一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法，包括机架，机架上设置有永磁轨道和超导块，机架上还设置有滑动板和用于驱动滑动板在永磁轨道正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道的驱动装置，所述滑动板上还设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒，超导块位于液氮盒内并与测试单元固定相连；由于测试单元和液氮盒分别与滑动板固定相连，因此二者的位置相对固定且随滑动板运动而同步运动的同时又相互隔离，本发明专利技术通过巧妙的连接结构设置消除了重力和浮力的变化对测试结果的不良影响，其大大提高了测试精度；同时对整套测试装置改变较小，且结构简单，不但操作方便，同时也提高了设备的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法
本专利技术涉及超导测试
，具体涉及一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法。
技术介绍
高温超导磁悬浮的悬浮力是指超导体和永磁轨道之间的垂向作用力。针对最常见的悬浮情形，测试方法是超导体在上，永磁体或永磁轨道在下。超导体在场冷位置由液氮或者制冷机冷却进入超导态，然后由电机带动垂直向下移动，直至最低测试高度，然后折返抬升，直至悬浮力减小为零。在该移动过程中，由力传感器所获取的垂向力即为悬浮力。悬浮力是高温超导磁悬浮最首要的关注对象，因此已有诸多测试装置和测试方法出现。现有测试装置的主要特征是利用伺服电机或步进电机实现超导体的垂向位移，有的通过激光位移传感器获取位移，有的直接通过步进电机的转动获取位移。利用拉压传感器获取悬浮力数据，利用计算机控制电机的移动、悬浮力数据的采集和处理。部分测试装置着眼于单块超导体的测量，量程多在300N以上；部分测试装置着眼于多块或一整个杜瓦超导体的测量，量程多在1000N以上。随着高温超导磁悬浮的发展，微小悬浮力的实验需求逐渐增多。因为高温超导磁悬浮的诸多性质如Jc各向异性、Jc-B关系等在大尺寸的超导体现象不明显，而在微小超导体中显现出非常明显乃至极端的物理现象；也就是说，微小超导体将使高温超导磁悬浮研究更加接近其原理本质。另外，第二代高温超导带材的研究近年来逐渐增多，由于其悬浮力较小，一些物理性质相较块材将更加极端，并且其尺寸可以轻易地缩小，因此对微小悬浮力的测试产生更多的现实需求，需要测试微小悬浮力的专门测试装置。现有装置的测试对象都着眼于单块及以上超导体的悬浮力，在具体结构上部分监测装置将用于盛放液氮的容器放置于永磁轨道上此种监测装置的最大缺陷是，在使用时由于需要夹具夹持超导块，在超导块和夹具浸入到液氮的过程中，由于深度的不断变化，将导致超导块受到的浮力发生变化，影响测试精度；另一种是将用于盛放液氮的容器吊挂于测试装置上，其虽然能够消除浮力的影响，但是由于液氮在实验过程中的不断挥发，进而导致重力不断减小，影响测试精度；上述变化对于大型超导块的测量虽然影响不大，但是在微小超导块测量领域，悬浮力一般以mN为单位计量，因此上述影响将会造成测量精度偏差较大。除此之外，上述装置在测量过程中需要反复拆装超导块，同时各个设备之间的连接关系复杂，导致测试效率较低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的测试精度及测试效率低的缺陷，本专利技术公开了一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法，采用本专利技术所述测试装置能够有效消除外部因素对微小悬浮力测试的影响，从而提高微小悬浮力的测试精度，同时其还具有测试速度快、测试效率高的优点。本专利技术通过以下技术方案实现上述目的：一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，包括机架、永磁轨道和超导块，永磁轨道固定设置于机架上，所述机架上还设置有滑动板和用于驱动滑动板在永磁轨道正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道的驱动装置；所述滑动板上还固定设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒，所述超导块与测试单元固定相连，并插入到液氮盒内。优选的，机架上设置有调节丝杠和滑动限位槽，所述滑动板上设置有限位块，限位块穿过滑动限位槽与调节丝杠丝扣相连；所述驱动装置包括与调节丝杠动力相连的调节电机。优选的，调节电机设置于机架的一侧，且所述调节电机与调节丝杠之间通过相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮动力相连。优选的，机架上还转动设置有调节轮，所述调节丝杠与调节轮之间通过第三锥齿轮和第二锥齿轮动力相连。优选的，测试单元包括相互连接的拉压传感器和具有中空结构的测试杆，所述超导块固定设置于测试杆的悬空端端面。优选的，超导块通过低温胶带与测试杆粘接固定。优选的，液氮盒包括相互密闭的盒体和底板，其顶端为开口结构，所述底板为平板，且底板的厚度为0.5mm-1mm。优选的，测试装置还包括数显位移标尺，所述数显位移标尺包括相互配合的移动探头和固定显示器，固定显示器与机架固定相连，移动探头固定于滑动板上。优选的，机架上还固定设置有平面位移平台，所述永磁轨道固定于平面位移平台上。相应的，本专利技术还公开了一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试方法，包括以下步骤：S1、通过低温胶带将超导体固定于测试杆底面，再将永磁轨道固定于平面移动工作台；S2、调整超导体与永磁轨道的位置，实现超导块与永磁轨道间的位置校准，同时对传感器进行归零;S3、将超导块调整至场冷高度，再安装液氮盒，向液氮盒内加注液氮，并保证液氮将超导块浸没，静置直至超导块进入超导态；S4、设定超导块的运动轨迹，再通过驱动电机带动超导块向永磁轨道方向运动，同时通过拉压传感器检测悬浮力；超导块到达最低检测高度，通过驱动电机控制超导块反向移动至最终高度，同时记录拉压传感器相应检测数据；S5、对液氮盒直接加热使液氮挥发，解除超导块的超导态。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术包括机架，机架上设置有永磁轨道和超导块，机架上还设置有滑动板和用于驱动滑动板在永磁轨道正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道的驱动装置，所述滑动板上还设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒，超导块位于液氮盒内并与测试单元固定相连；本专利技术工作时，液氮被加注于液氮盒内，同时超导块浸没于液氮内，然后通过滑动板带动测试单元和液氮盒运动，从而完成相关测试；与现有技术中同步运动结构的测试设备相比，通过上述结构描述可知，测试单元和液氮盒分别与滑动板固定相连，因此液氮盒与测试单元处于相互分离的状态，液氮盒与液氮的重力不会传导至测试单元，因此测试过程中因液氮挥发导致的重力变化不会影响测试精度，从而从根本上克服了外围设备对测试精度的影响；而与现有技术中液氮固定式测试设备相比，由于测试单元与液氮盒的相对间距固定，且液氮盒、测试单元和超导块随滑动板同步运动，因此上述部件处于相对静止状态，无论滑动板如何运动，超导块浸没于液氮中的位置固定，由此导致超导块受到的浮力不变，且上述浮力可以通过实验前传感器归零消除，从而避免因超导块运动而导致的浮力变化引起的检测误差，提高测试的精度。2、本专利技术的机架上还设置有调节丝杠和滑动限位槽，滑动板上设置有限位块，所述限位块穿过滑动限位槽与调节丝杠丝扣相连，同时在调节丝杠上还设置有第二锥齿轮，调节电机和调节轮对称设置于调节丝杠的两侧，并分别通过第一锥齿轮和第三锥齿轮与第二锥齿轮的啮合实现动力相连；一方面，通过三个锥齿轮的配合将调节电机和调节轮合理地分配到机架的两侧，驱动装置的设置更加合理，有利于缩小设备的尺寸；同时设置合理的调节轮，能够保证实验人员的操作舒适性，实现设备的快速调节，避免液氮快速挥发导致超导块性质变化而引起的测量误差，从而保证实验效率和精度；另一方面，电机的自动调节和调节轮的手动调节相配合，调节电机的驱动能够保证实现超导块的匀速运动，避免加速度对测试结果的不良影响，提高测试精度；而手动调节主要应用于超导块向最低测试高度运动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，包括机架（1）、永磁轨道（2）和超导块（3），永磁轨道（2）固定设置于机架（1）上，其特征在于：所述机架（1）上还设置有滑动板（4）和用于驱动滑动板（4）在永磁轨道（2）正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道（2）的驱动装置；所述滑动板（4）上还固定设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒（5），所述超导块（3）与测试单元固定相连，并插入到液氮盒（5）内。/n

【技术特征摘要】
1.一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，包括机架（1）、永磁轨道（2）和超导块（3），永磁轨道（2）固定设置于机架（1）上，其特征在于：所述机架（1）上还设置有滑动板（4）和用于驱动滑动板（4）在永磁轨道（2）正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道（2）的驱动装置；所述滑动板（4）上还固定设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒（5），所述超导块（3）与测试单元固定相连，并插入到液氮盒（5）内。


2.根据权利要求1所述的超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，其特征在于：所述机架（1）上设置有调节丝杠（6）和滑动限位槽（7），所述滑动板（4）上设置有限位块（8），限位块（8）穿过滑动限位槽（7）与调节丝杠（6）丝扣相连；所述驱动装置包括与调节丝杠（6）动力相连的调节电机（9）。


3.根据权利要求2所述的超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，其特征在于：所述调节电机（9）设置于机架（1）的一侧，且所述调节电机（9）与调节丝杠（6）之间通过相互啮合的第一锥齿轮（10）和第二锥齿轮（11）动力相连。


4.根据权利要求3所述的超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，其特征在于：所述机架（1）上还转动设置有调节轮（12），所述调节丝杠（6）与调节轮（12）之间通过第二锥齿轮（11）和第三锥齿轮（13）动力相连。


5.根据权利要求1所述的超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，其特征在于：所述测试单元包括相互连接的拉压传感器（14）和具有中空结构的测试杆（15），所述超导块（3）固定设置于测试杆（15）的悬空端端面。


6.根据权利要求5所述的超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，其特征在于：所述超导块（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓自刚，刘晓宁，柯志昊，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51