基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，涉及小磁体悬浮控制装置技术领域。包括磁屏蔽腔、小磁体、光学相干位移检测系统和磁悬浮控制系统。其中光学相干位移检测系统包括5组光学准直探头、光纤、5个等臂长迈克尔逊位移检测装置和数字相位解调PGC电路。磁悬浮控制系统包括4组位置控制线圈、2组姿态控制线圈和电流控制电路。通过光学相干位移检测系统精确测定小磁体在三个平动方向上的位移量，以及绕垂直于小磁体磁矩方向的两个转轴的旋转角，再通过磁悬浮控制系统让小磁体回归到原始位置，并保持小磁体磁矩方向不变，从而实现空间小磁体高精度的悬浮控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及小磁体悬浮控制装置
，尤其涉及一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置。
技术介绍
微重力环境下，在医疗精密仪器和科研专用仪器中，人们需要在真空环境下，对药物和实验样品位置调整和姿态的变化，由于调整位移小，姿态特别小，缺少合适的装置来非常精确控制小物件；在航空航天运动体的运动姿态测量中，静电悬浮磁体会得到广泛应用。但是静电悬浮技术的抗干扰能力差、控制精度低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，所述加速度计可以避免高精度机械加工的技术瓶颈，并具有更高的控制精度。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其特征在于：包括磁屏蔽腔、小磁体、光学相干位移检测系统、磁悬浮控制系统，所述小磁体悬浮于所述磁屏蔽腔内，所述光学相干位移检测系统位于所述磁屏蔽腔上，用于通过向小磁体发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔上，用于实时控制小磁体的位置和姿态；当小磁体在磁屏蔽腔内受到非保守力作用发生平动和转动时，由光学相干位移检测系统测量，并反馈给磁悬浮控制系统，磁悬浮控制系统根据光学相干位移检测系统反馈的小磁体的位置和姿态变化量向小磁体施加磁力，使小磁体回归到原始位置，并保持磁矩方向不变。进一步的技术方案在于：所述磁屏蔽腔外形为立方体形，选用非磁性材料构建，且内部为真空状态，所述小磁体的质心位于磁屏蔽腔的中心位置。进一步的技术方案在于：所述光学相干位移检测系统包括若干组光学准直探头、光纤、若干个等臂长迈克尔逊位移检测装置和数字相位解调PGC电路，所述每组光学准直探头与之对应的等臂长迈克尔逊位移检测装置通过光纤相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测装置与数字相位解调PGC电路电连接；光源通过系统中的各对光学准直探头向小磁体发射光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体的位置和姿态信息，光信号通过光纤传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置，利用干涉原理处理光信号，将小磁体的位移、偏转角转化为可识别的相位变化，对各对光学准直探头的测量结果，通过矢量叠加原理，得到其位移、偏转角叠加后的相位变化；数字相位解调PGC电路实现对相位的快速解调，最终通过相位变化计算出小磁体偏离质心的位移量及小磁体检验质量块绕垂直于磁矩方向的两个转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统对小磁体进行位置和姿态的实时控制。进一步的技术方案在于：所述光学准直探头设有五组，等臂长迈克尔逊位移检测装置设有五个。进一步的技术方案在于：沿所述磁屏蔽腔的X轴方向的2个腔壁上，在中心位置对称设有一组光学准直探头，用于测量小磁体在X轴的位移变化；沿X轴正方向的腔壁上还设置两组光学准直探头，用于测量小磁体的姿态变化，向Y轴和Z轴所在的平面投影，其中一组光学准直探头，投影落在Y轴方向上，距离中心位置为小磁体的截面半径的四分之一到四分之三，用于测量小磁体绕Z轴旋转的姿态变化，另一组光学准直探头投影落在Z轴方向上，距离中心位置为小磁体的截面半径的四分之一到四分之三，用于测量小磁体绕Y轴旋转的姿态变化；沿所述磁屏蔽腔的Y轴方向的2个腔壁中心设置1组光学准直探头，用于测量小磁体沿Y轴移动的位移变化，沿所述磁屏蔽腔的Z轴方向的2个腔壁中心设置1组光学准直探头，用于测量小磁体沿Z轴移动的位移变化。进一步的技术方案在于：所述磁悬浮控制系统包括若干组位置控制线圈、若干组姿态控制线圈和电流控制电路，所述数字相位解调PGC电路的信号输出端与电流控制电路的反馈输入端连接；所述每组位置控制线圈对称的设置于磁屏蔽腔沿X轴方向的2个腔壁上，所述每组姿态控制线圈对称的设置于所述磁屏蔽腔沿Y轴的2个腔壁和沿Z轴的2个腔壁上。进一步的技术方案在于：所述位置控制线圈设有4组，所述姿态控制线圈设有两组；在小磁体平动和转动的控制中，位置控制线圈对小磁体产生电磁力，电流控制电路通过在4组位置控制线圈上施加不同方向及大小的电流，使小磁体始终悬浮在磁屏蔽腔的中心位置；电流控制电路通过控制2组姿态控制线圈的电流，实现对小磁体的姿态控制，将小磁体的磁矩方向始终控制在X轴方向。进一步的技术方案在于：所述小磁体为圆柱体。进一步的技术方案在于：所述小磁体的外侧包裹有金属或合金材料。进一步的技术方案在于：所述小磁体选用永磁体材料制作。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术所述装置避免了敏感结构加工难度大的瓶颈，真空磁屏蔽腔比较容易实现，通过设计高精度光学相干位移检测系统，采用等臂长迈克尔逊位移检测方法，降低线路影响要素，实现对检验磁体位置各姿态的实时精确测量，有效避免检测系统和悬浮系统之间的电磁干扰，实现空间小磁体高精度的悬浮控制。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术的结构示意图；图2为磁屏蔽腔结构示意图；图3为小磁体和光学准直探头在在＝过Y轴和Z轴的平面上的投影示意图；图4为小磁体绕Z轴旋转测量示意图；图中：a、磁屏蔽腔b、小磁体c、光学相干位移检测系统d、静磁悬浮控制系统31、光学准直探头32、光纤33、等臂长迈克尔逊位移检测装置34、数字相位解调PGC电路41、位置控制线圈42、姿态控制线圈43、电流控制电路31_1；31_1’、在沿X轴方向2个腔壁中心位置的光学准直探头31_2；31_2’、在过Y轴和Z轴的平面上，投影落在Y轴方向上的光学准直探头b2；b2’、在在过Y轴和Z轴的平面上，光学准直探头在Y轴方向上的投影点θ、绕Z轴旋转角。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图1所示，本专利技术公开了一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，包括磁屏蔽腔a、小磁体b、光学相干位移检测系统c、磁悬浮控制系统d。所述小磁体b悬浮于所述磁屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其特征在于：包括磁屏蔽腔(a)、小磁体(b)、光学相干位移检测系统(c)、磁悬浮控制系统(d)，所述小磁体(b)悬浮于所述磁屏蔽腔(a)内，所述光学相干位移检测系统(c)位于所述磁屏蔽腔(a)上，用于通过向小磁体(b)发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔(a)上，用于实时控制小磁体(b)的位置和姿态；当小磁体(b)在磁屏蔽腔(a)内由于飞行器受到非保守力作用发生相对腔室的平动和转动时，由光学相干位移检测系统(c)测量，并反馈给磁悬浮控制系统(d)，磁悬浮控制系统(d)根据光学相干位移检测系统(c)反馈的小磁体(b)的位置和姿态变化量向小磁体施加磁力，使小磁体(b)回归到原始位置，并保持磁矩方向不变。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其特征在于：包括
磁屏蔽腔(a)、小磁体(b)、光学相干位移检测系统(c)、磁悬浮控制系统(d)，
所述小磁体(b)悬浮于所述磁屏蔽腔(a)内，所述光学相干位移检测系统(c)
位于所述磁屏蔽腔(a)上，用于通过向小磁体(b)发射光信号和接收其反射
回的光信号，实现对小磁体的空间位置和姿态的实时定位；所述磁悬浮控制系
统位于磁屏蔽腔(a)上，用于实时控制小磁体(b)的位置和姿态；当小磁体
(b)在磁屏蔽腔(a)内由于飞行器受到非保守力作用发生相对腔室的平动和
转动时，由光学相干位移检测系统(c)测量，并反馈给磁悬浮控制系统(d)，
磁悬浮控制系统(d)根据光学相干位移检测系统(c)反馈的小磁体(b)的位
置和姿态变化量向小磁体施加磁力，使小磁体(b)回归到原始位置，并保持磁
矩方向不变。
2.如权利要求1所述的基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其
特征在于：所述磁屏蔽腔(a)外形为立方体形，选用非磁性材料构建，且内部
为真空状态，所述小磁体(b)的质心位于磁屏蔽腔(a)的中心位置。
3.如权利要求1所述的基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其
特征在于：所述光学相干位移检测系统(c)包括若干组光学准直探头(31)、
光纤(32)、若干个等臂长迈克尔逊位移检测装置(33)和数字相位解调PGC
电路(34)，所述每组光学准直探头(31)与之对应的等臂长迈克尔逊位移检测
装置(33)通过光纤(32)相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测装置(33)与
数字相位解调PGC电路(34)电连接；光源通过系统中的各对光学准直探头(31)
向小磁体(b)发射光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体的
位置和姿态信息，光信号通过光纤(32)传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置
(33)，利用干涉原理处理光信号，将小磁体(b)的位移、偏转角转化为可识
别的相位变化，对各对光学准直探头(31)的测量结果，通过矢量叠加原理，
得到其位移、偏转角叠加后的相位变化；数字相位解调PGC电路(34)实现对
相位的快速解调，最终通过相位变化计算出小磁体偏离质心的位移量及小磁体
检验质量块绕垂直于磁矩方向的两个转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统

\t对小磁体(b)进行位置和姿态的实时控制。
4.如权利要求3所述的基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，其
特征在于：所述光学准直探头设有五组，等臂长迈克尔逊位移检测装置设有五
个。
5.如权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗志会，刘亚，潘礼庆，杨先卫，赵华，邵明学，郑胜，鲁广铎，刘敏，许云丽，黄秀峰，许文年，李建林，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42