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。
【技术实现步骤摘要】
【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
本专利技术涉及一种超导磁悬浮转子姿态测量信号的标定设备。
技术介绍
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。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。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。`
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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:(1)位移标定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。(2)极轴偏角标定本专利技术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。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。然而在本专利技术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。本专利技术装置中，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。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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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（1）、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（1）放置于水平的地面上，水平防震工作台（1）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（1）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1μm；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（1）；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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：崔春艳，郭占合，胡新宁，刘浩扬，王秋良，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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