一种三维加速度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种三维加速度检测方法，包括以下步骤：(1)、利用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磁性腔体中；(2)、当被测载体加速时，磁性腔体和悬浮体之间打破平衡状态并产生相对位移，进而使加速度变化转化为磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化；(3)、在磁性腔体六面均形成磁力感应结构，通过该结构使磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化转化为相应的电信号；(4)、通过检测磁性腔体六面产生的电信号变化进而计算出三维加速度。采用上述技术方案，被测载体的加速度的变化引起磁悬浮体和磁性腔体之间的磁力的变化并通过磁力感应结构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。

A method of three dimensional acceleration detection

The present invention discloses a three dimensional acceleration detection method, which includes the following steps: (1) the magnetic levitation body can reach the state of the magnetic balance and suspended in the magnetic cavity by producing a mutually exclusive magnetic force at the same time using six surfaces. (2) when the carrier is accelerated, the equilibrium state between the magnetic cavity and the suspension body is broken and the relative position is produced. The change of the acceleration change into magnetic force change between the magnetic levitation body and the magnetic cavity; (3) the magnetic induction structure is formed on the six surfaces of the magnetic cavity, and the magnetic force change between the magnetic levitation body and the magnetic cavity is transformed into the corresponding electrical signal through the structure; (4) the electrical signals produced by the six surfaces of the magnetic cavity are detected. The three dimensional acceleration is calculated by the change. The change of magnetic force between the magnetic levitation body and the magnetic cavity is changed by the change of the acceleration of the measured carrier, and the magnetic force is changed into the electrical signal through the magnetic induction structure, which makes the relation between the suspension and the acceleration input simple and accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种三维加速度检测方法
本专利技术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检测方法。
技术介绍
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CN105675920A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。
技术实现思路
本专利技术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三维加速度检测方法，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磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化，并通过磁力感应结构使磁力变化转变为电信号，使悬浮体和加速度输入的关系即简单又精确。本专利技术的技术解决措施如下：本三维加速度检测方法，包括以下步骤：(1)、形成六自由度磁悬浮结构，利用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磁性腔体中；(2)、磁性腔体与被测载体固连设置使其完全感应被测载体加速度变化，当被测载体加速时，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，进而使加速度变化转化为磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化；(3)、在磁性腔体六面均形成磁力感应结构，通过该结构使磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化转化为相应的电信号；(4)、通过检测磁性腔体六面产生的电信号变化进而计算出三维加速度。在三维加速度检测方法中，所述磁性腔体由六块磁板拼接形成六面体磁性腔体，任一磁板从外到内依次设置固定板、压电感应层和第二永磁层并形成磁力感应结构，其中，压电感应层固连于固定板和永磁层之间，能够感应所述第二永磁层的磁力变化导致其压力变化并将压力的变化转化为相应的电信号。在三维加速度检测方法中，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，所述磁性腔体形成六面体空间并相对于所述磁悬浮体可移动。在三维加速度检测方法中，所述磁悬浮体采用软磁内层以及固连设置该软磁内层每个面上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。在三维加速度检测方法中，所述磁性腔体任一个面的第二永磁层与其相邻面的第二永磁层之间留有间隙。在三维加速度检测方法中，还包括用于封闭所述磁性腔体的软磁密封层，所述软磁密封层采用软磁材料，用于封闭所述磁性腔体内的磁场。在三维加速度检测方法中，所述软磁密封层与固定板一体设置。在三维加速度检测方法中，所述磁性腔体设有小孔，压电感应层的信号线从孔中引出并与运算电路系统相连。在三维加速度检测方法中，第一永磁层固连设置软磁内层形成磁悬浮体后再充磁。在三维加速度检测方法中，所述压电感应层、第二永磁层的尺寸小于固定板的尺寸。在三维加速度检测方法中，为了实现六面磁悬浮体充磁，提出一种充磁装置，所述充磁装置包括竖直设置的下充磁头和位于下充磁头正上方的上充磁头，本装置还包括四个圆周分布且水平设置的侧向面充磁头，所述的侧向面充磁头位于下充磁头和上充磁头之间，在下充磁头的上端设有第一充磁接触平面，在上充磁头的下端设有与所述的第一充磁接触平面平行的第二充磁接触平面，在每个侧向面充磁头的内端分别设有竖直设置的第三充磁接触平面。设计的上充磁头、下充磁头和四个侧向面充磁头，其可以实现一次六个面的充磁；上充磁头、下充磁头和四个侧向面充磁头，相对的两个磁头和被充磁的悬浮体形成闭合磁路，提高了充磁磁场强度，而且还提高了充磁效率，生产效率非常高。其次，通过上述结构的设计，避免了在充磁的过程中六面磁悬浮体的位移，同时，由于磁头采用软磁材料，还大幅度减少了漏磁的现象。充磁接触平面的面积与六面磁悬浮体的各个面的面积和形状相同。在上述的六面磁悬浮体的充磁装置中，所述的下充磁头结构、上充磁头结构和侧向面充磁头的结构相同，包括锥形段和与锥形段大头端连接的平直段，在平直段和/或锥形段外侧分别套设有通电线圈。锥形段的设计，其可以实现避让，同时，还可以进一步提高充磁效率。在上述的充磁装置中，所述的下充磁头固定在机架上；或者在机架上设有驱动所述的下充磁头在竖直方向升降的第一升降驱动机构。第一升降驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。在下充磁头和机架之间设有第一竖直导向结构。这里的第一竖直导向结构包括导柱结合导套的结构。在上述的充磁装置中，所述的机架上设有驱动所述的上充磁头在竖直方向升降的第二升降驱动机构。第二升降驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。在上述的三维磁悬浮加速度计中，每个侧向面充磁头分别与水平驱动机构连接，且所述的水平驱动机构分别连接在机架上。水平驱动机构包括气缸、油缸和直线电机中的任意一种。通过上述的驱动机构的设计，其可以实现自动化的生产动作，无形中提高了生产效率。在上述的充磁装置中，所述的机架上设有套设在下充磁头外侧的筒状支撑，在筒状支撑的上端连接有四根圆周分布的悬臂梁，在每根悬臂梁的悬空端分别连接有倾斜向内朝上设置的倾斜支撑且所述的倾斜支撑上端汇聚至环形套周向，四个侧向面充磁头一一设置在所述的悬臂梁上，上充磁头设置在环形套内。通过设计筒状支撑、悬臂梁、倾斜支撑和环形套，其构成一个固定支撑架，充磁头集于一个固定支撑架上，不仅便于装置的拆装，而且还进一步降低了装置的维修难度。在上述的充磁装置中，在下充磁头的上端套设有固定框，以及位于固定框上方的定位框，在固定框和定位框之间设有轴向弹性结构且定位框套在第一充磁接触平面外围，在机架或固定框上设有驱动所述的定位框在竖直方向升降的升降驱动机构。定位框的内壁上沿口设有倒角。升降驱动机构包括若干圆周分布的气缸或者油缸。通过上述结构的设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维加速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、形成六自由度磁悬浮结构，利用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磁性腔体中；(2)、磁性腔体与被测载体固连设置使其完全感应被测载体加速度变化，当被测载体加速时，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，进而使加速度变化转化为磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化；(3)、在磁性腔体六面均形成磁力感应结构，通过该结构使磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化转化为相应的电信号；(4)、通过检测磁性腔体六面产生的电信号变化进而计算出三维加速度。

【技术特征摘要】
1.一种三维加速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、形成六自由度磁悬浮结构，利用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磁性腔体中；(2)、磁性腔体与被测载体固连设置使其完全感应被测载体加速度变化，当被测载体加速时，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，进而使加速度变化转化为磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化；(3)、在磁性腔体六面均形成磁力感应结构，通过该结构使磁悬浮体与磁性腔体之间的磁力变化转化为相应的电信号；(4)、通过检测磁性腔体六面产生的电信号变化进而计算出三维加速度。2.根据权利要求1所述的三维加速度检测方法，其特征在于，所述磁性腔体由六块磁板拼接形成六面体磁性腔体，任一磁板从外到内依次设置固定板、压电感应层和第二永磁层并形成磁力感应结构，其中，压电感应层固连于固定板和永磁层之间，能够感应所述第二永磁层的磁力变化导致其压力变化并将压力的变化转化为相应的电信号。3.根据权利要求1或2所述的三维加速度检测方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继军，吴建锋，郑梁，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33