论文部分内容阅读
磁流体是一种液体磁性材料，具有与普通磁性材料和液体材料不同的性质，在许多领域中有其特殊的用途。论文以“磁流体加速度传感器的有限元仿真和参数优化”为题，将磁流体应用到加速度传感器中，建立了一种基于永磁悬浮的磁流体加速度传感器模型，并利用有限元软件COMSOL Multiphysics对其进行了仿真分析。论文得到高等学校博士学科点专项科研基金(20060561003)、广东省自然科学基金(06025670)和中国博士后科学基金(2005037579)的资助。
论文首先介绍了磁流体在传感器领域中的应用和磁流体数值模拟技术的研究现状。阐述了磁流体的相关性质及其加速度传感器仿真分析的理论基础，分析了磁流体的力学特性和物体在磁流体中的受力以及运动情况。建立多场耦合策略和步骤，对磁流体在圆形管道中的流动进行了磁场和流场的耦合分析，比较了在有磁场作用和无磁场作用两种情况下，磁流体的流动行为的不同。利用有限元软件COMSOL Multiphysics对永磁体在磁流体中的静态悬浮能力进行了求解，表明永磁体可以在自身产生的磁场作用下，稳定的悬浮在磁流体中。永磁悬浮是磁流体加速度传感器应用到的重要原理之一，是磁流体加速度传感器能否实现的关键。基于永磁悬浮机理，建立了一种新型磁流体加速度传感器的模型，分析了传感器的工作原理和永磁体的受力，并对这种传感器进行磁场的有限元计算，利用软件的后处理模块获得磁场力的大小。根据仿真得到的结果，分析磁流体加速度传感器的静态特性，优化传感器的材料和结构参数以满足传感器的性能要求，其中主要讨论了永磁体剩磁、磁流体的磁化规律以及容器的长度等因素对传感器的量程以及灵敏度的影响。
仿真结果表明，在没有外磁场作用情况下，合理选择磁流体、永磁体及容器等参数，可以实现永磁体在磁流体中稳定悬浮。对磁流体加速度传感器的磁场进行数值模拟，通过边界积分获得永磁体受到的磁力。当永磁体的惯性力等于磁场对永磁体的作用力时，由于磁流体对永磁体的阻力作用永磁体最终会停在这一位置上，通过检测此时永磁体的位置，就能获得被测的加速度大小。