一种超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置制造方法
【专利摘要】一种超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其高速旋转电机（10）的主轴用于模拟超导磁悬浮转子（8）的悬浮和高速旋转。高速旋转电机（10）由变频器控制转速。超导磁悬浮转子（8）安装在电机主轴（11）的端面，电机主轴轴线（12）在空间上通过超导磁悬浮转子（8）的球心，且与超导磁悬浮转子（8）的端部平面垂直。水平旋转平台（2）旋转轴（3）的轴向精度和径向精度都小于0.1μm，实现小角度的旋转定位。步进电机驱动水平旋转平台（2）转动，由定位锁紧装置（4）实现角度定位。水平旋转平台（2）的旋转轴轴线（13）与电机主轴轴线（12）在空间上相交，交点即为超导磁悬浮转子（8）的球心。
【专利说明】一种超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种超导磁悬浮转子姿态测量信号的标定设备。
【背景技术】
[0002]自超导现象被发现以后，其独特的零电阻特性和完全抗磁性(也称迈斯纳效应)在磁浮轴承、飞轮储能、高速电机、重力测量和科学试验精密仪器等各个领域得到了广泛的应用。利用超导体的迈斯纳效应实现超导转子的悬浮和高速旋转的超导精密仪器，具有极高的精度和极低的能量损耗。利用高速旋转超导转子的定轴性，以此为基准可以实现方位和角速度的测量，在定位导航和大地参数测量等领域有很高的工程应用价值，受到广泛的重视。
[0003]超导磁浮转子的姿态信号包括转子位移和转子极轴偏角。转子姿态信号检测均采用非接触式传感器测量，传感器输出电压信号。在应用传感器测量转子的姿态信号之前，必须对传感器进行标定，即得到转子位移-电压、转子极轴偏角-电压之间的关系。
[0004]目前已有的标定系统，大多只是单独进行静态的位移标定或角度标定。文献《位移传感器的静态自动标定与实验研究》【丁美莹，北京化工大学硕士论文，2010】提到的位移传感器标定试验台包括传感器探头安装架、动态测试盘和外径千分尺，传感器探头安装在安装架上固定不动，动态测试盘和外径千分尺连接，手工或自动旋动外径千分尺，带动测试盘移动，与传感器探头之间发生相对位移，记下不同位移X处传感器的电压读数U，作出传感器的U-x特性曲线，实现位移标定。这种结构的标定装置中被测物相对传感器发生移动，对于我们的处于高速旋转状态的动态转子是不适宜的，会导致转子转动不稳定甚至发生危险。文献《高精度角度传感器自动标定系统》【陈书剑，徐峰，褚渊，仪表技术与传感器，2006年第8期】，由电机驱动主轴发生角度，在轴的输出端安装相应的传感器支架，固定传感器，实现对被测量物体的相对转动，模拟角度测量环境。该角度标定装置只能标定被测物角度的大小，不能标定相位。`
【发明内容】
[0005]本发明提出一种能够同时对超导磁悬浮转子位移和极轴偏角测量信号进行标定的装置。
[0006]本发明装置包括水平防震工作台、水平旋转平台、竖直旋转台、三轴位移平移台、传感器安装架、超导磁悬浮转子和高速旋转电机。水平防震工作台放置于水平的地面上，水平防震工作台的下端带有可调水平度的金属支架。高速旋转电机通过电机基座固定在水平防震工作台上。高速旋转电机的主轴是精密气浮电主轴，用于模拟超导磁悬浮转子的悬浮和高速旋转。高速旋转电机由变频器控制转速，转速可调，其轴向跳动和径向跳动均小于I μ m。超导磁悬浮转子安装在电机主轴的端面，电机主轴轴线在空间上通过超导磁悬浮转子的球心，且与超导磁悬浮转子的端部平面垂直。水平旋转平台也固定在防震工作台上，其旋转轴是精密的气浮轴，轴向精度和径向精度都小于0.1 μ m。所述的旋转轴上配有高精密圆光栅，可实现小角度的旋转定位，分辨率为I角秒。步进电机驱动水平旋转平台转动，由定位锁紧装置实现角度定位。水平旋转平台的旋转轴线与电机主轴轴线在空间上相交，交点即为超导转子的球心。三轴位移平移台固定在水平旋转平台上，三轴位移平移台的每个轴都是一个微型直线单元，内有微型精密导轨及滚珠丝杠，微型精密导轨及滚珠丝杠的配合分别实现Χ、Y、ζ三个方向的精确平移。通过步进电机驱动三轴位移平移台的每个轴进行平移，由直线光栅读出每个轴的位移，位移分辨率为0.1 μ m。竖直旋转台可在XOY平面内绕Z轴转动，固定在三轴位移平移台上，用于模拟转子极轴偏角的初始相位。传感器安装架固定在竖直旋转台上，传感器安装架上的两个个V型槽用来夹紧固定传感器，两个V型槽的深度和开口宽度均相等。
[0007]本发明的装置可以实现高速旋转的超导磁悬浮转子的位移标定和极轴偏角标定，具体过程如下:
[0008](1)位移标定
[0009]将位移传感器探头固定在传感器安装架的中间的V型槽内，然后启动步进电机，控制三轴位移平移台沿着Z轴负方向平移至位移传感器探头端面与超导磁悬浮转子的端面接触处，记录下此时的位置为Z=O ;接通高速旋转电机的电源，设定转速，使高速旋转电机带动超导磁悬浮转子以设定的转速高速旋转；控制三轴位移平移台沿着Z轴正向平移1μ m,记录此时传感器输出的电压值V1 ;继续使三轴位移平移台沿着Z轴正向平移1μ m，记录此时传感器输出的电压值V2;重复以上的步骤，三轴位移平移台沿Z轴正向平移的步长为1μ m，记录每次平移1μ m时传感器输出的电压值Vi,直至三轴位移平移台平移至所需测量范围的最大值，例如Z=2mm ;这样就得到了超导磁悬浮转子端面与传感器探头之间的位移Z和传感器输出电压值Vi之间的对应关系，将位移和对应的电压值进行数据拟合，得到位移-电压拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子悬浮位移的标定；在实际测量时，通过检测传感器输出的电压值，根据事先标定得到的位移-电压拟合曲线，即可得到超导磁悬浮转子的悬浮位移。
[0010](2)极轴偏角标定
[0011]本发明装置通过控制水平旋转平台的转动角度来模拟超导磁悬浮转子的极轴偏角大小，即超导转子极轴相对于固定的传感器轴线的夹角Θ的大小；通过控制竖直旋转台的转动角度来模拟超导磁悬浮转子的极轴偏角的相位，即超导转子极轴在XOY平面内的投影与X轴之间的夹角Φ。在传感器安装架的中间V型槽内固定的是测量转子极轴偏角大小的传感器，简称极轴传感器；传感器安装架的边缘V型槽内固定的是测量转子极轴偏角相位的传感器，简称相位传感器。
[0012]根据动量矩定理可知，在没有干扰力矩影响时，高速旋转的超导磁悬浮转子极轴的指向将保持不变，而在实际工作时总是存在各种干扰力矩，超导磁悬浮转子在干扰力矩的作用下，极轴将会绕球心发生偏转，偏转角即为超导磁悬浮转子极轴与传感器探头中心轴线之间的夹角。然而在本发明装置中是由高速旋转电机的气浮电主轴来模拟超导磁悬浮转子高速旋转，要求电机基座要非常稳固，因此不适宜让高速旋转电机在高速旋转的同时转动一个角度来标定超导磁悬浮转子的极轴偏角。本发明装置中，超导磁悬浮转子的位置固定不动，即高速旋转电机固定，由水平旋转平台带动传感器探头绕超导磁悬浮转子的球心转动，由于水平旋转平台的旋转轴轴线通过超导磁悬浮转子的球心，因此水平旋转平台的转角等价于实际工作状态下超导磁悬浮转子的极轴偏角，这样就将超导磁悬浮转子极轴绕球心偏转的角度等价为传感器探头绕超导磁悬浮转子球心偏转的角度，保证了标定过程中超导磁悬浮转子高速旋转的稳定性和安全性。
[0013]极轴偏角大小的标定:首先将极轴传感器探头平移到距离转子端面一定的位移处，且转子极轴和极轴传感器探头轴线重合，接通高速旋转电机的电源，设定转速，使高速旋转电机带动超导磁悬浮转子以设定的转速高速旋转，定义此时的转子极轴偏角Θ的大小为零，极轴传感器输出一直流电压信号，幅值Vpptl=O;控制步进电机驱动水平旋转平台转动I"并锁紧，转子极轴与传感器探头轴线之间夹角为1"，极轴传感器输出一正弦电压信号，记录该正弦信号的幅值Vppl ;重复上述的步骤，步长为1"，记录每次转动I"对应的正弦信号的幅值Vppi，直至转动角度到测量范围的最大值，例如θ=2° ;这样就得到了超导磁悬浮转子极轴偏角大小Θ与极轴传感器输出正弦电压信号幅值Vppi之间的对应关系,将偏角大小Θ和对应的正弦电压信号幅值Vppi进行数据拟合，得到极轴偏角大小-电压幅值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子极轴偏角大小的标定。
[0014]极轴偏角相位的标定:首先将极轴传感器探头平移到距离转子端面一定的位移处，转子极轴和极轴传感器探头轴线重合；相位传感器轴线与极轴传感器轴线平行，两轴线形成的平面与X轴平行且垂直于XOY平面；接通高速旋转电机的电源，设定转速，使高速旋转电机带动超导磁悬浮转子以设定的转速高速旋转；控制步进电机驱动水平旋转平台转动一个角度(例如9=0.5° )并锁紧,极轴传感器输出一正弦电压信号,相位传感器输出一个脉冲电压信号，定义此时的转子极轴偏角的相位为零，即正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位为零；控制步进电机驱动竖直旋转台逆时针转动0.01°，记录此时正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值；重复上述步骤，步长为0.01°，记录每次转动0.01°正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值，直至竖直旋转台转动至360° ;这样就得到了超导磁悬浮转子极轴偏角相位Φ与极轴传感器输出的正弦电压信号在相位传感器输出的脉冲电压信号的下降沿时刻的相位值之间的对应关系，并进行数据拟合，得到极轴偏角相位-正弦信号相位值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子极轴偏角相位的标定。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是超导磁悬浮转子信号检测标定装置示意图，图中:I水平防震工作台，2水平旋转平台，3旋转轴，4定位锁紧装置，5三轴位移平移台，6竖直旋转台，7传感器安装架，8超导磁悬浮转子，9电机基座，10高速旋转电机,11电机主轴，12电机主轴轴线，13旋转轴轴线；
[0016]图2是传感器安装架的示意图，图中:14安装架底座，15V型槽，16传感器探头，17滑块，18限位弹簧；
[0017]图3是超导磁悬浮转子极轴偏角大小Θ的示意图；
[0018]图4是超导磁悬浮转子极轴偏角相位φ的示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0020]如图1所示，本发明装置包括水平防震工作台1、水平旋转平台2、竖直旋转台6、三轴位移平移台5、传感器安装架7、超导磁悬浮转子8和高速旋转电机10。水平防震工作台I放置于水平的地面上，水平防震工作台I的下端带有可调水平度的金属支架。高速旋转电机10通过电机基座9固定在水平防震工作台I上。高速旋转电机10的主轴是精密气浮电主轴，用于模拟超导磁悬浮转子的悬浮和高速旋转。高速旋转电机10由变频器控制转速，转速可调，其轴向跳动和径向跳动均小于I μ m。超导磁悬浮转子8安装在电机主轴11的端面，电机主轴轴线12在空间上通过超导磁悬浮转子8的球心，且与超导磁悬浮转子8的端部平面垂直。水平旋转平台2也固定在水平防震工作台I上，其旋转轴3是精密的气浮轴，轴向精度和径向精度都小于0.1 μ m。所述的旋转轴3上配有高精密圆光栅，可实现小角度的旋转定位，分辨率为I角秒。步进电机驱动水平旋转平台2转动，由定位锁紧装置4实现角度定位。水平旋转平台2的旋转轴轴线13与电机主轴轴线12在空间上相交，交点即为超导磁悬浮转子8的球心。三轴位移平移台5固定在水平旋转平台2上，三轴位移平移台5的每个轴都是一个微型直线单元，内有微型精密导轨及滚珠丝杠，分别实现X、Y、Z三个方向的精确平移。通过步进电机驱动三轴位移平移台5的每个轴进行平移，由直线光栅读出每个轴的位移，位移分辨率为0.1 μ m。竖直旋转台6可在XOY平面内绕Z轴转动，固定在三轴位移平移台5上，用于模拟超导磁悬浮转子8极轴偏角的初始相位。传感器安装架7固定在竖直旋转台6上，用来夹紧固定传感器。
[0021]如图2所示，传感器探头16放置在安装架底座14的V型槽15内，上部由滑块17压紧固定，滑块17与安装架底座14之间是限位弹簧18，限位弹簧18始终处于压紧状态。往上提起滑块17，将传感器探头16放入V型槽15内，然后放下滑块17，在限位弹簧18的作用下，传感器探头16被紧固在V型槽15内。V型槽15的作用是使传感器探头16的中心线与超导磁悬浮转子8旋转轴平行，超导磁悬浮转子8旋转轴即电机主轴轴线12。其中，固定在中间的V型槽15内的传感器用来测量超导磁悬浮转子8的悬浮位移以及极轴偏角的大小，边缘的V型槽15内的传感器用来测量超导磁悬浮转子8极轴偏角的相位。
[0022]超导磁悬浮转子8悬浮位移的标定步骤如下:
[0023]I)将传感器探头16固定在传感器安装架7中间的V型槽15内；
[0024]2)启动步进电机，控制三轴位移平移台5沿着Z轴负方向平移至传感器探头16端面与超导磁悬浮转子8的端面接触，记录下此时的位置为Z=O ；
[0025]3)接通高速旋转电机10的电源,设定转速,使高速旋转电机10带动超导磁悬浮转子8以设定的转速高速旋转；
[0026]4)控制三轴位移平移台5沿着Z轴正向平移I μ m，记录此时传感器输出的电压值V1;
[0027]5)重复步骤4,三轴位移平移台5沿Z轴正向平移的步长为I μ m,记录每次平移
Iμ m时传感器输出的电压值Vi,直至三轴位移平移台5平移至所需测量范围的最大值，例如 Z=2mm ；
[0028]6)得到超导磁悬浮转子8端面与传感器探头16之间的位移Z和传感器输出电压值Vi之间的对应关系，将位移Z和对应的电压值Vi进行数据拟合，得到位移-电压拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子8悬浮位移的标定；在实际测量时，通过检测传感器输出的电压值，根据事先标定得到的位移-电压拟合曲线，即可得到超导磁悬浮转子8的悬浮位移。[0029]图3是超导磁悬浮转子8极轴偏角大小Θ标定示意图，通过控制水平旋转平台2的转动角度来模拟超导磁悬浮转子8的极轴偏角大小。其中:(a)是初始情况，即超导磁悬浮转子8极轴未发生偏转的情况；超导磁悬浮转子8极轴与传感器探头16中心轴线重合，此时传感器输出一常值电压信号；根据动量矩定理可知，在没有干扰力矩影响时，高速旋转的超导磁悬浮转子8极轴的指向将保持不变，而在实际工作时总是存在各种干扰力矩，超导磁悬浮转子8在干扰力矩的作用下，极轴将会绕球心发生偏转。(b)是当传感器探头16位置固定不动，超导磁悬浮转子8极轴绕球心ο偏转Θ角时与传感器之间的位置关系，Θ角即超导磁悬浮转子8极轴与传感器探头16中心轴线之间的夹角。然而在标定装置上是由高速旋转电机10的气浮电主轴来模拟超导磁悬浮转子8高速旋转，要求电机基座9要非常稳固，因此不适宜让高速旋转电机10在高速旋转的同时转动一个角度来标定超导磁悬浮转子8的极轴偏角。本发明装置中如(c)所示，超导磁悬浮转子8的位置固定不动，即高速旋转电机10固定，由水平旋转平台2带动传感器探头16绕超导磁悬浮转子8的球心转动，由于水平旋转平台2的旋转轴轴线13通过超导磁悬浮转子8的球心，因此水平旋转平台2的转角等价于实际工作状态下超导磁悬浮转子8的极轴偏角，水平旋转平台2的转角由精密圆光栅精确读出，传感器将输出一正弦信号，正弦信号的电压峰峰值与偏角大小成正比，这样就保证了标定过程中的安全性。
[0030]图4是超导磁悬浮转子8极轴偏角相位Φ的示意图，通过控制竖直旋转台6的转动角度来模拟超导磁悬浮转子8极轴偏角的相位，即超导磁悬浮转子8极轴在XOY平面内的投影与X轴之间的夹角Φ。图4中中间的传感器探头16用来测量超导磁悬浮转子8极轴偏角的大小，简称极轴传感器，边缘处的传感器探头16用来测量超导磁悬浮转子8极轴偏角的相位，简称相位传感器。
[0031]超导磁悬浮转子8极轴偏角大小的标定步骤如下:
[0032]I)将极轴传感器探头16固定在传感器安装架7中间的V型槽15内；
[0033]2)启动步进电机，控制三轴位移平移台5沿着Z轴方向平移至传感器探头16端面距离超导磁悬浮转子8端面一定的位置处；且超导磁悬浮转子8的极轴与极轴传感器探头16的中心轴线重合；
[0034]3)接通高速旋转电机10的电源，设定转速，使高速旋转电机10带动以设定的转速高速旋转，定义此时的超导磁悬浮转子8极轴偏角Θ的大小为零，极轴传感器输出一直流电压信号，幅值Vpptl=O ；
[0035]4)控制步进电机驱动水平旋转平台2转动1"，通过定位锁紧装置4锁紧，超导磁悬浮转子8极轴与极轴传感器中心轴线之间的夹角为1"，此时极轴传感器输出一正弦电压信号，记录该正弦信号的幅值Vppl ；
[0036]5)重复步骤4，水平旋转平台2转动角度的步长为1"，记录每次转动I"角度对应的正弦信号幅值Vppi，直至水平旋转平台2的转动角度为测量范围的最大值，例如Θ =2° ;
[0037]6)得到超导磁悬浮转子8极轴偏角大小Θ与极轴传感器输出的正弦电压信号幅值Vppi之间的对应关系，将偏角大小Θ和对应的正弦电压信号幅值Vppi进行数据拟合，得到极轴偏角大小-电压幅值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子8极轴偏角大小的标定。
[0038]超导磁悬浮转子8极轴偏角相位的标定步骤如下:
[0039]I)将极轴传感器探头16固定在传感器安装架7中间的V型槽15内，将相位传感器探头16固定在边缘处的V型槽15内；
[0040]2)启动步进电机，控制三轴位移平移台5沿着Z轴方向平移至传感器探头16端面距离超导磁悬浮转子8端面一定的位移处，例如Z=Imm ;且超导磁悬浮转子8的极轴与极轴传感器探头16的中心轴线重合；相位传感器的中心轴线与极轴传感器的中心轴线平行，两中心轴线形成的平面与X轴平行且垂直于XOY平面；
[0041]3)接通高速旋转电机10的电源,设定转速,使高速旋转电机10带动超导磁悬浮转子8以设定的转速高速旋转；
[0042]4)控制步进电机驱动水平旋转平台2转动一个角度(例如Θ =0.5° )并通过定位锁紧装置4锁紧,此时极轴传感器输出一正弦电压信号,相位传感器输出一脉冲电压信号，定义此时的超导磁悬浮转子8极轴偏角的相位为零，即正弦信号在脉冲信号的下降沿时刻的相位为零；
[0043]5)控制步进电机驱动竖直旋转台6逆时针转动0.01°，记录此时正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值；
[0044]6)重复步骤5，竖直旋转台6逆时针转动的步长为0.01°，记录每次转动0.01°时正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值，直至竖直旋转台6转动360° ；
[0045]7)得到超导磁悬浮转子8极轴偏角相位Φ与极轴传感器输出的正弦电压信号在相位传感器输出的脉冲电压信号的下降沿时刻的相位值之间的对应关系，并进行数据拟合，得到极轴偏角相位-正弦信号相位值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子8极轴偏角相位的标定。
【权利要求】
1.一种超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的标定装置包括水平防震工作台(I)、水平旋转平台(2)、三轴位移平移台(5)、竖直旋转台(6)、传感器安装架(7)、超导磁悬浮转子(8)和高速旋转电机(10);所述的水平防震工作台(I)放置于水平的地面上，水平防震工作台(I)的下端带有可调水平度的金属支架；高速旋转电机(10)通过电机基座(9 )固定在水平防震工作台(I)上；高速旋转电机(10 )的主轴是精密气浮电主轴，用于模拟超导磁悬浮转子(8)的悬浮和高速旋转；高速旋转电机(10)由变频器控制转速，转速可调，其轴向跳动和径向跳动均小于Iym;超导磁悬浮转子(8)安装在电机主轴(11)的端面，电机主轴轴线(12)在空间上通过超导磁悬浮转子(8)的球心，且与超导磁悬浮转子(8)的端部平面垂直；水平旋转平台(2)固定在水平防震工作台(I);所述的旋转轴(3)上配有圆光栅，以实现小角度的旋转定位；步进电机驱动水平旋转平台(2)转动，由定位锁紧装置(4)实现水平旋转平台(2)的角度定位；三轴位移平移台(5)固定在水平旋转平台(2)上，三轴位移平移台(5)的每个轴都是一个微型直线单元，内有微型精密导轨及滚珠丝杠,通过步进电机驱动三轴位移平移台(5)的每个轴平移，由直线光栅读出每个轴的位移分辨率；竖直旋转台(6)在XOY平面内绕Z轴转动，固定在三轴位移平移台(5)上，用于模拟超导磁悬浮转子(8)极轴偏角的初始相位；传感器安装架(7)固定在竖直旋转台(6)上，用来夹紧固定传感器。
2.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的水平旋转平台(2)的旋转轴轴线(13)与电机主轴轴线(12)在空间上相交，交点即为超导磁悬浮转子(8)的球心。`
3.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的传感器安装架(7)包括安装架底座(14)、V型槽(15)、滑块(17)和限位弹簧(18);传感器探头(16)放置在安装架底座(14)的V型槽(15)内，传感器探头(16)上部由滑块(17)压紧固定，滑块(17)与安装架底座(14)之间是限位弹簧(18)，限位弹簧(18)始终处于压紧状态；往上提起滑块(17)，将传感器探头(16)放入V型槽(15)内，然后放下滑块(17)，在限位弹簧(18)的作用下，传感器探头(16)被紧固在V型槽(15)内。
4.按照权利要求1或3所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的传感器安装架(7)上用来夹紧固定传感器的两个V型槽的深度和开口宽度均相坐寸ο
5.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，将超导磁悬浮转子(8)在实际工作状态下极轴绕球心偏转的角度等价为传感器探头(16)绕超导磁悬浮转子(8)球心偏转的角度。
6.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的旋转轴(3)上圆光栅的分辨率为I角秒。
7.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，所述的水平旋转平台(2)的旋转轴(3)的轴向精度和径向精度都小于0.1 μ m。
8.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号的标定装置，其特征在于，所述的三轴位移平移台(5)的每个轴的位移分辨率为0.1 μ m。
9.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，超导磁悬浮转子(8)悬浮位移的标定步骤如下:1)将传感器探头(16)固定在传感器安装架(7)中间的V型槽(15)内； 2)启动步进电机，控制三轴位移平移台(5)沿着Z轴负方向平移至传感器探头(16)端面与超导磁悬浮转子(8)的端面接触，记录下此时的位置为Z=O ； 3)接通高速旋转电机(10)的电源,设定转速,使高速旋转电机(10)带动超导磁悬浮转子(8)以设定的转速旋转； 4)控制三轴位移平移台(5)沿着Z轴正向平移Iμ m，记录此时传感器输出的电压值V1 ； 5)重复步骤4)，三轴位移平移台(5)沿Z轴正向平移的步长为Iμ m,记录每次平移I μ m时传感器输出的电压值Vi,直至三轴位移平移台(5)平移至所需测量范围的最大值； 6)得到超导磁悬浮转子(8)端面与传感器探头(16)之间的位移Z和传感器输出电压值Vi之间的对应关系，将位移Z和对应的电压值Vi进行数据拟合，得到位移-电压拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子(8)悬浮位移的标定；在实际测量时，通过检测传感器输出的电压值，根据事先标定得到的位移-电压拟合曲线，即可得到超导磁悬浮转子(8)的悬浮位移。
10.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，超导磁悬浮转子(8)极轴偏角大小的标定步骤如下: 1)将极轴传感器探头(16)固定在传感器安装架(7)中间的V型槽(15)内； 2)启动步进电机，控制三轴位移平移台(5)沿着Z轴方向平移至传感器探头(16)端面距离超导磁悬浮转子(8)端面某一位置处，且超导磁悬浮转子(8)的极轴与极轴传感器探头(16)的中心轴线重合； 3)接通高速旋转电机(10)的电源，设定转速，使高速旋转电机(10)带动以设定的转速旋转，定义此时的超导磁悬浮转子(8)极轴偏角Θ的大小为零，极轴传感器输出一直流电压信号，幅值Vpptl=O ； 4)控制步进电机驱动水平旋转平台(2)转动I"，通过定位锁紧装置(4)锁紧，超导磁悬浮转子(8)极轴与极轴传感器中心轴线之间的夹角为1"，此时极轴传感器输出一正弦电压信号，记录该正弦信号的幅值Vppl ； 5)重复步骤4)，水平旋转平台(2)转动角度的步长为1"，记录每次转动I"角度对应的正弦信号幅值Vppi，直至水平旋转平台(2)的转动角度为测量范围的最大值； 6)得到超导磁悬浮转子(8)极轴偏角大小Θ与极轴传感器输出的正弦电压信号幅值Vppi之间的对应关系，将偏角大小Θ和对应的正弦电压信号幅值Vppi进行数据拟合，得到极轴偏角大小-电压幅值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子(8)极轴偏角大小的标定。
11.按照权利要求1所述的用于超导磁悬浮转子姿态测量信号标定装置，其特征在于，超导磁悬浮转子(8)极轴偏角相位的标定步骤如下: 1)将极轴传感器探头(16)固定在传感器安装架(7)中间的V型槽(15)内，将相位传感器探头(16)固定在边缘处的V型槽(15)内； 2)启动步进电机，控制三轴位移平移台(5)沿着Z轴方向平移至传感器探头(16)端面距离超导磁悬浮转子(8)端面的某一位置处；且超导磁悬浮转子(8)的极轴与极轴传感器探头(16)的中心轴线重合；相位传感器的中心轴线与极轴传感器的中心轴线平行，两条中心轴线形成的平面与X轴平行且垂直于XOY平面； 3)接通高速旋转电机(10)的电源,设定转速,使高速旋转电机(10)带动超导磁悬浮转子(8)以设定的转速旋转； 4)控制步进电机驱动水平旋转平台(2)转动一个角度，并通过定位锁紧装置(4)锁紧，此时极轴传感器输出一正弦电压信号，相位传感器输出一脉冲电压信号，定义此时的超导磁悬浮转子(8)极轴偏角的相位为零，即正弦信号在脉冲信号的下降沿时刻的相位为零； 5)控制步进电机驱动竖直旋转台(6)逆时针转动0.01°，记录此时正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值； 6)重复步骤5)，竖直旋转台(6)逆时针转动的步长为0.01°，记录每次转动0.01°时正弦信号在脉冲信号下降沿时刻的相位值，直至竖直旋转台(6)转动360° ； 7)得到超导磁悬浮转子(8)极轴偏角相位Φ与极轴传感器输出的正弦电压信号在相位传感器输出的脉冲电压信号的下降沿时刻的相位值之间的对应关系，并进行数据拟合，得到极轴偏角相位-正弦信号相位值拟合曲线，即完成了对超导磁悬浮转子(8)极轴偏角相位的标定。`
【文档编号】G01B7/30GK103512482SQ201310478752
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】崔春艳, 郭占合, 胡新宁, 刘浩扬, 王秋良 申请人:中国科学院电工研究所