[發明專利]一種超導磁懸浮的尋北裝置

有效

• 申請號: 201110369931.5
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102494679A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 胡新寧;王秋良;戴銀明;王暉;崔春艷;劉建華
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01C17/30
• 分類號: G01C17/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種尋北裝置，特別涉及超導磁懸浮的尋北裝置。

背景技術

新型材料和低溫技術的不斷發展加快了超導技術的應用，超導體獨特的物理特性能有著其它材料不可比擬的應用優勢，如無阻載流能力、完全抗磁性以及量子相干效應等等。基于超導體各種特性研發的高精度超導儀器設備在能源、信息、環境探測、軌道交通、醫療診斷和科學儀器等方面有著重要的應用。尋北儀是測量其基準邊與地理真北方向之間夾角的儀器，可為其他設備提供方位和姿態等信息，在載體的初始姿態測量、雷達天線的對準、地球物理探測、隧道施工、礦山開采、大地測量及資源勘測等領域有廣泛的應用。磁強計尋北儀通過測量地磁場來確定北向，由于容易受周圍電器設備產生的外磁場影響，且地球表面每個位置的磁場方向不同，磁強計尋北儀的精度較低。天文尋北儀通過測量星體來確定方位，可以達到很高的精度，但是在水下、隧道內以及氣候不好的情況下無法使用。擺式羅盤尋北儀的定位精度較高，但尋北時間較長。

發明內容

為了克服現有技術的缺點，實現高精度快速定向尋北，本發明提出一種基于超導磁懸浮的尋北裝置。本發明裝置具有尋北精度高和尋北時間短等特點。

本發明尋北裝置包括轉臺基座、水平轉臺、夾具、水平儀、方位基準線、低溫容器、制冷機、防輻射屏、傳熱屏、轉子腔、超導轉子、懸浮線圈、驅動線圈、赤道傳感器、極軸傳感器。

所述的水平轉臺安放在轉臺基座上，低溫容器固定在水平轉臺的夾具上。利用水平轉臺面上的水平儀對水平轉臺和低溫容器進行水平調節，使水平轉臺的旋轉軸和低溫容器的旋轉軸與大地水平面保持垂直，水平轉臺以地垂線為旋轉軸旋轉。

所述的超導轉子在赤道附近位置刻有信號讀取圖形，兩個赤道傳感器正交固定在轉子腔上，兩個赤道傳感器的光軸在赤道水平面上相互垂直并指向超導轉子的球心，赤道水平面與當地水平面平行。赤道傳感器通過檢測赤道位置的信號讀取圖形來測量超導轉子敏感到的地球自轉角速度的水平分量和超導轉子的轉速。方位基準線刻在水平轉臺上，方位基準線與其中一個赤道傳感器的光軸平行。

所述的信號讀取圖形由刻在轉子赤道附近一周的首尾相連的兩個相同的直角三角形組成，直角三角形的一條長直角邊與赤道平行，直角三角形的中線與赤道線重合，直角三角形的斜邊與赤道線的夾角為u，超導轉子角度偏轉的測量范圍與角度u成正比。

所述的制冷機安裝在低溫容器的上端，低溫容器內部通過拉桿固定卷筒形狀的防輻射屏，在防輻射屏筒內布置傳熱屏，傳熱屏通過螺釘固定在制冷機的二級冷頭下端。在傳熱屏內放置轉子腔，轉子腔的外壁緊貼傳熱屏的內壁。采用傳熱屏通過制冷機的二級冷頭的冷量直接傳導冷卻轉子腔。超導轉子位于轉子腔內，轉子腔上下端布置有懸浮線圈，通過所述的懸浮線圈使超導轉子懸浮。驅動線圈布置在超導轉子內孔中心附近位置中，通過驅動線圈使超導轉子旋轉，通過安裝在超導轉子頂部的極軸傳感器檢測超導轉子懸浮位置。

使用所述的發明裝置的尋北方法是設定赤道傳感器一的光軸與真北方向的夾角為α，當超導轉子高速旋轉時，通過超導轉子與轉子腔的相對偏轉變化，利用兩個赤道傳感器測量地球自轉角速度水平分量在兩個赤道傳感器光軸方向上的分量，即地球自轉角速度ω_IE在當地地理緯度為位置的水平分量在赤道傳感器一和赤道傳感器二的光軸方向上的分量，此分量分別為和再通過計算得到赤道傳感器一的光軸與真北方向的夾角α＝arctan(ω₁/ω₂)，即可得到水平轉臺上方位基準線與真北方向的夾角α值。

附圖說明

圖1低溫容器內部結構示意圖。圖中：5低溫容器，6制冷機，8傳熱屏，9轉子腔，10超導轉子，11防輻射屏，12赤道信號讀取圖形，13懸浮線圈，14驅動線圈，15極軸傳感器，16赤道傳感器一，17赤道傳感器二；

圖2超導磁懸浮尋北裝置示意圖。圖中：1轉臺基座，2水平轉臺，3水平儀，4夾具，7方位基準線；

圖3赤道信號讀取圖形展開示意圖。圖中：18轉子赤道線，19超導轉子光滑表面；

圖4赤道傳感器與超導轉子的位置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發明進一步說明。