[發明專利]基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置

有效

• 申請號: 201610090219.4
• 申請日: 2016-02-18
• 公開（公告）號: CN105629982B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 羅志會;劉亞;潘禮慶;楊先衛;趙華;邵明學;鄭勝;魯廣鐸;劉敏;許云麗;黃秀峰;許文年;李建林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 李娜

本發明公開了一種基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，涉及小磁體懸浮控制裝置技術領域。包括磁屏蔽腔、小磁體、光學相干位移檢測系統和磁懸浮控制系統。其中光學相干位移檢測系統包括5組光學準直探頭、光纖、5個等臂長邁克爾遜位移檢測裝置和數字相位解調PGC電路。磁懸浮控制系統包括4組位置控制線圈、2組姿態控制線圈和電流控制電路。通過光學相干位移檢測系統精確測定小磁體在三個平動方向上的位移量，以及繞垂直于小磁體磁矩方向的兩個轉軸的旋轉角，再通過磁懸浮控制系統讓小磁體回歸到原始位置，并保持小磁體磁矩方向不變，從而實現空間小磁體高精度的懸浮控制。

技術領域

本發明涉及小磁體懸浮控制裝置技術領域，尤其涉及一種基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置。

背景技術

微重力環境下，在醫療精密儀器和科研專用儀器中，人們需要在真空環境下，對藥物和實驗樣品位置調整和姿態的變化，由于調整位移小，姿態特別小，缺少合適的裝置來非常精確控制小物件；在航空航天運動體的運動姿態測量中，靜電懸浮磁體會得到廣泛應用。但是靜電懸浮技術的抗干擾能力差、控制精度低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，所述加速度計可以避免高精度機械加工的技術瓶頸，并具有更高的控制精度。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種基于光學位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于：包括磁屏蔽腔、小磁體、光學相干位移檢測系統、磁懸浮控制系統，所述小磁體懸浮于所述磁屏蔽腔內，所述光學相干位移檢測系統位于所述磁屏蔽腔上，用于通過向小磁體發射光信號和接收其反射回的光信號，實現對小磁體的空間位置和姿態的實時定位；所述磁懸浮控制系統位于磁屏蔽腔上，用于實時控制小磁體的位置和姿態；當小磁體在磁屏蔽腔內受到非保守力作用發生平動和轉動時，由光學相干位移檢測系統測量，并反饋給磁懸浮控制系統，磁懸浮控制系統根據光學相干位移檢測系統反饋的小磁體的位置和姿態變化量向小磁體施加磁力，使小磁體回歸到原始位置，并保持磁矩方向不變。

進一步的技術方案在于：所述磁屏蔽腔外形為立方體形，選用非磁性材料構建，且內部為真空狀態，所述小磁體的質心位于磁屏蔽腔的中心位置。

進一步的技術方案在于：所述光學相干位移檢測系統包括若干組光學準直探頭、光纖、若干個等臂長邁克爾遜位移檢測裝置和數字相位解調PGC電路，所述每組光學準直探頭與之對應的等臂長邁克爾遜位移檢測裝置通過光纖相連，所述等臂長邁克爾遜位移檢測裝置與數字相位解調PGC電路電連接；光源通過系統中的各對光學準直探頭向小磁體發射光信號，并接收其反射回的光信號，光信號中包含小磁體的位置和姿態信息，光信號通過光纖傳輸到等臂長邁克爾遜位移檢測裝置，利用干涉原理處理光信號，將小磁體的位移、偏轉角轉化為可識別的相位變化，對各對光學準直探頭的測量結果，通過矢量疊加原理，得到其位移、偏轉角疊加后的相位變化；數字相位解調PGC電路實現對相位的快速解調，最終通過相位變化計算出小磁體偏離質心的位移量及小磁體檢驗質量塊繞垂直于磁矩方向的兩個轉軸的旋轉角，并反饋給磁懸浮控制系統對小磁體進行位置和姿態的實時控制。

進一步的技術方案在于：所述光學準直探頭設有五組，等臂長邁克爾遜位移檢測裝置設有五個。

進一步的技術方案在于：沿所述磁屏蔽腔的X軸方向的2個腔壁上，在中心位置對稱設有一組光學準直探頭，用于測量小磁體在X軸的位移變化；沿X軸正方向的腔壁上還設置兩組光學準直探頭，用于測量小磁體的姿態變化，向Y軸和Z軸所在的平面投影，其中一組光學準直探頭，投影落在Y軸方向上，距離中心位置為小磁體的截面半徑的四分之一到四分之三，用于測量小磁體繞Z軸旋轉的姿態變化，另一組光學準直探頭投影落在Z軸方向上，距離中心位置為小磁體的截面半徑的四分之一到四分之三，用于測量小磁體繞Y軸旋轉的姿態變化；沿所述磁屏蔽腔的Y軸方向的2個腔壁中心設置1組光學準直探頭，用于測量小磁體沿Y軸移動的位移變化，沿所述磁屏蔽腔的Z軸方向的2個腔壁中心設置1組光學準直探頭，用于測量小磁體沿Z軸移動的位移變化。