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传感器技术是现代信息技术的源头,在现代高科技发展中占据重要的位置。在当前传感器的研究与开发中,由于材料科学的进步,采用新材料是开发新传感器的重要途径。磁流体作为一种性能独特的纳米功能材料,兼具流体和磁性材料的特性,课题组基于磁流体材料的独特性能提出了一种新型的磁流体惯性传感器。本文主要研究浸没于磁流体中柱形永磁体的磁力学模型与悬浮特性分析及其在该传感器中的应用。论文研究工作得到国家自然科学基金(50775077)、高等学校博士学科点专项科研基金(20060561003)和广东省自然科学基金(06025670)的支持。
论文从磁流体应力张量、体积力分析入手,研究在外界磁场作用下磁流体中浸没物的通用受力模型力,在此基础上分别定义非磁性和磁性浸没物所受磁场力为一次、二次磁场力,并对它们及其对应的磁浮力进行分析讨论,从而研究磁流体的悬浮特性;由于二次磁场力是本文分析的重点,且鉴于柱形永磁性体在工业应用的广泛性,建立了柱形永磁体在柱形边界磁流体中的悬浮系统,求解二次磁场力模型,并从两个方面来论证该模型的准确性,首先在无限长的容器和无限长的永磁体的边界条件下的经典理论模型来进行验证,其次采用试验和仿真技术加以验证,同时分析其影响因素,从而探讨柱形永磁体在磁流体中的稳定悬浮条件:并通过仿真永磁体竖直运动过程中的磁场动态分布状态,说明了磁浮力产生的基础,及通过仿真确定永磁体的稳定悬浮高度,以课题组提出的新型磁流体惯性传感器为平台,研究悬浮特性在该系统中的应用与实现,即建立该系统中二次磁场力模型,对新型磁流体惯性传感器中圆柱形活动永磁体悬浮高度进行相关实验和仿真,并将实验结果与仿真结果进行比较,同时分析永磁体悬浮高度与其影响因素的相关性;
永磁体悬浮高度实验及仿真试验结果证实了磁流体悬浮特性的相关理论及柱形永磁悬浮系统模型的正确性,为新型磁流体惯性传感器的结构优化奠定基础。