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一种基于层状磁流变弹性体的位移 传感器

阅读：0发布：2020-08-09

专利汇可以提供一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，壳体由上至下设置接触头移动腔、磁芯移动腔、层状磁流变弹性体安装腔；接触头移动腔内安装接触头，接触头轴底部连接接触头底盘，接触头轴位于接触头底盘轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘底部下端轴心安装磁芯；磁芯外部缠满漆包线，漆包线两端分别与电源的正负极相连；所述层状磁流变弹性体置于壳体底端层状磁流变弹性体安装腔内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路通过导线与层状磁流变弹性体相连；所述的转换电路与显示器相连。本层状磁流变弹性体的位移传感器具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。，下面是一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于:包括壳体(1)、弹簧(2)、接触头(3)、磁芯(4)、漆包线(5)、电源(6)、层状磁流变弹性体(7)、转换电路(8)和显示器(9)；
壳体(1)由上至下设置接触头移动腔(11)、磁芯移动腔(12)、层状磁流变弹性体安装腔(13)；接触头移动腔(11)内安装接触头(3)，接触头轴31底部连接接触头底盘(32)，接触头轴(31)位于接触头底盘(32)轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘(32)底部下端轴心安装磁芯(4)；磁芯(4)外部缠满漆包线(5)，漆包线(5)两端分别与电源(6)的正负极相连；所述层状磁流变弹性体(7)置于壳体(1)底端层状磁流变弹性体安装腔(13)内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路(8)通过导线与层状磁流变弹性体(7)相连；所述的转换电路(8)与显示器(9)相连。
2.根据权利要求1所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于:所述的转换电路(8)由校准单元(81)和监测单元(82)组成；校准单元(82)由第一电源和第二电源、电阻R3和R4、运算放大器LM725组成；校准单元(81)中的LM725 运算放大器为增益放大器，R3为反馈电阻，MRE端的输入信号接到LM725运算放大器的同相输入端，输出信号经过电阻R3接到反相输入端，再经过变电阻R4接地，实现了信号的同相比例放大，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。
3.根据权利要求2所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于:监测单元(82)由二极管D1和D2并联、电阻R5、R6和R7、运算放大器LM725、电容C3组成；MRE端的电压输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R5接到反相输入端，再经过变电阻R6接地，为了获得更大的电压增益，并且使输出信号相比输入信号变化更加明显，设置电阻R5的大小为R6的1000倍，这样MRE端的微小电压变化都可以由LED显示出来；保护发光二极管电阻R7连接并联的二极管，并接地，电容C为耦合电容。
4.根据权利要求3所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于:所述的磁芯(4)向下运动时，通过层状磁流变弹性体(7)的磁感应强度B发生变化，磁芯(4)的运动位移x与层状磁流变弹性体(7)磁感应强度B的关系可由计算出，其中N为漆
包线(5)的匝数，μ0为真空磁导率，r为漆包线(5)的平均半径，L为磁芯(4)的长度，x为磁芯(4)的运动位移。
5.根据权利要求3所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于:所述的两个发光二极管D1及D2为不同颜色的发光二极管。
6.根据权利要求1所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于，所述层状磁流变弹性体(7)由多层厚度为1mm磁流变弹性体薄片叠加而成。
7.根据权利要求6所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于，磁流变弹性体薄片基体选用卡夫特704RTV 硅橡胶。
8.根据权利要求6所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于，磁流变弹性体薄片的磁性颗粒选用BASFBASF公司生产的平均直径为5μm的羟基铁粉。
9.根据权利要求6所述的基于层状磁流变弹性体的位移传感器，其特征在于，磁流变弹性体薄片添加剂选用二甲基硅油和石墨粉。

说明书全文

一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及智能材料应用技术领域，特别是一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器

背景技术

[0002] 磁流变弹性体是一种动态特性(储能模量、损耗模量和损耗因子)和电阻值等可随磁场发生变化的智能材料，利用电阻值随磁场发生变化的特点，可将磁流变弹性体用于位移传感器的研制。然而，传统研制的磁流变弹性体厚度较大，当外界磁场发生变化时，磁流变弹性体阻值变化并不是很明显，对此，提出了一种有薄片状磁流变弹性体叠加而成的层状磁流变弹性体，当磁场强度从0变为15mT时，磁流变弹性体的阻值变化幅值达到90％以上。基于层状磁流变弹性体的位移传感器具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。

发明内容

[0003] 1、本发明的目的

[0004] 本发明为了解决现有技术中，磁流变材料电阻值变化不灵敏的问题，而提出了一种高精度的基于层状磁流变弹性体的位移传感器。

[0005] 2、本发明所产生的技术方案

[0006] 本发明提供了一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，包括壳体、弹簧、接触头、磁芯、漆包线、电源、层状磁流变弹性体、转换电路和显示器；

[0007] 壳体由上至下设置接触头移动腔、磁芯移动腔、层状磁流变弹性体安装腔；接触头移动腔内安装接触头，接触头轴底部连接接触头底盘，接触头轴位于接触头底盘轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘底部下端轴心安装磁芯；磁芯外部缠满漆包线，漆包线两端分别与电源的正负极相连；所述层状磁流变弹性体置于壳体底端层状磁流变弹性体安装腔内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路通过导线与层状磁流变弹性体相连；所述的转换电路与显示器相连。

[0008] 为了实现电路的校准功能，调节其中变电阻的大小实现整个电路的增益改变，所述的转换电路由校准单元和监测单元组成；校准单元由第一电源和第二电源、电阻R3和R4、运算放大器LM725组成；校准单元中的LM725 运算放大器为增益放大器，R3为反馈电阻，MRE端的输入信号接到LM725运算放大器的同相输入端，输出信号经过电阻R3接到反相输入端，再经过变电阻R4接地，实现了信号的同相比例放大，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。

[0009] 监测单元由二极管D1和D2并联、电阻R5、R6和R7、运算放大器LM725、电容C3组成；MRE端的电压输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R5接到反相输入端，再经过变电阻R6接地，为了获得更大的电压增益，并且使输出信号相比输入信号变化更加明显，设置电阻R5的大小为R6的1000倍，这样MRE端的微小电压变化都可以由LED显示出来；保护发光二极管电阻R7连接并联的二极管，并接地，电容C为耦合电容。

[0010] 更进一步，所述的两个发光二极管D1及D2为不同颜色的发光二极管。

[0011] 更进一步，所述的磁芯向下运动时，通过层状磁流变弹性体的磁感应强度B发生变化，磁芯的运动位移x与层状磁流变弹性体磁感应强度B的关系可由计算出，其中N为漆包线的匝数，μ0为真空磁导率，r为漆包线的平均半径，L为磁芯的长度，x为磁芯的运动位移。

[0012] 为了提高灵敏度，层状磁流变弹性体由多层厚度为1mm磁流变弹性体薄片叠加而成，磁流变弹性体薄片基体选用卡夫特704RTV 硅橡胶，磁流变弹性体薄片的磁性颗粒选用BASFBASF公司生产的平均直径为5μm的羟基铁粉，磁流变弹性体薄片添加剂选用二甲基硅油和石墨粉

[0013] 3、本发明所产生的有益效果

[0014] (1)本发明当磁场强度从0变为15mT时，磁流变弹性体的阻值变化幅值达到90％以上。

[0015] (2)本发明可以识别0-2mm行程的触觉信号。

[0016] (3)本发明具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。

[0017] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

[0018] 图1为层状磁流变弹性体的位移传感器整体示意图。

[0019] 图2为转换电路的电路图。

[0020] 图中标号所代表的含义为：1、壳体；2、弹簧；3、接触头；4、磁芯；5、漆包线；6、电源；7、层状磁流变弹性体；8、转换电路；9、显示器。

[0021] 其中11、接触头移动腔、12磁芯移动腔、13层状磁流变弹性体安装腔；31接触头轴；32接触头底盘；81、校准单元；82、监测单元；91、显示单元。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述

[0023] 实施例1

[0024] 本发明提出一种层状磁流变弹性体位移传感器，被控对象振动产生的微小位移，都可以通过励磁线圈通电时，磁流变液薄层受到磁流影响，流变后的阻尼大大增加，提高了位移传感器的灵敏度。

[0025] 结合图1，层状磁流变弹性体7由多层厚度为1mm磁流变弹性体薄片叠加而成；该层状磁流变弹性体薄片基体选用卡夫特704RTV硅橡胶，磁性颗粒选用BASFBASF公司生产的平均直径为5μm的羟基铁粉，添加剂选用二甲基硅油和石墨粉；

[0026] 结合图2，转换电路8由校准单元81和监测单元82组成；校准单元82由电源1和2、电阻R3和R4、运算放大器LM725组成。监测单元82由二极管D1和D2、电阻R5、R6和R7、运算放大器LM725、电容C3组成；

[0027] 结合图2，校准单元81中的LM725运算放大器为增益放大器，R3为反馈电阻，MRE端的输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R3接到反相输入端，再经过变电阻R4接地，由上述关系可知，该电路实现了信号的同相比例放大，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。变电阻R4起到了校准的作用，调节R4旳大小，相应的增益会发生改变，如果不需要校准，则调节R4的大小为零。

[0028] 结合图2，监测单元82通过两个不同颜色的发光二极管D1及D2颜色的变化来显示电压波动情况。设置电压信号为正时，对应红色的二极管D1发光，而当电压信号为负时，对应绿色二极管D2发光,当没有电压信号时，两者都不发光，并且可以根据发光的次数判断电压信号频率的大小。通过调节变电阻R1来调节发光的零点值，随着MRE电阻R2的变化，对应的电压值发生变化，这样就会使得对应的二极管发光。该回路的运算放大器与校准电路中的一样，也为增益放大器，MRE端的电压输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R5接到反相输入端，再经过变电阻R6接地，为了获得更大的电压增益，并且使输出信号相比输入信号变化更加明显,设置电阻R5的大小为R6的1000倍，这样MRE端的微小电压变化都可以由LED显示出来。电阻R7是用来保护发光二极管，防止出现高电流导致二极管烧坏，电容C为耦合电容,减小电路中其它电子元件的干扰。

[0029] 实施例2

[0030] 本发明提供了一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，包括壳体1、弹簧2、接触头3、磁芯4、漆包线5、电源6、层状磁流变弹性体7、转换电路8和显示器9；

[0031] 壳体1由上至下设置接触头移动腔11、磁芯移动腔12、层状磁流变弹性体安装腔13；接触头移动腔11内安装接触头3，接触头轴31底部连接接触头底盘32，接触头轴31位于接触头底盘32轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘32底部下端轴心安装磁芯4；磁芯4外部缠满漆包线5，漆包线5两端分别与电源6的正负极相连；所述层状磁流变弹性体7置于壳体1底端层状磁流变弹性体安装腔13内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路8通过导线与层状磁流变弹性体7相连；所述的转换电路8与显示器9相连。

[0032] 为了实现电路的校准功能，调节其中变电阻的大小实现整个电路的增益改变，所述的转换电路8由校准单元81和监测单元82组成；校准单元82由第一电源和第二电源、电阻R3和R4、运算放大器LM725组成；校准单元81中的LM725运算放大器为增益放大器，R3为反馈电阻，MRE端的输入信号接到LM725运算放大器的同相输入端，输出信号经过电阻R3接到反相输入端，再经过变电阻R4接地，实现了信号的同相比例放大，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。

[0033] 监测单元82由二极管D1和D2并联、电阻R5、R6和R7、运算放大器LM725、电容C3组成，所述的两个发光二极管D1及D2为不同颜色的发光二极管。

[0034] MRE端的电压输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R5接到反相输入端，再经过变电阻R6接地，为了获得更大的电压增益，并且使输出信号相比输入信号变化更加明显，设置电阻R5的大小为R6的1000倍，这样MRE端的微小电压变化都可以由LED显示出来；保护发光二极管电阻R7连接并联的二极管，并接地，电容C为耦合电容。

[0035] 层状磁流变弹性体7由多层厚度为1mm磁流变弹性体薄片叠加而成；该层状磁流变弹性体薄片基体选用卡夫特704RTV硅橡胶，磁性颗粒选用BASFBASF公司生产的平均直径为5μm的羟基铁粉，添加剂选用二甲基硅油和石墨粉；

[0036] 基于层状磁流变弹性体的位移传感器的工作原理为：

[0037] 当与传感器接触头相连的被测物体发生运动时，带动四周绕有线圈的磁芯向下运动，此时磁芯周围的磁场发生变化，进而导致层状磁流变弹性体所处位置处的磁场值发生变化，使得层状磁流变弹性体阻值发生变化，转换电路测得发生变化的阻值并经过转化，再根据所标定的接触头位置与阻值之间的关系，计算出接触头位置并由显示屏输出。

[0038] 结合图1，磁芯4向下运动时，通过层状磁流变弹性体7的磁感应强度B发生变化，磁芯4的运动位移x与层状磁流变弹性体7磁感应强度B的关系可由计算出，其中N为漆包线5的匝数，μ0为真空磁导率，r为漆包线5的平均半径，L为磁芯4的长度，x为磁芯4的运动位移。层状磁流变弹性体7的阻值R随磁感应强度B的变化由实验测定。本层状磁流变弹性体的位移传感器具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。当磁场强度从0变为15mT时，磁流变弹性体的阻值变化幅值达到90％以上。

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