毛细管式磁性液体加速度传感器的制作方法

本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种毛细管式磁性液体加速度传感器。

背景技术：

磁性液体是一种具有流动性和磁性的新型功能材料，而磁性液体独特的性质使得其在工程领域有着极其广泛的应用。其中磁性液体所特有的奇异浮力特性使得磁性液体中的非磁性物质在非均匀磁场中会受到一个指向弱磁场区域的磁场力，很多磁性液体加速度传感器便是基于磁性液体的该种特性而设计出来的。这种特性使得磁性液体加速度传感器与传统加速度传感器相比具有无磨损，灵敏度高，结构简单等诸多优点。

然而现有磁性液体加速度传感器大多采用了固体质量块作为非磁性物质，如cn201510349208.9所示的专利使用了圆柱质量块作为质量块，同时使用四块悬浮永磁体提供悬浮力，两块限位永磁体提供回复力，并利用线圈检测不同加速度情况下电感的变化来获得输出信号，该专利为了能够产生使得质量块悬浮的浮力，在腔体周围增加了四块永磁体，导致磁路复杂，各磁铁相互作用容易发生危险的情况，同时采用v型衔铁进行固定，使得固定不够牢靠。又如cn201510212832.4所示的专利采用两块永磁体提供回复力，利用线圈测量质量块在不同加速度情况下的位移产生输出信号，该专利在竖直方向能够提供回复力，但是在水平方向力的约束小，导致质量块不稳定，传感器稳定性较差。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种毛细管式磁性液体加速度传感器，稳定性好、磁路简单、测量结果准确可靠且使用时效长。

根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器，包括：

两个夹持组件，两个所述夹持组件分别设有储存磁性液体的储液腔，两个所述夹持组件相对间隔开地设置；

毛细管，所述毛细管的两端分别固定在两个所述夹持组件上，且所述毛细管的两端分别一一对应地与两个所述夹持组件的所述储液腔密封连通，以使两个所述储液腔中的部分磁性液体从所述毛细管的两端进入所述毛细管内形成两个磁性液柱，所述毛细管内位于两个所述磁性液柱之间设有气柱或与磁性液体不相溶的非磁性液柱；

连通管，所述连通管的两端分别一一对应地与两个所述夹持组件的所述储液腔密封连通；

两个线圈，两个所述线圈相对间隔开地套设在所述毛细管的外周，且两个所述线圈中的一个所述线圈临近于两个所述夹持组件中的一个所述夹持组件，两个所述线圈中的另一个所述线圈临近于两个所述夹持组件中的另一个所述夹持组件；所述气柱的两端分别对应地伸入两个所述线圈内；

两个永磁体，两个所述永磁体分别一一对应地固定在两个所述夹持组件上，且两个所述永磁体中的一个所述永磁体与所述毛细管的一端端部相对，两个所述永磁体中的另一个所述永磁体与所述毛细管的另一端端部相对。

根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器，工作原理为，当外界没有加速度信号时，气柱或非磁性液柱不会发生移动，毛细管内位于气柱或非磁性液柱两端的磁性液柱呈对称分布，毛细管外周的两个线圈所测量的电感值相等，通过外部电桥电路输出的零点电压为零。当外界有加速度信号时，气柱或非磁性液柱在毛细管内发生移动，导致毛细管内位于气柱或非磁性液柱两端的磁性液柱的长度发生变化，从而使得毛细管外周的两个线圈所测量的电感值不相等，通过外部电桥电路输出的电压不为零，从而可以通过该电压值的变化测量加速度信号。

根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器，具有如下的优点：第一、将气柱或非磁性液柱作为惯性质量设置在毛细管内，避免了现有磁性液体加速度传感器采用固体质量块作为惯性质量时所导致的磁路设计复杂，稳定性差等问题，使得本发明实施例只需要两个永磁体便能实现加速度传感器的功能；第二、由于毛细管的毛细力作用，使得毛细管内的气柱或非磁性液柱比较稳定，从而使得本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器稳定性好，加速度测量准确可靠；第三、由于采用了毛细管，改变了现有磁性液体加速度传感器在管内加惯性质量的方式，可以极大地缩小磁性液体加速度传感器的径向尺寸，并能实现磁性液体加速度传感器的小型化；第四、解决了现有磁性液体加速度传感器零点漂移无法消除的问题，本发明实施例能够通过在储液池中存储磁性液体来进行零点补偿；第五，本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器灵敏度高，使用时效长。

根据本发明的一个实施例，所述毛细管呈水平状态时，所述气柱或所述非磁性液柱在所述毛细管内处于居中位置。

根据本发明的一个实施例，所述气柱或所述非磁性液柱的长度为所述毛细管的长度的1/6～1/3。

根据本发明的一个实施例，还包括线圈骨架，所述线圈骨架设有通孔，所述毛细管穿过所述通孔；所述线圈骨架的两端一一对应地固定在两个所述夹持组件上；两个所述线圈缠绕在所述线圈骨架上。

根据本发明进一步的实施例，所述线圈骨架的两端分别设有翼缘，所述线圈骨架的居中部位设有凸缘，两个所述线圈中的一个所述线圈设置在两个所述翼缘中的一个所述翼缘与所述凸缘之间，两个所述线圈中的另一个所述线圈设置在两个所述翼缘中的另一个所述翼缘与所述凸缘之间。

根据本发明再进一步的实施例，两个所述翼缘中的一个所述翼缘与两个所述夹持组件中的一个所述夹持组件之间以及两个所述翼缘中的另一个所述翼缘与两个所述夹持组件中的另一个所述夹持组件之间均通过螺钉固定。

根据本发明的一些实施例，两个所述夹持组件结构相同，每一所述夹持组件包括夹持座、压块和密封圈，其中，所述夹持座的一侧面上设有第一凹腔和第二凹腔，所述第一凹腔相对于所述第二凹腔靠外且所述第一凹腔和所述第二凹腔在所述毛细管的长度方向上连通，所述第一凹腔的径向尺寸大于所述第二凹腔的径向尺寸；所述压块设置在所述第一凹腔中，以将所述第二凹腔与所述第一凹腔之间的连通部位封堵，从而使得所述第二凹腔的部位形成所述储液腔；所述密封圈设置在所述压块与所述第一凹腔的壁面之间，以密封所述储液腔。

根据本发明进一步的实施例，在每一所述夹持组件中，所述压块的一侧面上设有凹环，所述密封圈嵌套在所述凹环中，所述密封圈与与所述凹环的壁面以及所述第一凹腔的壁面紧密接触。

根据本发明再进一步的实施例，每一所述夹持组件还包括座盖，所述座盖压紧所述压块并与所述夹持座固定。

根据本发明再进一步的实施例，所述永磁体固定在所述座盖上。

根据本发明进一步的实施例，每一所述夹持组件还包括管接头；所述夹持座上设有与所述储液腔连通的第二连通孔，所述管接头固定在所述夹持座上且与所述第二连通孔连通；所述连通管的两端一一对应地安装在两个所述夹持组件的所述管接头上，所述连通管的两端通过两个所述管接头分别一一对应地与两个所述储液腔密封连通。

根据本发明进一步的实施例，每一所述夹持组件还包括密封套和压盖；所述夹持座的另一侧面上设有第三凹腔和第四凹腔，所述第三凹腔和所述第四凹腔在所述毛细管的长度方向上连通，所述第三凹腔的径向尺寸大于所述第四凹腔的径向尺寸，所述第四凹腔的径向尺寸与所述毛细管的径向尺寸相匹配；所夹持座在所述储液腔与所述第四凹腔之间设有第一连通孔；所述毛细管的两端分别一一对应地穿过两个所述夹持组件的所述压盖和所述密封套而安装在所述第四凹腔中，其中，所述第一连通孔将所述毛细管的管腔与所述储液腔连通，所述密封套嵌套在所述第三凹腔中以密封所述储液腔，所述压盖固定在所述夹持座的另一侧面上且压紧所述密封套。

根据本发明再进一步的实施例，还包括两个密封垫；两个所述密封垫中的一个所述密封垫设置在两个所述夹持组件中的一个所述夹持组件的所述压盖和上述所述线圈骨架的两个所述翼缘中的一个所述翼缘之间；两个所述密封垫中的另一个所述密封垫设置在两个所述夹持组件中的另一个所述夹持组件的所述压盖和上述所述线圈骨架的两个所述翼缘中的另一个所述翼缘之间。

根据本发明的一些实施例，所述连通管为软管。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器的结构示意图。

图2为本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器中的夹持座的一个侧面示意图。

图3为本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器不设线圈的变化方案的结构示意图。

附图标记：

毛细管式磁性液体加速度传感器1000

夹持组件1夹持座11储液腔1101第二凹腔1101’第二连通孔1102

第一连通孔1103第三凹腔1105第四凹腔1104

压块12密封圈13座盖14管接头15密封套16压盖17

毛细管2

连通管3

线圈4

永磁体5

磁性液柱6

气柱7

线圈骨架8透明隔离套8’翼缘81凸缘82

密封垫9

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明需要解决的问题是，现有磁性液体加速度传感器采用固体质量块作为惯性质量时所导致的磁路设计复杂，稳定性差等问题。

下面结合图1至图3描述根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000，包括两个夹持组件1、毛细管2、连通管3、两个线圈4和两个永磁体5。两个夹持组件1分别设有储存磁性液体的储液腔1101，两个夹持组件1相对间隔开地设置。毛细管2的两端分别固定在两个夹持组件1上，且毛细管2的两端分别一一对应地与两个夹持组件1的储液腔1101密封连通，以使两个储液腔1101中的部分磁性液体从毛细管2的两端进入毛细管2内形成两个磁性液柱6，毛细管2内位于两个磁性液柱6之间设有气柱7或与磁性液体不相溶的非磁性液柱。连通管3的两端分别一一对应地与两个夹持组件1的储液腔1101密封连通。两个线圈4相对间隔开地套设在毛细管2的外周，且两个线圈4中的一个线圈4临近于两个夹持组件1中的一个夹持组件1，两个线圈4中的另一个线圈4临近于两个夹持组件1中的另一个夹持组件1；气柱7的两端分别对应地伸入两个线圈4内。两个永磁体5分别一一对应地固定在两个夹持组件1上，且两个永磁体5中的一个永磁体5与毛细管2的一端端部相对，两个永磁体5中的另一个永磁体5与毛细管2的另一端端部相对。

具体地，两个夹持组件1分别设有储存磁性液体的储液腔1101，两个夹持组件1相对间隔开地设置。可以理解的是，由于毛细管2的管腔较细，毛细管2中的磁性液柱6时间较长可能会挥发，因此，通过在两个夹持组件1上设置储液腔1101，在储液腔1101中储存磁性液体，可以使得毛细管2内长期有的磁性液柱6存在，可以提高毛细管式磁性液体加速度传感器1000使用寿命。通过将两个夹持组件1相对间隔开地设置，一方面，方便夹持固定毛细管2，同时使得毛细管2的两端可以方便地与夹持组件1的两个储液腔1101连通，另一方面，还可以用于与连通管3的两端连接，使得连通管3的两端分别与两个储液腔1101连通，从而形成一个封闭性的环路，便于加速度测量；再一方面，还可以用于支撑固定两个永磁体5。

毛细管2的两端分别固定在两个夹持组件1上，且毛细管2的两端分别一一对应地与两个夹持组件1的储液腔1101密封连通，以使两个储液腔1101中的部分磁性液体从毛细管2的两端进入毛细管2内形成两个磁性液柱6，毛细管2内位于两个磁性液柱6之间设有气柱7或与磁性液体不相溶的非磁性液柱。可以理解的是，毛细管2的两端分别通过两个夹持组件1固定并与两个储液腔1101连通，毛细管2内采用气柱7或非磁性液柱作为惯性质量，在外界有加速度信号时，气柱7或非磁性液柱在毛细管2内移动，从而使得毛细管2内的两个磁性液柱6的长度发生变换化。由于在毛细管2内设置气柱7或非磁性液柱，在毛细管2的毛细力作用下，气柱7或非磁性液柱比较稳定，从而使得本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000稳定性好，加速度测量准确可靠；由于采用了毛细管2，还能使得本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000的径向尺寸相对于现有的液体加速度传感器来说大大缩小。

连通管3的两端分别一一对应地与两个夹持组件1的储液腔1101密封连通。由此，连通管3、毛细管2以及两个夹持组件1共同构成一个封闭性的环路，便于气柱7或非磁性液柱在外接有加速度信号时，可以发生移动，有利于测量加速度信号。

两个线圈4相对间隔开地套设在毛细管2的外周，且两个线圈4中的一个线圈4临近于两个夹持组件1中的一个夹持组件1，两个线圈4中的另一个线圈4临近于两个夹持组件1中的另一个夹持组件1；气柱7的两端分别对应地伸入两个线圈4内。由此，可以使得两个线圈4分别对应毛细管2内的两个磁性液柱6，两个线圈4可以分别测出电感值；气柱7的两端分别对应地伸入两个线圈4内，可以确保两个线圈4能够分别测出电感值。

两个永磁体5分别一一对应地固定在两个夹持组件1上，且两个永磁体5中的一个永磁体5与毛细管2的一端端部相对，两个永磁体5中的另一个永磁体5与毛细管2的另一端端部相对。由此，通过两个永磁体5可以分别对两个磁性液柱6提供回复力。

根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000，工作原理为，当外界没有加速度信号时，气柱7或非磁性液柱不会发生移动，毛细管2内位于气柱7或非磁性液柱两端的磁性液柱6呈对称分布，毛细管2外周的两个线圈4所测量的电感值相等，通过外部电桥电路输出的零点电压为零。当外界有加速度信号时，气柱7或非磁性液柱在毛细管2内发生移动，导致毛细管2内位于气柱7或非磁性液柱两端的磁性液柱6的长度发生变化，从而使得毛细管2外周的两个线圈4所测量的电感值不相等，通过外部电桥电路输出的电压不为零，从而可以通过该电压值的变化测量加速度信号。

根据本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000，具有如下的优点：第一、将气柱7或非磁性液柱作为惯性质量设置在毛细管2内，避免了现有磁性液体加速度传感器采用固体质量块作为惯性质量时所导致的磁路设计复杂，稳定性差等问题，使得本发明实施例只需要两个永磁体5便能实现加速度传感器的功能；第二、由于毛细管2的毛细力作用，使得毛细管2内的气柱7或非磁性液柱比较稳定，从而使得本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000稳定性好，加速度测量准确可靠；第三、由于采用了毛细管2，改变了现有磁性液体加速度传感器在管内加惯性质量的方式，可以极大地缩小磁性液体加速度传感器的径向尺寸，并能实现磁性液体加速度传感器的小型化；第四、解决了现有磁性液体加速度传感器零点漂移无法消除的问题，本发明实施例能够通过在储液池中存储磁性液体来进行零点补偿；第五，本发明实施例的毛细管式磁性液体加速度传感器1000灵敏度高、测量结果准确可靠，使用时效长。

根据本发明的一个实施例，毛细管2呈水平状态时，气柱7或非磁性液柱在毛细管2内处于居中位置，从而便于零点调零。

根据本发明的一个实施例，气柱7或非磁性液柱的长度为毛细管2的长度的1/6～1/3。由此，保证气柱7的两端可以分别对应地位于两个线圈4内且可以保证一定的量程。

根据本发明的一个实施例，还包括线圈骨架8，线圈骨架8设有通孔，毛细管2穿过通孔；线圈骨架8的两端一一对应地固定在两个夹持组件1上；两个线圈4缠绕在线圈骨架8上。由此，便于线圈4固定在毛细管2的外周。

需要说明的是，如图3所示，线圈骨架8可以替换成透明隔离套8’，并且在透明隔离套8’的外周面上不缠绕线圈，这样便于对不同加速度下气柱7或非磁性液柱的位置进行直观观察和标定。

根据本发明进一步的实施例，线圈骨架8的两端分别设有翼缘81，线圈骨架8的居中部位设有凸缘82，两个线圈4中的一个线圈4设置在两个翼缘81中的一个翼缘81与凸缘82之间，两个线圈4中的另一个线圈4设置在两个翼缘81中的另一个翼缘81与凸缘82之间。可以理解的是，通过在线圈骨架8的两端分别设置翼缘81，在线圈骨架8的居中部位设置凸圆，可以方便地对两个线圈4的两端分别限位。

根据本发明再进一步的实施例，两个翼缘81中的一个翼缘81与两个夹持组件1中的一个夹持组件1之间以及两个翼缘81中的另一个翼缘81与两个夹持组件1中的另一个夹持组件1之间均通过螺钉固定。由此，可以方便地将线圈骨架8的两端固定在两个夹持组件1上。

根据本发明的一些实施例，两个夹持组件1结构相同，每一夹持组件1包括夹持座11、压块12和密封圈13，其中，夹持座11的一侧面上设有第一凹腔和第二凹腔1101’，第一凹腔相对于第二凹腔1101’靠外且第一凹腔和第二凹腔1101’在毛细管2的长度方向上连通，第一凹腔的径向尺寸大于第二凹腔1101’的径向尺寸；压块12设置在第一凹腔中，以将第二凹腔1101’与第一凹腔之间的连通部位封堵，从而使得第二凹腔1101’的部位形成储液腔1101；密封圈13设置在压块12与第一凹腔的壁面之间，以密封储液腔1101。可以理解的是，通过在夹持座11上设置第一凹腔和第二凹腔1101’，将第二凹腔1101’的部位作为储液腔1101，加工制造方便；通过在第一凹腔中设置压块12，可以封都第一凹腔和第二凹腔1101’之间的连通部位，这样，可以将第二凹腔1101’的部位作为储液腔1101储存磁性液体；通过在压块12与第一凹腔的壁面之间设置密封圈13，可以防止储液腔1101中的磁性液体从压块12与第一凹腔的壁面之间的缝隙泄漏出去。

根据本发明进一步的实施例，在每一夹持组件1中，压块12的一侧面上设有凹环，密封圈13嵌套在凹环中，密封圈13与凹环的壁面以及第一凹腔的壁面紧密接触。可以理解的是，通过将密封圈13嵌套在压块12的凹环中，可以防止密封圈13移位。密封圈13与凹环的壁面以及第一凹腔的壁面紧密接触，可以防止储液腔1101中的磁性液体从压块12与第一凹腔的壁面之间的缝隙泄漏出去。

根据本发明再进一步的实施例，每一夹持组件1还包括座盖14，座盖14压紧压块12并与夹持座11固定。可以理解的是，通过座盖14固定在夹持座11上将压块12压紧，有利密封圈13与凹环的壁面以及第一凹腔的壁面紧密接触，保证储液腔1101的密封性。

优选地，座盖14的与夹持座11相对的一侧面上设有限位槽，压块12的一端可以位于限位槽中，另一端可以位于第一凹腔中，座盖14可以通过螺栓固定在夹持座11上。由此，安装便捷迅速，结构牢靠。

根据本发明再进一步的实施例，永磁体5固定在座盖14上。由此，有利于简化结构部件，安装方便，例如，通过在座盖14上设有固定槽，将永磁体5安装在固定槽中，或者通过螺钉或螺栓直接将永磁体5固定在座盖14上。

根据本发明进一步的实施例，每一夹持组件1还包括管接头15；夹持座11上设有与储液腔1101连通的第二连通孔1102，管接头15固定在夹持座11上且与第二连通孔1102连通；连通管3的两端一一对应地安装在两个夹持组件1的管接头15上，连通管3的两端通过两个管接头15分别一一对应地与两个储液腔1101密封连通。可以理解的是，通过设置管接头15，可以方便地将连通的端部固定在夹持座11上，同时，确保连通管3与储液腔1101连通。

根据本发明进一步的实施例，每一夹持组件1还包括密封套16和压盖17；夹持座11的另一侧面上设有第三凹腔1105和第四凹腔1104，第三凹腔1105和第四凹腔1104在毛细管2的长度方向上连通，第三凹腔1105的径向尺寸大于第四凹腔1104的径向尺寸，第四凹腔1104的径向尺寸与毛细管2的径向尺寸相匹配；所夹持座11在储液腔1101与第四凹腔1104之间设有第一连通孔1103；毛细管2的两端分别一一对应地穿过两个夹持组件1的压盖17和密封套16而安装在第四凹腔1104中，其中，第一连通孔1103将毛细管2的管腔与储液腔1101连通，密封套16嵌套在第三凹腔1105中以密封储液腔1101，压盖17固定在夹持座11的另一侧面上且压紧密封套16。可以理解的是，通过在夹持座11上设置第三凹腔1105、第四凹腔1104和第一连通孔1103，加工制造方便；通过将毛细管2的两端固定在两个夹持座11上的固定方式的结构可靠，安装方便；利用密封套16实现对储液腔1101进行密封，防止储液腔1101中的磁性液体从第三凹腔1105的壁面与毛细管2的外壁面之间泄漏出去。

根据本发明再进一步的实施例，还包括两个密封垫9；两个密封垫9中的一个密封垫9设置在两个夹持组件1中的一个夹持组件1的压盖17和上述线圈骨架8的两个翼缘81中的一个翼缘81之间；两个密封垫9中的另一个密封垫9设置在两个夹持组件1中的另一个夹持组件1的压盖17和上述线圈骨架8的两个翼缘81中的另一个翼缘81之间。可以理解的是，通过设置密封垫9，可以调整线圈骨架8与压盖17之间的间隙，增加连接的可靠向，同时可以起到一定的密封作用。需要说明的是，密封垫9优选毛毡垫，也可以采用橡胶垫。

根据本发明的一些实施例，连通管3为软管。可以理解的是，由于软管具有一定柔性，安装连接操作方便。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。