一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法

2023-05-15 05:24:26

一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法
【專利摘要】一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法。測試儀主要由雙驅動機構、永磁體夾頭、超導體夾頭、液氮杯、光柵位移傳感器和S型拉壓力傳感器構成。本發明採用雙驅動方式、閉環控制系統和高精度傳感器實現超導塊材的精確定位和磁斥力的精確測量，夾頭結構實現了永磁-超導副之間平行度的自適應調節。測試儀實現了1μm測量定位精度和0.1μm測試解析度，填補了微米間隙範圍內超導塊材磁斥力測量儀器的空白，可滿足磁懸浮軸承中微小間隙運動副/摩擦副設計的測試需求，具有測量精度高、解析度高、成本適中等優點，值得採用和推廣，亦可作為系列化產品用於研究生教學科研。該測試方法具有測量精度高、簡便實用、適用範圍廣等優點。
【專利說明】一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於機電測試儀器和摩擦學測試儀器【技術領域】，具體涉及一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法。

【背景技術】
[0002]高溫超導塊材因其優良的磁場特性在超導磁斥型軸承、超導磁懸浮列車等系統中具有良好的應用前景。對於這些高溫超導系統，對應的磁懸浮運動副/摩擦副的懸浮磁斥力是決定系統穩定運行的關鍵因素，但長久以來這類先進摩擦副因其無摩擦磨損的優點反而被廣大摩擦學研究人員所忽視，其基本參數的測量遲遲未被納入摩擦學測試領域，相應檢測儀器的國家標準完善工作也處於滯後發展狀態。
[0003]根據已檢索的相關專利及非專利文獻報導，國內關於超導塊材懸浮磁斥力的測量最新標準是GB/T 21115-2007(塊狀氧化物超導體懸浮力的測量)。該試驗標準和現有的一些檢測設備(如由西南交通大學研製的超導磁斥力測試儀器的定位精度在0.1_，結構設計原因導致最小測試間隙為4_。)全部面向於毫米至釐米級的運動副/摩擦副間隙範圍，定位和測量精度較差，只能測試得到大間隙範圍下的懸浮磁斥力。
[0004]研究人員在對超導磁斥型軸承性能和應用進行深入研究時，迫切需要解決用於該類微小間隙(微米級)運動副/摩擦副設計所需的懸浮磁斥力測試難題，現有最新的測試標準和儀器遠遠不能滿足此類微米級間隙範圍的測量需求，極大限制了高溫超導材料的應用研究。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀及其測試方法，能夠實現微小間隙下的超導塊材磁斥力精確測量，從而解決現有技術中超導塊材磁斥力測試儀器不能滿足超導磁斥型軸承所需的微米級間隙範圍精確測量要求的問題。
[0006]為達到上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0007]一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，包括由支撐杆、上底板和下底板組成的支架；上底板的上側固定有雙驅動機構，上底板的下側固定有升降機構，升降機構的底部固定有永磁體夾頭，永磁體夾頭內放置有永磁體，雙驅動機構控制升降機構帶動永磁體夾頭上下移動；下底板的上方設有S型拉壓力傳感器，S型拉壓力傳感器的上方固定有液氮杯，且液氮杯位於永磁體夾頭的下方，液氮杯內設有超導體夾頭，超導體夾頭內放置有待測的超導塊材，液氮杯的外側豎直地固定有光柵位移傳感器；且雙驅動機構、升降機構、永磁體夾頭、超導體夾頭和S型拉壓力傳感器同軸設置。
[0008]所述的雙驅動機構包括固定在上底板上的伺服電機，以及設置在伺服電機上的微調螺母；伺服電機和微調螺母能夠單獨控制升降機構運動，從而控制永磁體夾頭的位置。
[0009]還包括控制系統，控制系統包括與光柵位移傳感器和S型拉壓力傳感器相連的DSP採集控制器、與伺服電機相連的伺服驅動器、以及與DSP採集控制器和伺服驅動器相連的計算機。
[0010]所述的升降機構包括固定在上底板上的螺套，螺套內設有滾珠絲槓，滾珠絲槓和螺套通過中間螺紋套配合連接，永磁體夾頭固定在中間螺紋套的底部，雙驅動機構控制中間螺紋套向下旋出螺套或向上旋入螺套，從而控制永磁體夾頭的位置。
[0011]所述的光柵位移傳感器通過位移傳感器上支撐杆和位移傳感器下支撐杆固定在液氮杯側面，且位移傳感器上支撐杆固定在螺套的底部，位移傳感器下支撐杆固定在液氮杯的底部。
[0012]所述的永磁體夾頭包括固定在升降機構上的緊固件，緊固件的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母，夾頭螺母的底部開設有用於取放永磁體的通孔，緊固件內開設有用於放置永磁體的空腔，空腔的頂部設有圓頭定位螺釘，空腔的側壁內套裝有能夠上下移動的墊環，夾頭螺母能夠控制墊環在空腔內的相對位置，空腔內還設有碟形彈簧，墊環壓迫碟形彈簧產生變形，使得碟形彈簧的內圈直徑變小，從而夾緊永磁體。
[0013]所述的超導體夾頭包括固定在液氮杯上的緊固件，緊固件的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母，夾頭螺母的頂部開設有用於取放超導塊材的通孔，緊固件內開設有用於放置超導塊材的空腔，空腔的底部設有圓頭定位螺釘，空腔的側壁內套裝有能夠上下移動的墊環，夾頭螺母能夠控制墊環在空腔內的相對位置，空腔內還設有碟形彈簧，墊環壓迫碟形彈簧產生變形，使得碟形彈簧的內圈直徑變小，從而夾緊超導塊材。
[0014]所述的液氮杯包括杯體和設置在杯體上的液氮杯蓋板，其中杯體包括液氮杯外膽和液氮杯內膽，液氮杯外膽和液氮杯內膽採用絕磁材料0Crl8Ni9Ti製備，且在液氮杯外膽和液氮杯內膽之間設有絕熱石棉層。
[0015]所述的下底板上設有墊塊，S型拉壓力傳感器通過拉壓力傳感器下連杆固定在墊塊上方，液氮杯通過拉壓力傳感器上連杆固定在S型拉壓力傳感器上方。
[0016]微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的測試方法，包括以下步驟:
[0017]I)通電後將永磁體放入永磁體夾頭的空腔內，旋轉永磁體夾頭的夾頭螺母，使永磁體夾頭內的墊環壓迫碟形彈簧產生變形，碟形彈簧內圈直徑變小，夾緊永磁體；
[0018]2)將待測試的超導塊材放入超導體夾頭的空腔內，然後開啟伺服電機或調節微調螺母，使中間螺紋套帶動永磁體夾頭下移，直至永磁體和超導塊材相接觸，依據光柵位移傳感器的測量信號判明接觸狀態，從而保證測試開始時永磁-超導副的平行度，然後旋轉超導體夾頭的夾頭螺母，固定好超導塊材，再使中間螺紋套帶動永磁體夾頭上移至一定高度；
[0019]3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高於超導塊材上表面，待超導塊材冷卻後，開啟伺服電機或調節微調螺母，使中間螺紋套帶動永磁體夾頭下移，直至永磁體和超導塊材的間隙達到預定的測量值，下移過程中光柵位移傳感器和S型拉壓力傳感器不斷地將測量信號反饋至計算機，由計算機進行數據分析處理，得到超導塊材的磁斥力與間隙的關係曲線，完成對超導塊材的測試。
[0020]相對於現有技術，本發明具有以下有益效果:
[0021]本發明提供的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，主要由雙驅動機構、永磁體夾頭、超導體夾頭、液氮杯、光柵位移傳感器、S型拉壓力傳感器、支架等構成。在該測試儀中為解決微小間隙下超導塊材精確定位以及微小間隙磁斥力精確測量這兩個關鍵問題，採用了雙驅動方式控制永磁體定位和高精度的傳感器(光柵位移傳感器用於測量永磁體和超導塊材的間隙、S型拉壓力傳感器用於測量超導塊材磁斥力)來實現超導塊材的精確定位和磁斥力的精確測量，使測量精度大大提高，既可滿足一般的精度不高的測試需求，也可實現微小間隙(100微米以下)下的超導塊材磁斥力精確測量。本發明填補了國內微米間隙範圍內超導塊材磁斥力測量儀器的空白，可以滿足磁懸浮軸承中微小間隙運動副/摩擦副設計的測試需求，具有測量精度高、解析度高、行程大、結構簡單合理、成本適中、安全可靠等優點，值得採用和推廣，亦可作為系列化產品用於研究生教學科研，具有很高的學術價值和工程價值以及良好的應用前景。
[0022]進一步的，本發明中為面向不同的定位測量需求，採用的雙驅動機構為微調螺母結合伺服電機的方式，以驅動升降裝置實現對永磁體夾頭的快速、精確定位，具有大行程快速定位、小間隙精確定位的優點。當測試精度要求不高時，用微調螺母驅動滾珠絲槓實現定位；當需進行高精度微小間隙的測量時，由與控制系統相連的伺服電機驅動滾珠絲槓實現精確定位。控制系統的反饋信號來自光柵位移傳感器和S型壓力傳感器的測量信號，控制系統採用閉環反饋控制方式，光柵位移傳感器、S型壓力傳感器的測量信號作為反饋信號輸入計算機，計算機控制伺服驅動器，從而驅動伺服電機調整滾珠絲杆的位置，進而保證永磁體與超導塊材的間隙達到設定的間隙定位要求。本發明中雙驅動機構、控制系統、光柵位移傳感器和S型壓力傳感器的結合可以實現I μ m的定位測量精度和0.1 μ m的測試解析度，使得測試結果十分精確。
[0023]進一步的，本發明中永磁體夾頭和超導體夾頭採用特殊結構設計，包括固定件、夾頭螺母、墊環、碟形彈簧和圓頭定位螺釘；旋動夾頭螺母，調節墊環位於空腔內的不同位置，從而對碟形彈簧造成不同程度的壓迫，使碟形彈簧產生不同程度的彈性形變，蝶形彈簧形變後其內圓變小，從而能夠夾緊永磁體或超導塊材，具有定位準確，夾緊可靠的優點。而且超導體夾頭除固定超導塊材的作用外，還有自動調節超導-永磁運動副/摩擦副之間平行度的作用，在圓頭定位螺釘作用下，藉助測試過程中產生的磁斥力，能夠實現永磁一超導副之間平行度的自適應調節。另外，永磁體夾頭和超導體夾頭採用模塊化設計方法，可置換，因此可測量不同尺寸超導塊材的磁斥力，亦可測量永磁體與永磁體之間的磁斥力，使本發明提供的測試儀的適用範圍更加廣泛。
[0024]進一步的，本發明中提出了一種新的液氮杯結構，其結構形式不同於普通的夾木膠布結構，而是由三層結構組成，即液氮杯內膽、絕熱石棉層和液氮杯外膽，以達到絕磁隔熱的效果，其中液氮杯內膽和液氮杯外膽均採用具有很好絕磁作用的0Crl8Ni9Ti材料製成，能夠減少漏磁，液氮杯內膽和液氮杯外膽之間填充有絕熱材料石棉，形成絕熱石棉層，用於絕熱，該結構可以較大地改善漏磁、熱交換帶來的負面影響，使得測試得到的結果更準確。
[0025]本發明提供的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的測量方法，具有操作簡便、簡單實用、適用範圍廣的優點，能夠實現微小間隙下的超導塊材精確定位以及微小間隙磁斥力精確測量，使測量精度大大提高，既可滿足一般的精度不高的測試需求，也可實現微小間隙(100微米以下)下的超導塊材磁斥力精確測量，具有良好的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀結構示意圖；
[0027]圖2為A處局部放大圖；
[0028]圖3為B處局部放大圖；
[0029]圖4為閉環控制系統示意圖；
[0030]圖5為微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的立體結構示意圖；
[0031]其中:1.下底板；2.支撐杆；3.墊塊；4.拉壓力傳感器下連杆；5.拉壓力傳感器上連杆；6.位移傳感器下支撐杆；7.位移傳感器上支撐杆；8.上底板；9.連接螺栓；10.微調螺母；11.伺服電機；12.螺套；13.中間螺紋套；14.滾珠絲槓；15.緊固件；16.永磁體夾頭；17.光柵位移傳感器；18.超導體夾頭；19.液氮杯；20.S型拉壓力傳感器；21.定位螺釘；22.碟形彈簧；23.墊環；24.液氮杯內膽；25.絕熱石棉層；26.液氮杯蓋板；27.液氮杯外膽；28.計算機；29.伺服驅動器；30.DSP採集控制器；31.夾頭螺母。

【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0033]本發明公開的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀屬於機電測試儀器和摩擦學測試儀器【技術領域】，是一種用於磁懸浮運動副/摩擦副設計的基本參數檢測儀。主要由雙驅動機構、永磁體夾頭、超導體夾頭、液氮杯、光柵位移傳感器、S型拉壓力傳感器、支架等構成。在該測試儀中為解決微小間隙下超導塊材精確定位以及微小間隙磁斥力精確測量這兩個關鍵問題，採用了雙驅動方式(微調螺母+伺服電機)、閉環的控制系統和高精度傳感器(光柵位移傳感器+S型拉壓力傳感器)來實現超導塊材的精確定位和磁斥力的精確測量，設計了用於絕磁保溫的新型液氮杯結構，引入了用於調整超導一永磁運動副/摩擦副平行度的永磁體夾頭和超導體夾頭。本發明實現了 I μ m的測量定位精度和0.1 μ m的測試解析度，填補了國內微米間隙範圍內超導塊材磁斥力測量儀器的空白，可以滿足磁懸浮軸承中微小間隙運動副/摩擦副設計的測試需求，具有測量精度高、解析度高、行程大、成本適中等優點，值得採用和推廣，亦可作為系列化產品用於研究生教學科研。
[0034]參見圖1至圖5，本發明提供的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，包括包括由支撐杆2、上底板8和下底板I組成的支架；上底板8的上側固定有雙驅動機構，上底板8的下側固定有升降機構。其中雙驅動機構包括固定在上底板8上的伺服電機11，以及設置在伺服電機11上的微調螺母10 ;伺服電機11和微調螺母10能夠單獨控制升降機構運動。升降機構包括固定在上底板8上的螺套12，螺套12通過連接螺栓9固定在上底板8上，螺套12內設有滾珠絲槓14，滾珠絲槓14和螺套12通過中間螺紋套13配合連接，永磁體夾頭16固定在中間螺紋套13的底部，雙驅動機構控制中間螺紋套13向下旋出螺套12或向上旋入螺套12,從而控制永磁體夾頭16的位置。永磁體夾頭16內放置有可更換的永磁體，永磁體夾頭16包括固定在升降機構上的緊固件15，緊固件15的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母31，夾頭螺母31的底部開設有用於取放永磁體的通孔，緊固件15內開設有用於放置永磁體的空腔，空腔的底部與夾頭螺母31的通孔相連通，空腔的頂部設有圓頭定位螺釘21，空腔的側壁內套裝有能夠上下位移的墊環23，夾頭螺母31能夠控制墊環23在空腔內的相對位置，碟形彈簧22通過墊環23的壓迫卡裝在空腔的內頂角處，碟形彈簧22發生彈性變形使得其內圈直徑變小，從而固定永磁體。下底板I上設有墊塊3，S型拉壓力傳感器20通過拉壓力傳感器下連杆4固定在墊塊3上方，液氮杯19通過拉壓力傳感器上連杆5固定在S型拉壓力傳感器20上方。液氮杯19位於永磁體夾頭16的下方。光柵位移傳感器17通過位移傳感器上支撐杆7和位移傳感器下支撐杆6豎直地固定在液氮杯19的外側，且位移傳感器上支撐杆7固定在螺套12的底部，位移傳感器下支撐杆6固定在液氮杯19的底部。液氮杯19包括杯體和設置在杯體上的液氮杯蓋板26，其中杯體包括液氮杯外膽27和液氮杯內膽24，液氮杯外膽27和液氮杯內膽24採用絕磁材料OCrl8Ni9Ti製得，且在液氮杯外膽27和液氮杯內膽24之間設有絕熱石棉層25。液氮杯19內設有超導體夾頭18，超導體夾頭18內放置有待測量的超導塊材，超導體夾頭18包括固定在液氮杯19上的緊固件15，緊固件15的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母31，夾頭螺母31的頂部開設有用於取放超導塊材的通孔，緊固件15內開設有用於放置超導塊材的空腔，空腔的頂部與夾頭螺母31的通孔相連通，空腔的底部設有圓頭定位螺釘21，空腔的側壁內套裝有能夠上下位移的墊環23，夾頭螺母31能夠控制墊環23在空腔內的相對位置，碟形彈簧22通過墊環23的壓迫卡裝在空腔的內底角處，碟形彈簧22發生彈性變形使得內圈直徑變小，從而固定超導塊材。雙驅動機構、升降機構、永磁體夾頭16、超導體夾頭18和S型拉壓力傳感器20的軸線位於同一條垂線上。本發明的測試儀還包括控制系統，其中控制系統包括與光柵位移傳感器17和S型拉壓力傳感器20相連的DSP採集控制器30、與伺服電機11相連的伺服驅動器29、以及與DSP採集控制器30和伺服驅動器29相連的計算機28。
[0035]本發明提供的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的測試方法，包括以下步驟:
[0036]I)通電後將永磁體放入永磁體夾頭16的空腔內，旋轉永磁體夾頭16的夾頭螺母31，使永磁體夾頭16內的墊環23壓迫碟形彈簧22產生變形，碟形彈簧22內圈直徑變小，夾緊永磁體；
[0037]2)將待測試的超導塊材放入超導體夾頭18的空腔內，然後開啟伺服電機11或調節微調螺母10，使中間螺紋套13帶動永磁體夾頭16下移，直至永磁體和超導塊材相接觸，依據光柵位移傳感器17的測量信號判明接觸狀態，以此來保證測試開始時永磁-超導副的平行度，然後旋轉超導體夾頭18的夾頭螺母31，固定好超導塊材，再使中間螺紋套13帶動永磁體夾頭16上移至一定高度；
[0038]3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高於超導塊材上表面，待超導塊材冷卻後，開啟伺服電機11或調節微調螺母10，使中間螺紋套13帶動永磁體夾頭16下移，直至永磁體和超導塊材的間隙達到預定的測量值，下移過程中光柵位移傳感器17和S型拉壓力傳感器20不斷地將測量信號反饋至計算機28，由計算機28進行數據分析處理，得到超導塊材的磁斥力與間隙的關係曲線，完成對超導塊材的測試。
[0039]下面列舉一個具體測試實例對本發明的測試方法作進一步詳細說明。
[0040]對直徑25mm、厚度I ImmYBCO (釔鋇銅氧)超導塊材的懸浮磁斥力進行精確測量，測量使用的永磁體尺寸為:直徑25mm、厚度30mm。
[0041]本實例使用的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的具體結構和控制系統構成由圖1?圖5聯合視出。主要指標為:長250mm ;寬155mm ;高620mm ;材料淨體積
2.5X 10_5m3 ;質量約25kg ;測量定位精度I μ m ;測試解析度0.1 μ m ;運動行程0.1?50mm。
[0042]實測前先進行試驗準備工作，檢查微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀和控制系統的連接以及控制系統與電源的連接是否正常，檢查完畢後通電。
[0043]永磁體夾頭和超導體夾頭的結構一樣，互成上下對稱設置，在此只詳細論述永磁體的安裝夾緊過程。將永磁體放入永磁體夾頭中，旋動夾頭螺母壓下墊環23，從而壓迫蝶形彈簧22，使蝶形彈簧22內圈直徑變小，在此作用下夾緊永磁體。圓頭定位螺釘的作用:調整超導——永磁運動副/摩擦副之間的平行度，永磁體、超導塊材可在圓頭定位螺釘頂端自由擺動，試驗過程中超導塊材被永磁體磁化後，運動副/摩擦副存在約40N左右的磁斥力，在此力作用下，定位於圓頭定位螺釘的超導塊材、永磁體可以實現平行度的自適應調整，自動處於平行度最佳的狀態以保證測量結果的準確性。
[0044]永磁體按上述方法固定完畢後，開啟伺服電機11驅動中間螺紋套13，帶動永磁體下移，當永磁體和超導塊材面對面靠上後，依據光柵位移傳感器17的測試結果判明靠上狀態，此時再調節超導體夾頭中的夾頭螺母，固定好超導塊材。驅動伺服電機11使永磁體遠離超導塊材1cm左右。
[0045]超導塊材冷卻:向液氮杯中注入液氮，使液氮面高於YBCO超導塊材上表面，保持2?3分鐘時間，由於液氮溫度很低，此過程中注意皮膚不要接觸，以免凍傷。
[0046]待超導塊材完全冷卻後，伺服電機11驅動中間螺紋套13緩慢(不計速度效應)向下運動至某一位置處(如I微米間隙處)，此過程中應用圖4中的控制系統，光柵位移傳感器17和S型拉壓力傳感器20測試結果作為反饋信號輸入計算機，計算機控制伺服驅動器驅動伺服電機,從而保證永磁體和超導體塊材之間的精確定位。永磁體靠近超導塊材後，超導塊材被磁化，產生磁場和磁斥力，由控制系統記錄相關的試樣結果。試樣結果進入計算機後進行數據分析處理，繪製相關的關係曲線，揭示超導塊材磁斥力與間隙的關係。
[0047]本實施例中的超導體夾頭和永磁體夾頭採用模塊化設計方法，可置換，因此可測量不同尺寸塊材的磁斥力，亦可測量永磁體與永磁體之間的磁斥力。
[0048]以上所述的僅是本發明所提供的一種超導塊材磁斥力測試優選實施方式，應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可提出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:包括由支撐杆(2)、上底板(8)和下底板(I)組成的支架；上底板(8)的上側固定有雙驅動機構，上底板(8)的下側固定有升降機構，升降機構的底部固定有永磁體夾頭(16)，永磁體夾頭(16)內放置有永磁體，雙驅動機構控制升降機構帶動永磁體夾頭(16)上下移動；下底板(I)的上方設有S型拉壓力傳感器(20), S型拉壓力傳感器(20)的上方固定有液氮杯(19),且液氮杯(19)位於永磁體夾頭(16)的下方，液氮杯(19)內設有超導體夾頭(18)，超導體夾頭(18)內放置有待測的超導塊材，液氮杯(19)的外側豎直地固定有光柵位移傳感器(17);且雙驅動機構、升降機構、永磁體夾頭(16)、超導體夾頭(18)和S型拉壓力傳感器(20)同軸設置。
2.根據權利要求1所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的雙驅動機構包括固定在上底板(8)上的伺服電機(11)，以及設置在伺服電機(11)上的微調螺母(10);伺服電機(11)和微調螺母(10)能夠單獨控制升降機構運動，從而控制永磁體夾頭(16)的位置。
3.根據權利要求2所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:還包括控制系統，控制系統包括與光柵位移傳感器(17)和S型拉壓力傳感器(20)相連的DSP採集控制器(30)、與伺服電機(11)相連的伺服驅動器(29)、以及與DSP採集控制器(30)和伺服驅動器(29)相連的計算機(28)。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的升降機構包括固定在上底板(8)上的螺套(12)，螺套(12)內設有滾珠絲槓(14)，滾珠絲槓(14)和螺套(12)通過中間螺紋套(13)配合連接，永磁體夾頭(16)固定在中間螺紋套(13)的底部，雙驅動機構控制中間螺紋套(13)向下旋出螺套(12)或向上旋入螺套(12)，從而控制永磁體夾頭(16)的位置。
5.根據權利要求4所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的光柵位移傳感器(17)通過位移傳感器上支撐杆(7)和位移傳感器下支撐杆￠)固定在液氮杯(19)側面，且位移傳感器上支撐杆(7)固定在螺套(12)的底部，位移傳感器下支撐杆(6)固定在液氮杯(19)的底部。
6.根據權利要求1-3中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的永磁體夾頭(16)包括固定在升降機構上的緊固件(15)，緊固件(15)的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母(31)，夾頭螺母(31)的底部開設有用於取放永磁體的通孔，緊固件(15)內開設有用於放置永磁體的空腔，空腔的頂部設有圓頭定位螺釘(21)，空腔的側壁內套裝有能夠上下移動的墊環(23)，夾頭螺母(31)能夠控制墊環(23)在空腔內的相對位置，空腔內還設有碟形彈簧(22)，墊環(23)壓迫碟形彈簧(22)產生變形，使得碟形彈簧(22)的內圈直徑變小，從而夾緊永磁體。
7.根據權利要求1-3中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的超導體夾頭(18)包括固定在液氮杯(19)上的緊固件(15)，緊固件(15)的外部以螺紋連接的方式固定有夾頭螺母(31)，夾頭螺母(31)的頂部開設有用於取放超導塊材的通孔，緊固件(15)內開設有用於放置超導塊材的空腔，空腔的底部設有圓頭定位螺釘(21)，空腔的側壁內套裝有能夠上下移動的墊環(23)，夾頭螺母(31)能夠控制墊環(23)在空腔內的相對位置，空腔內還設有碟形彈簧(22)，墊環(23)壓迫碟形彈簧(22)產生變形，使得碟形彈簧(22)的內圈直徑變小，從而夾緊超導塊材。
8.根據權利要求1-3中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的液氮杯(19)包括杯體和設置在杯體上的液氮杯蓋板(26)，其中杯體包括液氮杯外膽(27)和液氮杯內膽(24)，液氮杯外膽(27)和液氮杯內膽(24)採用絕磁材料0Crl8Ni9Ti製備，且在液氮杯外膽(27)和液氮杯內膽(24)之間設有絕熱石棉層(25)。
9.根據權利要求1-3中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀，其特徵在於:所述的下底板(I)上設有墊塊(3)，S型拉壓力傳感器(20)通過拉壓力傳感器下連杆(4)固定在墊塊(3)上方，液氮杯(19)通過拉壓力傳感器上連杆(5)固定在S型拉壓力傳感器(20)上方。
10.根據權利要求1-9中任意一項所述的微小間隙下超導塊材磁斥力精確測試儀的測試方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)通電後將永磁體放入永磁體夾頭(16)的空腔內，旋轉永磁體夾頭(16)的夾頭螺母(31)，使永磁體夾頭(16)內的墊環(23)壓迫碟形彈簧(22)產生變形，碟形彈簧(22)內圈直徑變小，夾緊永磁體； 2)將待測試的超導塊材放入超導體夾頭(18)的空腔內，然後開啟伺服電機(11)或調節微調螺母(10)，使中間螺紋套(13)帶動永磁體夾頭(16)下移，直至永磁體和超導塊材相接觸，依據光柵位移傳感器(17)的測量信號判明接觸狀態，從而保證測試開始時永磁-超導副的平行度，然後旋轉超導體夾頭(18)的夾頭螺母(31)，固定好超導塊材，再使中間螺紋套(13)帶動永磁體夾頭(16)上移至一定高度； 3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高於超導塊材上表面，待超導塊材冷卻後，開啟伺服電機(11)或調節微調螺母(10)，使中間螺紋套(13)帶動永磁體夾頭(16)下移，直至永磁體和超導塊材的間隙達到預定的測量值，下移過程中光柵位移傳感器(17)和S型拉壓力傳感器(20)不斷地將測量信號反饋至計算機(28)，由計算機(28)進行數據分析處理，得到超導塊材的磁斥力與間隙的關係曲線，完成對超導塊材的測試。
【文檔編號】G01B7/14GK104180750SQ201410320626
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】袁小陽, 許吉敏, 丁德甫, 侯潔潔, 吳九匯 申請人:西安交通大學