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磁性液体是一种具有超顺磁性的液态功能材料,其特有的性能使其在众多技术领域有广泛的应用前景。磁性液体在倾角传感器中的应用仍处于发展阶段。全方位、宽量程的磁性液体倾角传感器符合倾角传感器发展的要求。然而,目前对于磁性液体倾角传感器的研究绝大部分集中于单轴倾角传感器,对于全方位倾角传感器的研究较为缺乏。同时目前磁性液体倾角传感器的转换元件多数采用基于电磁感应原理的线圈,而此类转换方式需要配备结构复杂的采集系统。隧道磁电阻传感器可测量磁场,其具有灵敏度高、线性度好、线性范围宽等特点。在此基础上,本文利用类似重力摆原理设计了一种采用隧道磁电阻传感器作为转换元件的磁性液体全方位倾角传感器。主要研究内容如下:(1)设计了磁性液体全方位倾角传感器的结构,该倾角传感器的敏感元件主要由磁性液体和堆叠式永磁体构成;以隧道磁电阻传感器作为转换元件,通过检测磁场实现将倾角信号转换为电信号。该倾角传感器具有全方位测量、量程宽等优点。(2)分析了圆柱形永磁体磁场,提出了通过测量磁场,计算磁性液体中永磁体悬浮高度的方法,并通过实验测得四种堆叠式永磁体悬浮高度。(3)利用有限方法分析了堆叠式永磁体的磁场分布,确定了半径依次减小的d型堆叠式永磁体不仅能增加倾角传感器的稳定性,还拓展了传感器的线性范围。(4)设计了磁性液体全方位倾角传感器信号采集系统,通过亥姆霍兹线圈实验,得到了该采集系统输出特性曲线方程。通过通电螺线管实验,测试了该采集系统的测量精度,实验结果表明该采集系统在±300Gs范围内分辨率可达0.01Gs,精确度高于0.3%,该系统具有很高的采集精度,能够满足磁性液体全方位倾角传感器的设计需要。(5)通过磁性液体全方位倾角传感器的静态实验,得到了其输入/输出特性曲线,计算了倾角传感器的性能参数以及倾角解算表达式;通过与陀螺仪的对比实验,测试了倾角传感器。测试结果表明,在一定范围内,磁性液体全方位倾角传感器的测量值与陀螺仪一致,该倾角传感器能够全方位测量10°~170°范围内的倾角,灵敏度约为24mV/(°)。