磁流体部分填满空腔的磁流体加速度计制造技术

传感器包括外壳和外壳中的磁流体，该磁流体不完全充满外壳。惯性体与磁流体接触。惯性体相对于磁流体的位移是外壳上的加速度的指示。该加速度包括线性加速度和／或角加速度。该惯性体可以是空气泡，或不相类似的液体。数个磁体安装在外壳上，其中磁流体定位到磁体和惯性体之间的液滴中。磁流体可以是每个磁体和惯性体之间的单个液滴，或者可以是每个磁体和惯性体之间的多个液滴。外壳中的剩余体积可以填满非磁性流体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁流体加速度计传感器(magnetofluidic accelerationsensor)。
技术介绍
一般地，在例如2004年5月3日提交的美国专利申请No.10/836,624，2004年5月3日提交的美国专利申请No.10/836,186，2003年5月21日提交的美国专利申请No.10/422,170，2002年8月1日提交的美国专利申请No.10/209,197(现在的美国专利No.6,731,268)，2000年2月24日提交的美国专利申请No.09/511,831(现在的美国专利No.6,466,200)，和1999年11月3日提交的俄罗斯专利申请No.99122838中公开和描述了磁流体加速度计，该磁流体加速度计使用磁流原理和悬浮在磁流体中的惯性体，对加速度进行测量。这种加速度计通常包括充满磁流体的传感器罩壳(传感器外壳，或“容器”)。惯性体(惰性物体)悬浮在该磁流体中。该加速度计通常包括在磁流体中产生磁场的数个驱动线圈(功率线圈)，和测量磁场中因惯性体的相对移动而产生的变化的数个测量线圈。当功率线圈通电并产生磁场时，磁流体试图将其自身尽可能靠近功率线圈定位。这有效地导致惯性体悬浮在外壳的大致几何中央。当向加速度计(或者向加速度计所安装的装置)施加力，从而引起角加速度或线性加速度时，惯性体试图保持在位置处。因此，惯性体“挤压”在磁流体上，使磁流体扰动并改变磁流体内部的磁场分布。磁场分布中的这种变化由测量线圈检测，然后用电子仪器转换成线性加速度和角加速度的值。在知道线性加速度和角加速度值的情况下，然后可能通过简单的数学运算计算线性速度和角速度，并且如果需要的话，计算出线性位置和角位置。换句话说，加速度计提供了关于六个自由度的信息----三个线性自由度(x，y，z)和三个角度(或者旋转)自由度(关于x，y，z轴的角加速度ωx’，ωy’，ωz’)。一般地，加速度计的准确特性高度依靠外壳的几何形状，惯性体，磁体的设置，磁流体的属性等。对于设计者，希望尽可能宽范围的传感器参数。这种参数包括例如动态范围，敏感性，响应时间，外形尺寸，成本，偏差，对环境因素的敏感性，等等。影响传感器性能的其中一个因素是流体动力学阻抗，它由试图克服磁流体移动的惯性体产生。一般地，磁流体为较粘性的流体，并且惯性体与磁流体接触的面积越大，流体动力学阻抗越大。因此，较高的流体动力学阻抗导致较低的频率响应。因此，现有技术中需要减小磁流体加速度计中的流体动力学阻抗的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及磁流体加速度计，其中磁流体部分填满空腔，该磁流体加速度计基本上避免了与现有加速度计相关的一个或多个问题。更为特别的是，在本专利技术的示例性实施例中，传感器包括外壳和位于外壳中的磁流体，该磁流体不完全填满外壳。惯性体与该磁流体接触。惯性体相对于磁流体的位移是外壳上的加速度的指示。该加速度包括线性加速度和/或角加速度。该惯性体可以是空气泡或者不相类似的液体。数个磁体安装在外壳上，其中磁流体定位在磁体和惯性体之间的液滴中。该磁流体可以是每个磁体和惯性体之间的单个液滴，或者是每个磁体和惯性体之间的多个液滴。外壳中的剩余体积可以填满非磁性流体。另一方面，传感器包括基本环绕惯性体设置在液滴中的磁流体。与磁流体不同的第二流体一般设置在磁流体和惯性体之间。惯性体相对于磁流体的位移是传感器上加速度的指示。另一方面，传感器包括惯性体，和将惯性体保持悬浮的磁流体的数个液滴。数个磁极将磁流体的液滴保持与惯性体接触。惯性体相对于磁流体的位移是传感器上加速度的指示。另一方面，用于测量加速度的方法包括使用磁流体的液滴将惯性体悬浮；响应于施加到惯性体上的力对惯性体的位置进行测量；及以该位移为基础计算加速度。另一方面，用于测量加速度的方法包括使用磁流体的液滴将惯性体悬浮；在磁流体中产生磁场；调整磁场，以抵消惯性体由于加速度而相对于磁流体的液滴在位置上的变化；及以该调整幅度为基础计算加速度。本专利技术的其它特征和优点将在下面的描述中阐明，并且有一部分在描述中将会非常清楚，或者可以从本专利技术的实现中获知。通过在所述描述和权利要求以及附图中特别指出的结构，将实现和获得本专利技术的优点。应当理解，前述的概述和下面的详细描述是示例性和解释性的，并希望提供本专利技术的更多解释作为权利要求。附图说明附图对本专利技术的实施例进行了说明，并与说明书共同起到解释专利技术原理的作用，这些附图提供了对专利技术的进一步理解，合并到本说明书中并构成了它的一部分。在附图中附图1说明了本专利技术的组装的磁流体加速度传感器(assembledmagneto fluidic acceleration sensor)的等比例三维视图。附图2说明了该传感器的侧视图，拆掉了其中一个驱动磁装置(drive magnet assembly)。附图3说明了部分剖开的视图，示出了驱动磁线圈和传感线圈的设置。附图4说明了该传感器的分解侧视图。附图5从不同的观察角度说明了附图4的传感器的三维等比例视图。附图6说明了本专利技术的一个实施例，该实施例将单个液滴的磁流体用于每个驱动磁装置。附图7说明了备选实施例，其中多个液滴的磁流体用于每个驱动磁装置。具体实施例方式现在将对本专利技术的实施例进行详细描述，其例子在附图中进行了说明。附图1至5说明了本专利技术的磁流体加速度传感器的示例性实施例。磁流体传感器的基本工作原理在美国专利No.6,466,200中进行了描述，在此将其合并进来以供参考。该传感器的性能通常通过一系列非线性偏微分方程进行了描述，参见美国临时专利申请No.60/614,415，本申请对该临时申请要求优先权。尤其是，附图1说明了组装的加速度传感器的等比例三维视图。附图2说明了加速度传感器的侧视图，其中拆掉了一个驱动磁性外壳。表明了位于中央的惯性体(Inertial body)。附图3说明了部分剖开的视图，示出了驱动磁线圈和传感线圈的设置。附图4说明了传感器的剖视侧视图，示出了外壳，外壳中的磁流体，和由该磁流体环绕的惯性体。附图5从不同观察角度说明了附图4中所示传感器的三维等比例视图。进一步参照附图1，附图1中所示处于组装形式的加速度计102包括外壳104，和数个驱动磁装置106A-106E，每个驱动磁装置都使用相对应的线110A-110E连接到电源上。注意，在该视图中，只示出了五个驱动磁装置106，但是参见附图4，其中也说明了第六个驱动磁装置(由106F表示)。附图2说明了附图1的传感器102，其中拆掉了一个驱动磁装置。在驱动磁装置106c拆掉的情况下，可以看到惯性体202位于外壳104的大致几何中心处。磁流体204填满外壳中的有效容积的剩余部分。注意，为了清楚起见，尽管这些大多数流体为黑色并具有“油性”感觉，但是并未在附图中将磁流体本身实际画出。附图3说明了部分剖开的视图，示出了传感器102。为了清楚起见，只有某些部件在附图3中进行了标注。在附图3中示出的是四个驱动线圈(或驱动磁体)302A、302B、302E和302D，总称为驱动磁体302(其余的两个驱动磁体在该附图中未示出)。驱动磁体302有时也称之为悬浮磁体(suspension magnet)，功率磁体(power magnet)，或悬浮线圈(suspension coil)(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器，包括：外壳；外壳中的磁流体，该磁流体不完全填满外壳；及与该磁流体接触的惯性体，其中惯性体相对于磁流体的位移是外壳上的加速度的指示。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：AG普里斯图珀，YI罗曼诺夫，
申请(专利权)人：伊纳拉伯斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]