本发明专利技术公开了一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法。一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤或者微型探测器；上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。本发明专利技术经仿真模拟显示其产生的磁势阱约束能力要强于常规多磁极拼接的磁势阱，可以解决常规多磁极磁铁拼装过程中各部件难以对齐、对准，造成磁势阱分布不均匀等技术问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法
[0001]本专利技术涉及抗磁悬浮中永磁体器件设计领域，涉及一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法。
技术介绍
[0002]抗磁悬浮机械振子是一种用于精密测量的重要工具，经常被用于制备高精度传感器，包括位移计、加速度计、磁力计和测力计等。抗磁悬浮传感器的原理是：用事先设计好的、具备特定构型的永磁体提供磁势阱，抗磁性物体在磁场中所受到的磁力可以平衡物体自身重力，从而悬浮于磁势阱中，因为悬浮机械振子能很好地与外界环境隔离，极大限度地减少了外界环境噪声的干扰，固可作为精密测量传感器。得益于悬浮机械振子可很好地与周围环境隔开，因此悬浮机械振子比常规传感机械振子具备更高的品质因子。常见的悬浮机制包括：电悬浮、光悬浮、超导磁悬浮和抗磁悬浮。其中超导悬浮只能适用于低温体系。抗磁悬浮相对于其它悬浮机制而言，因为采用被动悬浮机制，悬浮更大质量的东西也无需注入更多能量，因此在悬浮较大体型的器件方面更具备应用价值。
[0003]对于抗磁悬浮系统而言，永磁体提供磁场，永磁体构型的设计直接决定了磁场的悬浮能力和悬浮品质。目前用以提供悬浮磁场的永磁体构型都是由多块磁极拼装构成，比如将几块磁块充磁完成后再用结构件组装在一起或者用胶水粘到一起。这会产生很多问题：一、磁块之间互相排斥，操作者很难将磁块拼接到一起；二、即使操作者将磁块按照构型要求拼接到一起，磁块之间也很难按照要求对齐，这会造成产生的磁势阱不均匀，影响悬浮品质；三、磁块之间缝隙用胶水粘接，可能会导致电荷积累，影响器件悬浮。
技术实现思路
[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法，无需拼接、无需封装、依靠自生的磁力双层磁铁自然吸在一起，提供稳定、均匀、高强度的磁势阱。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。
[0006]所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，所述永磁铁其加工流程为：步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合
金，将合金碾碎并磨制成磁粉；步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；步骤四：烧结；步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；步骤七：充磁。
[0007]所述永磁体具备上下两层结构，其几何参数特征是：上下两层圆柱的直径相等，为10mm至40mm，根据要求选择大小，此参数对磁势阱悬浮能力影响较小；上层圆柱高度为1mm至5mm，下层圆柱高度为4至15毫米，根据要求选择尺寸；所述上下两层圆柱中心孔的直径，其几何参数特征是:上层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至4mm；下层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至3mm。
[0008]所述的贯穿孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；通过放置光纤和微型透镜，可以制备磁光势阱，即可以集磁势阱悬浮大粒子和光势阱高谐振频率的优点于一身；放置微型探测器可以更加方便探测悬浮振子的运动；贯穿孔的大小对悬浮能力影响较大，贯穿孔越小悬浮能力越强，但悬浮物体尺寸也会变小，具体大小根据悬浮物的尺寸和磁化率而定。
[0009]一种根据所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的制备方法，步骤如下：步骤一：制备好相应的模具，烧结加工出两个高度不一带通孔的圆柱型且具备辐射充磁的永磁体；步骤二：利用充磁机对两块圆柱分别实施辐射充磁，上层圆柱充磁方向沿径向向里或者相外，下圆柱的充磁磁化方向相应的沿径向向外或者向里；步骤三：将两块圆柱型永磁体通过自身的磁力底面吸在一起，构成整体圆柱型磁势阱装置。
[0010]所述永磁体其加工流程为：步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；步骤四：烧结；步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；
步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；步骤七：充磁。
[0011]一种根据所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的应用方法，用于悬浮高灵敏度械振子，步骤如下:步骤一：准备抗磁悬浮势阱装置；步骤二: 准备待悬浮物体，材质具备抗磁性；步骤三：将待悬浮物体置于抗磁悬浮势阱中，受到的磁力与重力平衡，满足如下关系：其中B为磁场强度，χ为悬浮物体抗磁化率，μ0为真空磁导率，ρ为抗磁物体密度，z为悬浮位置；步骤四：将待测信号施加到悬浮振子上；步骤五：观测悬浮物体的悬浮运动，向悬浮物体入射激光，经悬浮物体散射的激光与事先准备的参考激光发生干涉，根据干涉激光强度变化读取悬浮物体的运动信号。
[0012]所述的步骤二中，抗磁性的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、金刚石、二氧化硅、热解石墨、铋，形状视具体要求而定，包括球体、块体、圆柱体，待悬浮物体尺寸小于双层圆柱型磁势阱上层磁体通孔直径，具体材质和尺寸根据磁势阱的悬浮能力而定。
[0013]所述的步骤四：待测信号可以是多种多样，包括：振动加速度信号、万有引力信号、电信号、磁信号以及一些科学前沿的新颖力信号。
[0014]所述的步骤五：首先准备一个激光光源，将激光光束用BS分为两束，一束作为参考光，另一束打在悬浮物体上作为探测光；利用透镜收集参考光和探测光，使之进行干涉，利用四象限光电探测器来探测干涉后的光功率；分析光电探测器由于探测激光功率变化引起的探测电压的变化，获得悬浮物体的运动：ΔX= ζΔV上式中，V为探测电压,探测电压的变化为ΔV，悬浮物体的位移为ΔX，ζ为伏米系数，其数值可以通过热噪声标定获得，得出悬浮振子位移后，通过解调的方式获得所施加的待测信号。
[0015]本专利技术的有益效果是：1、由于是双层圆柱型器件一次加工成型，自然吸附在一起，无需使用胶水粘接，不存在缝隙电荷积累干扰悬浮机械器件的问题；2、解决了操作人员难以拼接组装磁体的问题，大大提高了操作便利性，提高操作效率；3、解决了传统拼装磁体难以对齐的问题，保证了磁势阱分布的均匀性，便于获得更高品质的磁势阱；4、双层圆柱型永磁体抗磁悬浮势阱悬浮能力强于拼接组装本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。2.根据权利要求1所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：所述装置的永磁铁其加工流程为：步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；步骤四：烧结；步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；步骤七：充磁。3.根据权利要求1所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：所述装置的永磁体具备上下两层结构，其几何参数特征是：上下两层圆柱的直径相等，为10mm至40mm，根据要求选择大小，此参数对装置悬浮能力影响较小；上层圆柱高度为1mm至5mm，下层圆柱高度为4至15毫米，根据要求选择尺寸；所述上下两层圆柱中心孔的直径，其几何参数特征是:上层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至4mm；下层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至3mm。4.根据权利要求3所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：所述的贯穿孔的上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；通过放置光纤和微型透镜，制备磁光势阱；放置微型探测器方便探测悬浮振子的运动；贯穿孔的大小对悬浮能力影响较大，贯穿孔越小悬浮能力越强，悬浮物体尺寸变小，具体大小根据悬浮物的尺寸和磁化率而定。5.一种根据权利要求1所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的制备方法，其特征是：步骤如下：步骤一：制备好相应的模具，烧结加工出两个高度不一带通孔的圆柱型且具备辐射充磁的永磁体；步骤二：利用充磁机对两块圆柱分别实施辐射充磁，上层圆柱充磁方向沿径向向里或
者相外，下圆柱的充磁磁化方向相应的沿径向向外或者向里；步骤三：将两块圆柱...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊芳，吴通，祝训敏，陈志明，郭磊磊，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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