《新型磁性液體水平感測器理論與實驗研究》是依託北京交通大學，由張志力擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型磁性液體水平感測器理論與實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張志力
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題擬從一個新的角度、採用新型敏感材料進行水平感測器的研究，該感測器的特點是以磁性液體作為感測介質，利用其兼具磁性與流動性的特性，將磁性液體表面水平傾角的變化轉換為感應電勢差，從而感測水平傾斜角度。為此本課題擬進行磁性液體水平感測器的理論與實驗研究：在理論上，研究（1）與磁性液體水平感測器有關的磁性液體性能，如粘度和磁化強度；（2）磁場和流場的耦合效應；（3）磁性液體作為線圈磁芯時線圈電感的計算。實驗方面，設計（1）感測器的信號採集與放大電路；（2）製備適用於磁性液體水平感測器的柴油基磁性液體；（3）對磁性液體水平感測器的技術性能參數進行測試；（4）探索磁性液體對水平感測器的可靠性、靜態性能和動態性能的影響規律。該感測器靈敏度、線性度高，結構簡單，體積小，耐衝擊，壽命長，有廣泛的套用前景和很高的學術價值, 特別是其具有一般水平感測器所不具有的性能，在一些特殊場合如軍事用途、勘探行業等有獨特的套用。
結題摘要
本課題主要研究內容分為以下兩大部分，分年度同時進行： 一、磁性液體的製備與性能研究。在前期建立的成熟工藝的基礎上，製備了多種載液的磁性液體，包括柴油基、酯基、水基和氟醚油基等，分析了可能影響感測器性能的穩定性、粘度、磁化強度等特性，特別是對磁性液體的二階浮力原理和磁粘效應進行了理論分析和實驗研究，總結了適用於感測器的磁性液體及其特性。研究結果表明，磁性液體的性質對感測器性能的影響比較複雜，體現在：磁性液體的磁化強度和黏度是影響感測器性能尤其是靈敏度的重要參數，但它們的影響不具有一致性，而是相互制約，有一定的適用範圍：（1）一般情況下，磁化強度的影響大於黏度的影響，飽和磁化強度大於400Gs的磁性液體具有較好的感測器性能。（2）流變性能直接影響了磁性液體的回響特徵。黏度低有利於感測器的回響，但黏度過低又導致飽和磁化強度的下降。（3）對於相同結構參數的傾角感測器，磁性液體的體積影響著最佳傾角測量範圍，體積量越大，感測器的最佳傾角測量範圍減小，但相應的靈敏度會增大。（4）性能測試和篩選表明，相對機油基和煤油基磁性液體，酯基和柴油基磁性液體由於較好的綜合性能而具有良好的感測器輸出特性。 二、磁性液體水平感測器研究。在理論上，提出了一種電感式磁性液體水平感測器的模型，對所提出的模型進行了理論研究和仿真分析：理論推導了該模型中複合磁芯與回復力磁鐵之間的回覆力公式，給出了複合磁芯的下沉公式，計算了複合磁芯的位移與線圈電感變化之間的函式關係，推出了磁性液體水平感測器靜態測量時的輸入輸出特性和動態測量時的二階系統傳遞函式；在結構設計方面，針對磁性液體水平感測器的敏感元件和轉換元件，提出了不同的設計模型，運用MATLAB軟體對磁性液體水平感測器的尺寸參數進行了最佳化設計和仿真分析。在實驗方面，搭建了相關實驗台和感測器樣機，設計了感測器的信號採集與放大電路，並對磁性液體水平感測器的技術性能參數進行測試，探討了磁性液體對水平感測器的可靠性、靜態性能和動態性能的影響規律。給出了永久磁鐵之間回復力的線性擬合公式，確定了磁性液體水平感測器的最終量程範圍，並探究了該感測器的線性度、靈敏度、精度、解析度、遲滯、重複性和穩定性，同時對不同基載液的磁性液體對磁性液體微壓差感測器動態輸出特性的影響進行了實驗研究，並將實驗結果與仿真結果相比較，分析了理論值和實驗值存在差異的原因。
