集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器制造技术

一种集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器，由缸体、磁流变液、活塞头上的励磁线圈、活塞杆里的感应线圈、蓄能器、防尘罩套等部分构成；励磁线圈和感应线圈构成一有源磁电式相对速度传感器，与磁流变阻尼器结构集成一体。当给励磁线圈加载一中低频电压信号作为该传感器的励磁检测信号，产生的同频交变磁场在阻尼器结构中形成一闭合工作磁回路；磁流变阻尼器的活塞与缸体之间轴向相对运动使感应线圈的磁链发生相应变化并感生得到一包含该相对运动信息的传感输出信号；通过信号隔离，选频放大，同步解调，低通滤波等功能电路后获得活塞与缸体之间的实际相对运动信息。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种磁流变阻尼装置，尤其是集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器。
技术介绍
振动是一种常见的物理现象，伴随人类社会的不断进步和科学技术的不断发展，在交通、国防、机械加工、建筑结构以及科学研究等领域出现的振动问题日益受到关注。长期以来，为了有效克服和避免各种不利的振动，先后提出了被动式、主动式和半主动式等振动控制系统。近年来，由于磁流变液、磁流变阻尼器(简写为MR阻尼器)的相继出现及其性能的不断改善，基于MR阻尼器的半主动减振系统引起了人们的极大关注。与其它半主动减振系统相比，基于MR阻尼器的半主动减振系统具有阻尼力大、性能稳定(对杂质和温度不敏感)、所需电压低、耗能小和成本低等优点。基于MR阻尼器的半主动减振系统主要由传感器、MR阻尼器、弹簧、电流驱动器、控制器及相关辅助电路等部分构成。当被控对象(如车辆、精密实验平台、精密加工机床等)振动时，控制器根据传感器检测到的被控对象主体(如车辆的车身、精密实验平台的台体、精密加工机床的床身等)与承载体(如车辆的车桥、精密实验平台的台柱、精密加工机床的底座等)之间的相对振动状况做出相应的分析和决策，并产生一控制电压作用电流驱动器，通过电流驱动器给励磁线圈加载一驱动电流调节励磁线圈的磁场强度，从而在毫秒级时间内改变位于阻尼器节流孔中的磁流变液的屈服应力大小，达到调节MR阻尼器的阻尼的目的，实现对被控对象振动的半主动阻尼减振。在这个闭环的半主动阻尼减振控制系统中，一个重要的输入量就是MR阻尼器两端所连接的被控对象主体与承载体之间的相对运动速度。在现有的基于MR阻尼器的半主动减振系统中，实现被控对象主体与承载体之间的相对运动速度传感的方式主要有两种采用相对位置传感器方式和采用加速度传感器方式。采用相对位置传感器方式时一般在振动控制系统中配置一个或多个相对位置传感器(与MR阻尼器并列安装)，传感器的一端连接到被控对象主体上，另一端连接到承载体上，当被控对象振动时传感器将主体与承载体之间的相对位置变化转换成电信号，该信号通过微分电路即得到相对速度。采用加速度传感器方式时一般在被控对象主体和承载体的适当位置分别安装一个或多个加速度传感器，通过将相对应的两路加速度信号相减并经过后续的积分电路获得主体与承载体之间的相对运动速度。无论采用哪种传感方式，单独配置的传感器不仅增加了整个振动控制系统的成本和结构复杂性，而且直接暴露于外部环境之中的传感器很容易受到外界环境(如机械碰撞、渗水渗油、电磁波等)的干扰甚至被损坏，从而影响振动控制系统的整体可靠性及稳定性，缩短系统的使用寿命。
技术实现思路
本技术公开了一种集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器。它在现有MR阻尼器的结构上集成了一个有源磁电式相对速度传感器，实现被控对象主体与承载体之间相对运动速度的集成传感，结合磁流变液阻尼系数的连续可调特性和控制器的振动自动控制特性，进一步实现半主动减振系统的自适应减振目的。本技术的目的由以下方式实现本技术所述的集成相对速度传感功能的MR阻尼器包括单筒MR阻尼器中的缸体、装在缸体内的磁流变液、活塞头、活塞杆、蓄能器、防尘罩套，其中缸体由缸筒、上端盖和下端盖构成。活塞头把缸体分为上下两个工作腔，蓄能器位于下工作腔的底部；在活塞头的外圆周上均匀布置的多个定位铜片把活塞头的外圆周与缸筒内壁之间形成的间隙分割为多段作为磁流变液流动的液流间隙；活塞杆外端和下端盖上分别设置有连接装置与被控对象的主体或承载体连接。本阻尼器的结构特征如下(1)所述的活塞头上绕制一电磁线圈，作为集成相对速度传感器与MR阻尼器的共用励磁线圈，励磁线圈的引线连接阻尼器外部由集成相对速度传感器用的励磁检测信号源与调节磁流变液屈服应力的励磁电流源相叠加后的外部激励源；(2)所述的活塞杆采用中空管状结构，里面装有一个绕线杆，并在绕线杆上均匀绕制一电磁线圈，作为集成相对速度传感器的感应线圈，感应线圈的引线连接外部信号预处理电路；(3)所述的活塞杆、下端盖采用极低导磁材料，而活塞头、活塞杆里的绕线杆、缸筒和上端盖均采用高导磁材料，缸筒与活塞头外圆周的定位铜片之间、上端盖与活塞杆之间采用间隙配合。利用上述结构可以实现有源磁电式相对速度传感器与MR阻尼器结构集成一体。本技术实现被控对象主体与承载体之间相对运动速度的集成传感原理如下首先，给MR阻尼器的励磁线圈加载一中低频电压信号作为励磁检测信号，其产生的同频交变磁场在MR阻尼器的活塞头、活塞杆中的绕线杆、上端盖、缸筒、缸筒与活塞头之间的液流间隙、缸筒与活塞头外圆周的定位铜片之间及上端盖与活塞杆之间的气隙中形成一闭合工作磁回路，并使活塞杆内的感应线圈感生得到一同频交变电压信号。其次，在MR阻尼器活塞与缸体之间的轴向相对运动(由外界振动引起)过程中，由于闭合工作磁回路中的液流间隙的大小和气隙的大小、液流间隙中的磁流变液和气隙中的空气的导磁率相对于磁回路中的其它高导磁材料的导磁率均基本保持不变，而闭合工作磁回路的绝大部分磁阻集中在这些液流间隙和气隙上，故使得该闭合工作磁回路中的磁阻、集成相对速度传感器的主磁通也基本保持不变。阻尼器的活塞杆相对于缸体的这种或进或出的相对轴向运动，使得感应线圈在磁回路中的线圈匝数相应地增加或减少，并引起感应线圈的磁链也随之发生相应的线性变化，这样感应线圈两端便感生得到一调幅电压信号，其载波信号是励磁线圈上加载的励磁检测信号，而其幅度调制信号则是反映活塞与缸体轴向相对运动速度的传感输出信号。最后，通过对该调幅信号进行隔离、选频放大、同步解调、低通滤波等信号预处理后，得到一个与感应线圈磁链变化规律一致的幅度调制信号。该信号的变化规律与被控对象的主体和承载体之间的相对运动速度呈一定的比例关系，从而实现MR阻尼器的相对速度集成传感功能。在构成本技术时，励磁检测信号源的信号工作频率应大于磁流变液的最高响应频率，在保证传感器正常工作的情况下励磁检测信号源的信号电压的幅值应尽可能小，以消除传感励磁磁场对磁流变液的流变效应的影响。采用上述工作方式的MR阻尼器在其结构和功能上有效的集成了一个相对速度传感器，集成相对速度传感器用的励磁检测信号源与磁流变液阻尼比调节用的励磁电流源工作在不同频段、不同电压等级上，但同时共用一个励磁线圈、一个闭合工作磁回路，实现MR阻尼器对被控对象振动的传感和可调阻尼减振并行工作。由此，MR阻尼器不但具有阻尼减振功能，而且还具有相对速度传感功能，进一步实现基于MR阻尼器的半主动减振系统的自适应减振功能。与现有的MR阻尼器及其半主动减振系统相比，本技术具有如下优点1.提高MR阻尼器及其半主动减振系统的自适应性。由本技术公开的集成相对速度传感功能的MR阻尼器及其自适应减振方法构成的各种半主动减振系统，具有受控对象振动状况自传感、磁流变液阻尼比连续可调、振动自动控制等特性，综合体现系统的自适应减振功能，并进一步提高系统半主动阻尼减振的自适应性能。2.简化基于MR阻尼器的半主动减振系统的复杂程度，降低系统成本造价。运用本技术所述的集成相对速度传感功能的MR阻尼器构成各种半主动减振系统，将其应用到实际被控对象(如车辆、精密实验平台、精密加工机床等)上，可以省去用于检测被控对象主体与承载体之间相对运动速度的各种相对位置传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成相对速度传感功能的磁流变阻尼器，包括缸体、装在缸体内的磁流变液、活塞头、活塞杆、蓄能器、滑动活塞和防尘罩套，其中缸体由缸筒、上端盖和下端盖构成；活塞头把缸体分为上下两个工作腔，蓄能器位于下工作腔的底部；在活塞头的外圆周上均匀布置的多个定位铜片把活塞头的外圆周与缸筒内壁之间形成的间隙分割为多段，作为磁流变液流动的液流间隙；在活塞杆外端和下端盖上分别设置有连接装置与被控对象的主体或承载体连接；其特征在于：（１）所述的活塞头上绕制一电磁线圈，作为集成相对速度传感器与 磁流变阻尼器的共用励磁线圈，励磁线圈的引线连接外部由集成相对速度传感器用的励磁检测信号源与调节磁流变液屈服应力的励磁电流源相叠加后的外部激励源；（２）所述的活塞杆采用中空管状结构，内装有一绕线杆，并在绕线杆上均匀绕制一电磁线圈，作为 集成相对速度传感器的感应线圈，感应线圈的引线连接到阻尼器外的信号预处理电路；（３）所述的活塞杆、下端盖采用极低导磁材料，而活塞头、活塞杆里的绕线杆、缸筒和上端盖均采用高导磁材料，缸筒与活塞头外圆周的定位铜片之间、上端盖与活塞杆之间采 用间隙配合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王代华，赖大坤，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]