磁性液体微压差传感器动态建模与实验研究

磁性液体由于其独特的性质可用于很多领域，本课题主要研究磁性液体在微压差传感技术中的应用。主要研究内容包括：研究磁性液体微压差传感器的原理；分析并测试磁性液体粘度随外加磁场的变化，以及磁性液体粘度对微压差传感器输出特性的影响；考虑磁性液体粘度影响对磁性液体微压差传感器场建立磁-机械耦合模型；设计磁性液体微压差传感器实验装置，测量其静态和动态输出特性等。本课题的主要创新点在于将磁性液体用于微压差传感技术，考虑粘度影响建立传感器动态特性磁-机械耦合模型。本课题的研究涉及到电工技术、材料力学、流体力学等诸多学科领域的内容，属于多学科交叉研究，在传感技术中具有重要的学术意义和应用价值。

本课题研究了磁性液体磁粘特性，对磁性液体微压差传感器进行动态建模和静态、动态实验研究。本课题的主要研究成果如下：.(1) 对磁性液体的密度、磁化曲线、表面张力、粘-温特性等进行了分析和测试；对磁性液体的磁致伸缩效应做了理论分析和实验研究，测量了磁性液体磁致伸缩应变量为10-5；理论分析了磁性液体粘度随磁场变化的关系，由亥姆霍兹线圈原理设计了可调的均匀磁场发生装置，研究了磁性液体的磁-粘特性。磁-粘特性的研究对磁性液体的其他应用研究奠定了基础。.(2) 设计了磁性液体微压差传感器的结构并分析了其原理，推导了微压差传感器输出电压与压力差的解析公式；基于电磁场理论和流体力学理论建立了微压差传感器磁-流体分步耦合模型；基于经典流体动力学理论，把磁性液体视为非极性流体，基于磁性液体运动方程，考虑磁性液体的磁-粘特性建立了微压差传感器内磁性液体的磁场-流体场强耦合动态模型，对强耦合模型进行了仿真。考虑磁性液体的磁-粘特性的强耦合动态模型对磁性液体各种传感器、减振器的动态特性分析具有指导意义。.(3) 研制了磁性液体微压差传感器实验模型，对其进行了静态实验和动态实验，测量了在静态压力下传感器输出电压与输入压力差的关系，计算了线性度、灵敏度和迟滞性等；考虑磁粘特性的磁-机耦合模型仿真得到的输出特性曲线与实验结果进行了对比；实验研究了传感器的阶跃响应，并计算了该传感器的上升时间、峰值时间、调节时间、超调量等动态性能指标；应用LabVIEW软件设计了数字信号采集系统，主要包括数据采集、数据处理、数据存储回放三大模块。.(4) 基于磁性液体微压差传感器的逆效应，研制了磁性液体正弦压力发生器，分析了正弦压力发生器的原理和力学模型；对磁性液体微压差传感器进行了实验研究，测量了在不同频率下的压力波形和频谱图；实验结果表明磁性液体正弦压力发生器能够产生 0.1Hz~100Hz 的正弦压力，最大能够产生幅值为 0.77kPa 的正弦压力值，输出压力与激励电流为线性关系。该压力源可以通过电流调节频率和幅值，易于控制，给压力源的设计研发提供了的一个新的思路。.在本项目的资助下共发表SCI和EI收录论文11篇，获得发明专利1项，培养博士研究生2名，硕士研究生7名。参加了4次国际学术会议和3次全国学术会议，发表会议论文8篇。