基于压阻原理的磁流变减振器阻尼力传感器研究

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1、基于压阻原理的磁流变减振器阻尼力传感器研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：魏燕指导教师：董小闵教授专业：机械制造及其自动化学科门类：工学重庆大学机械工程学院二0一五年五月ResearchofMagneto-rheologicaldamperforcesensorbasedonpiezoresistiveprincipleAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaste

2、r’sDegreeofEngineeringByWeiYanSupervisedbyProf.DongXiaominSpecialty:MechanicalManufacturingandAutomationCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2015中文摘要摘要磁流变减振器作为一种半主动控制器件，具有阻尼连续可调、响应速度快、动态范围宽、功耗低等优点，目前已成功应用于建筑、车辆、医疗等领域。

3、然而磁流变减振器在服役期间会出现磁流变液沉降、板结、泄漏或者其他机械、电气方面的故障，引起磁流变减振器的性能衰减甚至失效，因此需要对磁流变减振器的运行中的健康状况进行监测。要实现磁流变减振系统的反馈控制，前提是能够采用传感器实时获取应用对象的动态信息，与加速度、速度、位移这些状态参数相比，阻尼力可以更直接地影响磁流变减振器输出阻尼力的控制效果，并且阻尼力的获取更加简单，也能够在很大程度上反映磁流变减振器的运行健康状态，因此对磁流变减振器的输出阻尼力进行实时监测十分必要。针对现有的基于磁流变减振器

4、的半主动悬架系统通常采用与减振器分离的力传感器实现阻尼力的测量，线路复杂，成本高，可靠性低的缺点，论文提出了一种与活塞杆集成的基于压阻原理的磁流变减振器阻尼力传感器，研究了磁流变减振器阻尼力传感器的工作原理与结构设计，分析了传感器的性能指标和制作、封装工艺。论文的主要工作包括以下几个方面：①综述了课题的研究背景与意义，磁流变液与磁流变减振器的研究与发展，磁流变减振器阻尼力传感技术的研究现状，以及压阻式压力传感器的国内外研究现状。②根据汽车磁流变减振器的工作特性和压阻式压力传感器的设计原则，对磁流

5、变减振器阻尼力传感器进行了整体结构设计和芯片设计。设计了能够测量动态、往复磁流变减振器阻尼力的力学结构；通过理论计算与有限元模拟结合的方法，以达到设计量程、获得较大灵敏度和固有频率为设计目标，确定了传感器芯片尺寸；通过分析论证，确定了传感器芯片型式、制作材料和测量电路；研究了压阻系数与晶向、掺杂浓度和温度的关系，确定了电阻的掺杂浓度、排布方向和位置、电阻条尺寸、电阻条折弯数，完成了芯片的版图设计。③对磁流变减振器阻尼力传感器的静态和动态性能指标进行了分析。应用有限元仿真，对传感器施加一组压力，得

6、到不同压力对应的芯片上的应力分布，通过分析压阻条长度和宽度方向上的应力变化，确定了传感器输出电压的计算方法，从而对磁流变减振器阻尼力传感器的线性度和灵敏度进行了评价；简化磁流变减振器阻尼力传感器为单自由度二阶线性系统，并对空气阻尼的计算进行推导，得到传感器系统的阻尼系数，进而得到传递函数，通过Matlab仿真，分别得到磁流I重庆大学硕士论文变减振器阻尼力传感器的在时域内的单位阶跃响应曲线和频率响应曲线，验证了传感器的动态性能满足测试要求。④对磁流变减振器阻尼力传感器的制作工艺与封装进行了分析。对

7、阻尼力传感器的关键工艺流程和其间用到的掩模版进行了设计；对磁流变减振器阻尼力传感器的封装要求进行了研究；模拟了传感器封装时，不同杨氏模量和厚度的贴片胶产生的热应力影响，为后续进一步加工奠定了基础。关键词：磁流变减振器，压阻原理，阻尼力传感器II英文摘要ABSTRACTMagneto-rheological(MR)dampersaresemi-activecontroldevicesthathavemanyadvantageswithcontinuouslyadjustabledamping,fa

8、stresponse,widedynamicrangeandlowpowerconsumption.Sofar,MRdampershavebeenappliedinmanyapplicationfields,suchascivilstructure,vehicle,healthcareetc.However,theremayexitsomedefectsforMRdampers,suchastheMRfluiddeposition,hardeningandleakageorothermechan