专利名称：一种正弦气体微压力发生器的制作方法
专利说明本实用新型涉及气体压力发生器，具体为一种基于磁性液体的正弦气体微压力发 生器。
背景技术：
现有的气体压力发生器主要包括出口调制式正弦压力发生器、驻波管型压力振荡 器、容腔调节式压力发生器等几种，它们都是通过机械运动控制输出压力的波形变化，但其 波形畸变率比较大，并且结构复杂，成本高，不易控制波形和幅度。现有的磁性液体正弦压力发生器(参见文献B. H0k, Dynamic calibration of manometer systems, Medical and Biological Engineering, 1976. 3 压力计系统的的动态 校准，医学和生物工程)是医学实验用的设备，通过固体介质输出的压力信号源。其结构 为在试管中加入磁性液体，用水封住磁性液体在试管的中间位置，压力传感器的探头插到 水中，磁性液体外面缠绕线圈，通过线圈加电流产生磁场，磁性液体受到磁场力从而产生压 力，通过水传递给传感器探头，其产生的正弦压力峰峰值最大不超过ImmHg(即133Pa)的压 力。该结构主要用于医学方面测量生理压力传感器频率响应。其存在主要缺点为由于磁 性液体推动水压产生液体正弦压力，水的阻尼效果比较明显，所产生的正弦压力比较小，波 形畸变率较大；同时由于压力传感器探头直接接触的介质为水，因此检测传感器的使用受 到很大限制。
实用新型内容针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提出一种正弦气体微压 力发生器，该微压力发生器的输入信号为线圈电流，即用电流控制微压力发生器的输出， 具有结构简单，成本低廉，所产生的正弦压力信号的频率和大小易于控制，波形畸变小等特
点ο本实用新型解决所述技术问题的技术方案是设计一种正弦气体微压力发生器， 其特征在于该发生器包括一个U型管，U型管的底部管外套装一个激磁线圈，激磁线圈的上 面安装有上永久磁铁，激磁线圈的下面安装有下永久磁铁，激磁线圈经导线与交流电源连 接；所述U型管的底部管内装有磁性液体，且磁性液体在永久磁铁磁场力的作用下径向充 满U型管的底部管径。与现有技术相比，本实用新型正弦气体微压力发生器的微压力产生不需要任何机 械运动，而是利用磁性液体同时具有磁性和液体的流动性两种性能，用永久磁铁作为直流 偏置磁场，限定磁性液体的形状和位置，并可确保磁性液体径向充满U型管，采用激励线圈 施加磁场，使磁性液体受到磁场力在磁场中运动，从而推动空气产生微气压，结构简单，成 本低廉；用电流作为压力输出的控制信号，易于调节频率和幅度，气体压力输出波形畸变 小，可以实现低频微压力输出。
图1为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例的整体结构示意图；图2为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例的永久磁铁磁场结构示意 图；图3为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例的线圈产生磁场方向示意 图；图4为本实用 新型正弦气体微压力发生器一种实施例在频率为0. IHz时的压力波 形和频谱图；图5为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例在频率为35Hz时的压力波 形和频谱图；图6为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例在频率为IOOHz时的压力波 形和频谱图；图7为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例在不同频率下测试所得压 力幅值图；图8为本实用新型正弦气体微压力发生器一种实施例在不同频率下的波形畸变 率图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型本实用新型设计的正弦气体微压力发生器(简称发生器，参见图1-8)，其特征在 于该发生器包括一个U型管1，U型管1的底部管外套装有一个激磁线圈2，激磁线圈2的 上面安装有上永久磁铁4，激磁线圈2的下面安装有下永久磁铁5，激磁线圈2经导线7与 交流电源6连接；所述U型管1的底部管内装有磁性液体3，且磁性液体3在永久磁铁磁场 力的作用下径向充满于U型管1的底部管径。本实用新型的工作原理是在U型管1的底部管内装入的磁性液体3，需要充满U 型管1的径向截面，由于磁性液体3具有流动性，简单装入并不能使其充满U型管1。为了 让磁性液体3在U型管1中径向充满，采用上永久磁铁4和下永久磁铁5产生沿U型管1 底部的径向磁场Btl(参见图2)，磁性液体3在永久磁铁磁场力的作用下径向充满于U型管 1的底部管径中。所述U型管1的管外绕有激磁线圈2，激磁线圈2经过导线7与交流电源 6连接，交流电源6对激磁线圈2施加正弦电流，产生正弦磁场B (t)，磁场方向为沿U型管1 底部的轴向(参见图3)。激磁线圈2产生的正弦磁场B (t)作用于磁性液体3，使磁性液体 3受到轴向正弦磁场力的作用而轴向运动，进而压缩空气产生正弦微气压，正弦微气压从U 型管1的一个端口 8和另一个端口 9输出。所述U型管1的两个端口通过软管与检测传感 器相连。本实用新型发生器基于磁性液体3，利用磁性液体3同时具有磁性和液体3的流动 性两种特性，采用上、下永久磁铁4和5限定U型管1中磁性液体3的形状和位置，并用激 励线圈2产生磁场，施加磁场力，使磁性液体3受磁场力的作用而在磁场中运动，从而推动 U型管1中的空气产生微气压(正弦气体微压力)。在实验室条件下，对本实用新型发生器进行了测试所加电流幅值为60mA，三个典型频率下的实验结果压力波形分别如图所示(参见图4、5、6)，每幅图的上半部分为时域 波形图，下半部分为频谱图。图4为频率为0. 2Hz时压力发生器输出的结果，上半幅图为正 弦压力波形，下半幅图为输出压力的频谱图；图5为频率为35Hz时压力发生器输出的结果， 上半幅图为正弦压力波形，下半幅图为输出压力的频谱图；图6为频率为IOOHz时压力发生 器输出的结果，上半幅图为正弦压力波形，下半幅图为输出压力的频谱图。图7则给出了在 不同频率下产生的压力波幅值。从上述实验结果可以看出，本实用新型发生器能够产生频率为0. IHz 100Hz，最 大幅值为770Pa的正弦微压力。根据实验结果，计算正弦压力发生器的波形畸变率，其最大 波形畸变率产生在频率IOOHz时，为4. 7%;最小波形畸变率产生在频率35Hz时，为0. 28%; 平均波形畸变率为1. 8% (参见图8)。现有技术的出口调制式气体压力发生器的波形畸变 率为3 %，激光干涉式高频压力发生器波形畸变率为1 10 %，北京长城计量测试技术研究 所研制的气体压力发生器波形畸变率为3%，可见本实用新型发生器所产生的正弦压力不 仅比较大，而波形畸变比现有技术要低，同时本实用新型发生器结构简单，成本低廉，控制 容易，具有明显优势。本实用新型发生器主 要用于为压力传感器的动态标定提供正弦压力信号源。本实用新型未述及之处适用于现有技术。
权利要求一种正弦气体微压力发生器，其特征在于该发生器包括一个U型管，U型管的底部管外套装一个激磁线圈，激磁线圈的上面安装有上永久磁铁，激磁线圈的下面安装有下永久磁铁，激磁线圈经导线与交流电源连接；所述U型管的底部管内装有磁性液体，且磁性液体在永久磁铁磁场力的作用下径向充满U型管的底部管径。
专利摘要本实用新型公开一种正弦气体微压力发生器，其特征在于该发生器包括一个U型管，U型管的底部管外套装一个激磁线圈，激磁线圈的上面安装有上永久磁铁，激磁线圈的下面安装有下永久磁铁，激磁线圈经导线与交流电源连接；所述U型管的底部管内装有磁性液体，且磁性液体在永久磁铁磁场力的作用下径向充满U型管的底部管径。本实用新型发生器波形畸变率低，结构简单，控制容易。
文档编号G01L27/00GK201716152SQ20102026976
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者杨庆新, 杨文荣 申请人:河北工业大学