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新型纳米功能材料磁流体与传感结合可以大大推动新型智能传感技术的发展。论文以“基于磁力学模型的磁流体惯性传感磁浮与磁粘理论研究”为题，论文系统地研究悬浮式磁流体惯性传感中浸没物力学理论与悬浮传感的动态粘度可控。这对推进智能传感理论与技术进步有重要的学术价值与实际意义。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）资助。
论文对基于磁流体敏感特性的传感器和磁浮磁粘基础理论国内外研究进展进行分析，确定论文将深入计算磁流体中的磁力学模型，解析球形、柱形等具体形态的永磁体浸没物所受磁场力，探讨影响主动悬浮或自悬浮的参数，建立磁流体的磁粘和动力方程，探索一种可控悬浮式磁流体宽量程惯性传感结构的实现方法。主要工作包括：
（一）基于磁流体静力学原理，分析磁流体中磁力学模型，探索浸没物的受力规律。采用能量法联系热力学功和表面力的机械功之间关系推导磁流体中应力张量通用表达式，磁流体中的应力张量分布由磁场唯一确定；应用应力张量通解推导磁流体中浸没物所受磁场力通解，并根据浸没物的不同类别分别求出一次磁浮力和二次磁浮力通解；在分析浸没物受力规律基础上，探讨磁流体中浸没物稳定悬浮的充要条件。
（二）首次利用磁场力通解模型求解球形永磁悬浮系统中的磁浮力模型，分析磁导率、永磁体的剩余磁化强度和半径、容器半径以及永磁体相对于容器中心位置的位移对磁场力的影响，提出可通过合理参数组合取值控制磁场力的大小；从理论上证明理想的无重力场中，容器中心是永磁体受力平衡位置，即使发生偏移磁场力将产生作用使其回复；重力场由于外力的存在使平衡位置下移，始终有满足自悬浮现象的条件存在。当确定永磁体悬浮系统所有结构参数后，永磁体在磁流体中自悬浮位置为恒定值；若其它各个参数变化，自悬浮位置也变化，这些结论对实现平衡位置可控具有重要指导价值。
（三）应用柱形永磁悬浮系统的二次磁场分布模型，首次解析得到柱形永磁悬浮系统的二次磁场力模型，求解过程对浸没物受力的三维非线性偏微分方程求解有重要的通用指导价值。在双极坐标无限长简化条件下对模型的边界条件及特解进行验证，证明合理参数组合取值可以控制竖直磁场力和轴向磁场力的大小，固定其它参数条件时永磁体长度与柱形永磁体能否自悬浮无关；轴向偏移对竖直磁场力影响微小；外力的存在使平衡位置下移，但系统始终有满足自悬浮现象的条件存在。系统仿真实验得到永磁体悬浮高度为1．28mm，与理论计算结果吻合。基于球形、柱形永磁悬浮系统的磁场分布模型，提出一种磁流体中永磁体位置测量方法，该方法利用磁场与永磁体位置存在的唯一对应关系，通过测量磁场分量值获取永磁体位置。
（四）基于应力张量和彻体力的关系推导磁流体中彻体力模型，对磁流体的两种简化形式Helmholtz力和Kelvin力进行解析和界定。推导完善磁流体中一次粘性力模型；基于分子环流理论推导单位体积磁流体磁力矩，结合磁流体的磁化方程推导二次粘性力模型。根据该模型研究二次粘性系数与外加磁场之间的关系，结果表明通过磁场控制，二脂基磁流体的二次粘性系数可接近一次粘性系数的10倍。联立磁流体动力学方程、柱形永磁悬浮系统中的磁场分布模型，创新性构建悬浮式磁流体惯性传感多场耦合系统环境，耦合分析结果表明磁流体具有显著磁粘效应，间隙磁粘控制是实现传感可控的关键。
（五）基于传感器运动受力模型和永磁体回复力模型建立悬浮式磁流体惯性传感动态特性模型，在磁流体惯性传感结构特征分析基础上提出一种间隙流动磁粘控制方法，该方法在间隙局部施加磁场以增大阻尼系数，进而增加永磁体两端的压力差及间隙剪切力，并导致质量块的运动速度降低。
论文实验表明基于磁浮与磁粘效应的悬浮式磁流体惯性传感具有明显的输出可控性。实验结果表明以初始传感输出幅值为基准，传感输出幅值变化幅度随着间隙控制电流递增，1．2A控制电流能够使质量块运动位移的幅值降低约67．2％，量程放大为初始值近3倍；对比四种不同的磁流体磁粘控制效果，得出以二脂基磁流体为材料的传感结构输出幅值变化最大，为92．1％，最大量程可从28．9g变化为366g；对比不同间隙条件下的传感输出，得出间隙越小的传感结构输出幅值变化幅度越大，间隙0．8mm时最大量程可从31．1g变化为634g。