一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器，其金属外壳由底座和端盖共同构成，底座内部形成凹槽；外壳内部设置有：C形磁路，其包围住永磁体和流体通道；永磁体，放置在流体通道外平面两侧，位于C形磁路的开口两端；流体通道，其内部形成流体腔，流体腔内填充有导电流体；流体通道与永磁体接触的底部直通道段的上下两壁分别设为第一电极和第二电极。本实用新型专利技术具有宽频带、低噪声、低功耗、高可靠性、体积小、质量轻、长寿命的特点，可在强冲击等恶劣的环境下稳定工作。

【技术实现步骤摘要】
一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器
本技术涉及磁流体动力学领域，具体地，涉及一种基于跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器。
技术介绍
目前，航天技术是衡量国家发展水平的重要标准，航天器力学环境条件的分析与设计是目前制约我国航天器总体设计水平提高的瓶颈技术。航天器力学环境是指航天器在运行过程中所经受的振动、加速度、噪声和微重力等环境。因此宽频带、低噪声的线振动传感器可以用于满足航天器宽频带高精度力学环境测试的需要。目前常用的航天器测振传感器有压阻型线振动传感器和压电型线振动传感器。其中压阻型测振传感器用于低频振动测量，存在噪声较大和受温度影响较大的问题；压电型线振动传感器用于高频振动测量，存在测量精度不高，并且不能测量静态信号的问题。其他测振传感器，如：石英挠性振动传感器易受时间、温度等环境因素影响导致测量不稳定；基于静电悬浮原理的静电振动传感器带宽较窄、生产周期长；基于机械谐振原理的振梁振动传感器存在机械耦合效应引起的“锁频”问题。
技术实现思路
本技术的目的是，针对现有技术中的缺陷，提供一种对线振动敏感的磁流体动力学线振动传感器，以期能通过更高的效率测量更宽频率范围的振动信号，并在强冲击等恶劣的环境下稳定工作。本技术所采用的技术方案是：本技术一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器，包括金属外壳，其特点在于，金属外壳由底座和端盖共同构成，在底座内设有凹槽；凹槽与端盖内部共同形成一腔体，在腔体内设置有：C形磁路，C形磁路的顶部和端盖内表面相接触，且C形磁路的底部开口两端和凹槽相连接；两个永磁体，两个永磁体分别设置在C形磁路底部开口两端的内侧面；两个通道侧墙，两个通道侧墙对称设置在两个永磁体之间，并形成流体通道的厚度；通道外环，通道外环设置在两个通道侧墙之间，且通道外环的两侧与端盖的内侧面相接触，通道外环上设置有第二电极；且第二电极在流体通道下方的直线段上；通道内环，通道内环设置在通道外环内，并与两个通道侧墙、通道外环共同构成流体通道，且在流体通道内充满导电流体；通道内环上设置有第一电极；且第一电极在流体通道下方的直线段上。本技术所述的一种磁流体动力学线振动传感器的特点也在于，金属外壳的底座、端盖、C形磁路、两个永磁体、两个通道侧墙、通道外环以及通道内环的轴线与磁流体动力学线振动传感器的测量方向的轴线垂直。两个永磁体分布在流体通道的两侧，且磁场分布均匀，剩磁方向在测量方向的垂直方向上，从而形成垂直的磁场环境。本技术的优点和有益效果具体如下：1.本技术对振动传感器原理进行创新，采用磁流体动力学效应(MHD)，区别于压阻型振动传感器和压电型振动传感器等传统振动传感器的新型线振动传感器，使得该传感器具有宽频带、低功耗、低噪声、小体积、轻质量、高可靠性、高强度与长寿命等优点；弥补当前国内磁流体动力学线振动传感器的空白。2.本技术基于磁流体动力学电磁感应原理，使用兼具良好流动性和优良导电性的导电流体材料，利用流体的流动性与通道壁及磁场区域产生相对运动，切割磁感线产生动生电动势的原理检测线振动信息，区别于传统线振动传感器，其通过流体运动测量而没有固体移动部件，不存在机械磨损，因此具有高可靠性、高强度、长寿命的特点；3.本技术中采用的结构为跑道型结构，其外壳底座形成内部凹陷的槽，使与之接触的C形磁路、永磁体、通道侧壁以及第二电极均嵌入在该凹槽内，结构非常稳定，并且其外壳底座和端盖以及外壳内部的C形磁路、永磁体、通道侧壁、通道外壁以及通道内环的对称轴轴线均与该磁流体线振动传感器的敏感轴的轴线垂直，极大降低了交轴振动的敏感，因此可以在强冲击等及其恶劣的环境下稳定工作；4.本技术主要利用流体的流动性与导电性，通过其在运动过程中切割磁感线产生电动势的电磁感应原理实现线振动的测试，其内部不存在电容等对传感器带宽有较大影响的器件，前级传感器的带宽理论上没有上限，整个系统带宽上限仅有信号处理电路滤波环节决定，因此带宽很大；5.本技术的前级传感器内部导电流体灌装在流体通道中，在传感器随被测件一起振动时，通过相对运动切割磁感线产生电动势，导电流体及通道本身无需电源供电，直接通过正负电极输出，传感器内部无耗电器件，只有后续信号处理电路需要供电，从而实现了低功耗的性能；6.本技术中流体通道有效宽度只需mm量级，且磁路设计上遵循磁阻最小原理，并结合零件材料的合理选取，在设计C形磁路及其他零件的尺寸时，以较小的尺寸能够获得最大的磁场强度，从得到较大的传感器灵敏度，得到明显的输出信号，且本技术结构布局紧凑、空间利用率高，因此可以达到体积小、质量轻的效果。附图说明图1是本技术磁流体动力学线振动传感器的主视剖视图；图2是本技术磁流体动力学线振动传感器的侧视剖视图；图3是本技术磁流体动力学线振动传感器的外部轮廓图；图中标号：1.金属外壳端盖；2.凹槽；3.金属外壳底座；4.磁路；5.第一永磁体6.第二永磁体；7.右通道侧墙；8.左通道侧墙；9.第二电极；10.通道外环；11.导电流体12.通道内环；13.第一电极；14.对称轴。具体实施方式本实施例中，一种磁流体动力学线振动传感器，包括传感器的外形设计如图3所示，以及外壳内部的磁路设计，如图1、图2所示，其金属外壳由底座3和端盖1共同构成，底座3内部形成凹槽2，用于固定与之接触的各个零部件。金属外壳为长方体，方便加工。金属外壳的底座3和端盖1材料应选用具有高饱和磁通密度的软磁材料，可选择铁钴合金或铁镍合金，这样既防止传感器内部磁路对周围器件造成影响，又避免壳体内部传感部分受到外界电磁干扰影响。凹槽2与端盖1内部共同形成一腔体，在腔体内设置有：C形磁路4的顶部与端盖1内表面相接触，其底部开口两端和凹槽2连接。C形磁路4材料也应选具有用高饱和磁通密度的软磁材料，这样既可以二次屏蔽外界电磁干扰的影响，同时又可以配合一对永磁体构成闭合磁路，C形结构的设计遵循磁路最小原理，使得传感器在有限的空间内，获得尽可能大的磁场条件。一对永磁体包括第一永磁体5和第二永磁体6，分别设置在C形磁路4底部开口两端的内侧面。一侧磁极与磁路内壁相连，另一侧磁极与流体通道对应侧壁的外壁相接触，底部嵌入凹槽2内，这样能够减小磁场漏磁情况，提高传感器的灵敏度。第一永磁体5、第二永磁体6材料应选用可以提供强磁场的永磁材料，作为一种优选实施方式选用钕铁硼。永磁体的形状为长方体，使其容易形成与测量方向相垂直，形成均匀且垂直的磁场环境。第一永磁体5、第二永磁体6磁极方向一致即可，可以选择第一永磁体5北极面紧贴C形磁路4内壁，则第二永磁体6南极面紧贴C形磁路4内壁的方式摆放，还可以选择第一永磁体5南极面紧贴C形磁路4内壁，相应地，第二永磁体6应北极面紧贴C形磁路4内壁的方式摆放，不同的摆放方式只会影响信号输出的极性，对传感器的性能没有影响。两个通道侧墙包括右通道侧墙7和左通道侧墙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器，包括金属外壳，其特征在于，金属外壳由底座(3)和端盖(1)共同构成，在底座(3)内设有凹槽(2)；凹槽(2)与端盖(1)内部共同形成一腔体，在腔体内设置有：/nC形磁路(4)，C形磁路(4)的顶部和端盖(1)内表面相接触，且C形磁路(4)的底部开口两端和凹槽(2)相连接；/n两个永磁体，两个永磁体分别设置在C形磁路(4)底部开口两端的内侧面；/n两个通道侧墙，两个通道侧墙对称设置在两个永磁体之间，并形成流体通道(11)的厚度；/n通道外环(10)，通道外环(10)设置在两个通道侧墙之间，且通道外环(10)的两侧与端盖(1)的内侧面相接触，通道外环(10)上设置有第二电极(9)；且第二电极(9)在流体通道(11)下方的直线段上；/n通道内环(12)，通道内环(12)设置在通道外环(10)内，并与两个通道侧墙、通道外环(10)共同构成流体通道(11)，且在流体通道(11)内充满导电流体；通道内环(12)上设置有第一电极(13)；且第一电极(13)在流体通道(11)下方的直线段上。/n

【技术特征摘要】
1.一种跑道型结构的磁流体动力学线振动传感器，包括金属外壳，其特征在于，金属外壳由底座(3)和端盖(1)共同构成，在底座(3)内设有凹槽(2)；凹槽(2)与端盖(1)内部共同形成一腔体，在腔体内设置有：
C形磁路(4)，C形磁路(4)的顶部和端盖(1)内表面相接触，且C形磁路(4)的底部开口两端和凹槽(2)相连接；
两个永磁体，两个永磁体分别设置在C形磁路(4)底部开口两端的内侧面；
两个通道侧墙，两个通道侧墙对称设置在两个永磁体之间，并形成流体通道(11)的厚度；
通道外环(10)，通道外环(10)设置在两个通道侧墙之间，且通道外环(10)的两侧与端盖(1)的内侧面相接触，通道外环(10)上设置有第二电极(9)；且第二电极(9)在流体通道(11)下方的直线段上；
通道内环(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梦洁，李醒飞，周子晨，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34