磁性液体传感器实验研究

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1、北京交通大学毕业设计（论文）开题报告题目：磁性液体倾角传感器的实验研究学院：机械与电子控制工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：王殿鑫学号：1022207916北京交通大学毕业设计（论文）开题报告文献综述：目前，很多重要的测控仪器如陀螺转台、惯导平台、经纬仪、星体跟踪器、雷达、导弹发射架、空间望远镜、高精度数控机床、机器人等系统中一般都需要角度传感器，用于测量被测物体相对于某基准方位的绝对转角或相对于自身在不同时刻的相对转角，这就是水平传感器，又叫倾角传感器，工程上常叫水平仪或倾角仪。随着测控技术的发展，系统要求的测控精度越来越高。然而，角度测量仍然存在各种各样的问题，主要

2、有：精度不够高或只能在小角度测量时得到高精度，精度提高使产品尺寸和重量过大，全周界绝对角度测量装置的测量精度不高，小型化方面存在技术困难，动态范围小，对关键元件要求苛刻，对环境要求高，可靠性低，不易实现与其它仪器融合等等。随着科学技术的发展，军工、航天及国民经济中多种行业，对角度传感器提出了越来越高的需求。在同等测量精度条件下，急需成本低、体积小、可靠性高的更新换代产品。磁性液体水平传感器是基于电磁感应原理，利用缠绕在装有磁性液体圆管外的线圈的自感和互感的变化来实现角度测量的一种装置，其核心是敏感功能材料---磁性液体。磁性液体水平传感器的研究可以弥补现有各种水平传感器存在

3、的结构复杂，制作难度大，且抗冲击、抗振动性能差、动态范围狭窄，用于小角度水平倾角的测量精度不高等实际问题，特别是在某些特殊场合有重要的应用。本课题拟在研究磁性液体水平传感器原理样机的基本性能指标的基础上，通过电路设计与实验，设计制作简洁实用的磁性液体水平传感器实验样机。研究内容包括电磁感应线圈的总体设计与制作、电压信号的采集与处理放大，传感器性能参数测试实验。一．磁性液体的发展现状60年代初期，美国宇航局为了解决宇宙服可动部分的密封及在空间失重条件下的燃料补充问题，开发了磁性液体。1965年，S.S.Pappell16北京交通大学毕业设计（论文）开题报告获得世界上第一个具有

4、试用意义的制备磁性液体的专利。磁性液体问世后的短短几年，它就走出实验室，开始应用于科学实验和工艺装置中。自60年代末期以来，美国、日本、前苏联、英国等国家相继开展了磁性液体技术的研究。我国也于70年代末期开始磁性液体及其应用技术的研究。目前,磁性液体出现了一系列品种,从其磁性微粒来分,有三大基本类别:铁氧体系、金属系和氮化铁系磁性液体。其中铁氧体系磁性微粒有γ-Fe2O3、MeFe2O4(Me=Co、Mn、Ni)、Fe3O4,这类磁性液体在产量上占绝对优势,但受其自身限制,其饱和磁化强度较低,最高为850Gs,应用范围有限;金属系有Ni、Co、Fe以及铁钴和铁镍合金等,饱和

5、磁化强度可达1500Gs,但即使是在惰性气体保护和加入抗氧剂的情况下也无法完全阻止其氧化;氮化铁系磁性液体相比较而言,饱和磁化强度高、化学稳定性强。[7][8]二．磁性液体存在的问题目前，工程上常用气泡水平仪、电子水平仪以及包括参量式倾斜传感器、振弦式倾斜传感器、气体摆式倾斜传感器在内的倾斜角传感器，特点分述如下：气泡水平仪的原理是利用气泡在玻璃管内可经常保持在最高位置的特性。常用气泡水平仪的灵敏度为0.01mm/m至0.4mm/m等规格不等，表示将水平仪置于1m长的直规或平板之上，两端之间点有0.01至0.4mm的高低差异。这种水平仪的缺点是对于一定的倾斜角，欲使仪器的灵

6、敏度良好(即气泡的移动量大)，需增大圆弧半径，这样占用体积大，且无法与智能化的自动测量系统直接连接起来工作，准确性难以适应检测技术发展的需求，主要应用在需要重力参考系下测量倾角或者水平要求不高的场合。[20]电子水平仪的主要原理有电感式和电容式两种，可借助适配卡与个人计算机联机，相对气泡式水平仪在精确方便程度上有所提高，用来测量高精度的工具机，如各种车床床面，灵敏度有所提高16北京交通大学毕业设计（论文）开题报告，测量时可左右偏移，测量工件在一定的倾斜范围内均可测量。但是现有的电子式水平尺传感器是液体干扰电桥式，其输出的模拟倾角电信号与倾角的变化率不成线性关系，造成角度测量

7、失真。而为了补偿非线性信号失真，所设计的各种硬件补偿电路固有的线性工作区间太窄，难以大范围、较精确地实现补偿，且电源电压及温度变化等容易影响线性工作区间的稳定，电能消耗也很大，测量精确度较低，机构复杂，能耗高，需要频繁更换电池等。[3][19]倾斜传感器的主要类型有参量式倾斜传感器、振弦式倾斜传感器、气体摆式倾斜传感器，都可作为水平传感器使用。这些倾斜仪的不足之处是：结构复杂，制作难度大，且抗冲击、抗振动性能差、动态范围狭窄，用于小角度水平倾角的测量精度不高。此外，输出电信号较弱，信号电压灵敏度不高，使各自存在不同