CN109143125B - 用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 - Google Patents
用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109143125B CN109143125B CN201810894319.1A CN201810894319A CN109143125B CN 109143125 B CN109143125 B CN 109143125B CN 201810894319 A CN201810894319 A CN 201810894319A CN 109143125 B CN109143125 B CN 109143125B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- superconducting
- dewar
- sliding groove
- decimeter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/1253—Measuring galvano-magnetic properties
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，包括相互配合，且运动方向相互垂直，或平行的永磁体组和超导运动组件；永磁体组包括两块磁化方向相反的聚磁体，以及设置于聚磁体之间，磁化方向与聚磁体磁化方向垂直的中心磁体，并在中心磁体上设置有固定销；永磁体组在远离超导运动组件的一侧，设置有与其连接的微压力传感器；超导运动组件包括杜瓦、检测杜瓦位置信息的位移传感器，以及带动杜瓦移动的电机；杜瓦内设置有高温超导体；电机、微压力传感器以及位移传感器均与控制终端连接。本装置可在分米级的距离上检测高温超导永磁弱交互作用力，具有极高的精度以及准确度。
Description
技术领域
本发明属于磁通钉扎力检测技术领域，具体涉及一种用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置。
背景技术
由于高温超导体和永磁体之间磁通钉扎效应的存在，会在两者之间产生磁通钉扎力。该力具有回复力的性质，能够使高温超导体和磁体之间实现自稳定交互作用，亦即当高温超导体与永磁体在一定距离上场冷并转变为超导态时，二者间相互作用力为零，此时为初始态；当二者间距从初始态增大，二者间相互作用力表现为吸引力；反之，当二者间距从初始态减小，二者间表现为排斥力。该特性可以保持二者相互空间位置的动态稳定。
由于磁体所产生的静磁场随空间距离的增加而迅速衰减，为获得较强的交互作用力，对高温超导体磁通钉扎效应的自稳定特性的传统应用研究主要侧重于近距离交互作用。其典型的应用包括高温超导永磁悬浮列车，其高温超永磁体间距为10mm左右，以及其他近距离交互作用应用，如高温超导磁浮轴承、高温超导电机等。为评估近距离作用下高温超导永磁交互作用特性，通常采用将盛装高温超导体的杜瓦通过力传感器与压力机相连，杜瓦置于永磁体之上。通过压力机的上下循环移动或一定距离下的水平往复移动，测量高温超导体与永磁体之间垂直交互作用力及水平自稳定力与相互空间位置变化的关系，以及悬浮力随循环次数变化的特性，从而为实际应用提供依据。由于近距离交互作用力较强，通常其大小远超过杜瓦自身重量，因此，忽略杜瓦本身的重量及测试过程中液氮的少量挥发对测量精度的影响不会对测试结果产生较大误差。
除近距离交互作用应用外，高温超导磁通钉扎自稳定特性非常适用于航天器的在轨装配及组群姿态维持等方面的应用。由于空间环境下，无需克服重力影响，分米作用距离上，高温超导永磁间较小的交互作用力也可以满足其空间操控方面的应用需求。然而，要实现其在空间领域的具体应用，必须测量高温超导体与磁体在分米级距离上交互作用特性，从而为其空间操控应用提供可行性依据。在分米级交互作用距离上，由于磁体静磁场迅速衰减，高温超导永磁交互作用力很弱，为保证较高的测量精度，需采用小量程、高精度的微压力传感器。此时，如采用传统测量方法，一方面，杜瓦自重会超出微压力传感器量程而易于导致传感器损坏；另一方面，杜瓦自重远超出高温超导永磁在分米距离上的交互作用力，以及杜瓦液氮的挥发，均将导致测量的背景噪声及相对误差较大，因此需要设计新的测试方法，以准确测量分米距离上高温超导永磁的弱交互作用特性，为其实际空间应用提供依据。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，可有效解决现有检测过程中存在的精度以及准确度不足的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，包括相互配合，且运动方向相互垂直，或平行的永磁体组和超导运动组件；
永磁体组包括两块磁化方向相反的聚磁体，以及设置于聚磁体之间，磁化方向与聚磁体磁化方向垂直的中心磁体，并在中心磁体上设置有固定销；永磁体组在远离超导运动组件的一侧，设置有与其连接的微压力传感器；
超导运动组件包括杜瓦、检测杜瓦位置信息的位移传感器，以及带动杜瓦移动的电机；杜瓦内设置有高温超导体；
电机、微压力传感器以及位移传感器均与控制终端连接。
进一步地，还包括底座；底座上开有相互垂直的横向滑槽和纵向滑槽；永磁体组活动设置于横向滑槽上，超导运动组件活动设置于纵向滑槽上，且纵向滑槽处设置有纵向滑槽标尺。
进一步地，横向滑槽上活动设置有磁体悬挂底座，磁体悬挂底座上固定设置有立柱；立柱顶端设置有悬臂，并在悬臂上开有将其贯穿的悬臂滑槽。
进一步地，立柱朝向超导运动组件的一侧设置有位于悬臂下方的传感器座；传感器座上设置有微压力传感器；微压力传感器通过传感器连杆与固定销连接。
进一步地，悬臂滑槽上活动设置有定位挂钩；定位挂钩与固定销之间通过拉绳连接，使得施加在微压力传感器上的永磁体组自重水平分量为8～12N
进一步地，纵向滑槽上活动设置有电机支架；电机支架上端设置有与永磁体组处于同一高度的丝杆座；丝杆座内设置有丝杆；丝杆远离永磁体组的一端与电机连接，另一端与伸缩臂连接；伸缩臂通过杜瓦连杆与杜瓦连接，并在伸缩臂与杜瓦连杆的连接处设置有位移传感器。
进一步地，电机为步进电机。
进一步地，控制终端为计算机。
本发明的有益效果为：
1、采用悬挂方式，由拉绳承担磁体组重量，避免微压力传感器直接承担磁体重量，导致微压力传感器荷载超量程而损坏；同时也避免因较大磁体重量直接作用于微压力传感器，导致测量相对误差过大，影响测量精度。
2、此外，由于高温超导体在与永磁体组相互位置关系确定时，以液氮冷却进入超导态，此时为高温超导永磁交互作用力为零的初始态，当高温超导体向远离永磁体组方向运动时，二者间表现为吸引力，当高温超导体和永磁体组间距从初始态减小时，二者间表现为排斥力。为能够准确测量二者间距增大时产生的吸引力，需要在初始态下对微压力传感器施加初始预设压力。因此，根据高温超导永磁交互作用力的大小，通过沿悬臂滑槽移动悬挂定位挂钩的位置，调节悬挂磁体组的拉绳与垂直方向的夹角大小，获得通过传感器连杆作用于微压力传感器的初始预设8～12N的压力，从而使得在分米作用距离上，当高温超导体沿磁体组轴向或切向往复运动时，精确测量二者之间的交互作用力随相对位置的变化关系。
附图说明
图1为高温超导永磁轴向交互作用力测量状态下的正视图；
图2为高温超导永磁轴向交互作用力测量状态下的俯视图；
图3为高温超导永磁切向交互作用力测量状态下的俯视图；
图4为永磁体组的局部仰视图；
图5为悬臂与悬臂滑槽及定位挂钩的局部仰视图。
其中，1、磁体悬挂底座；2、立柱；3、固定销；4、聚磁体；5、中心磁体；6、螺栓；7、传感器座；8、微压力传感器；9、传感器连杆；10、悬臂；11、水平螺栓；12、悬臂滑槽；13、定位挂钩；14、拉绳；15、杜瓦；16、超导体；17、杜瓦连杆；18、位移传感器；19、伸缩臂；20、丝杆座；21、驱动丝杆；22、电机；23、电机支架；24、底座；25、纵向滑槽；26、横向滑槽；27、纵向滑槽标尺；28、纵向滑槽螺栓；29、横向滑槽螺栓；30、控制终端。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
如图1和图2所示，该用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，包括底座24，在底座24的上表面开有相互垂直的横向滑槽26和纵向滑槽25，并在横向滑槽26和纵向滑槽25上分别设置有能在其上移动的磁体悬挂底座1和电机支架23，且磁体悬挂底座1和电机支架23上分别安装有相互配合，且运动方向相互垂直，或平行的永磁体组和超导运动组件。
如图1所示，磁体悬挂底座1通过横向滑槽螺栓29安装于底座24上，可通过手动调节横向滑槽螺栓29的松紧度，来实现磁体悬挂底座1在底座24上的横向移动。
如图1所示，磁体悬挂底座1上固定有立柱2，立柱2的顶端固定有朝向电机支架23的悬臂10，在悬臂10邻近电机支架23的一端开有将其贯穿的悬臂滑槽12。
如图1和图5所示，在悬臂滑槽12的上端固定有可自由周向转动的水平螺栓11，在水平螺栓11上设置有与其通过螺纹配合，并穿过悬臂滑槽12的定位挂钩13，由此，当周向转动水平螺栓11时，即可实现定位挂钩13的移动。
如图1所示，在立柱2朝向电机支架23的一侧壁上，固定有位于悬臂10下方的传感器座7，并在传感器座7上安装有与控制终端连接的微压力传感器8(型号：Nano17TitaniumSI-16-0.1，ATI公司生产)，同时，微压力传感器8通过传感器连杆9与永磁体组连接。
如图1和图4所示，永磁体组包括两块磁化方向相反的聚磁体4，以及设置于聚磁体4之间，磁化方向与聚磁体4的磁化方向垂直的中心磁体5，且中心磁体5上设置有朝向悬臂10的固定销3，同时，聚磁体4和中心磁体5通过螺栓6固定。
如图1所示，传感器连杆9嵌入固定销3内，同时，固定销3通过拉绳14与定位挂钩13连接，使得拉绳14与垂直方向之间形成一定大小的夹角，优选拉绳14为碳纤维绳；同时，通过周向转动水平螺栓11来调节定位挂钩13的位置，可调整拉绳12与垂直方向之间的夹角的角度，使得施加于微压力传感器8上的永磁体组自重的水平分量为8～12N。
如图1所示，电机支架23通过纵向滑槽螺栓28安装于底座24上，并能通过调节纵向滑槽螺栓28的松紧程度，来实现使电机支架23在底座24上移动的目的，同时，在纵向滑槽25处设置有纵向滑槽标尺27，以实现精确调节电机支架23移动距离的目的。
如图1所示，在电机支架23的上端固定有永磁体组处于同一高度的丝杆座20，并在丝杆座20内设置有丝杆21，而丝杆21远离永磁体组的一端与电机22连接，另一端与伸缩臂19连接，使得伸缩臂19能在电机22的带动下完成伸缩运动，优选电机22为步进电机，且电机22与控制终端30连接，优选控制终端为计算机。
如图1和图3所示，在伸缩臂19邻近永磁体组的一端固定有与永磁体组处于同一高度的杜瓦15，杜瓦15与伸缩臂19之间通过杜瓦连杆17连接，在杜瓦15内放置有能与永磁体组产生磁交互作用力的高温超导体16。
如图1所示，在杜瓦连杆17与伸缩臂19连接处，设置有与控制终端连接的位移传感器18，以实时检测高温超导体16的运动位置。
实施例2
高温超导永磁轴向作用力随二者空间位置变化关系的测量过程如下：
A.设置永磁体组，使其中心磁体5磁化方向对准高温超导体16，并在电机22的驱动下，经丝杆21、伸缩臂19、杜瓦连杆17传动，使得杜瓦15和超导块16往复运动方向一致。
B.沿横向滑槽26移动立柱2，粗调永磁体组与高温超导体16轴向作用间距，使得杜瓦15与中心磁体5刚好接触，通过电机22拉开永磁体组的中心磁体5与高温超导体16轴向作用间距，使之在分米级间距上达到准确设定值。
C.调节水平螺栓11，沿悬臂滑槽12移动定位挂钩13，调节悬挂永磁体组的拉绳14与垂直方向的夹角θ，使经传感器连杆9施加至微压力传感器8的水平压力为8～12N。
D.向杜瓦15加注液氮，使高温超导体16进入超导态。
E.使电机22在预设时间内正向及反向旋转，并经丝杆21、伸缩臂19、杜瓦连杆17传动，使得杜瓦15和超导块16在预设距离上往复运动。
F.通过与伸缩臂19相连的位移传感器18(型号：WDL直滑式导电塑料电位器)记录高温超导体16与永磁体组的相对位置变化过程；通过微压力传感器8，实时记录高温超导体16与永磁体组的相互作用力，并传输至计算机中，从而准确测量二者轴向作用力随相对空间位置关系的变化过程。
实施例3
高温超导永磁切向作用力随二者空间位置变化关系的测量过程如下：
A.设置永磁体组，使其中心磁体5磁化方向与高温超导体16在电机22驱动下的往复运动方向垂直。
B.沿横向滑槽26移动立柱2，然后参照纵向滑槽标尺27，沿纵向滑槽25移动电机支架23，使其永磁体组的中心磁体5对准高温超导体16，同时使得高温超导体16与中心磁体5的间距为分米级预设值。
C.调节水平螺栓11，沿悬臂滑槽12移动定位挂钩13，调节悬挂永磁体组的拉绳14与垂直方向的夹角θ，预设永磁体组重量的水平分量为8～12N，并使之经传感器连杆9施加于微压力传感器8。
D.向杜瓦15中加注液氮，使高温超导体16进入超导态。
E.使电机22在预设时间内正向及反向旋转，并经丝杆21、伸缩臂19、杜瓦连杆17传动，使得杜瓦15和超导块16在预设距离上往复运动。
F.通过与伸缩臂19相连的位移传感器18记录高温超导体16与永磁体组的相对位置变化过程；通过微压力传感器8实时记录高温超导体16与永磁体组在切向上的相互作用力，并将检测结果传输至计算机中，从而准确测量二者轴向作用力随相对空间位置关系的变化过程。
Claims (5)
1.一种用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，其特征在于，包括相互配合，且运动方向相互垂直，或平行的永磁体组和超导运动组件；
所述永磁体组包括两块磁化方向相反的聚磁体(4)，以及设置于聚磁体(4)之间，磁化方向与聚磁体(4)磁化方向垂直的中心磁体(5)，并在中心磁体(5)上设置有固定销(3)；所述永磁体组在远离超导运动组件的一侧，设置有与其连接的微压力传感器(8)；
所述超导运动组件包括杜瓦(15)、检测杜瓦(15)位置信息的位移传感器(18)，以及带动杜瓦(15)移动的电机(22)；所述杜瓦(15)内设置有高温超导体(16)；
所述电机(22)、微压力传感器(8)以及位移传感器(18)均与控制终端(30)连接；
所述装置还包括底座(24)；所述底座(24)上开有相互垂直的横向滑槽(26)和纵向滑槽(25)；所述永磁体组活动设置于横向滑槽(26)上，超导运动组件活动设置于纵向滑槽(25 )上，且纵向滑槽(25 )处设置有纵向滑槽标尺(27)；
所述横向滑槽(26)上通过横向滑槽螺栓(29)活动设置有磁体悬挂底座(1)；所述磁体悬挂底座(1)上固定设置有立柱(2)；所述立柱(2)顶端设置有悬臂(10)，并在悬臂(10)上开有将其贯穿的悬臂滑槽(12)；
所述悬臂滑槽(12)上活动设置有定位挂钩(13)；所述定位挂钩(13)与固定销(3)之间通过拉绳(14)连接，使得施加在微压力传感器(8)上的永磁体组自重水平分量为8～12N。
2.根据权利要求1所述的用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，其特征在于，所述立柱(2)朝向超导运动组件的一侧设置有位于悬臂(10)下方的传感器座(7)；所述传感器座(7)上设置有微压力传感器(8)；所述微压力传感器(8)通过传感器连杆(9)与固定销(3)连接。
3.根据权利要求1所述的用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，其特征在于，所述纵向滑槽(25)上通过纵向滑槽螺栓(28)活动设置有电机支架(23)；所述电机支架(23)上端设置有与永磁体组处于同一高度的丝杆座(20)；所述丝杆座(20)内设置有丝杆(21)；所述丝杆(21)远离永磁体组的一端与电机(22)连接，另一端与伸缩臂(19)连接；所述伸缩臂(19)通过杜瓦连杆(17)与杜瓦(15)连接，并在伸缩臂(19)与杜瓦连杆(17)的连接处设置有位移传感器(18)。
4.根据权利要求3所述的用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，其特征在于，所述电机(22)为步进电机。
5.根据权利要求1所述的用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置，其特征在于，所述控制终端为计算机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810894319.1A CN109143125B (zh) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810894319.1A CN109143125B (zh) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109143125A CN109143125A (zh) | 2019-01-04 |
| CN109143125B true CN109143125B (zh) | 2020-10-09 |
Family
ID=64791973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810894319.1A Expired - Fee Related CN109143125B (zh) | 2018-08-08 | 2018-08-08 | 用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109143125B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110697083B (zh) * | 2019-10-22 | 2021-02-19 | 西南交通大学 | 利用高温超导永磁交互作用力操控微小卫星组态的模拟装置 |
| CN110658483B (zh) * | 2019-11-05 | 2020-08-11 | 西南交通大学 | 高温超导体与永磁体交互作用力测试装置及方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100360952C (zh) * | 2004-12-28 | 2008-01-09 | 陕西师范大学 | 三维空间磁场与磁力测试装置 |
| US8228055B2 (en) * | 2008-09-16 | 2012-07-24 | Los Alamos National Security, Llc | Apparatus and method for measuring critical current properties of a coated conductor |
| CN104180750B (zh) * | 2014-07-07 | 2017-04-26 | 西安交通大学 | 一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法 |
| CN206557364U (zh) * | 2017-02-22 | 2017-10-13 | 西南交通大学 | 一种变温条件下高温超导块材悬浮与导向特征的测试装置 |
| CN107219476B (zh) * | 2017-05-05 | 2019-09-06 | 中国科学院电工研究所 | 高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置 |
-
2018
- 2018-08-08 CN CN201810894319.1A patent/CN109143125B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109143125A (zh) | 2019-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109143125B (zh) | 用于分米级距离上检测高温超导永磁弱交互作用力的装置 | |
| CN100360952C (zh) | 三维空间磁场与磁力测试装置 | |
| CN100495063C (zh) | 高温超导磁悬浮性能测试装置及使用该装置的测试方法 | |
| CN102854478B (zh) | 单块高温超导块材磁悬浮特性测试装置 | |
| CN107219476B (zh) | 高温超导磁悬浮轴承悬浮特性三维测量装置 | |
| CN112964486B (zh) | 一种高温超导磁悬浮侧向扰动测量*** | |
| Deng et al. | Levitation performance of rectangular bulk superconductor arrays above applied permanent-magnet guideways | |
| CN105300567A (zh) | 一种高梯度强磁场磁悬浮特性测试技术 | |
| CN113296036A (zh) | 一种基于制冷机的超导磁悬浮***性能测试装置 | |
| CN103440801A (zh) | 一种可演示超导磁悬浮现象以及测试磁悬浮力的实验仪器 | |
| CN110231137A (zh) | 一种适用于继电器抗跌落性能测试的试验***及方法 | |
| CN105372608A (zh) | 可变高磁场下高温超导线圈磁悬浮特性测试装置 | |
| CN110221231A (zh) | 磁悬浮力的特性测试装置 | |
| CN112087162B (zh) | 一种基于超导体完全抗磁性的超导平动磁悬浮*** | |
| CN202533569U (zh) | 块状高温超导体俘获磁场测量装置 | |
| CN111796224A (zh) | 一种保压控制器高温环境下磁力测试装置及测试*** | |
| CN205049264U (zh) | 一种高梯度强磁场磁悬浮特性测试装置 | |
| CN205317921U (zh) | 一种可变高磁场下高温超导线圈磁悬浮特性测试设备 | |
| CN203275069U (zh) | 无摩擦气缸抗侧向力测试装置 | |
| US20220181054A1 (en) | Magnetic levitation apparatus and measurement apparatus using the same | |
| Zeng et al. | An Improved High-$ T_ {\rm c} $ Superconducting Maglev Measurement System With Multi-Parameter Test and Movement Functions | |
| CN111880131B (zh) | 可模拟高温环境的保压控制器磁力测试用夹持组件及方法 | |
| CN103176145B (zh) | 块状高温超导体俘获磁场测量装置及方法 | |
| CN110658483B (zh) | 高温超导体与永磁体交互作用力测试装置及方法 | |
| CN113495238B (zh) | 有背景磁场的动态超导磁体热负载测试*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201009 Termination date: 20210808 |