[實(shí)用新型]一種高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520473804.3
• 申請(qǐng)日: 2015-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN204791716U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱彥杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院
• 主分類號(hào): G09B23/18
• 分類號(hào): G09B23/18
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，尤其涉及一種高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀。

背景技術(shù)

在1987年發(fā)現(xiàn)臨界溫度高于液氮溫區(qū)（77K）的高溫超導(dǎo)體釔鋇銅氧（YBa2CU3O7）之后，人們又發(fā)現(xiàn)用這種新型材料制備的塊狀超導(dǎo)體能夠使永磁體穩(wěn)定地懸浮（levitation）于其上。通過研究發(fā)現(xiàn)，高溫超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是塊狀超導(dǎo)體的宏觀電流與外磁場(chǎng)的相互作用。超導(dǎo)體內(nèi)宏觀電流的產(chǎn)生則是因?yàn)槠渌诘耐獯艌?chǎng)發(fā)生了變化，因此，這種宏觀電流是一種渦流。由于這類高溫超導(dǎo)體內(nèi)存在各種缺陷，可以對(duì)穿過其中的磁力線產(chǎn)生釘扎作用。因此，當(dāng)超導(dǎo)體與永磁體間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)可以感應(yīng)出較大的電流，從而產(chǎn)生較大的洛倫茲力（Lorentzforce）阻止相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使其相對(duì)位置保持不變，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的懸浮。

超導(dǎo)體穩(wěn)定懸浮在永磁體之上，受到了垂直方向上的作用力，即懸浮力。當(dāng)超導(dǎo)體相對(duì)永磁體進(jìn)行水平移動(dòng)時(shí)，會(huì)受到水平方向作用力，即導(dǎo)向力。為實(shí)現(xiàn)對(duì)超導(dǎo)體與永磁體之間的懸浮力、導(dǎo)向力進(jìn)行測(cè)量和處理，需要一個(gè)高溫超導(dǎo)相關(guān)參數(shù)測(cè)量平臺(tái)。目前高溫超導(dǎo)測(cè)量?jī)x的研制在國(guó)外尚未有產(chǎn)品報(bào)道，國(guó)內(nèi)西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所開發(fā)了一套高溫超導(dǎo)磁懸浮車測(cè)試系統(tǒng)。

以西南交通大學(xué)超導(dǎo)技術(shù)研究所高溫超導(dǎo)磁懸浮車測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案采用的系統(tǒng)配置為工控機(jī)，電機(jī)控制卡，數(shù)據(jù)采集卡，伺服電機(jī)，電動(dòng)缸。這種方案，配置先進(jìn)，采用伺服系統(tǒng)，控制為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，精度較高，但造價(jià)高，適合超導(dǎo)懸浮車系統(tǒng)測(cè)試。其測(cè)量方法：高溫超導(dǎo)磁懸浮測(cè)試系統(tǒng)是把力傳感器跟超導(dǎo)塊材安裝在一起。

此高溫超導(dǎo)磁懸浮車測(cè)試系統(tǒng)由于其功耗大、造價(jià)高、體積大，其造價(jià)大約50多萬元，不適合于大學(xué)、中學(xué)新型物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)（高溫超導(dǎo)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)）。其測(cè)量方法，系統(tǒng)安裝復(fù)雜，摩擦力難以消除，從而影響了測(cè)量結(jié)果。存在不足有：1）超導(dǎo)體所受導(dǎo)向力是通過中間水平連接桿傳遞給傳感器的，存在設(shè)計(jì)上的水平一致性和摩擦力問題，處理起來比較麻煩。2）由于導(dǎo)向力傳感器安裝位置所限，無法同時(shí)測(cè)試導(dǎo)向力和懸浮力。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種低成本、測(cè)量準(zhǔn)確并且適合大學(xué)、中學(xué)開展新型物理實(shí)驗(yàn)（高溫超導(dǎo)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)）教學(xué)的高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀，所述高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀能很好的測(cè)試出永磁鐵與超導(dǎo)狀態(tài)下的超導(dǎo)塊材相互作用所產(chǎn)生的懸浮力和豎直位移，導(dǎo)向力和水平位移之間的關(guān)系。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀，包括

微機(jī)控制與顯示部分，所述微機(jī)控制與顯示部分包括顯示器和主機(jī)，所述主機(jī)集成數(shù)據(jù)采集卡；運(yùn)動(dòng)控制部分，所述運(yùn)動(dòng)控制部分包括電機(jī)控制器、第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器；所述電機(jī)控制器輸入端與所述主機(jī)電性連接，所述電機(jī)控制器輸出端與所述第一驅(qū)動(dòng)器和所述第二驅(qū)動(dòng)器電性連接；機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括光學(xué)平臺(tái)、支架、電動(dòng)缸、步進(jìn)電機(jī)、平移臺(tái)、第一傳感器、第二傳感器、永磁鐵、液氨容器、超導(dǎo)塊材；所述支架固定于所述光學(xué)平臺(tái)上，所述平移臺(tái)水平放置于所述光學(xué)平臺(tái)，所述永磁鐵放置于所述平移臺(tái)上，并通過第一傳感器與所述平移臺(tái)連接，所述平移臺(tái)與所述步進(jìn)電機(jī)連接；所述電動(dòng)缸豎直固定于所述支架上，所述超導(dǎo)塊材置于所述液氨容器中，所述第二傳感器連接所述液氨容器和所述電動(dòng)缸，所述電動(dòng)缸與所述第二驅(qū)動(dòng)器電性連接；數(shù)據(jù)采集部分，包括放大器，所述放大器輸入端電性連接所述第一傳感器和第二傳感器，所述放大器輸出端電性連接所述數(shù)據(jù)采集卡。

優(yōu)選方案，所述第一傳感器為S型力傳感器。

優(yōu)選方案，所述光學(xué)平臺(tái)和所述支架為鋁合金非磁性材料。

優(yōu)選方案，所述電機(jī)控制器與所述主機(jī)通過RS232總線通信。

本實(shí)用新型的有益效果為：改進(jìn)了懸浮力和導(dǎo)向力的測(cè)量方法，把傳感器跟永磁體安裝在一塊來測(cè)量導(dǎo)向力。整個(gè)機(jī)械部分設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，誤差小，實(shí)現(xiàn)了較大范圍內(nèi)測(cè)量需求。數(shù)據(jù)采集處理、運(yùn)動(dòng)控制操作相互協(xié)調(diào)工作，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。實(shí)現(xiàn)了隨著水平位移的變化，同時(shí)測(cè)量導(dǎo)向力、懸浮力變化。同時(shí)，本實(shí)用新型成本低，比較適合大、中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

附圖說明

圖1是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)原理圖；

圖2是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的機(jī)械部分示意圖；

圖3是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的懸浮力測(cè)試圖；

圖4是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的導(dǎo)向力測(cè)試圖；

圖5是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的懸浮力、導(dǎo)向力測(cè)試圖；

圖6是高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀的局部示意圖。

具體實(shí)施方式