并非唯一，从而导致线圈电流的控制算法极为复杂也难以重复计量。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术之不足，提出了一种测量物体三维加速度的磁悬浮加速计及其制造方法，通过巧妙设计三维磁悬浮结构实现六自由度悬浮进而实现三维加速度检测，该结构将加速度完全转化为压电感应层的磁力变化(进一步转化为感应电压输出)，使悬浮体和加速度输入的关系即简单又精确。

本发明的技术解决措施如下：

本三维磁悬浮加速度计包括运算电路系统和六自由度磁悬浮结构，所述六自由度磁悬浮结构包括与被测载体固连的磁性腔体以及悬浮于该磁性腔体内六面都具有剩磁磁场的磁悬浮体；

所述磁悬浮体采用软磁内层以及与该软磁内层固连设置的第一永磁层且相对两面的第一永磁层相向磁极极性相反；

所述磁性腔体形成六面体空间并相对于所述磁悬浮体可移动，其任一个面从外到内依次设置固定板、压电感应层和第二永磁层，任一面设置的第二永磁层与其相对的磁悬浮体一面磁极相同从而在磁悬浮体的六面同时产生相斥磁力使所述磁悬浮体能够达到六面磁力平衡状态并悬浮在该磁性腔体中；被测载体加速时，所述磁性腔体和悬浮体之间打破平衡状态并产生相对位移，进而使施加在所述永磁层的磁力的发生变化；