专利名称：一种用于超导磁体磁场分布测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于超导磁体磁场分布测量装置，特别涉及超导磁体室温孔内磁场 分布测量装置。
技术背景超导磁体磁场测量中面临的一个重要问题是高斯计探头难以定位，无法将磁场测量值与 精确的空间坐标对应起来。在一些磁场测量中，空间坐标点的精确定位问题对于测量结果至 关重要。如回旋管微波磁体，要求的磁轴定位精度小于0.2mm，如果磁轴偏差太大，会导致 微波束偏差甚至烧毁微波管。因此，需要精确的测量定位装置测量超导磁体磁场分布。1986年，哈尔滨电工仪表所滕瑞林等研制成CG6型核磁共振定标装置。微机控制，三 维测量超导强磁体内磁场分布，采用微步进电机，60000步/360度。但是微步进电机是铁磁 元件，会改变被测区域的磁场位型，影响测量精度。而超导磁体都是单件生产，杜瓦形状各 异，该仪器也无法满足测量通用性的要求。2003年南京工业大学自动化学院陈先锋等提出利 用交流伺服控制的三维空间磁场与磁力测试系统，该系统采用交流伺服电机驱动滚珠丝杠实 现自动化测量。显然，交流伺服电机和滚珠丝杠本身是铁磁元件，会引入磁场误差。该系统 实现和操作复杂，不利于在超导磁体调试现场使用。 一品磁业有限公司三维磁场分布自动测 量设备侧重于磁场值测量精度的改善和采用自动化测量手段。哈尔滨先达电子有限公司的磁 场分步测量仪主要用于永磁磁件表面磁场进行测量。这些磁场测量产品均没有涉及超导磁体 磁场精确测量。国外相近的测量装置主要是用于核磁共振成像的磁场测量设备，用于测量均匀度和梯 度。US2004254449 (Al) "System for concurrent MRJ imaging and magnetic field homogeneity measurement",主要用来测量MRI磁场的均匀度。JP4276236(A) "TIME CHANGE MEASUREMENT METHOD FOR GRADIENT MAGNETIC F正LD OF MRI DEVICE"测量 MRI装置的磁场变化和梯度。用于测量的定位装置，例如科学仪器、电子显微镜、电子探针等上常用的样品台、工件 台，经常使用X、 Y二个方向的平移装置和旋转台。但是，这些平板或移动平台上没有长的 z方向的测量杆，主要原因是长测量杆远端无法保证和台面的垂直度，而垂直度在磁场测量 中很重要，因为磁场测量需要分别测量径向磁场和轴向磁场，保证垂直度才能保证各测量分量的准确性。此外，钢制的导轨和转台无法应用在磁场测量的场合。综合上述，国内、外的产品、专利和文献中均未见针对超导磁体的测量定位装置，各超 导磁体研制单位目前采用的方法都是针对具体磁体采用专门设计的安装定位测量夹具，因此 在超导磁体调试安装中，需要专业的、通用的、高精度的磁场测量定位装置。 实用新型内容本实用新型的目的是克服现有的测量装置不能精确定位，特别是无法保证磁场测量的垂 直度的缺点，提出一种用于超导磁体磁场分布测量的装置。本实用新型可使高斯计测量探头 精确定位，探头轴线与测量杆轴线自动定中，通过导向套筒结构和辅助支架使测量杆与磁体 内孔同轴。本实用新型通过调整机构旋钮，使测量探头在XYZ三个方向平移，以及绕Z轴 360°旋转，测量超导磁体室温孔内任意点的磁场。本实用新型包括测量杆、锁紧夹具、导向套、安装板、XY平移台、旋转台，转换板， 探头夹具。旋转台安装在转换板上；XY平移台安装在旋转台上；安装板固定在XY平移台 上；导向套穿过安装板中心孔，固定在安装板上；锁紧夹具安装在导向套端面上；探头夹具 安装在测量杆下端部。测量杆插入导向套内孔中，导向套通过安装板安装在XY平移台上，XY平移台为方形 中空结构、旋转台和转换板均为中空结构，测量杆沿导向套内孔在Z方向上下自由移动， XY平移台使测量杆沿XY方向移动，这样就实现了XYZ三个自由度的平移。旋转台可以使 测量杆绕Z轴360度转动。测量杆采用铝合金材料，加工前校准直线度0. 01%，测量杆上示有刻度。导向套上有三个微调螺钉，用于调整导向套内孔轴线与台面的垂直度，当测量杆插入导 向套内孔时，通过微调螺钉使测量杆的垂直度满足要求。本实用新型包括一个辅助定位支架的附件，辅助定位支架安装在被测磁体内孔中，主要 作用是当测量杆深入磁体室温孔中太长时，保证测量杆与磁体内孔同轴。本实用新型超导磁体磁场分布测量装置导向套、安装板、XY平移台和旋转台本体使用 硬铝合金基材；X方向和Y方向导轨的导轨滑块采用减摩铜合金；旋转台轴承、螺钉、螺母 等各连接件使用无磁不锈钢，整个装置无铁磁部件，从而避免对磁场探测的千扰。超导磁体磁场分布测量装置的测量杆可以上下移动提供毫米级Z轴定位精度，水平面内 平移精度可以达到0.05毫米，满足高精度定位的要求，绕Z轴的旋转精度可以达到0.5度， 以上精度根据需要还可以提高。采用本实用新型，可以实现下述的测量磁场沿轴线的分布，磁场在轴向某位置ZO平 面内的分布，磁场在ZO平面内沿半径RO的分布，以及其他适合本实用新型的测量。本实用新型装置可以与目前市场上通用的高斯计配合使用，操作简单，定位精确，通用 性强，可以满足目前大多数超导磁体磁场的测量。
图la是超导磁体磁场分布测量装置结构图，图lb是剖面图。图中l测量杆、2锁紧 夹具、3导向套、4安装板、5 XY平移台、6旋转台，7转换板，8探测器夹具；图2a是XY平移台5结构图，图中9X平移台、IOY平移台、IIY刻度标尺、12X 刻度标尺、13Y位移旋钮、14X位移旋钮；图2b是导轨的局部视图，15导轨滑块、16 X 方向导轨、17导轨基体、18Y方向导轨；图3是旋转台6结构图，图中19锁紧旋钮、20转台手柄、21滑动轴承、22上台面 23下台面；图4是导向套3与安装板结构图，图中24水平面微调螺钉25安装螺钉； 图5a是探头夹具8结构图，图5b是探头夹具8A—A剖视图，图中26锁紧螺母、27 探头夹头；图6是锁紧夹具2结构图，图中28锁紧螺钉； 图7是转换板结构图；图8是辅助定位支架在磁体内孔示意图，图中29辅助定位支架、30磁体内孔、31上圆盘、32下圆盘；图9是应用本实用新型装置测量超导磁体磁场分布的具体实施图，图中33高斯计、 34探头连接电缆、35超导磁体；图10是应用本实用新型装置测量某超导磁体轴线磁场分布图；图11是应用本实用新型装置测量某超导磁体轴向位置350mm、半径20mm圆周磁场分 布图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式
对本实用新型进一步说明。如图la、 b所示，本实用新型包括测量杆l、锁紧夹具2、导向套3、安装板4、 XY平 移台5、旋转台6，转换板7，探头夹具8。旋转台6安装在转换板7上；XY平移台5安装 在旋转台6上安装板4固定在XY平移台5上；导向套3穿过安装板4中心孔，固定在安 装板4上；锁紧夹具2安装在导向套3端面上；探头夹具8安装在测量杆1下端部。如图lb所示，测量杆1经过锁紧夹具2的中心孔，插入导向套3内孔中，导向套3穿 过安装板4中心孔，固定在安装板4上。如图2a所示，XY平移台5为方形中空结构。如图 3所示，旋转台6为圆形中空结构。如图lb所示，转换板7为内有通孔的环状板。测量杆l可以沿导向套3内孔在Z方向上下移动，也可以用锁紧夹具2锁紧测量杆'1，使其固定。测 量杆l上有刻度指示，可以读取Z轴距离。如图2a所示，XY平移台5包括X平移台9和Y平移台10, X平移台9位于Y平移台 IO之上。Y平移台IO侧面有Y刻度标尺11， X平移台9侧面有X刻度标尺12，用以指示 导轨位移，满足0.05mm调节精度要求。X方向导轨16在上，Y方向导轨18在下，中间为 共用的导轨基体17。如图2b所示，X方向导轨16和Y方向导轨18采用相同的结构，X方 向导轨16和Y方向导轨18上开有燕尾槽，燕尾槽的一端与导轨基体17上的燕尾槽配合， 燕尾槽的另一端内嵌入导轨滑块15。导轨滑块15采用减摩铜合金，X平移台10和Y平移 台9本体采甩硬铝合金材料。通过旋转Y位移旋钮13和X位移旋钮14实现XY方向100 X100mm范围内位移可调。如图3所示，旋转台6可以绕旋转台中心轴360°旋转。旋转台6为上、下分体结构， 上台面22压在下台面23上，上台面22和下台面23之间由滑动轴承21支撑。上台面22、 下台面23均采用铝合金结构。上台面22外侧有角度刻度标尺。手动旋转转台手柄20可以 转至任何角度位置。锁紧旋钮19锁紧时，旋转台不能转动。测量磁场时，与磁体室温孔轴平行的方向是轴向磁场，即探测杆轴线方向，与磁体室温 孔轴垂直方向是径向磁场，即测量装置台面方向，探测杆轴线与测量装置台面要保证垂直。 但当探测杆1长度超过IOOOmm，其末端与装置台面难以保证垂直度，为此本实用新型设计 了带有微调螺钉的导向套3。如图4所示，导向套3带三个水平面微调螺钉24，通过调整螺 钉的高度，能够对探测杆1的垂直度进行微量调整，使测量杆的垂直度满足测量要求。导向 套3通过三个安装螺钉25固定在安装板4上。如图5a、图5b所示，探头夹具8用来固定高斯计探头。探测器夹具8包括锁紧螺母27 和探头夹头26。探头夹头26上、下部分均有螺纹，上部螺纹与测量杆1的下端部内孔螺纹 配合，将探头夹具8固定于测量杆1的下端部；下部分螺纹与锁紧螺母27配合，用来固定 高斯计探头。探头夹头26开有十字槽，锁紧螺母27在锁紧过程中，探头夹头26的十字槽 受力从四周向内闭合，实现自动定中，从而使探头轴线与测量杆1的轴线重合。如图6所示，锁紧夹具2 —端有开口，通过锁紧螺钉28可以将测量杆1锁紧不动，使 测量时Z坐标固定在某一个位置上。如图7所示，转换板7为内有圆孔的圆盘，转换板7用来安装转台6，在转换板7上可 以根据被测磁体的室温孔打孔，使整个测量机构能够固定在磁体上。如图8所示，辅助定位支架25由上圆盘31、下圆盘32，中间用空心杆连接而成。上圆 盘31、下圆盘32中间开孔，孔的大小保证与测量杆1紧配合。上圆盘31、下圆盘32端面平行，上下圆盘端面与内孔轴线垂直。辅助定位支架25材料选择有机玻璃、铝等非磁性材 料。辅助定位支架29安装在磁体内孔30中，主要作用是当测量杆1深入磁体室温孔中太长 时，保证测量杆与磁体内孔同轴。辅助定位支架29插入磁体内孔30中；测量杆l插入辅助 定位支架29中心孔；通过辅助定位支架29与磁体内孔30紧配合、测量杆l与辅助定位支 架29内孔紧配合，保证测量杆1与磁体内孔30同轴。在辅助定位支架29的上圆盘3K下 圆盘32可装上弹性胶圈，以便与内孔紧密配合。图9是应用本实用新型测量磁场的一个具体实施案例。本实用新型装置安装在超导磁体 35上盖，安装时保证本装置台面与磁体上端面平行，在XY平移台5的X、 Y偏移量为0时， 保证测量杆1轴线与超导磁体35内孔轴线重合。将高斯计探头安装在探头夹具8上，探头 连接电缆34从测量杆1内孔引出来，连接到高斯计33上，探头连接电缆34要足够长，使 高斯计33在远离强磁场的环境下工作，避免因为强磁场影响而出现测量偏差。测量杆1深 入超导磁体35室温孔内太长时。可以借助于辅助定位支架29保证远端测量轴线的精确定位。应用本实用新型，超导磁体磁场分布测量方法和步骤如下(1) 将测量装置安装在超导磁体35的上盖，安装时保证测量装置的中心轴与超导磁体 的室温孔中心轴重合。保证测量装置台面与磁体端面平行。(2) 将高斯计探头安装在探头夹具8上，上下移动测量杆l，记录轴向刻度和对应的磁 场值，可以测出磁场沿轴线分布的数据，如图10所示；(3) 测量杆1调整到一定的轴向距离Z0，操纵XY平移台5旋钮，沿XY方向平移， 记录下XY刻度和对应的磁场值，可以得到磁场在Z 0平面内分布的数据；(4) 测量装置的测量杆1调整到一定的轴向距离ZO，操纵XY平移台5旋钮使X或Y 偏离轴线一定距离RO，转动旋转台6，可以得到磁场在ZO平面内沿半径RO分布的数据。 如图11所示为某超导磁体轴向位置350mm、半径20mm圆周磁场分布图。
权利要求1、一种用于超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于包括测量杆(1)、锁紧夹具(2)、导向套(3)、安装板(4)、XY平移台(5)、旋转台(6)，转换板(7)，探头夹具(8)；旋转台(6)安装在转换板(7)上；XY平移台(5)安装在旋转台(6)上；安装板(4)固定在XY平移台(5)上；导向套(3)固定在安装板(4)上；锁紧夹具(2)安装在导向套(3)端面上；测量杆(1)穿过锁紧夹具(2)孔插入导向套(3)内孔中，穿过XY平移台(5)、旋转台(6)和转换板(7)；探头夹具(8)安装在测量杆(1)的下端部。
2、 按照权利要求1所述的用于测超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于所述的XY 平移台(5)包括X平移台(9)和Y平移台(10); X平移台(9)位于Y平移台(10)之 上，X方向导轨(16 )和Y方向导轨(18)之间为共用的导轨基体(17); Y平移台(10) 侧面有Y刻度标尺(11)， X平移台(9)侧面有X刻度标尺(12); X方向导轨(16)和Y 方向导轨(18)上开有燕尾槽，燕尾槽的一端与导轨基体(17)上的燕尾槽配合，燕尾槽的 另一端内嵌入导轨滑块(15)。
3、 按照权利要求1所述的用于超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于所述的旋转台 (6)为上、下分体结构，上台面(22)压在下台面(23)上，上台面(22)和下台面(23)之间有滑动轴承(21)支撑；上台面(22)外侧面有角度刻度标尺；旋转台(6)可绕旋转 台(6)中心轴360。旋转，手动旋转转台手柄(20)可以旋转至任何角度位置；锁紧旋钮(19) 锁紧时，旋转台(6)不能转动。
4、 按照权利要求1所述的用于超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于所述的导向套 (3)带有三个水平面微调螺钉(24)，调整水平面微调螺钉(24)的高度，对探测杆(I)的垂直度进行微量调整。
5、 按照权利要求1所述的用于超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于探头夹具(8) 固定于测量杆(1)的下端部；探测器夹具(8)包括锁紧螺母(26)和探头夹头(27)，探 头夹头(27)开有十字槽，锁紧螺母(26)在锁紧过程中，探头夹头(27)的十字槽受力从 四周向内闭合，实现自动定中，从而使探头轴线与测量杆(1)的轴线重合。
6、 按照权利要求卜5的任何一项所述的用于超导磁体磁场分布测量装置，其特征在于 所述的X方向和Y方向导轨的导轨滑块(15)采用减摩铜合金；X平移台(10)和Y平移 台(9)本体采用硬铝合金材料；旋转台(6)的上台面(22)、下台面(23),以及测量杆(1) 采用铝合金材料；旋转台轴承、各连接件使用无磁不锈钢，所述装置无铁磁部件。
专利摘要一种用于超导磁体磁场分布测量装置，包括测量杆(1)、锁紧夹具(2)、导向套(3)、安装板(4)、XY平移台(5)、旋转台(6)，转换板(7)和探头夹具(8)。旋转台(6)安装在转换板(7)上，XY平移台(5)安装在旋转台(6)上，安装板(4)固定在XY平移台(5)上，导向套(3)固定在安装板(4)上，锁紧夹具(2)安装在导向套(3)端面上，测量杆(1)穿过锁紧夹具(2)孔插入导向套(3)内孔中，穿过XY平移台(5)、旋转台(6)和转换板(7)。探头夹具(8)安装在测量杆(1)的下端部。通过调整机构旋钮，使测量探头在XYZ三个方向平移，以及绕Z轴360°旋转，实现在超导磁体室温孔内任意点磁场的测量。
文档编号G01R33/02GK201322791SQ20082012454
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者戴银明, 王春忠, 王秋良 申请人:中国科学院电工研究所