專利名稱：超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種漂移測(cè)試裝置，特別涉及用于超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
隨著新型材料和低溫技術(shù)的不斷發(fā)展加快了超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，超導(dǎo)體獨(dú)特的物理特性能有著其它材料不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，如無阻載流能力、完全抗磁性以及量子相干效應(yīng)等等。基于超導(dǎo)體各種特性研發(fā)的高精度超導(dǎo)儀器設(shè)備在能源、信息、環(huán)境探測(cè)、軌道交通、醫(yī)療診斷和科學(xué)儀器等方面有著重要的應(yīng)用。超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試的基本目的是要確定超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子在系統(tǒng)中使用的精度指標(biāo)和可靠性。通過對(duì)漂移測(cè)試數(shù)據(jù)的處理， 不僅可以測(cè)定超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移角速度，還可以分離出漂移誤差模型中的各項(xiàng)系數(shù)。通過測(cè)試以便發(fā)現(xiàn)問題，并探索提高系統(tǒng)精度的改進(jìn)途徑，另外通過測(cè)試可以定量找出各種誤差的數(shù)值，修正轉(zhuǎn)子漂移數(shù)學(xué)模型，研究適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償方法，消除有規(guī)律的誤差，從而進(jìn)一步提高所述的轉(zhuǎn)子所在系統(tǒng)的精度。轉(zhuǎn)子的漂移測(cè)試還可以檢驗(yàn)裝置裝配工藝過程，驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題的原因、確定解決問題的新方法和技術(shù)，綜合評(píng)估轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的技術(shù)性能和精度指標(biāo)。科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，精度指標(biāo)也在不斷提高，因此對(duì)于轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試的方法和精度也提出了更高的要求。漂移測(cè)試是一項(xiàng)非常精密、非常復(fù)雜的工作，對(duì)于不斷出現(xiàn)的新型產(chǎn)品，需要研究開發(fā)匹配相應(yīng)的測(cè)試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有裝置測(cè)量精度低，測(cè)試時(shí)裝置需要多次進(jìn)行方位調(diào)整等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置及測(cè)試方法。本發(fā)明裝置具有測(cè)量方法簡(jiǎn)便、 測(cè)量精度高等特點(diǎn)。本發(fā)明測(cè)試裝置包括基座、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、傾斜軸、外旋轉(zhuǎn)軸、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具、低溫容器、制冷機(jī)、防輻射屏、液氦容器、氦氣管、轉(zhuǎn)子腔、超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子、懸浮線圈、光電傳感器。所述的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)安放在基座上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以地垂線為旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上安放有傾斜軸，傾斜軸上裝有外旋轉(zhuǎn)軸，外旋轉(zhuǎn)軸與X坐標(biāo)軸平行。外旋轉(zhuǎn)軸的中間位置安裝有內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸，內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸與Z坐標(biāo)軸平行，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸支架上固定連接測(cè)試夾具，低溫容器固定在測(cè)試夾具上，低溫容器可圍繞內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)。外旋轉(zhuǎn)軸和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸均可 360度旋轉(zhuǎn)。傾斜軸帶有鎖緊裝置。所述的制冷機(jī)安裝在低溫容器的上端，低溫容器內(nèi)部通過拉桿固定卷筒形狀的防輻射屏，在防輻射屏筒內(nèi)布置液氦容器，液氦容器通過螺釘固定在制冷機(jī)的二級(jí)冷頭下端。 在液氦容器內(nèi)部通過拉桿固定轉(zhuǎn)子腔。轉(zhuǎn)子腔外部為圓柱狀，內(nèi)部為球形腔。超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子位于轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子為外表面閉合的空心球體，其頂端加工成平面用于測(cè)量超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸偏移信息。轉(zhuǎn)子腔的上下端面分別布置有懸浮線圈，通過所述的懸浮線圈使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子懸浮。轉(zhuǎn)子腔內(nèi)赤道附近裝有氦氣管，氦氣管的管口布置在轉(zhuǎn)子腔內(nèi)壁沿超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子赤道切線方向上，通過氦氣管將一定壓力的氦氣輸入至轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，氦氣摩擦超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子赤道表面使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子不斷加速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后，再通過氦氣管將轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的氦氣抽出，使轉(zhuǎn)子腔內(nèi)形成真空。所述的光電傳感器安裝在超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子頂部上方。所述的光電傳感器檢測(cè)超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸偏移信息，并將超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸偏移信息信號(hào)反饋給內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸的伺服控制系統(tǒng)，通過伺服控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸偏移信號(hào)的變化率始終保持為零，即使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸與當(dāng)?shù)厮矫娲怪保⑼ㄟ^測(cè)角電路測(cè)量?jī)?nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)的角度。本發(fā)明測(cè)試裝置以超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、 傾斜軸、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子的X坐標(biāo)軸沿水平面指向北方向，y坐標(biāo)軸沿地垂線指向天，使Z坐標(biāo)軸沿水平面指向東方向。^為測(cè)試裝置所在的當(dāng)?shù)氐乩砭暥龋?e為地球自轉(zhuǎn)角速度，則地球自轉(zhuǎn)角速度在χ坐標(biāo)軸上的分量為 e COS識(shí)，地球自轉(zhuǎn)角速度在1坐標(biāo)軸上的分量為 e sin識(shí)。采用本發(fā)明裝置測(cè)試超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移角速度的方法是通過測(cè)量?jī)?nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，計(jì)算內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角速度，再根據(jù)漂移測(cè)試數(shù)學(xué)模型公式計(jì)算出超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移角速度，具體步驟如下1、通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、傾斜軸、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸和外旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子的χ坐標(biāo)軸沿水平面指向北方向，y坐標(biāo)軸沿地垂線指向天，使ζ坐標(biāo)軸沿水平面指向東方向。2、建立超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試數(shù)學(xué)模型為
權(quán)利要求
1.超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置，其特征在于所述的裝置包括基座(1)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2)、低溫容器(5)、制冷機(jī)(6)、防輻射屏(7)和液氦容器(8)；所述的制冷機(jī)(6)安裝在低溫容器(5)的上端；所述的低溫容器(5)內(nèi)部通過拉桿固定卷筒形狀的防輻射屏(7)；在防輻射屏(7)筒內(nèi)布置液氦容器(8)，液氦容器(8)通過螺釘固定在制冷機(jī)(6)的二級(jí)冷頭下端，在液氦容器(8)內(nèi)部通過拉桿固定轉(zhuǎn)子腔(9)；所述的測(cè)量裝置還包括傾斜軸(3)、外旋轉(zhuǎn)軸G)、轉(zhuǎn)子腔(9)、超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)、 氦氣管(11)、光電傳感器(12)、懸浮線圈(13)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具(15)；所述的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)( 安放在基座(1)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)O)以地垂線為旋轉(zhuǎn)軸360度旋轉(zhuǎn)； 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)( 上安放有傾斜軸(3)，傾斜軸( 帶有鎖緊裝置；傾斜軸( 上裝有外旋轉(zhuǎn)軸 G)，外旋轉(zhuǎn)軸⑷與χ坐標(biāo)軸平行，外旋轉(zhuǎn)軸⑷的中間位置安裝有內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)與ζ坐標(biāo)軸平行，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)上固定內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具(15)，低溫容器( 固定在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具(15)上，低溫容器(5)能夠隨內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14) 一起旋轉(zhuǎn)；所述的超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)位于轉(zhuǎn)子腔(9)內(nèi)，轉(zhuǎn)子腔(9)上下端面分別布置有懸浮線圈(13)，通過所述的懸浮線圈(13)使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)懸??；所述的轉(zhuǎn)子腔(9) 內(nèi)赤道附近裝有氦氣管(11)；所述的光電傳感器(1 安裝在超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)的頂部上方；光電傳感器(1 檢測(cè)超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)旋轉(zhuǎn)軸偏移信息，并將超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子 (10)旋轉(zhuǎn)軸偏移信息信號(hào)反饋給內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸(4)的伺服控制系統(tǒng)，通過伺服控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)旋轉(zhuǎn)軸偏移信息信號(hào)的變化率始終保持為零。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置，其特征在于，所述的超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)為外表面閉合的空心球體，超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)的頂端加工成平面用于測(cè)量超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)旋轉(zhuǎn)軸偏移信息。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置，其特征在于，所述的氦氣管(11)的下端管口布置在轉(zhuǎn)子腔(9)的內(nèi)壁沿超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)赤道切線方向上， 氦氣管(11)的上端管口布置在低溫容器( 上端面。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置，其特征在于，所述的測(cè)試裝置以超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)球心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)O)、傾斜軸(3)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸(4)的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)的χ坐標(biāo)軸沿水平面指向北方向，y坐標(biāo)軸沿地垂線指向天，使ζ坐標(biāo)軸沿水平面指向東方向，外旋轉(zhuǎn)軸(4)平行于χ坐標(biāo)軸，內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)平行于ζ坐標(biāo)軸，外旋轉(zhuǎn)軸⑷和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)均能夠360 度旋轉(zhuǎn)。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置測(cè)試超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移角速度的方法，其特征在于所述的測(cè)試方法步驟如下1)通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)O)、傾斜軸(3)、內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)的χ坐標(biāo)軸沿水平面指向北方向，y坐標(biāo)軸沿地垂線指向天，使ζ坐標(biāo)軸沿水平面指向東方向；ω χ = dr + ecos^ =P +ωβηφ2)建立超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)漂移測(cè)試數(shù)學(xué)模型為j= V( dx)2 +((Odyf式中為地球自轉(zhuǎn)角速度，識(shí)為測(cè)試裝置所在的當(dāng)?shù)氐乩砭暥龋?amp;為內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)相對(duì)基座矢量在χ坐標(biāo)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，々為外旋轉(zhuǎn)軸(4)相對(duì)基座矢量在y坐標(biāo)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；3)將光電傳感器(1 輸出的超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)旋轉(zhuǎn)軸偏移信號(hào)反饋給內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸 (14)和外旋轉(zhuǎn)軸⑷的伺服控制系統(tǒng)，控制內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸⑷相對(duì)基座⑴旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，保持光電傳感器(1 的輸出信號(hào)的變化率為零，通過放置在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14) 和外旋轉(zhuǎn)軸(4)上的測(cè)角傳感器測(cè)量?jī)?nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)和外旋轉(zhuǎn)軸(4)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角α (t)和 β (t)，對(duì)其進(jìn)行微分運(yùn)算得到角速度參量 和々，再根據(jù)超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)漂移測(cè)試數(shù)學(xué)模型公式，計(jì)算出超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)漂移角速度《d。
全文摘要
一種超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子漂移測(cè)試裝置，其旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(2)上安放傾斜軸(3)，傾斜軸(3)上裝有外旋轉(zhuǎn)軸(4)，外旋轉(zhuǎn)軸(4)的中間位置安裝有內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)，在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)上固定內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具(15)，低溫容器(5)固定在內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸夾具(15)上。在指定的空間坐標(biāo)系下，通過伺服系統(tǒng)控制外旋轉(zhuǎn)軸(4)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電傳感器(12)的輸出信號(hào)變化率為零，并記錄外旋轉(zhuǎn)軸(4)和內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸(14)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過建立的漂移測(cè)試數(shù)學(xué)模型公式，計(jì)算得到超導(dǎo)磁懸浮轉(zhuǎn)子(10)漂移角速度ωd的大小。
文檔編號(hào)G01R33/12GK102565724SQ20121003252
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者崔春艷, 戴銀明, 王厚生, 王暉, 王秋良, 胡新寧 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所