【摘 要】
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基于磁流体动力学（Magnetohydrodynamic,MHD）的微角振动传感器,能够敏感微振动频率和角速率,具有高的动态特性和宽的阻尼调节特性。相较于传统的角速率传感器（如陀螺仪）不存在机械磨损和摩擦阻尼,可靠性高,寿命长,广泛应用于航空航天领域。目前MHD微角振动传感器的研究主要集中在流体环结构、磁路结构、低频拓展及信号降噪等,对内部导电流体参数及对传感器性能影响的研究鲜有报道,如导电流体气
【基金项目】
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国家自然科学基金委资助项目-国家重大科研仪器研制项目“基于磁流体的航天器姿态微角振动测量仪”,项目批准号:61427810；
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基于磁流体动力学（Magnetohydrodynamic,MHD）的微角振动传感器,能够敏感微振动频率和角速率,具有高的动态特性和宽的阻尼调节特性。相较于传统的角速率传感器（如陀螺仪）不存在机械磨损和摩擦阻尼,可靠性高,寿命长,广泛应用于航空航天领域。目前MHD微角振动传感器的研究主要集中在流体环结构、磁路结构、低频拓展及信号降噪等,对内部导电流体参数及对传感器性能影响的研究鲜有报道,如导电流体气体溶解度随温变化对传感器的影响,导电流体膨胀系数随温变化对传感器的影响等。受温度影响,导电流体膨胀或收缩,气体的浸入或释放,或装配过程中引入气体,形成气液两相流,影响导电流体的流速和输出电势,进而影响传感器的精度。本文针对目前MHD微角振动传感器所用的导电流体材料,从气体溶解度参数及对传感器性能影响做了如下研究:首先,阐述了MHD微角振动传感器的工作原理,分析了气体与导电流体形成的两相流对传感器输出精度的影响。利用CFD仿真软件,对传感器内部流体环的流场磁场进行了耦合仿真,理论分析了导电流体单相流、导电流体气液两相流的流速、输出电势分布特性与气体含量的关系。说明气体含量大小对传感器性能影响是不相同的。其次,对导电流体的气体溶解度进行研究,即在理想状态下,导电流体浸入的气体是否对传感器产生影响。调研分析了现有溶解度测定方法,在此基础上创新提出了静态法与双体积压力衰减法结合的测定方法（已申报专利）并制定了实验方案。设计并搭建了实验装置,利用Python语言及Qt库编写了上位机数据采集及处理软件,系统联调稳定可靠。最后,利用设计的实验装置依据实验方案,完成了导电流体气体溶解度测定实验。实验表明,在常压范围内导电流体的气体溶解度随温度升高呈非线性递减。结合理论仿真,得出在实验条件下测得的导电流体气体溶解度对传感器输出电势的影响小于0.03%。为后续传感器的设计奠定理论基础。
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