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专利名称：磁流变液电磁学特性测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于可控流体电磁学特性检测技术领域，特别是磁流变体电磁学特性检测，具体涉及磁流体与磁流变液电磁学特性检测方法和装置。
背景技术：
磁流变液是一种智能流体材料，由磁性粒子、基液以及添加剂组成。在无外磁场作用时，磁流变液呈现流动性良好的液体状态；在外加磁场作用下其表观粘度可在短时间 (毫秒级)内增加到两个数量级以上，从而呈现类似固体的状态。在撤掉外磁场后“固态” 磁流变液可快速转换为流体状态(Wojciech Szelag. Finite element analysis of the magnetorheo-logical fluid brake transients [J]. 2004, 23 (3) :758-766.)。利用这种特性开发的可控器件，其机械结构简单，功耗低，响应时间快等优点，可广泛应用于振动控制、 阻尼控制、电子控制等领域。磁流变液的电阻率、介电常数、磁导率及基于磁流变液的电阻、电感、电容是磁流变液的主要电磁学特性，在先技术对磁流变液电阻、电感、电容等电磁学特性检测未见报道。在先技术用万用表、电桥法只能测出磁流变液电阻、电感、电容的大�。�精度较低，不能实时显示磁场对磁流变液电阻、电容、电感的影响规律，并且在先技术无法有效地测量磁流变液的电阻率、介电常数和磁导率大小以及实时显示磁场对磁流变液电阻率、介电常数和磁导率的影响规律。
实用新型内容为了能够有效地测试磁流变液的电磁学特性，本实用新型提出一种磁流变液电磁学特性检测方法和装置。该装置主要分为磁流变液电阻和电阻率测试、磁流变液电容和介电常数测试、磁流变液电感和磁导率测试三部分。该装置由磁流变液电磁学特性转换器、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分组成。磁流变液电阻转换器是由磁流变液电阻、反馈电阻和运算放大器构成的比例运算电路。用一直流电压信号对该比例运算电路进行激励后，将磁流变液电阻或电阻率随外磁场的变化转换成相应的直流电压信号。用虚拟仪器或嵌入式系统或单片机对该直流电压信号进行数据运算和处理，即可检测出磁流变液电阻和电阻率的大小及实时显示外磁场对其影响规律。磁流变液电容转换器是由磁流变液电容、反馈电阻、反馈电容和运算放大器构成的比例运算电路。用一交流电压信号对该比例运算电路进行激励后，将磁流变液电容或介电常数随外磁场的变化转换成交流电压信号。用虚拟仪器或嵌入式系统或单片机对该交流电压信号进行数据运算和处理，即可检测出磁流变液电容和介电常数的大小及实时显示外磁场对其影响规律。磁流变液电感和磁导率检测部分用一交流电压信号对已知电阻和磁流变液电感组成的串联回路进行激励，根据串联分压原理，电感两端产生电压降。将磁流变液电感或磁导率随外磁场的变化转换成磁流变液电感两端电压信号。用虚拟仪器或嵌入式系统或单片机对该电压信号进行数据运算和处理，即可检测出磁流变液电感和磁导率的大小及实时显示外磁场对其影响规律。本实用新型不但可以有效地检测及实时显示磁流变液电阻特性、磁流变液电感特性、磁流变液电容特性在外磁场下的变化规律，而且可有效地检测及实时显示磁流变液的电阻率特性、介电常数特性和磁导率特性在外磁场下的变化规律。本实用新型所采用的技术方案如下一种磁流变液电磁学特性检测装置，该装置包括磁流变液电磁学特性转换器、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分。所述磁流变液电磁学特性转换器包括磁流变液电阻转换器、磁流变液电容转换器和磁流变液电感转换器。所述磁流变液电阻转换器由磁流变液电阻和电阻一电压转换电路两部分组成。所述磁流变液电阻由绝缘材料、磁流变液、两块金属平板、导线构成。两块金属平板作为电极且相向放置，用绝缘材料将两电极封装构成一封闭器，内部充满磁流变液。导线从金属平板电极上引出构成磁流变液电阻。所述电阻——电压转换电路由磁流变液电阻、运算放大器和反馈电阻组成。磁流变液电阻、运算放大器和反馈电阻构成比例运算电路。当测试时，向电路输入一直流电压信号，该信号将对此比例运算电路进行激励，从而将磁流变液电阻或电阻率随外磁场的变化转换成相应的直流电压信号。所述磁流变液电容转换器由磁流变液电容和电容一电压转换电路两部分组成。所述磁流变液电容与磁流变液电阻结构一样。所述电容——电压转换电路由磁流变液电容、运算放大器、反馈电阻、反馈电容组成。磁流变液电容、运算放大器、反馈电阻、反馈电容构成比例运算电路。当测试时，向电路输入一交流电压信号，该信号将对此比例运算电路进行激励，从而将磁流变液电容或介电常数随外磁场的变化转换成交流电压信号。所述磁流变液电感转换器由磁流变液电感和电感——电压转换电路两部分组成。所述磁流变液电感为工字型电感，由导线、绝缘材料、密绕铜线圈、磁流变液构成。 该电感工字型骨架用绝缘材料组成，其内部充满磁流变液，在该骨架上密绕铜线圈，导线由密绕铜线圈引出构成磁流变液电感。所述电感——电压转换电路由磁流变液电感和分压电阻组成。磁流变液电感和分压电阻构成串联回路。当测试时，向电路输入一交流电压信号，该信号对分压电阻进行激励，激励电流经由磁流变液电感后，将磁流变液电感或磁导率随外磁场的变化转换成磁流变液电感两端交流电压信号。所述磁流变液也可是磁流体。所述绝缘材料为粉云母及云母制品，玻璃、玻璃纤维及其制品，以及电瓷、氧化铝膜等。所述金属平板为导磁很小或不导磁的铝板、钢板、钛合金或钨铜合金等。所述金属极板形状为圆形、多边形、半球形、及其组合。所述信号放大与滤波、数据处理及显示系统由虚拟仪器、嵌入式系统或单片机组成。根据上述检测装置，本实用新型进一步提出一种磁流变液电磁学特性的检测方法，该方法包括以下步骤(1)设计磁流变液电磁学特性转换器，该转换器由磁流变液电阻转换器、磁流变液电容转换器、磁流变液电感转换器三部分组成。即设计磁流变液电阻、磁流变液电容、磁流变液电感及其相应转换电路。(2)通过磁流变液电磁学特性转换器将转换后的电压信号经过预放大电路后输入虚拟仪器或嵌入式系统或单片机运算。(3)通过可编程的虚拟仪器或嵌入式系统或单片机对上述电压信号采集、数据处理和运算，从而得到磁流变液电磁学特性参数以及其在外磁场下的变化规律。(4)利用虚拟仪器或嵌入式系统或单片机实时显示磁流变液的电磁学特性参数及其在外磁场下的变化曲线。本实用新型的有益效果是(1)设计出磁流变液电阻、磁流变液电容、磁流变液电感。(2)可以检测出磁流变液电阻、磁流变液电感、磁流变液电容在外磁场下的大小(3)可以实时显示磁流变液电阻、磁流变液电感、磁流变液电容在外磁场下的变化曲线(4)可以检测出磁流变液的电阻率、介电常数、磁导率在外磁场下的大小(5)可以实时显示磁流变液的电阻率、介电常数、磁导率在外磁场下的变化曲线(6)可以将磁流变液电磁学特性参数进一步应用于磁流变智能传感技术，尤其是磁流变液阻尼器、磁流变液抛光器、自诊断等领域，从而进一步扩大磁流变液的应用领域。


以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是本实用新型磁流变液电磁学特性检测方法原理图；图2是磁流变液电磁学特性转换电路(电阻——电压转换电路，电容——电压转换电路，电感——电压转换电路)；图3是信号处理和显示框图；图4是磁流变液电阻/电容立体图；图中1.绝缘封装材料，2.磁流变液通道，3.铝制圆极板4.导线[0047]图5是磁流变液电感立体图。图中5.导线，6.工字型绝缘骨架，7.密绕铜线圈，8.磁流变液通道图6是磁流变液电阻与磁流变液电阻率随外磁场的变化曲线图图7是磁流变液电容与磁流变液介电常数随外磁场的变化曲线图图8是磁流变液电感与磁流变液磁导率随外磁场的变化曲线图具体实施方式
参照图1，本实用新型所涉及的磁流变液电磁学特性检测方法和装置包括磁流变液电磁学特性转换器(磁流变液电阻转换器、磁流变液电容转换器、磁流变液电感转换器)、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分。由单刀三掷开关K选择磁流变液相关电磁学特性参数测试，测试信号经过预放大电路后进入虚拟仪器。经过虚拟仪器对信号进行运算和处理即可检测出磁流变液相关电磁学特性参数。所用磁流变液是 MRF-JOIT。[0054]参照图2，磁流变液电磁学特性转换电路由待测磁流变液电阻、电容、电感、已知电阻、电容、运算放大器构成。其中仏为IOV直流电压，Rx为待测磁流变液电阻(兆欧级别)， B为外加磁感应强度，R1为50兆欧电阻，R2为30兆欧电阻;U2 (t)为10KHZ正弦信号，Cx为待测磁流变电容(为皮法级别)，C2和C3分别为20PF电容，R3为47K电阻，C1为100PF电容；U3(t)为50kHZ正弦信号，Lx为磁流变液电感(为毫亨级别)，R4为Ik电阻。参照图3，信号放大与滤波电路由虚拟仪器自带放大与滤波�？楣钩�。数据处理及显示系统由虚拟仪器数据处理模块及显示控件构成。通过虚拟仪器采集信号，采样频率为 IMHZ。利用Iabview数值运算�？楹褪�值显示控件、图形显示控件对数据进行处理及显
7J\ ο参照图4，磁流变液电阻/电容由有机玻璃封装1、磁流变液通道2、铝制圆盘电极 3、导线4构成。铝制圆盘电极3平行相向放置，导线4接在铝制圆盘电极3上，在铝制圆盘电极3上设置磁流变液通道2，磁流变液通过磁流变液通道2注满有机玻璃封装1，用螺钉封闭磁流变液通道2构成磁流变液电阻/电容。其中铝制圆盘电极3半径为2厘米，两电极间隔为3毫米。参照图5，磁流变液电感由导线5、工字型绝缘骨架6、密绕铜线圈7、磁流变液通道 8、构成。在工字型绝缘骨架6上密绕铜线圈7，导线5由密绕铜线圈7引出，在工字型绝缘骨架6上设置磁流变液通道8，磁流变液通过磁流变液通道8注满工字型绝缘骨架6，用螺钉封闭磁流变液通道8构成磁流变液电感。其中工字型绝缘骨架6半径为1. 5厘米，长度为10厘米。铜线线径为0. 6毫米。参照图2、3、4，磁流变液电阻及磁流变液电阻率测量方案为由虚拟仪器向电路输出直流信号仏，通过直流信号U1对磁流变液电阻进行激励， 激励电流经由反馈电阻R1和运算放大器组成的检测器转换成直流电压UE，由运算放大器 “虚短”和“虚短”特性，可得待测磁流变液电阻值为
U1Rx(B) = -^Rl
Ur⑴若记磁流变液电阻长度为1，横截面积为S，则有p(B)⑵其中1为3毫米，s为12平方厘米。将Ur输入虚拟仪器进行采集，采集后的数据经Iabview数值运算�？榇�理得到磁流变液电阻和磁流变液电阻率的数值，通过Iabview数值显示控件和图形显示控件实时显示磁流变液电阻和磁流变液电阻率随外磁场的变化规律，如图6所示。其中磁场在0—— 100高斯范围内，磁流变液电阻随磁场增大而急剧减�。�在100高斯以后磁流变液电阻随磁场增大而缓慢减小。参照图2、3、4，磁流变液电容及磁流变液介电常数测量方案为由虚拟仪器向电路输出正弦信号U2 (t)，通过正弦信号U2 (t)对被测磁流变液电容进行激励，激励电流流经由反馈电阻民、反馈电容C1，和运算放大器组成的检测器转换成交流电压Uc (t)，由电路基本原理可得[0068]
权利要求1.一种磁流变液电磁学特性检测装置，该装置包括磁流变液电磁学特性转换器、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分，其特征为所述磁流变液电磁学特性转换器包括磁流变液电阻转换器、磁流变液电容转换器和磁流变液电感转换器；所述磁流变液电阻转换器由磁流变液电阻和电阻一电压转换电路两部分组成； 所述磁流变液电阻由绝缘材料、磁流变液、两块金属平板、导线构成；两块金属平板作为电极且相向放置，用绝缘材料将两电极封装构成一封闭器，内部充满磁流变液；导线从金属平板电极上引出构成磁流变液电阻；所述电阻一电压转换电路由磁流变液电阻、运算放大器和反馈电阻组成；磁流变液电阻、运算放大器和反馈电阻构成比例运算电路；当测试时，向电路输入一直流电压信号， 该信号将对此比例运算电路进行激励，从而将磁流变液电阻或电阻率随外磁场的变化转换成相应的直流电压信号；所述磁流变液电容转换器由磁流变液电容和电容一电压转换电路两部分组成； 所述磁流变液电容与磁流变液电阻结构一样；所述电容一电压转换电路由磁流变液电容、运算放大器、反馈电阻、反馈电容组成； 磁流变液电容、运算放大器、反馈电阻、反馈电容构成比例运算电路；当测试时，向电路输入一交流电压信号，该信号将对此比例运算电路进行激励，从而将磁流变液电容或介电常数随外磁场的变化转换成交流电压信号；所述磁流变液电感转换器由磁流变液电感和电感一电压转换电路两部分组成； 所述磁流变液电感为工字型电感，由导线、绝缘材料、密绕铜线圈、磁流变液构成；该电感工字型骨架用绝缘材料组成，其内部充满磁流变液，在该骨架上密绕铜线圈，导线由密绕铜线圈引出构成磁流变液电感；所述电感一电压转换电路由磁流变液电感和分压电阻组成；磁流变液电感和分压电阻构成串联回路；当测试时，向电路输入一交流电压信号，该信号对分压电阻进行激励，激励电流经由磁流变液电感后，将磁流变液电感或磁导率随外磁场的变化转换成磁流变液电感两端交流电压信号；所述磁流变液，也可是磁流变脂，磁流体；所述绝缘材料为粉云母及云母制品，玻璃、玻璃纤维及其制品，以及电瓷、氧化铝膜； 所述金属平板为导磁很小或不导磁的铝板、钢板、钛合金或钨铜合金； 所述金属极板形状为圆形、多边形、半球形、及其组合；所述信号放大与滤波、数据处理及显示系统由虚拟仪器、嵌入式系统或单片机组成。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征为所述磁流变液电阻/电容用绝缘材料封装，在金属平板电极上设置磁流变液通道，磁流变液通过磁流变液通道注满绝缘材料封装，用螺钉封闭磁流变液通道构成磁流变液电阻。
专利摘要一种磁流变液电磁学特性检测装置，包括磁流变液电磁学特性转换器、信号预处理、信号放大与滤波、数据处理及显示五部分，所述磁流变液电磁学特性转换器包括磁流变液电阻转换器，由磁流变液电阻和电阻——电压转换电路组成；磁流变液电容转换器，由磁流变液电容和电容——电压转换电路组成；磁流变液电感转换器，由磁流变液电感和电感——电压转换电路组成。所用磁流变液电阻、磁流变液电容由两块金属平板作为电极，用绝缘材料将两电极封装构成一封闭器，内部充满磁流变液；所述磁流变液电感为工字型电感，其工字型骨架用绝缘材料组成，内部充满磁流变液，在该骨架上密绕铜线圈。该检测装置可实时、有效的显示磁流变液电磁学特性参数及其在外磁场下的变换规律。
文档编号G01R27/22GK202166694SQ20112005349
公开日2012年3月14日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者何国田, 冉迎春, 刘云杰, 张德胜, 戴鹏飞, 李明, 王松, 谷明信, 马燕 申请人:重庆师范大学