專利名稱：基于磁流變體智能傳感技術(shù)的磁流變(液)阻尼器健康在線自診斷檢測(cè)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁流變(液)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及磁流變(液)阻尼器的可靠性和安全性檢測(cè)，尤其能識(shí)別磁流變液阻尼器安全和危險(xiǎn)狀態(tài)的健康在線自診斷檢測(cè)方法及
>J-U ρ α 裝直。
背景技術(shù)：
磁流變液阻尼器是以磁流變液作為工作介質(zhì)的阻尼器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、提供阻尼力大、阻尼力可調(diào)范圍寬等特點(diǎn)。在航空、汽車、橋梁土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制方面具有廣闊的發(fā)展前景(李忠獻(xiàn)，吳林林，徐龍河等.[J].磁流變阻尼器的構(gòu)造設(shè)計(jì)及其阻尼力性能的試驗(yàn)研究，2003，23 (I) :128-132.)。但磁流變液的抗沉降性差(孔亞男，張進(jìn)秋，張建.[J]. 一種改進(jìn)型的磁流變液制備工藝研究.2010 (7) :87-89)。目前的磁流變液阻尼器，其使用的磁流變液的抗沉降性能已有很大提高，也設(shè)計(jì)出了一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的阻尼器來(lái)減少磁流變液磁性顆粒的沉降(趙曉文，侯忠明，杜彥亭.[J].多自由度磁流變阻尼器設(shè)計(jì)及其阻尼特性研究.2009，26 (12) :16-19)。但磁流變液的磁性顆粒沉降問題并沒有從根本上得到解決，并且隨著磁流變液阻尼器的長(zhǎng)時(shí)間使用，磁流變液的磁性顆粒也會(huì)磨損，從而使阻尼器的阻尼力變小。普通的阻尼器在使用過(guò)程中無(wú)法判斷其可靠性，嚴(yán)重危及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)用超聲波傳感器來(lái)檢測(cè)磁流變液阻尼器的運(yùn)行狀態(tài)，是非實(shí)時(shí)性檢測(cè)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本較高(溫洪昌，廖昌榮，劉會(huì)兵等.[J].基于超聲波傳感的磁流變阻尼器運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別.2009 (7) :84-86)。目前，磁流變液阻尼器健康狀況的診斷很少報(bào)道報(bào)道。因此，磁流變液阻尼器健康檢測(cè)的在線檢測(cè)研究具有非常重要的價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服在先技術(shù)中存在的上述問題，根據(jù)磁流變液的電阻特性，本發(fā)明提出一種在線自診斷檢測(cè)磁流變液阻尼器健康的方法及裝置。利用在磁流變液阻尼器內(nèi)容易沉積磁性顆粒的地方預(yù)設(shè)數(shù)個(gè)電極，通過(guò)測(cè)兩電極間的電阻值，從而判斷阻尼器內(nèi)電極處有無(wú)磁性顆粒沉積及沉積的多少，以此來(lái)識(shí)別阻尼器健康狀態(tài)。本發(fā)明原理如下磁流變液內(nèi)磁性顆粒的濃度越大,其電阻率越小。當(dāng)磁性顆粒在底部沉淀時(shí)，其沉積部分的電阻率呈數(shù)量級(jí)減小。通過(guò)測(cè)量各預(yù)設(shè)電極間的電阻來(lái)判斷阻尼器內(nèi)某個(gè)區(qū)域磁流變液是否有磁性顆粒沉積以及顆粒的磨損情況，以此來(lái)判斷該阻尼器的健康狀態(tài)。本發(fā)明提出的檢測(cè)方法如下本發(fā)明采用電容充放電方法來(lái)精確檢測(cè)高阻值電阻。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖I所示，當(dāng)開關(guān)S與觸點(diǎn)I相連接時(shí)，電路通過(guò)待測(cè)磁流變液電阻Rx向電容C充電，電容C兩端電壓達(dá)到非門閾值電壓時(shí)非門被觸發(fā)，經(jīng)過(guò)與門后將產(chǎn)生一脈沖(從電容充電開始到門電路被觸發(fā)結(jié)束的脈沖)。當(dāng)充電激勵(lì)脈沖高電平結(jié)束后，開關(guān)S與觸點(diǎn)2相接觸，此時(shí)電容C與磁流變液電阻Rx構(gòu)成放電回路。與門電路產(chǎn)生的脈沖寬度將與待測(cè)磁流變液電阻Rx有如下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測(cè)方法與裝置，該裝置包括阻尼器內(nèi)置磁流變液電阻電極、矩形信號(hào)發(fā)生電路、阻抗電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)值運(yùn)算部分、顯示部分組成。
所述磁流變液電阻電極由金屬電極和絕緣介質(zhì)組成，在絕緣介質(zhì)上嵌入兩個(gè)電極，將兩電極用導(dǎo)線引線到阻尼器外面，其中兩電極之間充滿磁流變液，從而制成磁流變液電阻特性測(cè)試裝置。
所述矩形信號(hào)發(fā)生電路可用單片機(jī)和嵌入式芯片或者定時(shí)器制作。
所述阻抗電平轉(zhuǎn)換電路可用分立元件搭建，用電阻、電容、三極管、邏輯門電路、運(yùn)放組成。其原理是設(shè)計(jì)個(gè)充放電回路。利用矩形脈沖通過(guò)待測(cè)磁流變液電阻給電容充電，將待測(cè)電阻值轉(zhuǎn)換成電容的充電時(shí)間，并用邏輯門電路將電容的充電時(shí)間變換成高電平輸出。
所述數(shù)值運(yùn)算部分可用單片機(jī)和嵌入式芯片制作，用以計(jì)算阻抗電平轉(zhuǎn)換電路輸出高電平脈沖的寬度，用電容的充放電公式計(jì)算磁流變液的電阻值，并以此對(duì)阻尼器的健康狀 況做出判斷。
所述顯示部分包括電路部分和顯示器件，電路部分單片機(jī)和嵌入式芯片制作，顯示器件采用數(shù)碼管或液晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征為所述變液電阻電極由金屬電極和絕緣介質(zhì)組成。在絕緣介質(zhì)上嵌入兩個(gè)電極，將其嵌入阻尼器底部和壁上，阻尼器內(nèi)部的磁流變液與金屬電極一起構(gòu)成磁流變液電阻。在阻尼器上開一小孔，將兩電極用導(dǎo)線通過(guò)阻尼器的小孔引線到阻尼器外面，用于檢測(cè)內(nèi)部磁流變液電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)裝置，其特征為所述矩形信號(hào)發(fā)生電路用單片機(jī)和嵌入式芯片或者定時(shí)器制作，該電路用于產(chǎn)生脈寬可調(diào)的矩形脈沖信號(hào)電壓，為磁流變液電阻提供穩(wěn)定的充電電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)裝置，其特征為所述絕緣介質(zhì)用陶瓷制作，將其做成梯形，以便固定卡在阻尼器內(nèi)。阻尼器內(nèi)與陶瓷接觸部分鍍上厚度為毫米量級(jí)的金屬鋁，絕緣介質(zhì)卡在阻尼器內(nèi)，并采用過(guò)盈耦合。
5.利用權(quán)力要求I所述的磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟 (1)建立磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由阻尼器內(nèi)置磁流變液電阻電極、矩形信號(hào)發(fā)生電路、阻抗電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)值運(yùn)算部分、顯示部分五部分組成。
(2)磁流變液電阻由嵌入阻尼器內(nèi)部金屬電極和內(nèi)部磁流變液組成。在絕緣介質(zhì)上嵌入兩個(gè)電極，將其嵌入阻尼器底部和壁上，阻尼器內(nèi)部的磁流變液與金屬電極一起構(gòu)成磁流變液電阻。在阻尼器上開一小孔，將電極用導(dǎo)線通過(guò)阻尼器的小孔引線到阻尼器外面，用于檢測(cè)內(nèi)部磁流變液電阻。
(3)用矩形信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波通過(guò)磁流變液電阻給電容充電，且矩形信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生矩形波頻率和占空比可調(diào)。
(4)阻抗電平轉(zhuǎn)換電路將電容的充電時(shí)間轉(zhuǎn)換成高電平脈沖輸出。
(5)數(shù)值運(yùn)算部分用定時(shí)器來(lái)計(jì)算阻抗電平轉(zhuǎn)換電路輸出高脈沖的寬度。
根據(jù)電容的充放電公式計(jì)算出磁流變液的電阻值。
(6)用單片機(jī)I/O口定時(shí)輸出信號(hào)循環(huán)選通每個(gè)磁流變液電阻接入充放電回 路，對(duì)阻尼器內(nèi)部不同區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，并用液晶實(shí)時(shí)顯示阻尼器的健康狀態(tài)。
6.所述在線自診斷方法所用的技術(shù)是基于磁流變液電阻特性的磁流體智能傳感技術(shù)。
7.所述裝置其特性在于設(shè)計(jì)出一種新的自診斷磁流變液阻尼器。
全文摘要
根據(jù)磁流變液的電阻特性，本發(fā)明提出一種新的磁流變液傳感技術(shù)及其在線自診斷檢測(cè)磁流變液阻尼器健康的方法與裝置。利用在阻尼器內(nèi)部容易沉積磁性顆粒的地方預(yù)設(shè)數(shù)個(gè)電極，通過(guò)測(cè)兩電極間的電阻值，從而判斷阻尼器內(nèi)電極處有無(wú)磁性顆粒沉積及沉積的多少，以此來(lái)診斷阻尼器健康狀況。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)磁流變液阻尼器健康狀況在線自診斷檢測(cè)，并判斷其健康狀態(tài)。同時(shí)可以評(píng)估磁流變液的抗沉降能力，估計(jì)阻尼器的使用壽命。具有在線自診斷、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。是一種在線自診斷磁流變液阻尼器健康狀況的新方法。
文檔編號(hào)G01R27/22GK102654538SQ201110050638
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者何國(guó)田, 冉迎春, 劉云杰, 張德勝, 戴鵬飛, 曾毅, 李明, 王松, 谷明信, 馬燕 申請(qǐng)人:重慶師范大學(xué)