專利名稱：集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁流變阻尼裝置，尤其是集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器。
背景技術(shù)：
振動(dòng)是一種常見的物理現(xiàn)象，伴隨人類社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在交通、國(guó)防、機(jī)械加工、建筑結(jié)構(gòu)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域出現(xiàn)的振動(dòng)問題日益受到關(guān)注。長(zhǎng)期以來，為了有效克服和避免各種不利的振動(dòng)，先后提出了被動(dòng)式、主動(dòng)式和半主動(dòng)式等振動(dòng)控制系統(tǒng)。近年來，由于磁流變液、磁流變阻尼器(簡(jiǎn)寫為MR阻尼器)的相繼出現(xiàn)及其性能的不斷改善，基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)引起了人們的極大關(guān)注。與其它半主動(dòng)減振系統(tǒng)相比，基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)具有阻尼力大、性能穩(wěn)定(對(duì)雜質(zhì)和溫度不敏感)、所需電壓低、耗能小和成本低等優(yōu)點(diǎn)?；贛R阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)主要由傳感器、MR阻尼器、彈簧、電流驅(qū)動(dòng)器、控制器及相關(guān)輔助電路等部分構(gòu)成。當(dāng)被控對(duì)象(如車輛、精密實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、精密加工機(jī)床等)振動(dòng)時(shí)，控制器根據(jù)傳感器檢測(cè)到的被控對(duì)象主體(如車輛的車身、精密實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的臺(tái)體、精密加工機(jī)床的床身等)與承載體(如車輛的車橋、精密實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的臺(tái)柱、精密加工機(jī)床的底座等)之間的相對(duì)振動(dòng)狀況做出相應(yīng)的分析和決策，并產(chǎn)生一控制電壓作用電流驅(qū)動(dòng)器，通過電流驅(qū)動(dòng)器給勵(lì)磁線圈加載一驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié)勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)改變位于阻尼器節(jié)流孔中的磁流變液的屈服應(yīng)力大小，達(dá)到調(diào)節(jié)MR阻尼器的阻尼的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象振動(dòng)的半主動(dòng)阻尼減振。在這個(gè)閉環(huán)的半主動(dòng)阻尼減振控制系統(tǒng)中，一個(gè)重要的輸入量就是MR阻尼器兩端所連接的被控對(duì)象主體與承載體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。
在現(xiàn)有的基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度傳感的方式主要有兩種采用相對(duì)位置傳感器方式和采用加速度傳感器方式。采用相對(duì)位置傳感器方式時(shí)一般在振動(dòng)控制系統(tǒng)中配置一個(gè)或多個(gè)相對(duì)位置傳感器(與MR阻尼器并列安裝)，傳感器的一端連接到被控對(duì)象主體上，另一端連接到承載體上，當(dāng)被控對(duì)象振動(dòng)時(shí)傳感器將主體與承載體之間的相對(duì)位置變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)通過微分電路即得到相對(duì)速度。采用加速度傳感器方式時(shí)一般在被控對(duì)象主體和承載體的適當(dāng)位置分別安裝一個(gè)或多個(gè)加速度傳感器，通過將相對(duì)應(yīng)的兩路加速度信號(hào)相減并經(jīng)過后續(xù)的積分電路獲得主體與承載體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。無論采用哪種傳感方式，單獨(dú)配置的傳感器不僅增加了整個(gè)振動(dòng)控制系統(tǒng)的成本和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，而且直接暴露于外部環(huán)境之中的傳感器很容易受到外界環(huán)境(如機(jī)械碰撞、滲水滲油、電磁波等)的干擾甚至被損壞，從而影響振動(dòng)控制系統(tǒng)的整體可靠性及穩(wěn)定性，縮短系統(tǒng)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型公開了一種集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器。它在現(xiàn)有MR阻尼器的結(jié)構(gòu)上集成了一個(gè)有源磁電式相對(duì)速度傳感器，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的集成傳感，結(jié)合磁流變液阻尼系數(shù)的連續(xù)可調(diào)特性和控制器的振動(dòng)自動(dòng)控制特性，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)減振系統(tǒng)的自適應(yīng)減振目的。
本實(shí)用新型的目的由以下方式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所述的集成相對(duì)速度傳感功能的MR阻尼器包括單筒MR阻尼器中的缸體、裝在缸體內(nèi)的磁流變液、活塞頭、活塞桿、蓄能器、防塵罩套，其中缸體由缸筒、上端蓋和下端蓋構(gòu)成?；钊^把缸體分為上下兩個(gè)工作腔，蓄能器位于下工作腔的底部；在活塞頭的外圓周上均勻布置的多個(gè)定位銅片把活塞頭的外圓周與缸筒內(nèi)壁之間形成的間隙分割為多段作為磁流變液流動(dòng)的液流間隙；活塞桿外端和下端蓋上分別設(shè)置有連接裝置與被控對(duì)象的主體或承載體連接。本阻尼器的結(jié)構(gòu)特征如下(1)所述的活塞頭上繞制一電磁線圈，作為集成相對(duì)速度傳感器與MR阻尼器的共用勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈的引線連接阻尼器外部由集成相對(duì)速度傳感器用的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源與調(diào)節(jié)磁流變液屈服應(yīng)力的勵(lì)磁電流源相疊加后的外部激勵(lì)源；(2)所述的活塞桿采用中空管狀結(jié)構(gòu)，里面裝有一個(gè)繞線桿，并在繞線桿上均勻繞制一電磁線圈，作為集成相對(duì)速度傳感器的感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈的引線連接外部信號(hào)預(yù)處理電路；(3)所述的活塞桿、下端蓋采用極低導(dǎo)磁材料，而活塞頭、活塞桿里的繞線桿、缸筒和上端蓋均采用高導(dǎo)磁材料，缸筒與活塞頭外圓周的定位銅片之間、上端蓋與活塞桿之間采用間隙配合。
利用上述結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)有源磁電式相對(duì)速度傳感器與MR阻尼器結(jié)構(gòu)集成一體。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的集成傳感原理如下首先，給MR阻尼器的勵(lì)磁線圈加載一中低頻電壓信號(hào)作為勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)，其產(chǎn)生的同頻交變磁場(chǎng)在MR阻尼器的活塞頭、活塞桿中的繞線桿、上端蓋、缸筒、缸筒與活塞頭之間的液流間隙、缸筒與活塞頭外圓周的定位銅片之間及上端蓋與活塞桿之間的氣隙中形成一閉合工作磁回路，并使活塞桿內(nèi)的感應(yīng)線圈感生得到一同頻交變電壓信號(hào)。
其次，在MR阻尼器活塞與缸體之間的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)(由外界振動(dòng)引起)過程中，由于閉合工作磁回路中的液流間隙的大小和氣隙的大小、液流間隙中的磁流變液和氣隙中的空氣的導(dǎo)磁率相對(duì)于磁回路中的其它高導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率均基本保持不變，而閉合工作磁回路的絕大部分磁阻集中在這些液流間隙和氣隙上，故使得該閉合工作磁回路中的磁阻、集成相對(duì)速度傳感器的主磁通也基本保持不變。阻尼器的活塞桿相對(duì)于缸體的這種或進(jìn)或出的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)，使得感應(yīng)線圈在磁回路中的線圈匝數(shù)相應(yīng)地增加或減少，并引起感應(yīng)線圈的磁鏈也隨之發(fā)生相應(yīng)的線性變化，這樣感應(yīng)線圈兩端便感生得到一調(diào)幅電壓信號(hào)，其載波信號(hào)是勵(lì)磁線圈上加載的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)，而其幅度調(diào)制信號(hào)則是反映活塞與缸體軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的傳感輸出信號(hào)。
最后，通過對(duì)該調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行隔離、選頻放大、同步解調(diào)、低通濾波等信號(hào)預(yù)處理后，得到一個(gè)與感應(yīng)線圈磁鏈變化規(guī)律一致的幅度調(diào)制信號(hào)。該信號(hào)的變化規(guī)律與被控對(duì)象的主體和承載體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度呈一定的比例關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)MR阻尼器的相對(duì)速度集成傳感功能。
在構(gòu)成本實(shí)用新型時(shí)，勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源的信號(hào)工作頻率應(yīng)大于磁流變液的最高響應(yīng)頻率，在保證傳感器正常工作的情況下勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源的信號(hào)電壓的幅值應(yīng)盡可能小，以消除傳感勵(lì)磁磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的流變效應(yīng)的影響。
采用上述工作方式的MR阻尼器在其結(jié)構(gòu)和功能上有效的集成了一個(gè)相對(duì)速度傳感器，集成相對(duì)速度傳感器用的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源與磁流變液阻尼比調(diào)節(jié)用的勵(lì)磁電流源工作在不同頻段、不同電壓等級(jí)上，但同時(shí)共用一個(gè)勵(lì)磁線圈、一個(gè)閉合工作磁回路，實(shí)現(xiàn)MR阻尼器對(duì)被控對(duì)象振動(dòng)的傳感和可調(diào)阻尼減振并行工作。由此，MR阻尼器不但具有阻尼減振功能，而且還具有相對(duì)速度傳感功能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)的自適應(yīng)減振功能。
與現(xiàn)有的MR阻尼器及其半主動(dòng)減振系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.提高M(jìn)R阻尼器及其半主動(dòng)減振系統(tǒng)的自適應(yīng)性。由本實(shí)用新型公開的集成相對(duì)速度傳感功能的MR阻尼器及其自適應(yīng)減振方法構(gòu)成的各種半主動(dòng)減振系統(tǒng)，具有受控對(duì)象振動(dòng)狀況自傳感、磁流變液阻尼比連續(xù)可調(diào)、振動(dòng)自動(dòng)控制等特性，綜合體現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)減振功能，并進(jìn)一步提高系統(tǒng)半主動(dòng)阻尼減振的自適應(yīng)性能。
2.簡(jiǎn)化基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低系統(tǒng)成本造價(jià)。運(yùn)用本實(shí)用新型所述的集成相對(duì)速度傳感功能的MR阻尼器構(gòu)成各種半主動(dòng)減振系統(tǒng)，將其應(yīng)用到實(shí)際被控對(duì)象(如車輛、精密實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、精密加工機(jī)床等)上，可以省去用于檢測(cè)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的各種相對(duì)位置傳感器或加速度傳感器，提高整個(gè)半主動(dòng)減振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集成度，降低系統(tǒng)在設(shè)備及安裝與維護(hù)方面的成本造價(jià)，更容易實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)減振系統(tǒng)阻尼力的調(diào)節(jié)，形成被控對(duì)象振動(dòng)的自適應(yīng)控制。
3.集成相對(duì)速度傳感器的線性度和靈敏度高。本實(shí)用新型改進(jìn)現(xiàn)有MR阻尼器的結(jié)構(gòu)和材料，在活塞頭及活塞桿中的繞線桿上分別均勻繞制一電磁線圈構(gòu)成一個(gè)與MR阻尼器結(jié)構(gòu)集成的有源磁電式相對(duì)速度傳感器，感應(yīng)線圈感生的調(diào)幅信號(hào)的幅度調(diào)制信號(hào)與被控對(duì)象主體和承載體之間的相對(duì)振動(dòng)速度呈一定的線性比例關(guān)系從而使該集成的相對(duì)速度傳感器的非線性誤差小、靈敏度高，并大幅降低了后續(xù)信號(hào)預(yù)處理電路的復(fù)雜度。
4.MR阻尼器集成的相對(duì)速度傳感器的頻率響應(yīng)范圍大。本實(shí)用新型使感應(yīng)線圈感生的調(diào)幅信號(hào)的幅度調(diào)制信號(hào)與其磁鏈的變化規(guī)律一致，并直接反映被控對(duì)象主體和承載體之間的相對(duì)振動(dòng)速度；幅度調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律決定于該相對(duì)振動(dòng)速度的變化規(guī)律，二者的頻率相等，這樣有效的克服現(xiàn)有振動(dòng)傳感器對(duì)超低頻振動(dòng)(0.1Hz)和超高頻振動(dòng)(1KHz)的應(yīng)用限制，提高振動(dòng)測(cè)量的頻率響應(yīng)范圍。
5.MR阻尼器集成的相對(duì)速度傳感器抗外界電磁干擾能力強(qiáng)。在本實(shí)用新型中，集成在MR阻尼器上的相對(duì)速度傳感器采用具有抗電磁干擾能力強(qiáng)的中低頻有源傳感原理構(gòu)成，即利用外部提供的中低頻電壓信號(hào)源在勵(lì)磁線圈上產(chǎn)生同頻電磁場(chǎng)，并在阻尼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)上形成一閉合的工作磁回路，在感應(yīng)線圈中感生得到一包含被控對(duì)象主體和承載體之間相對(duì)振動(dòng)速度信息的同頻傳感輸出信號(hào)，通過光電隔離耦合、選頻放大等信號(hào)預(yù)處理消除外界各種頻段的電磁干擾影響，使該傳感器具有很強(qiáng)的抗外界電磁干擾能力，從而避免目前通用磁電式振動(dòng)傳感器容易受到外界電磁干擾而導(dǎo)致傳感輸出信號(hào)發(fā)生畸變的現(xiàn)象。
6.提高基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。本實(shí)用新型使MR阻尼器自身具有相對(duì)速度傳感功能，避免了相對(duì)速度傳感器被直接暴露于各種被控對(duì)象所處的惡劣工作環(huán)境之中而受到的各種外界環(huán)境(如機(jī)械碰撞、滲水滲油等)干擾及可能引起的傳感器工作性能下降，從而提高相對(duì)速度傳感的抗外界環(huán)境干擾能力，增強(qiáng)控制器的振動(dòng)控制效果，在整體上保證并提高半主動(dòng)減振系統(tǒng)的工作可靠性與穩(wěn)定性，延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。
7.阻尼器本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便。本實(shí)用新型只需在現(xiàn)有的MR阻尼器基本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，在活塞頭和活塞桿中的繞線桿上分別均勻繞制兩個(gè)電磁線圈即可加工裝配構(gòu)成，故其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。


圖1是本實(shí)用新型的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的局部放大圖。
圖3是圖1實(shí)施例的閉合工作磁回路示意圖。
圖4是圖1實(shí)施例在實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的集成傳感工作時(shí)的部分電氣工作原理框圖。
圖5本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖5的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度集成傳感的工作過程。
參照?qǐng)D1、圖2，一種集成相對(duì)速度傳感功能的MR阻尼器主要包括缸體13、裝在缸體內(nèi)的磁流變液19、防塵罩套6、活塞桿7、活塞頭23、滑動(dòng)活塞35、蓄能器37、活塞頭上的勵(lì)磁線圈27、活塞桿里的感應(yīng)線圈8等部分。
阻尼器的缸體13主要由高導(dǎo)磁率的缸筒16和上端蓋14(通過活塞桿的一端)及極低導(dǎo)磁率的下端蓋15構(gòu)成。
阻尼器的活塞桿7由低導(dǎo)磁率材料加工形成，在活塞桿的兩端設(shè)有絕緣膠封11和12，其內(nèi)端的頂端設(shè)有連接螺紋與活塞頭相連。里面為中空管狀結(jié)構(gòu)，活塞桿里面裝有一個(gè)高導(dǎo)磁實(shí)心繞線桿10，并伸出活塞桿的內(nèi)端頂端孔與活塞頭螺紋連接。
阻尼器的活塞頭23通過螺紋與活塞桿7固定；活塞頭23呈圓柱工字形結(jié)構(gòu)，主要包括一極低導(dǎo)磁率壓線盤25和高導(dǎo)磁率的圓柱凸形臺(tái)階26兩部分，在壓線盤25和活塞桿7的臺(tái)階之間設(shè)置有一低導(dǎo)磁、高剛度的彈性墊塊24用于防止活塞頭與活塞桿之間出現(xiàn)松動(dòng)，在圓柱凸形臺(tái)階26的外圓周上均勻布置有多個(gè)定位銅片29把該外圓周與缸筒16之間的間隙分割為多段作為磁流變液19流動(dòng)的液流間隙31，活塞頭23把缸體16分為上工作腔17和下工作腔18兩個(gè)部分，上下兩個(gè)工作腔都盛裝有磁流變液19。
阻尼器的蓄能器37是一個(gè)高壓氣囊，里面盛裝有高壓氮?dú)?8，滑動(dòng)活塞35壓在蓄能器37上，蓄能器37位于缸體的下工作腔18底部。
塑料式的防塵罩套6連接在活塞桿7的外端與缸體的上端蓋14之間，保護(hù)活塞桿并防止外界雜質(zhì)進(jìn)入缸體13。
活塞桿外端的吊環(huán)連接裝置1和缸體下端蓋15的連接裝置39分別用于連接被控對(duì)象的主體或承載體，為了確保阻尼器的密封性，在滑動(dòng)活塞、活塞桿、缸體的上下端蓋及缸筒的連接處均設(shè)置有O型密封圈21、22和36。
圓柱工字形結(jié)構(gòu)的活塞頭23的凹槽內(nèi)均勻繞制一電磁線圈，作為本實(shí)用新型中的相對(duì)速度傳感器的勵(lì)磁線圈27，勵(lì)磁線圈的引線2通過圓柱凸形臺(tái)階26的缺口30、圓心底孔33及繞線桿內(nèi)端的圓心孔41和橫穿孔40，并從繞線桿與中空管狀結(jié)構(gòu)的活塞桿內(nèi)壁之間的空隙中引出阻尼器，連接到外部由集成相對(duì)速度傳感器用的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源與磁流變液阻尼比調(diào)節(jié)用的勵(lì)磁電流源相疊加后形成的外部激勵(lì)源3；在低導(dǎo)磁的活塞桿7里面裝有一個(gè)高導(dǎo)磁實(shí)心繞線桿10，繞線桿上均勻繞制一電磁線圈，作為相對(duì)速度傳感器的感應(yīng)線圈8，感應(yīng)線圈的引線5通過繞線桿與活塞桿內(nèi)壁之間的空隙將感應(yīng)電壓信號(hào)送入阻尼器外的傳感輸出端子4上，并進(jìn)一步送入后續(xù)外部信號(hào)預(yù)處理電路；在這兩個(gè)電磁線圈的外表面及其引線周圍都涂有絕緣膠層9和28。
參照?qǐng)D3、圖4，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象主體與承載體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度集成傳感的工作過程如下本實(shí)施例中，阻尼器內(nèi)部集成的相對(duì)速度傳感器的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源由中低頻檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器43產(chǎn)生，并作為外部激勵(lì)源3的一個(gè)構(gòu)成部分，由引線2送入勵(lì)磁線圈27。當(dāng)集成相對(duì)速度傳感器的勵(lì)磁信號(hào)發(fā)生器電路導(dǎo)通、勵(lì)磁線圈兩端加載一傳感檢測(cè)用的中低頻正弦交變電壓信號(hào)時(shí)，它產(chǎn)生一同頻交變磁場(chǎng)，并在活塞頭的凸形臺(tái)階26、活塞桿中的繞線桿10、活塞桿7、活塞桿與缸體的上端蓋14之間的氣隙20、缸體的上端蓋14、缸筒16、缸筒與活塞頭之間的液流間隙31、活塞頭外圓周的定位銅片29及其與缸筒之間的氣隙32中形成一閉合工作磁回路42；勵(lì)磁線圈27所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的絕大部分磁通量通過該磁路，形成傳感器工作的主磁通，并使感應(yīng)線圈8產(chǎn)生一同頻交變電壓信號(hào)，勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源的幅度直接決定磁回路中傳感器工作主磁通的大??；在液流間隙31、氣隙20和32、活塞桿7、活塞頭23以及缸體13等部位也同時(shí)存在極少量的漏磁通，由于該漏磁通與磁回路的主磁通相比很小，故忽略不計(jì)。
當(dāng)外界發(fā)生振動(dòng)時(shí)，MR阻尼器53的活塞與缸體13之間產(chǎn)生與振動(dòng)頻率相同的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得阻尼器內(nèi)由勵(lì)磁線圈27和感應(yīng)線圈8構(gòu)成的集成相對(duì)速度傳感器響應(yīng)外界振動(dòng)，阻尼器的缸筒16與活塞頭外圓周的定位銅片29之間、上端蓋14與活塞桿7之間采用間隙配合，使它們相互之間的氣隙20和32的大小不變，阻尼器的多段液流間隙31的大小不變，且液流間隙中的磁流變液、氣隙中的空氣的導(dǎo)磁率相對(duì)于磁回路中的其它高導(dǎo)磁材料的導(dǎo)磁率也不變，而磁回路42的絕大部分磁阻集中在這些液流間隙31和氣隙20和32上，故使得磁回路中的磁阻、傳感器工作的主磁通不變；阻尼器的活塞相對(duì)于缸體13的這種或進(jìn)或出的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)，使得感應(yīng)線圈8在磁回路42中的線圈匝數(shù)相應(yīng)地增加或減少，并引起感應(yīng)線圈的磁鏈也隨之發(fā)生變化，使該線圈的兩端所感生的電壓信號(hào)為一調(diào)幅信號(hào)，其載波信號(hào)是勵(lì)磁線圈27上加載的傳感檢測(cè)信號(hào)，而其幅度調(diào)制信號(hào)則是反映活塞與缸體13軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的傳感輸出信號(hào)；感應(yīng)線圈的引線5將該調(diào)幅信號(hào)送出阻尼器，得到一包含振動(dòng)信息的傳感輸出信號(hào)4，通過后續(xù)的光電隔離耦合器52、選頻放大器51、帶通濾波器50、同步檢波器49、低通濾波48等功能電路得到反映活塞與缸體相對(duì)運(yùn)動(dòng)變化的傳感信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的集成傳感功能。
參照?qǐng)D5、圖6，給出了集成相對(duì)速度傳感功能的MR阻尼器的另一種實(shí)施例，該實(shí)施例與圖1給出的實(shí)施例的主要區(qū)別是本實(shí)施例的活塞桿7中的繞線桿10有一圓心通孔54，勵(lì)磁線圈27的引線2由活塞頭的圓柱凸形臺(tái)階26的缺口30、圓心底孔33和繞線桿的圓心通孔54引出阻尼器連接外部激勵(lì)源3。
本實(shí)用新型是MR阻尼器的一種，應(yīng)用上述實(shí)施例構(gòu)成一套閉環(huán)的半主動(dòng)阻尼減振系統(tǒng)需要另外配置相應(yīng)的功能電路(如信號(hào)預(yù)處理電路、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路等)和電子控制裝置，由于這些內(nèi)容不是本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容，故本實(shí)施例未給出詳細(xì)說明，具體可參考相關(guān)電子電路技術(shù)和現(xiàn)有的基于MR阻尼器的半主動(dòng)減振系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
上述實(shí)施例中，集成相對(duì)速度傳感器檢測(cè)到的振動(dòng)信息通過信號(hào)輸入端口47及后續(xù)相關(guān)電路送入電子控制裝置，控制裝置根據(jù)預(yù)置的控制策略進(jìn)行相應(yīng)的分析和決策，并產(chǎn)生一控制電壓信號(hào)由信號(hào)輸出端口46輸出，控制電流驅(qū)動(dòng)器45產(chǎn)生一相應(yīng)的直流驅(qū)動(dòng)電流(0～3A)，通過線性加法耦合電路44與中低頻檢測(cè)信號(hào)發(fā)生器43產(chǎn)生的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)相加合成，作為阻尼器勵(lì)磁線圈的外部激勵(lì)源3。通過調(diào)節(jié)該驅(qū)動(dòng)電流的大小改變勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的用于調(diào)節(jié)磁流變液阻尼比的磁場(chǎng)強(qiáng)度，該磁場(chǎng)是強(qiáng)磁場(chǎng)，其工作磁回路與傳感器形成的工作磁回路42一樣，從而在毫秒級(jí)內(nèi)調(diào)節(jié)阻尼器內(nèi)部多段液流間隙31流動(dòng)的磁流變液的阻尼比，實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的可調(diào)阻尼比減振功能。
上述實(shí)施例中，勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源的工作頻率應(yīng)大于磁流變液的響應(yīng)頻率，在保證傳感器正常工作的情況下勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源的信號(hào)電壓的幅值應(yīng)盡可能小，以消除傳感勵(lì)磁磁場(chǎng)對(duì)磁流變液的流變效應(yīng)的影響；同時(shí)對(duì)感應(yīng)線圈輸出的調(diào)幅信號(hào)進(jìn)行光電耦合隔離、選頻放大、解調(diào)、濾波等信號(hào)預(yù)處理，消除磁流變液阻尼比調(diào)節(jié)用的勵(lì)磁磁場(chǎng)及外界干擾電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的影響；使集成相對(duì)速度傳感器用的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源頻率與磁流變液阻尼比調(diào)節(jié)用的勵(lì)磁電流源(0～3A)工作在不同頻段、不同電壓等級(jí)上，但同時(shí)共用一個(gè)勵(lì)磁線圈27、一個(gè)閉合工作磁回路42，從而實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例對(duì)被控對(duì)象振動(dòng)的傳感和可調(diào)阻尼比減振并行工作、互不影響。
在由上述實(shí)施例構(gòu)成的半主動(dòng)阻尼減振系統(tǒng)中，可以適當(dāng)改變MR阻尼器的結(jié)構(gòu)參數(shù)或相關(guān)電路的配置方式及控制器的控制策略，形成多種半主動(dòng)阻尼減振系統(tǒng)，滿足不同應(yīng)用對(duì)象的振動(dòng)控制要求。
權(quán)利要求1.一種集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器，包括缸體、裝在缸體內(nèi)的磁流變液、活塞頭、活塞桿、蓄能器、滑動(dòng)活塞和防塵罩套，其中缸體由缸筒、上端蓋和下端蓋構(gòu)成；活塞頭把缸體分為上下兩個(gè)工作腔，蓄能器位于下工作腔的底部；在活塞頭的外圓周上均勻布置的多個(gè)定位銅片把活塞頭的外圓周與缸筒內(nèi)壁之間形成的間隙分割為多段，作為磁流變液流動(dòng)的液流間隙；在活塞桿外端和下端蓋上分別設(shè)置有連接裝置與被控對(duì)象的主體或承載體連接；其特征在于(1)所述的活塞頭上繞制一電磁線圈，作為集成相對(duì)速度傳感器與磁流變阻尼器的共用勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈的引線連接外部由集成相對(duì)速度傳感器用的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)源與調(diào)節(jié)磁流變液屈服應(yīng)力的勵(lì)磁電流源相疊加后的外部激勵(lì)源；(2)所述的活塞桿采用中空管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝有一繞線桿，并在繞線桿上均勻繞制一電磁線圈，作為集成相對(duì)速度傳感器的感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈的引線連接到阻尼器外的信號(hào)預(yù)處理電路；(3)所述的活塞桿、下端蓋采用極低導(dǎo)磁材料，而活塞頭、活塞桿里的繞線桿、缸筒和上端蓋均采用高導(dǎo)磁材料，缸筒與活塞頭外圓周的定位銅片之間、上端蓋與活塞桿之間采用間隙配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變阻尼器，其特征在于所述的活塞頭采用圓柱工字形結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈均勻繞制在工字形凹槽內(nèi)；勵(lì)磁線圈的引線從繞線桿與活塞桿內(nèi)壁之間的空隙中引出阻尼器，或?qū)⒗@線桿設(shè)計(jì)為空心管狀結(jié)構(gòu)，勵(lì)磁線圈的引線從繞線桿里面的通孔引出阻尼器。
3.如權(quán)利要求1所述的集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器，其特征是在勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈的外表面及其引線周圍均涂有絕緣膠層。
專利摘要一種集成相對(duì)速度傳感功能的磁流變阻尼器，由缸體、磁流變液、活塞頭上的勵(lì)磁線圈、活塞桿里的感應(yīng)線圈、蓄能器、防塵罩套等部分構(gòu)成；勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈構(gòu)成一有源磁電式相對(duì)速度傳感器，與磁流變阻尼器結(jié)構(gòu)集成一體。當(dāng)給勵(lì)磁線圈加載一中低頻電壓信號(hào)作為該傳感器的勵(lì)磁檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生的同頻交變磁場(chǎng)在阻尼器結(jié)構(gòu)中形成一閉合工作磁回路；磁流變阻尼器的活塞與缸體之間軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)使感應(yīng)線圈的磁鏈發(fā)生相應(yīng)變化并感生得到一包含該相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息的傳感輸出信號(hào)；通過信號(hào)隔離，選頻放大，同步解調(diào)，低通濾波等功能電路后獲得活塞與缸體之間的實(shí)際相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息。
文檔編號(hào)F16F9/53GK2721964SQ20042006121
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者王代華, 賴大坤 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)