一種用於超導磁體磁場分布測量裝置的製作方法

2023-12-10 01:56:56

專利名稱：一種用於超導磁體磁場分布測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於超導磁體磁場分布測量裝置，特別涉及超導磁體室溫孔內磁場 分布測量裝置。
技術背景超導磁體磁場測量中面臨的一個重要問題是高斯計探頭難以定位，無法將磁場測量值與 精確的空間坐標對應起來。在一些磁場測量中，空間坐標點的精確定位問題對於測量結果至 關重要。如迴旋管微波磁體，要求的磁軸定位精度小於0.2mm，如果磁軸偏差太大，會導致 微波束偏差甚至燒毀微波管。因此，需要精確的測量定位裝置測量超導磁體磁場分布。1986年，哈爾濱電工儀表所滕瑞林等研製成CG6型核磁共振定標裝置。微機控制，三 維測量超導強磁體內磁場分布，採用微步進電機，60000步/360度。但是微步進電機是鐵磁 元件，會改變被測區域的磁場位型，影響測量精度。而超導磁體都是單件生產，杜瓦形狀各 異，該儀器也無法滿足測量通用性的要求。2003年南京工業大學自動化學院陳先鋒等提出利 用交流伺服控制的三維空間磁場與磁力測試系統，該系統採用交流伺服電機驅動滾珠絲槓實 現自動化測量。顯然，交流伺服電機和滾珠絲槓本身是鐵磁元件，會引入磁場誤差。該系統 實現和操作複雜，不利於在超導磁體調試現場使用。 一品磁業有限公司三維磁場分布自動測 量設備側重於磁場值測量精度的改善和採用自動化測量手段。哈爾濱先達電子有限公司的磁 場分步測量儀主要用於永磁磁件表面磁場進行測量。這些磁場測量產品均沒有涉及超導磁體 磁場精確測量。國外相近的測量裝置主要是用於核磁共振成像的磁場測量設備，用於測量均勻度和梯 度。US2004254449 (Al) "System for concurrent MRJ imaging and magnetic field homogeneity measurement",主要用來測量MRI磁場的均勻度。JP4276236(A) "TIME CHANGE MEASUREMENT METHOD FOR GRADIENT MAGNETIC F正LD OF MRI DEVICE"測量 MRI裝置的磁場變化和梯度。用於測量的定位裝置，例如科學儀器、電子顯微鏡、電子探針等上常用的樣品臺、工件 臺，經常使用X、 Y二個方向的平移裝置和旋轉臺。但是，這些平板或移動平臺上沒有長的 z方向的測量杆，主要原因是長測量杆遠端無法保證和臺面的垂直度，而垂直度在磁場測量 中很重要，因為磁場測量需要分別測量徑向磁場和軸向磁場，保證垂直度才能保證各測量分量的準確性。此外，鋼製的導軌和轉臺無法應用在磁場測量的場合。綜合上述，國內、外的產品、專利和文獻中均未見針對超導磁體的測量定位裝置，各超 導磁體研製單位目前採用的方法都是針對具體磁體採用專門設計的安裝定位測量夾具，因此 在超導磁體調試安裝中，需要專業的、通用的、高精度的磁場測量定位裝置。 實用新型內容本實用新型的目的是克服現有的測量裝置不能精確定位，特別是無法保證磁場測量的垂 直度的缺點，提出一種用於超導磁體磁場分布測量的裝置。本實用新型可使高斯計測量探頭 精確定位，探頭軸線與測量杆軸線自動定中，通過導向套筒結構和輔助支架使測量杆與磁體 內孔同軸。本實用新型通過調整機構旋鈕，使測量探頭在XYZ三個方向平移，以及繞Z軸 360°旋轉，測量超導磁體室溫孔內任意點的磁場。本實用新型包括測量杆、鎖緊夾具、導向套、安裝板、XY平移臺、旋轉臺，轉換板， 探頭夾具。旋轉臺安裝在轉換板上；XY平移臺安裝在旋轉臺上；安裝板固定在XY平移臺 上；導向套穿過安裝板中心孔，固定在安裝板上；鎖緊夾具安裝在導向套端面上；探頭夾具 安裝在測量杆下端部。測量杆插入導向套內孔中，導向套通過安裝板安裝在XY平移臺上，XY平移臺為方形 中空結構、旋轉臺和轉換板均為中空結構，測量杆沿導向套內孔在Z方向上下自由移動， XY平移臺使測量杆沿XY方向移動，這樣就實現了XYZ三個自由度的平移。旋轉臺可以使 測量杆繞Z軸360度轉動。測量杆採用鋁合金材料，加工前校準直線度0. 01%，測量杆上示有刻度。導向套上有三個微調螺釘，用於調整導向套內孔軸線與臺面的垂直度，當測量杆插入導 向套內孔時，通過微調螺釘使測量杆的垂直度滿足要求。本實用新型包括一個輔助定位支架的附件，輔助定位支架安裝在被測磁體內孔中，主要 作用是當測量杆深入磁體室溫孔中太長時，保證測量杆與磁體內孔同軸。本實用新型超導磁體磁場分布測量裝置導向套、安裝板、XY平移臺和旋轉臺本體使用 硬鋁合金基材；X方向和Y方向導軌的導軌滑塊採用減摩銅合金；旋轉臺軸承、螺釘、螺母 等各連接件使用無磁不鏽鋼，整個裝置無鐵磁部件，從而避免對磁場探測的千擾。超導磁體磁場分布測量裝置的測量杆可以上下移動提供毫米級Z軸定位精度，水平面內 平移精度可以達到0.05毫米，滿足高精度定位的要求，繞Z軸的旋轉精度可以達到0.5度， 以上精度根據需要還可以提高。採用本實用新型，可以實現下述的測量磁場沿軸線的分布，磁場在軸向某位置ZO平 面內的分布，磁場在ZO平面內沿半徑RO的分布，以及其他適合本實用新型的測量。本實用新型裝置可以與目前市場上通用的高斯計配合使用，操作簡單，定位精確，通用 性強，可以滿足目前大多數超導磁體磁場的測量。

圖la是超導磁體磁場分布測量裝置結構圖，圖lb是剖面圖。圖中l測量杆、2鎖緊 夾具、3導向套、4安裝板、5 XY平移臺、6旋轉臺，7轉換板，8探測器夾具；圖2a是XY平移臺5結構圖，圖中9X平移臺、IOY平移臺、IIY刻度標尺、12X 刻度標尺、13Y位移旋鈕、14X位移旋鈕；圖2b是導軌的局部視圖，15導軌滑塊、16 X 方向導軌、17導軌基體、18Y方向導軌；圖3是旋轉臺6結構圖，圖中19鎖緊旋鈕、20轉臺手柄、21滑動軸承、22上檯面 23下臺面；圖4是導向套3與安裝板結構圖，圖中24水平面微調螺釘25安裝螺釘； 圖5a是探頭夾具8結構圖，圖5b是探頭夾具8A—A剖視圖，圖中26鎖緊螺母、27 探頭夾頭；圖6是鎖緊夾具2結構圖，圖中28鎖緊螺釘； 圖7是轉換板結構圖；圖8是輔助定位支架在磁體內孔示意圖，圖中29輔助定位支架、30磁體內孔、31上圓盤、32下圓盤；圖9是應用本實用新型裝置測量超導磁體磁場分布的具體實施圖，圖中33高斯計、 34探頭連接電纜、35超導磁體；圖10是應用本實用新型裝置測量某超導磁體軸線磁場分布圖；圖11是應用本實用新型裝置測量某超導磁體軸向位置350mm、半徑20mm圓周磁場分 布圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施方式
對本實用新型進一步說明。如圖la、 b所示，本實用新型包括測量杆l、鎖緊夾具2、導向套3、安裝板4、 XY平 移臺5、旋轉臺6，轉換板7，探頭夾具8。旋轉臺6安裝在轉換板7上；XY平移臺5安裝 在旋轉臺6上安裝板4固定在XY平移臺5上；導向套3穿過安裝板4中心孔，固定在安 裝板4上；鎖緊夾具2安裝在導向套3端面上；探頭夾具8安裝在測量杆1下端部。如圖lb所示，測量杆1經過鎖緊夾具2的中心孔，插入導向套3內孔中，導向套3穿 過安裝板4中心孔，固定在安裝板4上。如圖2a所示，XY平移臺5為方形中空結構。如圖 3所示，旋轉臺6為圓形中空結構。如圖lb所示，轉換板7為內有通孔的環狀板。測量杆l可以沿導向套3內孔在Z方向上下移動，也可以用鎖緊夾具2鎖緊測量杆'1，使其固定。測 量杆l上有刻度指示，可以讀取Z軸距離。如圖2a所示，XY平移臺5包括X平移臺9和Y平移臺10, X平移臺9位於Y平移臺 IO之上。Y平移臺IO側面有Y刻度標尺11， X平移臺9側面有X刻度標尺12，用以指示 導軌位移，滿足0.05mm調節精度要求。X方向導軌16在上，Y方向導軌18在下，中間為 共用的導軌基體17。如圖2b所示，X方向導軌16和Y方向導軌18採用相同的結構，X方 嚮導軌16和Y方向導軌18上開有燕尾槽，燕尾槽的一端與導軌基體17上的燕尾槽配合， 燕尾槽的另一端內嵌入導軌滑塊15。導軌滑塊15採用減摩銅合金，X平移臺10和Y平移 臺9本體採甩硬鋁合金材料。通過旋轉Y位移旋鈕13和X位移旋鈕14實現XY方向100 X100mm範圍內位移可調。如圖3所示，旋轉臺6可以繞旋轉臺中心軸360°旋轉。旋轉臺6為上、下分體結構， 上檯面22壓在下臺面23上，上檯面22和下臺面23之間由滑動軸承21支撐。上檯面22、 下臺面23均採用鋁合金結構。上檯面22外側有角度刻度標尺。手動旋轉轉臺手柄20可以 轉至任何角度位置。鎖緊旋鈕19鎖緊時，旋轉臺不能轉動。測量磁場時，與磁體室溫孔軸平行的方向是軸向磁場，即探測杆軸線方向，與磁體室溫 孔軸垂直方向是徑向磁場，即測量裝置臺面方向，探測杆軸線與測量裝置臺面要保證垂直。 但當探測杆1長度超過IOOOmm，其末端與裝置臺面難以保證垂直度，為此本實用新型設計 了帶有微調螺釘的導向套3。如圖4所示，導向套3帶三個水平面微調螺釘24，通過調整螺 釘的高度，能夠對探測杆1的垂直度進行微量調整，使測量杆的垂直度滿足測量要求。導向 套3通過三個安裝螺釘25固定在安裝板4上。如圖5a、圖5b所示，探頭夾具8用來固定高斯計探頭。探測器夾具8包括鎖緊螺母27 和探頭夾頭26。探頭夾頭26上、下部分均有螺紋，上部螺紋與測量杆1的下端部內孔螺紋 配合，將探頭夾具8固定於測量杆1的下端部；下部分螺紋與鎖緊螺母27配合，用來固定 高斯計探頭。探頭夾頭26開有十字槽，鎖緊螺母27在鎖緊過程中，探頭夾頭26的十字槽 受力從四周向內閉合，實現自動定中，從而使探頭軸線與測量杆1的軸線重合。如圖6所示，鎖緊夾具2 —端有開口，通過鎖緊螺釘28可以將測量杆1鎖緊不動，使 測量時Z坐標固定在某一個位置上。如圖7所示，轉換板7為內有圓孔的圓盤，轉換板7用來安裝轉臺6，在轉換板7上可 以根據被測磁體的室溫孔打孔，使整個測量機構能夠固定在磁體上。如圖8所示，輔助定位支架25由上圓盤31、下圓盤32，中間用空心杆連接而成。上圓 盤31、下圓盤32中間開孔，孔的大小保證與測量杆1緊配合。上圓盤31、下圓盤32端面平行，上下圓盤端面與內孔軸線垂直。輔助定位支架25材料選擇有機玻璃、鋁等非磁性材 料。輔助定位支架29安裝在磁體內孔30中，主要作用是當測量杆1深入磁體室溫孔中太長 時，保證測量杆與磁體內孔同軸。輔助定位支架29插入磁體內孔30中；測量杆l插入輔助 定位支架29中心孔；通過輔助定位支架29與磁體內孔30緊配合、測量杆l與輔助定位支 架29內孔緊配合，保證測量杆1與磁體內孔30同軸。在輔助定位支架29的上圓盤3K下 圓盤32可裝上彈性膠圈，以便與內孔緊密配合。圖9是應用本實用新型測量磁場的一個具體實施案例。本實用新型裝置安裝在超導磁體 35上蓋，安裝時保證本裝置臺面與磁體上端面平行，在XY平移臺5的X、 Y偏移量為0時， 保證測量杆1軸線與超導磁體35內孔軸線重合。將高斯計探頭安裝在探頭夾具8上，探頭 連接電纜34從測量杆1內孔引出來，連接到高斯計33上，探頭連接電纜34要足夠長，使 高斯計33在遠離強磁場的環境下工作，避免因為強磁場影響而出現測量偏差。測量杆1深 入超導磁體35室溫孔內太長時。可以藉助於輔助定位支架29保證遠端測量軸線的精確定位。應用本實用新型，超導磁體磁場分布測量方法和步驟如下(1) 將測量裝置安裝在超導磁體35的上蓋，安裝時保證測量裝置的中心軸與超導磁體 的室溫孔中心軸重合。保證測量裝置臺面與磁體端面平行。(2) 將高斯計探頭安裝在探頭夾具8上，上下移動測量杆l，記錄軸向刻度和對應的磁 場值，可以測出磁場沿軸線分布的數據，如圖10所示；(3) 測量杆1調整到一定的軸向距離Z0，操縱XY平移臺5旋鈕，沿XY方向平移， 記錄下XY刻度和對應的磁場值，可以得到磁場在Z 0平面內分布的數據；(4) 測量裝置的測量杆1調整到一定的軸向距離ZO，操縱XY平移臺5旋鈕使X或Y 偏離軸線一定距離RO，轉動旋轉臺6，可以得到磁場在ZO平面內沿半徑RO分布的數據。 如圖11所示為某超導磁體軸向位置350mm、半徑20mm圓周磁場分布圖。
權利要求1、一種用於超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於包括測量杆(1)、鎖緊夾具(2)、導向套(3)、安裝板(4)、XY平移臺(5)、旋轉臺(6)，轉換板(7)，探頭夾具(8)；旋轉臺(6)安裝在轉換板(7)上；XY平移臺(5)安裝在旋轉臺(6)上；安裝板(4)固定在XY平移臺(5)上；導向套(3)固定在安裝板(4)上；鎖緊夾具(2)安裝在導向套(3)端面上；測量杆(1)穿過鎖緊夾具(2)孔插入導向套(3)內孔中，穿過XY平移臺(5)、旋轉臺(6)和轉換板(7)；探頭夾具(8)安裝在測量杆(1)的下端部。
2、 按照權利要求1所述的用於測超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於所述的XY 平移臺(5)包括X平移臺(9)和Y平移臺(10); X平移臺(9)位於Y平移臺(10)之 上，X方向導軌(16 )和Y方向導軌(18)之間為共用的導軌基體(17); Y平移臺(10) 側面有Y刻度標尺(11)， X平移臺(9)側面有X刻度標尺(12); X方向導軌(16)和Y 方向導軌(18)上開有燕尾槽，燕尾槽的一端與導軌基體(17)上的燕尾槽配合，燕尾槽的 另一端內嵌入導軌滑塊(15)。
3、 按照權利要求1所述的用於超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於所述的旋轉臺 (6)為上、下分體結構，上檯面(22)壓在下臺面(23)上，上檯面(22)和下臺面(23)之間有滑動軸承(21)支撐；上檯面(22)外側面有角度刻度標尺；旋轉臺(6)可繞旋轉 臺(6)中心軸360。旋轉，手動旋轉轉臺手柄(20)可以旋轉至任何角度位置；鎖緊旋鈕(19) 鎖緊時，旋轉臺(6)不能轉動。
4、 按照權利要求1所述的用於超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於所述的導向套 (3)帶有三個水平面微調螺釘(24)，調整水平面微調螺釘(24)的高度，對探測杆(I)的垂直度進行微量調整。
5、 按照權利要求1所述的用於超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於探頭夾具(8) 固定於測量杆(1)的下端部；探測器夾具(8)包括鎖緊螺母(26)和探頭夾頭(27)，探 頭夾頭(27)開有十字槽，鎖緊螺母(26)在鎖緊過程中，探頭夾頭(27)的十字槽受力從 四周向內閉合，實現自動定中，從而使探頭軸線與測量杆(1)的軸線重合。
6、 按照權利要求卜5的任何一項所述的用於超導磁體磁場分布測量裝置，其特徵在於 所述的X方向和Y方向導軌的導軌滑塊(15)採用減摩銅合金；X平移臺(10)和Y平移 臺(9)本體採用硬鋁合金材料；旋轉臺(6)的上檯面(22)、下臺面(23),以及測量杆(1) 採用鋁合金材料；旋轉臺軸承、各連接件使用無磁不鏽鋼，所述裝置無鐵磁部件。
專利摘要一種用於超導磁體磁場分布測量裝置，包括測量杆(1)、鎖緊夾具(2)、導向套(3)、安裝板(4)、XY平移臺(5)、旋轉臺(6)，轉換板(7)和探頭夾具(8)。旋轉臺(6)安裝在轉換板(7)上，XY平移臺(5)安裝在旋轉臺(6)上，安裝板(4)固定在XY平移臺(5)上，導向套(3)固定在安裝板(4)上，鎖緊夾具(2)安裝在導向套(3)端面上，測量杆(1)穿過鎖緊夾具(2)孔插入導向套(3)內孔中，穿過XY平移臺(5)、旋轉臺(6)和轉換板(7)。探頭夾具(8)安裝在測量杆(1)的下端部。通過調整機構旋鈕，使測量探頭在XYZ三個方向平移，以及繞Z軸360°旋轉，實現在超導磁體室溫孔內任意點磁場的測量。
文檔編號G01R33/02GK201322791SQ20082012454
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月23日 優先權日2008年12月23日
發明者戴銀明, 王春忠, 王秋良 申請人:中國科學院電工研究所