磁性液体悬浮特性及其在惯性传感器的应用研究

发布时间：2025-05-07 20:29

　　密度大于磁性液体的永磁体能在磁性液体中实现稳定的悬浮是磁性液体特有的性质之一,研究这种现象的理论叫做磁性液体第二类悬浮原理,磁性液体第二类悬浮特性具有重大的研究价值和广泛的应用领域。磁性液体惯性传感器是磁性液体第二类悬浮特性的最重要应用之一,其具有结构简单、可靠性高和使用寿命长等突出优点,具有重要的研究价值。本文针对永磁体在磁性液体中的自悬浮现象在磁性液体惯性传感器中的应用问题展开了研究,研究分两步进行,首先研究了磁性液体第二类悬浮特性（永磁体在磁性液体中的自悬浮）,其次根据第二类悬浮特性的研究结果设计了磁性液体惯性传感器并用于倾斜角度的测量,主要研究工作如下:（1）在磁性液体第二类悬浮特性的理论研究方面:根据磁性液体应力张量推导得到了浸没于磁性液体中的永磁体在自身产生的磁场作用下受到的悬浮力计算公式,该公式聚焦于磁性液体和外部环境的边界面的压强;研究了磁性液体和空气的边界面产生的表面不稳定性和永磁体受到的磁性液体悬浮力的关系,建立了磁性液体表面不稳定性和永磁体受到的悬浮力之间的相互作用模型;对永磁体在磁性液体中受到的悬浮力的计算公式进行分析,得到了简化的悬浮力计算公式;研究了永磁体、非...

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究的背景和意义
    1.2 磁性液体的简介
        1.2.1 磁性液体的组成
        1.2.2 磁性液体的制备
    1.3 磁性液体悬浮特性简介及研究现状
        1.3.1 磁性液体悬浮特性的简介
        1.3.2 磁性液体第一类悬浮特性的研究现状
        1.3.3 磁性液体第二类悬浮特性的研究现状
    1.4 磁性液体惯性传感器的研究现状
        1.4.1 惯性质量为磁性液体的惯性传感器
        1.4.2 惯性质量为非磁性物质的惯性传感器
        1.4.3 惯性质量包含永磁体的惯性传感器
    1.5 研究目标和研究内容
2 磁性液体悬浮特性的理论基础
    2.1 磁性液体应力张量
    2.2 磁性液体第二类悬浮特性的公式推导
    2.3 磁性液体表面不稳定性与悬浮力
    2.4 磁性液体悬浮力的公式简化
    2.5 组合体在磁性液体自悬浮的理论基础
    2.6 本章小结
3 永磁体在磁性液体中自悬浮现象的实验研究
    3.1 实验方案及自密封效应
    3.2 永磁体受到悬浮力和磁性液体的质量之间的关系
        3.2.1 轴向磁化永磁体受到的悬浮力的测量与分析
        3.2.2 径向磁化永磁体受到的悬浮力的测量与分析
    3.3 永磁体受到的悬浮力和悬浮高度之间的关系
    3.4 非磁性棒对磁性液体悬浮力的影响分析
    3.5 磁性悬浮力的仿真计算
    3.6 本章小结
4 组合体在磁性液体中自悬浮现象的实验研究
    4.1 圆环永磁体和内芯自悬浮现象的实验研究
    4.2 圆柱永磁体和外壳自悬浮现象的实验研究
        4.2.1 轴向磁化圆柱永磁体和外壳自悬浮现象的实验研究
        4.2.2 径向磁化圆柱永磁体和外壳自悬浮现象的实验研究
    4.3 永磁体、内芯和外壳自悬浮现象的实验研究
    4.4 容器半径对磁性液体悬浮力的影响
    4.5 本章小结
5 磁性液体惯性传感器的模型设计
    5.1 磁性液体惯性传感器的工作原理
    5.2 磁性液体惯性传感器输出特性影响因素分析
    5.3 惯性质量的结构设计
    5.4 惯性质量对线圈电感的影响
        5.4.1 惯性质量的轴向长度对线圈电感的影响
        5.4.2 惯性质量的直径对线圈电感的影响
    5.5 本章小结
6 磁性液体惯性传感器的实验研究
    6.1 惯性质量的选择
    6.2 惯性传感器信号源的设计
    6.3 惯性传感器输出电压的影响因素分析
        6.3.1 惯性质量的长度对传感器输出电压的影响
        6.3.2 惯性质量的直径对传感器输出电压的影响
        6.3.3 涡流效应对惯性传感器输出电压的影响
    6.4 惯性传感器倾斜角度测量的实验研究
    6.5 本章小结
7 结论
    7.1 论文主要结论
    7.2 论文主要创新点
    7.3 论文展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：4043756