磁性液体磁粘特性及其对微压差传感器动态特性影响的研究

摘要

磁性液体由于其流动性和超顺磁性，在传感器方面的应用越来越广泛。对磁性液体微压差传感器动态性能的分析是推动其应用的关键，而磁性液体粘度在磁场中的变化对其动态特性有重要影响，因此本文对磁性液体的磁粘特性进行了理论分析和实验研究，建立了考虑磁粘特性的传感器磁-机械强耦合模型，进行了传感器静动态特性的实验研究，进而分析了传感器动态特性的影响因素，为磁性液体微压差传感器的结构优化和实用化提供理论依据。本文的主要研究工作如下：
　　（1）阐述了磁性液体粘度的多个影响因素：表面活性剂、温度等；对磁性液体粘度在磁场下的变化情况作了理论分析，得到一定条件下，粘度随磁场的变化关系。
　　（2）利用亥姆霍兹线圈原理，设计了磁场强度可调的均匀交直流磁场发生装置，构建磁性液体磁粘特性测试系统，得到磁性液体的磁粘特性曲线，为传感器动态特性的建模研究提供了数据基础。
　　（3）基于流体运动学方程，建立了考虑磁粘特性的微压差传感器磁-机械强耦合模型，对传感器内的磁场和流体场进行仿真分析，其结果与理论具有一致性。
　　（4）选择适合微压差传感器的磁性液体，进行了相关参数的测量；确定了传感器的结构参数和激励源等，选择了数字微压源、激波管阶跃压力源和微小正弦压力源作为压力源，为静态、动态特性的研究提供了平台。
　　（5）通过微压差传感器的静态实验，得到其输入-输出特性曲线，计算了传感器的静态性能参数；在此基础上进行了传感器的动态实验，对其进行了时域和频域的动态性能分析，得到传递函数与幅频特性曲线；最后将实验与仿真数据对比，分析了影响微压差传感器动态特性的因素，为传感器的结构优化和实用化提供了理论依据。
　　本文关于磁性液体磁粘特性的理论分析和测试系统研究，不仅为磁性液体微压差传感器的动态研究提供了基础，也为其他磁性液体传感器研究提供了参考；对磁性液体传感器动态特性的建模与实验研究，为优化磁性液体传感器结构、推动其实用化奠定了基础。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 磁性液体应用技术

1.3 传感器技术

1.4 磁性液体传感发展现状

1.5 本文主要研究内容

第二章 磁性液体磁粘特性的研究

2.1 无外磁场时磁性液体的粘度

2.2 磁性液体的磁粘特性

2.3 磁性液体磁粘特性实验研究

2.4 本章小结

第三章 磁性液体微压差传感器磁-机耦合模型

3.1 磁性液体微压差传感器原理及输出特性

3.2 磁性液体微压差传感器磁-机耦合模型

3.3 磁性液体微压差传感器动态特性仿真

3.4 本章小结

第四章 磁性液体微压差传感器实验系统设计

4.1 磁性液体的选择及参数测量

4.2 磁性液体微压差传感器结构

4.3 磁性液体微压差传感器实验平台

4.4 本章小结

第五章 磁性液体微压差传感器动态实验研究

5.1 传感器静态特性实验研究

5.2 传感器动态特性实验研究

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 结 论

6.1 论文工作总结

6.2 主要创新点

6.3 需要进一步研究的工作

参考文献

攻读博士学位期间所取得的相关科研成果

致谢