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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。本文主要研究磁流体悬浮特性及其在该传感器中的应用,同时鉴于该新型磁流体惯性传感器中涉及较为复杂的电磁场,为保证传感器功能的实现,对传感器进行电磁兼容性分析。课题研究得到了国家自然科学基金(50775077)、广东省自然科学基金(060 25670)和高等学校博士学科点专项科研基金(20060561003)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,且鉴于任意形状磁性体在磁流体中所受磁场力的求解极其复杂,以球形永磁体在球形边界磁流体中的悬浮系统为例,求解二次磁场力模型,并分析其影响因素,从而探讨永磁体在磁流体中的稳定悬浮条件；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,通过仿真确定永磁体的稳定悬浮高度,指导传感器的设计；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,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；最后对课题组提出的传感器进行系统内的电磁兼容性分析,确定各分系统在共同的电磁场环境中能否满足电磁兼容性的要求,实现各自功能。
永磁体悬浮高度实验证实了磁流体悬浮特性的相关理论及仿真试验结果的正确性,为新型磁流体惯性传感器的结构优化奠定基础。此外基于对该传感器电磁兼容性的分析结果提出改进措施,提高其电磁兼容性。