专利名称：超导磁悬浮转子漂移测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种漂移测试装置，特别涉及用于超导磁悬浮转子漂移测试装置。
背景技术：
随着新型材料和低温技术的不断发展加快了超导技术的应用，超导体独特的物理特性能有着其它材料不可比拟的应用优势，如无阻载流能力、完全抗磁性以及量子相干效应等等。基于超导体各种特性研发的高精度超导仪器设备在能源、信息、环境探测、轨道交通、医疗诊断和科学仪器等方面有着重要的应用。超导磁悬浮转子漂移测试的基本目的是要确定超导磁悬浮转子在系统中使用的精度指标和可靠性。通过对漂移测试数据的处理， 不仅可以测定超导磁悬浮转子漂移角速度，还可以分离出漂移误差模型中的各项系数。通过测试以便发现问题，并探索提高系统精度的改进途径，另外通过测试可以定量找出各种误差的数值，修正转子漂移数学模型，研究适当的补偿方法，消除有规律的误差，从而进一步提高所述的转子所在系统的精度。转子的漂移测试还可以检验装置装配工艺过程，验证设计参数，发现问题的原因、确定解决问题的新方法和技术，综合评估转子系统的技术性能和精度指标。科学技术的迅速发展，新产品的不断涌现，精度指标也在不断提高，因此对于转子漂移测试的方法和精度也提出了更高的要求。漂移测试是一项非常精密、非常复杂的工作，对于不断出现的新型产品，需要研究开发匹配相应的测试装置。
发明内容
为了克服现有装置测量精度低，测试时装置需要多次进行方位调整等缺点，本发明提出了一种超导磁悬浮转子漂移测试装置及测试方法。本发明装置具有测量方法简便、 测量精度高等特点。本发明测试装置包括基座、旋转平台、倾斜轴、外旋转轴、内旋转轴、内旋转轴夹具、低温容器、制冷机、防辐射屏、液氦容器、氦气管、转子腔、超导磁悬浮转子、悬浮线圈、光电传感器。所述的旋转平台安放在基座上，旋转平台以地垂线为旋转轴360度旋转。旋转平台上安放有倾斜轴，倾斜轴上装有外旋转轴，外旋转轴与X坐标轴平行。外旋转轴的中间位置安装有内旋转轴，内旋转轴与Z坐标轴平行，在内旋转轴支架上固定连接测试夹具，低温容器固定在测试夹具上，低温容器可围绕内旋转轴360度旋转。外旋转轴和内旋转轴均可 360度旋转。倾斜轴带有锁紧装置。所述的制冷机安装在低温容器的上端，低温容器内部通过拉杆固定卷筒形状的防辐射屏，在防辐射屏筒内布置液氦容器，液氦容器通过螺钉固定在制冷机的二级冷头下端。 在液氦容器内部通过拉杆固定转子腔。转子腔外部为圆柱状，内部为球形腔。超导磁悬浮转子位于转子腔内，超导磁悬浮转子为外表面闭合的空心球体，其顶端加工成平面用于测量超导磁悬浮转子旋转轴偏移信息。转子腔的上下端面分别布置有悬浮线圈，通过所述的悬浮线圈使超导转子悬浮。转子腔内赤道附近装有氦气管，氦气管的管口布置在转子腔内壁沿超导磁悬浮转子赤道切线方向上，通过氦气管将一定压力的氦气输入至转子腔内，氦气摩擦超导磁悬浮转子赤道表面使超导磁悬浮转子不断加速旋转，达到工作转速后，再通过氦气管将转子腔内的氦气抽出，使转子腔内形成真空。所述的光电传感器安装在超导磁悬浮转子顶部上方。所述的光电传感器检测超导磁悬浮转子旋转轴偏移信息，并将超导磁悬浮转子旋转轴偏移信息信号反馈给内旋转轴和外旋转轴的伺服控制系统，通过伺服控制系统调节内旋转轴和外旋转轴偏转，使超导磁悬浮转子旋转轴偏移信号的变化率始终保持为零，即使超导磁悬浮转子旋转轴与当地水平面垂直，并通过测角电路测量内旋转轴和外旋转轴偏转的角度。本发明测试装置以超导磁悬浮转子球心为坐标原点建立坐标系，通过旋转平台、 倾斜轴、内旋转轴和外旋转轴的调节转动，使超导磁悬浮转子的X坐标轴沿水平面指向北方向，y坐标轴沿地垂线指向天，使Z坐标轴沿水平面指向东方向。^为测试装置所在的当地地理纬度，ω e为地球自转角速度，则地球自转角速度在χ坐标轴上的分量为 e COS识，地球自转角速度在1坐标轴上的分量为 e sin识。采用本发明装置测试超导磁悬浮转子漂移角速度的方法是通过测量内旋转轴和外旋转轴的转角，计算内旋转轴和外旋转轴的旋转角速度，再根据漂移测试数学模型公式计算出超导磁悬浮转子漂移角速度，具体步骤如下1、通过旋转平台、倾斜轴、内旋转轴和外旋转轴的转动，使超导磁悬浮转子的χ坐标轴沿水平面指向北方向，y坐标轴沿地垂线指向天，使ζ坐标轴沿水平面指向东方向。2、建立超导磁悬浮转子漂移测试数学模型为
权利要求
1.超导磁悬浮转子漂移测试装置，其特征在于所述的装置包括基座(1)、旋转平台(2)、低温容器(5)、制冷机(6)、防辐射屏(7)和液氦容器(8)；所述的制冷机(6)安装在低温容器(5)的上端；所述的低温容器(5)内部通过拉杆固定卷筒形状的防辐射屏(7)；在防辐射屏(7)筒内布置液氦容器(8)，液氦容器(8)通过螺钉固定在制冷机(6)的二级冷头下端，在液氦容器(8)内部通过拉杆固定转子腔(9)；所述的测量装置还包括倾斜轴(3)、外旋转轴G)、转子腔(9)、超导磁悬浮转子(10)、 氦气管(11)、光电传感器(12)、悬浮线圈(13)、内旋转轴(14)和内旋转轴夹具(15)；所述的旋转平台( 安放在基座(1)上，旋转平台O)以地垂线为旋转轴360度旋转； 旋转平台( 上安放有倾斜轴(3)，倾斜轴( 带有锁紧装置；倾斜轴( 上装有外旋转轴 G)，外旋转轴⑷与χ坐标轴平行，外旋转轴⑷的中间位置安装有内旋转轴(14)，内旋转轴(14)与ζ坐标轴平行，在内旋转轴(14)上固定内旋转轴夹具(15)，低温容器( 固定在内旋转轴夹具(15)上，低温容器(5)能够随内旋转轴(14) 一起旋转；所述的超导磁悬浮转子(10)位于转子腔(9)内，转子腔(9)上下端面分别布置有悬浮线圈(13)，通过所述的悬浮线圈(13)使超导磁悬浮转子(10)悬浮；所述的转子腔(9) 内赤道附近装有氦气管(11)；所述的光电传感器(1 安装在超导磁悬浮转子(10)的顶部上方；光电传感器(1 检测超导磁悬浮转子(10)旋转轴偏移信息，并将超导磁悬浮转子 (10)旋转轴偏移信息信号反馈给内旋转轴(14)和外旋转轴(4)的伺服控制系统，通过伺服控制系统调节内旋转轴(14)和外旋转轴(4)转动，使超导磁悬浮转子(10)旋转轴偏移信息信号的变化率始终保持为零。
2.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子漂移测试装置，其特征在于，所述的超导磁悬浮转子(10)为外表面闭合的空心球体，超导磁悬浮转子(10)的顶端加工成平面用于测量超导磁悬浮转子(10)旋转轴偏移信息。
3.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子漂移测试装置，其特征在于，所述的氦气管(11)的下端管口布置在转子腔(9)的内壁沿超导磁悬浮转子(10)赤道切线方向上， 氦气管(11)的上端管口布置在低温容器( 上端面。
4.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子漂移测试装置，其特征在于，所述的测试装置以超导磁悬浮转子(10)球心为坐标原点建立坐标系，通过旋转平台O)、倾斜轴(3)、内旋转轴(14)和外旋转轴(4)的调节转动，使超导磁悬浮转子(10)的χ坐标轴沿水平面指向北方向，y坐标轴沿地垂线指向天，使ζ坐标轴沿水平面指向东方向，外旋转轴(4)平行于χ坐标轴，内旋转轴(14)平行于ζ坐标轴，外旋转轴⑷和内旋转轴(14)均能够360 度旋转。
5.应用权利要求1所述的测量装置测试超导磁悬浮转子漂移角速度的方法，其特征在于所述的测试方法步骤如下1)通过旋转平台O)、倾斜轴(3)、内旋转轴(14)和外旋转轴(4)的转动，使超导磁悬浮转子(10)的χ坐标轴沿水平面指向北方向，y坐标轴沿地垂线指向天，使ζ坐标轴沿水平面指向东方向；ω χ = dr + ecos^ =P +ωβηφ2)建立超导磁悬浮转子(10)漂移测试数学模型为j= V( dx)2 +((Odyf式中为地球自转角速度，识为测试装置所在的当地地理纬度，&为内旋转轴(14)相对基座矢量在χ坐标轴上转动角速度，々为外旋转轴(4)相对基座矢量在y坐标轴上转动角速度；3)将光电传感器(1 输出的超导磁悬浮转子(10)旋转轴偏移信号反馈给内旋转轴 (14)和外旋转轴⑷的伺服控制系统，控制内旋转轴(14)和外旋转轴⑷相对基座⑴旋转相应的角度，保持光电传感器(1 的输出信号的变化率为零，通过放置在内旋转轴(14) 和外旋转轴(4)上的测角传感器测量内旋转轴(14)和外旋转轴(4)旋转转角α (t)和 β (t)，对其进行微分运算得到角速度参量 和々，再根据超导磁悬浮转子(10)漂移测试数学模型公式，计算出超导磁悬浮转子(10)漂移角速度《d。
全文摘要
一种超导磁悬浮转子漂移测试装置，其旋转平台(2)上安放倾斜轴(3)，倾斜轴(3)上装有外旋转轴(4)，外旋转轴(4)的中间位置安装有内旋转轴(14)，在内旋转轴(14)上固定内旋转轴夹具(15)，低温容器(5)固定在内旋转轴夹具(15)上。在指定的空间坐标系下，通过伺服系统控制外旋转轴(4)和内旋转轴(14)的转动，使光电传感器(12)的输出信号变化率为零，并记录外旋转轴(4)和内旋转轴(14)的转动角度，通过建立的漂移测试数学模型公式，计算得到超导磁悬浮转子(10)漂移角速度ωd的大小。
文档编号G01R33/12GK102565724SQ20121003252
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者崔春艳, 戴银明, 王厚生, 王晖, 王秋良, 胡新宁 申请人:中国科学院电工研究所