重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置及定位方法
【專利摘要】一種重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置，包括低溫容器(1)、制冷機(jī)(2)、防輻射屏(3)、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)、超導(dǎo)球腔(5)、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)、超導(dǎo)球(7)、氦氣進(jìn)氣管(8)、氦氣出氣管(9)和慣性平臺(tái)(10)。該重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置慣性平臺(tái)通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)和超導(dǎo)球(7)測(cè)量出載體在空間的角位移和在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度，還可測(cè)量在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的重力梯度張量。已知載體初始位置后，對(duì)本發(fā)明裝置測(cè)量得到的角位移和線位移，通過計(jì)算即可得到載體實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)位置，并可通過測(cè)量得到的重力梯度張量對(duì)載體運(yùn)動(dòng)位置誤差進(jìn)行修正。
【專利說明】重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置及定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁懸浮定位裝置及定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)材料和低溫技術(shù)的不斷發(fā)展使得超導(dǎo)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，其不斷滿足我國工業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的需求，大大提高了各種裝備的性能和精度。低溫裝置是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)低溫環(huán)境的必要裝置，低溫裝置的設(shè)計(jì)和性能是研究和發(fā)展超導(dǎo)儀器設(shè)備的基礎(chǔ)，有著重要的意義。制冷機(jī)及傳導(dǎo)冷卻技術(shù)的發(fā)展對(duì)低溫裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)合提供更多了的選擇，目前制冷機(jī)二級(jí)冷頭的溫度可達(dá)到4K以下。超導(dǎo)溫區(qū)大致可分為高溫超導(dǎo)和低溫超導(dǎo)溫區(qū)，一般在1K溫度以下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)的溫區(qū)稱為低溫超導(dǎo)溫區(qū)，1K以上至100K溫度范圍實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)的溫區(qū)稱為高溫超導(dǎo)溫區(qū)。利用低溫超導(dǎo)邁斯納效應(yīng)、零電阻效應(yīng)、約瑟夫森效應(yīng)以及弱磁探測(cè)優(yōu)勢(shì)等設(shè)計(jì)的各類低溫超導(dǎo)裝置在精度上具有比一般定位測(cè)量裝置不可比擬的巨大優(yōu)勢(shì)，包括定位裝置和重力測(cè)量裝置等。
[0003]地球的重力場(chǎng)由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異而在不同地區(qū)取值不同，重力的梯度在不同位置也是不同的。目前使用的重力測(cè)量儀器，一般都只能測(cè)量垂直方向的重力加速度值大小，不能對(duì)重力的水平分量進(jìn)行測(cè)量，更不能對(duì)重力梯度的空間張量進(jìn)行測(cè)量，不能反應(yīng)重力在空間上的變化情況。重力梯度儀測(cè)量重力梯度，即測(cè)量地球重力加速度隨空間的變化。由于重力梯度是地球重力場(chǎng)的空間微分，反應(yīng)重力沿空間不同方向的變化率，因此，重力梯度測(cè)量能夠反映場(chǎng)源的細(xì)節(jié)。常規(guī)重力儀只能測(cè)量重力場(chǎng)的鉛垂分量，而I臺(tái)重力梯度儀能夠測(cè)量多項(xiàng)重力場(chǎng)梯度張量分量。另一方面，由于重力梯度值或重力高次導(dǎo)數(shù)具有比重力本身更高的分辨率，這是重力梯度測(cè)量最主要的優(yōu)點(diǎn)，用測(cè)量重力勢(shì)二階導(dǎo)數(shù)的重力梯度儀實(shí)時(shí)測(cè)量重力梯度張量分量，就能獲得更準(zhǔn)確的重力值和垂直偏差，對(duì)空間科學(xué)、地球科學(xué)和地質(zhì)科學(xué)等科學(xué)技術(shù)發(fā)展起著重要作用。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度高，但缺陷在于誤差隨時(shí)間積累不斷增加，必須定期重調(diào)。重力梯度測(cè)量是水下修正或限定無源自主慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差積累的一種重要方法，不僅可以提高慣性導(dǎo)航的精度，而且解決了水下導(dǎo)航的長期隱蔽性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有慣性導(dǎo)航定位裝置長期運(yùn)行后誤差隨時(shí)間增加的缺點(diǎn)，提供一種超導(dǎo)磁懸浮定位裝置。本發(fā)明通過重力梯度測(cè)量輔助修正導(dǎo)航定位精度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、自主修正定位系統(tǒng)累積誤差、定位精度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足長期水下獨(dú)立運(yùn)行的需求。
[0005]本發(fā)明重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置，包括低溫容器、制冷機(jī)、防輻射屏、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔、超導(dǎo)球腔、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、超導(dǎo)球、氦氣進(jìn)氣管、氦氣出氣管，以及慣性平臺(tái)。
[0006]所述的制冷機(jī)安裝在低溫容器的上端。低溫容器放置在慣性平臺(tái)上。低溫容器內(nèi)部通過拉桿在制冷機(jī)的一級(jí)冷頭下端固定卷筒形狀的防輻射屏。在防輻射屏筒內(nèi)布置有制冷機(jī)的二級(jí)冷頭，所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔固定在制冷機(jī)的二級(jí)冷頭的下端，超導(dǎo)球腔固定在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔的下端。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔和超導(dǎo)球腔外表面是正方體。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子和超導(dǎo)球均為圓球形。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子布置在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)表面為球面，超導(dǎo)球布置在超導(dǎo)球腔內(nèi)。超導(dǎo)球腔內(nèi)表面為球面，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔的中心在x、y、z軸方向上與超導(dǎo)球腔的中心均不重合。在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔赤道平面位置的一側(cè)連接氦氣進(jìn)氣管，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔赤道平面位置的另一側(cè)與氦氣出氣管連接。
[0007]所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)表面在X、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極。每個(gè)支承電極上布置有球面檢測(cè)電極。布置在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)支承電極通入低頻電壓，形成在X、1、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子懸浮在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔的中心位置。安裝在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)檢測(cè)電極通有高頻電壓，檢測(cè)電極分別檢測(cè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移。從氦氣進(jìn)氣管輸入的氦氣與超導(dǎo)轉(zhuǎn)子摩擦，帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，將氦氣從氦氣出氣管抽出，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子在高真空的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，并使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸與z坐標(biāo)軸重合。
[0008]所述的超導(dǎo)球腔內(nèi)表面在x、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極。每個(gè)支承電極上布置有球面檢測(cè)電極。布置在X、1、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)支承電極通入低頻電壓，形成在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)球懸浮在超導(dǎo)球腔的中心位置。安裝在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)檢測(cè)電極通有高頻電壓，所述的檢測(cè)電極分別檢測(cè)超導(dǎo)球在X、1、Z坐標(biāo)軸方向上的位移。
[0009]所述超導(dǎo)磁懸浮定位裝置通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)X、y、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)檢測(cè)電極檢測(cè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移，由程控電源控制在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)支承電極的靜電電壓，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子回到超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔的中心位置。根據(jù)x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量可測(cè)量出超導(dǎo)轉(zhuǎn)子在x、y、z坐標(biāo)軸方向上受到的直線加速度。另外，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸與z軸重合，通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)軸的定軸性及慣性平臺(tái)可測(cè)量超導(dǎo)磁懸浮定位裝置及與其固連載體在空間上的角位移的變化。
[0010]所述的超導(dǎo)球腔內(nèi)通過X、Y、Z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)檢測(cè)電極檢測(cè)超導(dǎo)球在X、Y、Z坐標(biāo)軸方向上的位移，由程控電源控制在X、1、Z坐標(biāo)軸方向上的每對(duì)支承電極的靜電電壓，使超導(dǎo)球回到中心位置。根據(jù)X、y、Z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量可測(cè)量出超導(dǎo)球在X、1、Z坐標(biāo)軸方向上受到的直線加速度。測(cè)量得到的超導(dǎo)球X、y、Z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分，即可得到超導(dǎo)磁懸浮定位裝置及與其固連的載體在空間上的直線位移變化量。
[0011]所述將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子與超導(dǎo)球在z坐標(biāo)軸方向上測(cè)量出的直線加速度相減，得到兩點(diǎn)之間的重力加速度差值，再對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子與超導(dǎo)球在Z坐標(biāo)軸方向上的距離Dz進(jìn)行求導(dǎo)，即可求出超導(dǎo)磁懸浮裝置在z坐標(biāo)軸方向上的重力梯度張量Gz。對(duì)測(cè)量出的重力梯度張量結(jié)合重力場(chǎng)測(cè)繪數(shù)據(jù)模型信息，可計(jì)算對(duì)應(yīng)得到本發(fā)明定位裝置固連的載體運(yùn)動(dòng)的位置信息，并可作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)用于修正超導(dǎo)磁懸浮定位裝置測(cè)量定位信息隨時(shí)間積累的定位誤差。實(shí)現(xiàn)重力梯度輔助定位的功能。
[0012]本發(fā)明裝置通過慣性平臺(tái)在空間不同平面上的傾斜和旋轉(zhuǎn)，還可以測(cè)量X、y坐標(biāo)軸等其他空間方位上的重力梯度張量。例如將慣性平臺(tái)傾斜至一定角度，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子中心與超導(dǎo)球中心的連線與水平面xoy平面重合，使慣性平臺(tái)按一定角速度旋轉(zhuǎn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子和超導(dǎo)球測(cè)量到的直線加速度通過數(shù)據(jù)處理即可得到在Xoy平面上的重力梯度張量信息。同理，可得到在yoz和XOZ平面上的重力梯度張量信息。本發(fā)明裝置將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子與超導(dǎo)球聯(lián)合使用，安裝在慣性平臺(tái)上，即可測(cè)量出與本發(fā)明定位裝置固連的載體在空間的角位移和在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度，還可測(cè)量在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的重力梯度張量。已知與定位裝置固連的載體初始位置后，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)載體實(shí)時(shí)位置的確定，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)載體運(yùn)動(dòng)位置的測(cè)量定位功能。并可通過測(cè)量得到的重力梯度張量數(shù)據(jù)對(duì)載體運(yùn)動(dòng)位置誤差進(jìn)行修正。
[0013]本發(fā)明裝置具有測(cè)量重力梯度的功能，通過測(cè)量重力梯度輔助修正超導(dǎo)定位裝置隨時(shí)間積累的漂移誤差，實(shí)現(xiàn)長航時(shí)高精度自主導(dǎo)航功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1超導(dǎo)磁懸浮定位裝置示意圖，圖中:1低溫容器、2制冷機(jī)、3防輻射屏、4超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔、5超導(dǎo)球腔、6超導(dǎo)轉(zhuǎn)子、7超導(dǎo)球、8氦氣進(jìn)氣管、9氦氣出氣管、10、慣性平臺(tái)；
[0015]圖2超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔結(jié)構(gòu)示意圖，Ilx軸支承電極、12y軸支承電極、13z軸支承電極、14x軸測(cè)量電極、15y軸測(cè)量電極、16z軸測(cè)量電極；
[0016]圖3超導(dǎo)球腔結(jié)構(gòu)示意圖，17x軸支承電極、18y軸支承電極、19z軸支承電極、20x軸測(cè)量電極、21y軸測(cè)量電極、22z軸測(cè)量電極。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明裝置包括低溫容器1、制冷機(jī)2、防輻射屏3、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4、超導(dǎo)球腔5、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6、超導(dǎo)球7、氦氣進(jìn)氣管8、氦氣出氣管9，以及慣性平臺(tái)10。
[0019]所述的制冷機(jī)2安裝在低溫容器I的上端。低溫容器I放置在慣性平臺(tái)10上。低溫容器I內(nèi)部通過拉桿在制冷機(jī)2的一級(jí)冷頭下端固定有卷筒形狀的防輻射屏3。在防輻射屏3的筒內(nèi)布置有制冷機(jī)2的二級(jí)冷頭。所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4固定在制冷機(jī)2的二級(jí)冷頭的下端，超導(dǎo)球腔5固定在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4的下端。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4和超導(dǎo)球腔5外表面是正方體。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6和超導(dǎo)球7均為圓球形，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6布置在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4內(nèi)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4內(nèi)表面為球面，超導(dǎo)球7布置在超導(dǎo)球腔5內(nèi)，超導(dǎo)球腔5內(nèi)表面為球面，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4的中心在x、y、z軸方向上與超導(dǎo)球腔5的中心均不重合。在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4赤道平面位置的一側(cè)連接氦氣進(jìn)氣管8，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4赤道平面位置的另一側(cè)與氦氣出氣管9連接。從氦氣進(jìn)氣管8輸入的氦氣與超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6摩擦，帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，將氦氣從氦氣出氣管9抽出，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子在高真空的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，并使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)軸與z坐標(biāo)軸重合。
[0020]如圖2所示,所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4的內(nèi)表面在X、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極，分別是X軸支承電極ll、y軸支承電極12和z軸支承電極13。每對(duì)支承電極上分別布置有球面檢測(cè)電極，分別是X軸測(cè)量電極14、y軸測(cè)量電極15和z軸測(cè)量電極16。X軸支承電極ll、y軸支承電極12和z軸支承電極13通入低頻電壓:40kHz，15V，形成在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6懸浮在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4的中心位置。X軸測(cè)量電極14、y軸測(cè)量電極15和z軸測(cè)量電極16通有高頻電壓:500kHz，25V，采用電容電橋電路分別測(cè)量超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6在X、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移。
[0021]通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4內(nèi)分別在x、y、z坐標(biāo)軸方向上設(shè)置的X軸測(cè)量電極14、y軸測(cè)量電極15和z軸測(cè)量電極16，檢測(cè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移，由程控電源控制x、y、z坐標(biāo)軸方向上的X軸支承電極11、y軸支承電極12和z軸支承電極13上的靜電電壓。通過靜電電壓產(chǎn)生的靜電力使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6回到超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔4的中心位置。根據(jù)X、
1、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量，可測(cè)量出超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6在X、y、z坐標(biāo)軸方向上受到的直線加速度。
[0022]如圖3所示，所述的超導(dǎo)球腔5內(nèi)表面在X、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極，分別是X軸支承電極17、y軸支承電極18和Z軸支承電極19。每對(duì)支承電極上布置有球面檢測(cè)電極，分別是X軸測(cè)量電極20、y軸測(cè)量電極21和z軸測(cè)量電極22。X軸支承電極17、y軸支承電極18和z軸支承電極19通入低頻電壓，形成在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)球7懸浮在超導(dǎo)球腔5的中心位置。X軸測(cè)量電極20、y軸測(cè)量電極21和z軸測(cè)量電極22通有高頻電壓，采用電容電橋電路分別檢測(cè)超導(dǎo)球7在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移；
[0023]所述的超導(dǎo)球腔5內(nèi)通過X軸測(cè)量電極20、y軸測(cè)量電極21和z軸測(cè)量電極22檢測(cè)超導(dǎo)球7在X、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移，由程控電源控制在X、1、z坐標(biāo)軸方向上的X軸支承電極17、y軸支承電極18和z軸支承電極19的靜電電壓，使超導(dǎo)球7回到超導(dǎo)球腔5的中心位置。根據(jù)x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量可測(cè)量出超導(dǎo)球7在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度。將超導(dǎo)球7在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分，即可得到超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的直線位移變化量。
[0024]所述超導(dǎo)磁懸浮定位裝置的定位方法是將超導(dǎo)球7作為一個(gè)三軸直線加速度計(jì)使用。將測(cè)量的X、1、Z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分，即可得到超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的直線位移變化量。超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)軸與z軸重合，通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)軸的定軸性即指向不變特性，及慣性平臺(tái)10可測(cè)量超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的角位移的變化。
[0025]所述超導(dǎo)磁懸浮定位裝置測(cè)量重力梯度輔助定位的方法是將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6與超導(dǎo)球7在z坐標(biāo)軸方向上直線加速度相減，得到兩點(diǎn)之間的重力加速度差值為gz，再對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6與超導(dǎo)球7在z方向上的距離Dz進(jìn)行求導(dǎo)，即可求出超導(dǎo)磁懸浮裝置在z方向上的重力梯度張量Gz = dgz/dDz。對(duì)測(cè)量出的重力梯度張量Gz結(jié)合重力場(chǎng)測(cè)繪數(shù)據(jù)模型信息，可計(jì)算對(duì)應(yīng)得到載體運(yùn)動(dòng)的位置信息，并可作為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)用于修正超導(dǎo)磁懸浮定位裝置測(cè)量定位信息隨時(shí)間積累的定位誤差。
[0026]本發(fā)明裝置通過慣性平臺(tái)在空間不同平面上的傾斜和旋轉(zhuǎn)，還可以測(cè)量X、y坐標(biāo)軸方向上的重力梯度張量。例如將慣性平臺(tái)10傾斜至一定角度，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6中心與超導(dǎo)球7中心的連線與水平面xoy平面重合，使慣性平臺(tái)10按一定角速度旋轉(zhuǎn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子6和超導(dǎo)球7測(cè)量到的直線加速度通過數(shù)據(jù)處理即可得到在xoy平面上的重力梯度張量信息。同理，可得到在yoz和X0Z平面上的重力梯度張量信息。
【權(quán)利要求】
1.一種重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置，其特征在于所述的裝置包括低溫容器(I)、制冷機(jī)(2)、防輻射屏(3)、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)、超導(dǎo)球腔(5)、超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)、超導(dǎo)球(7)、氦氣進(jìn)氣管(8)、氦氣出氣管(9)，以及慣性平臺(tái)(10);所述的制冷機(jī)(2)安裝在低溫容器(I)的上端，低溫容器(I)放置在慣性平臺(tái)(10)上；低溫容器(I)內(nèi)部通過拉桿在制冷機(jī)(2)的一級(jí)冷頭下端固定有卷筒形狀的防輻射屏(3)，在防輻射屏(3)的筒內(nèi)布置有制冷機(jī)(2)的二級(jí)冷頭；所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)固定在制冷機(jī)(2) 二級(jí)冷頭的下端，超導(dǎo)球腔(5)固定在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)的下端；超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)和超導(dǎo)球腔(5)外表面均是正方體，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)布置在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)內(nèi)；超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)內(nèi)表面為球面，超導(dǎo)球(7)布置在超導(dǎo)球腔(5)內(nèi)；超導(dǎo)球腔(5)內(nèi)表面為球面；超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)的中心在X、y、z坐標(biāo)軸方向上與超導(dǎo)球腔(5)的中心均不重合；在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)赤道平面位置的一側(cè)連接氦氣進(jìn)氣管(8)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)赤道平面位置的另一側(cè)與氦氣出氣管(9)連接；從氦氣進(jìn)氣管(8)輸入的氦氣與超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)摩擦，帶動(dòng)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)旋轉(zhuǎn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，將氦氣從氦氣出氣管(9)抽出，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，并使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子出)的旋轉(zhuǎn)軸與z坐標(biāo)軸重合。
2.按照權(quán)利要求1所述的重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置，其特征在于所述的超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)內(nèi)表面在x、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極，分別是X軸支承電極(11)、y軸支承電極(12)和z軸支承電極(13);每對(duì)支承電極上分別布置有球面檢測(cè)電極:x軸測(cè)量電極(14)、y軸測(cè)量電極(15)和z軸測(cè)量電極(16) ;x軸支承電極(11)、y軸支承電極(12)和z軸支承電極(13)通入低頻電壓,形成在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)懸浮在超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔(4)的中心位置；x軸測(cè)量電極(14)、y軸測(cè)量電極(15)和z軸測(cè)量電極(16)通有高頻電壓，分別檢測(cè)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的位移；由程控電源控制X、1、z坐標(biāo)軸方向上的X軸支承電極(11)、y軸支承電極(12)和z軸支承電極(13)上的靜電電壓，使超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)回到超導(dǎo)轉(zhuǎn)子腔⑷的中心位置；根據(jù)x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量能夠測(cè)量出超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)在X、1、z坐標(biāo)軸方向上受到的直線加速度。
3.按照權(quán)利要求1所述的重力梯度測(cè)量輔助定位的超導(dǎo)磁懸浮定位裝置，其特征在于所述的超導(dǎo)球腔(5)內(nèi)表面在x、y、z坐標(biāo)軸方向上正交布置有三對(duì)球面支承電極，分別是X軸支承電極(17)、y軸支承電極(18)和z軸支承電極(19);每對(duì)支承電極上布置有球面檢測(cè)電極，分別是X軸測(cè)量電極(20)、y軸測(cè)量電極(21)和z軸測(cè)量電極(22) ;X軸支承電極(17)、y軸支承電極(18)和z軸支承電極(19)通入低頻電壓,形成在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力，使超導(dǎo)球(7)懸浮在超導(dǎo)球腔(5)的中心位置；x軸測(cè)量電極(20)、Y軸測(cè)量電極(21)和z軸測(cè)量電極(22)通有高頻電壓，分別檢測(cè)超導(dǎo)球(7)在x、y、z方向上的位移；由程控電源控制在X、1、z坐標(biāo)軸方向上的X軸支承電極(17)、y軸支承電極(18)和z軸支承電極(19)的靜電電壓，使超導(dǎo)球(7)回到超導(dǎo)球腔(5)中心位置；根據(jù)X、y、z坐標(biāo)軸方向上的靜電支承力的變化量能夠測(cè)量出超導(dǎo)球(7)在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度，將超導(dǎo)球(7)在x、y、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分，便得到超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的直線位移變化量。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的定位裝置的定位方法，其特征在于將所述的超導(dǎo)球(7)測(cè)量得到的X、1、z坐標(biāo)軸方向上的直線加速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行兩次積分，得到超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的直線位移變化量；同時(shí)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)子￠)的旋轉(zhuǎn)軸與Z軸重合，通過超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)旋轉(zhuǎn)軸及慣性平臺(tái)(10)測(cè)量超導(dǎo)磁懸浮定位裝置在空間上的角位移的變化。
5.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的定位裝置的定位方法，其特征在于采用所述超導(dǎo)磁懸浮定位裝置測(cè)量重力梯度張量，將超導(dǎo)轉(zhuǎn)子￠)與超導(dǎo)球(7)在z坐標(biāo)軸方向上測(cè)量得到的直線加速度相減，得到兩點(diǎn)之間的重力加速度差值，再對(duì)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子(6)與超導(dǎo)球(7)在z坐標(biāo)軸方向上的距離Dz進(jìn)行求導(dǎo)，求出超導(dǎo)磁懸浮裝置在、z坐標(biāo)軸方向上的重力梯度張量Gz，通過測(cè)量得到的重力梯度張量Gz對(duì)與所述超導(dǎo)磁懸浮定位裝置固連的載體運(yùn)動(dòng)位置誤差進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】G01V7/00GK104133252SQ201410318949
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月5日
【發(fā)明者】胡新寧, 王秋良, 王暉, 崔春艷, 戴銀明, 劉建華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所