[發明專利]一種低溫下超導磁體動態測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201610980439.4
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106597325B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 吳北民;馬力禎;楊文杰;吳巍;倪東升
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: G01R33/07
• 分類號: G01R33/07
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張真

1.一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征是包括測量工作臺和測磁工裝機構，所述的測量工作臺包括底盤，底盤上設置有X方向位置調整機構、Y方向位置調整機構和Z方向位置調整機構，Z方向位置調整機構上還設置有旋轉驅動電機，旋轉驅動電機通過聯軸器與測磁桿上端相連，測磁桿穿過底盤的中間孔下端安裝在測磁工裝機構上，所述的測磁工裝機構包括上定位盤和下定位盤，上定位盤上端對應設置有限位塊，下定位盤下端對應設置有鎖緊環，上定位盤和下定位盤之間設置有旋轉筒；所述的測磁工裝機構的測磁桿下端部固定用來測試沿中心軸線移動時的軸向磁場分布的軸向柱狀霍爾探頭，引線通過測磁桿內部引出到上端并密封，測磁桿采用鋁合金材料，加工前校準直線度0.01%，測磁桿上標有刻度值；所述的旋轉筒的直線度為0.05mm、圓柱度為0.02mm，旋轉筒與上定位盤和下定位盤之間設置有0.02-0.04?mm的間隙，旋轉筒上設置有周向線槽和軸向線槽，周向線槽用來固定徑向片狀霍爾探頭，沿超導磁體的中心截面上下對稱的各固定一個片狀霍爾探頭，軸向線槽用來探頭走線；旋轉筒通過銷釘孔固定在待測的超導磁體端部，測磁桿和旋轉筒之間的間隙為0.02-0.06mm，確保測磁桿在旋轉筒內沿軸向自由運動，同時旋轉筒對測磁桿有導向作用；測磁桿凸臺和旋轉筒凹槽相接觸，C向電機帶動測磁桿旋轉進而帶動旋轉筒旋轉實現徑向磁場測量。

2.如權利要求1所述的一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征在于：所述的測磁桿上還設置有密封機構，所述的密封機構包括密封座，密封座內設置有彈簧，彈簧上方對應設置有壓環，壓環上方安裝有密封圈和調整環，壓蓋安裝在調整環上方，壓蓋上設置有壓緊螺釘和鎖緊螺釘。

3.如權利要求2所述的一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征在于：所述的測磁桿貫穿底盤的中間孔、密封機構的中孔和測磁工裝機構的中孔，測磁桿下端安裝有軸向柱狀霍爾探頭和徑向片狀霍爾探頭，軸向柱狀霍爾探頭和徑向片狀霍爾探頭通過引線由測磁桿上的引線出口引出。

4.如權利要求1所述的一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征在于：所述的X方向位置調整機構包括X向導軌，X向導軌上對應安裝有X向滑塊和X向絲杠，X向絲杠外端連接有X向手輪，X向導軌上還設置有X向鎖緊機構；所述的Y方向位置調整機構安裝在X向滑塊上，Y方向位置調整機構包括Y向導軌，Y向導軌上對應安裝有Y向滑塊和Y向絲杠，Y向絲杠外端連接有Y向手輪，Y向導軌上還設置有Y向鎖緊機構；所述的Z方向位置調整機構安裝在Y向滑塊上，Z方向位置調整機構包括Z向導軌，Z向導軌上對應安裝有Z向滑塊和Z向絲杠，Z向絲杠上端連接有Z向電機，所述的旋轉驅動電機安裝在Z向滑塊上。

5.如權利要求1所述的一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征在于：所述的底盤上還設置有調節螺桿，調節螺桿設置為四根，底盤通過四根調節螺桿固定在測試杜瓦的頂法蘭上，通過調整調節螺桿來保證底盤和頂法蘭之間的距離和平行度。

6.如權利要求4所述的一種低溫下超導磁體動態測量裝置，其特征在于：所述的旋轉驅動電機通過聯軸器帶動測磁桿沿C方向旋轉，旋轉角度范圍為0-360°；所述的X方向位置調整機構、Y方向位置調整機構和Z方向位置調整機構分別實現測磁桿沿X方向、Y方向和Z方向的移動；X方向位置調整機構的移動調節范圍是1–150mm；Y方向位置調整機構移動調節范圍是1–50mm；Z方向位置調整機構的移動調節范圍是0-850mm。

7.一種采用如權利要求1-6任一所述低溫下超導磁體動態測量裝置進行低溫下超導磁體磁場分布動態測量的方法，其特征在于，包含如下步驟：

第一步：將軸向柱狀霍爾探頭固定在測磁桿下端部，其引線沿測磁桿內孔從測磁桿上端部側面開孔處引線出口引出，并用低溫膠密封引線出口處；將密封機構按照結構順序安裝在測磁桿上；

第二步：將徑向片狀霍爾探頭用低溫膠帶固定在旋轉筒開的周向凹槽上，其位置相對于待測超導磁體中心平面對稱，上下各一個，引線沿軸向凹槽引出，并玻璃絲膠布固定，確保在旋轉筒轉動不會把引線夾裹出，同時將引線在旋轉筒上端預繞幾圈；

第三步：將上定位盤和下定位盤用銷釘固定在超導磁體的兩端，旋轉筒依次穿過限位塊、上定位盤、超導磁體中心孔、下定位盤、將旋轉筒突出下定位盤的部分用鎖緊環鎖定，只允許旋轉筒沿C向轉動，不允許沿Z向移動；保證旋轉筒的中心軸線與超導磁體內孔幾何中心線重合，并保證旋轉筒中心軸線和磁體端面垂直；

第四步：將超導磁體通過拉桿吊裝在懸吊G10板上，調整超導磁體到合適的位置，保證超導磁體中心與測試杜瓦的頂法蘭上預先開設的KF40接口同心，超導磁體的端面與頂法蘭端面平行；

第五步：將密封機構和測磁桿裝配好之后，把密封機構固定在KF40接口上，測磁桿穿過限位塊并向下移動，穿過旋轉筒帶凹槽的中心孔，觀察測磁桿上標有的刻度和方向，測磁桿移動要求測量的中心軸線位置和方向，用限位塊上螺釘鎖定測磁桿；

第六步：安裝測量工作臺，通過其底部的四根調節螺桿安裝在測試杜瓦的頂法蘭上，調整可調螺桿使底部圓盤面與頂法蘭端面平行；通過調整X向手輪、Y向手輪使Z向電機軸中心和測磁桿中心重合，鎖緊密封結構的鎖緊螺釘，手動控制下移旋轉驅動電機通過聯軸器與測磁桿上端部相連；連接完成后，松開密封結構的鎖緊螺釘，擰緊壓緊螺釘，確保密封；

第七步：用液氮降溫，待超導磁體整體降至液氮溫度時，保持一段時間到超導磁體冷透后，外界充入氦氣將杜瓦內的剩余液氮通過輸液管排出，同時用放置在杜瓦內部的加熱器加熱，確保將液氮排干凈，停止加熱；用液氦降溫，待超導磁體整體降至液氦溫度并保持一段時間，該過程全程監測溫度和液面；

第八步：將超導磁體通過電流引線按照預定的加電速率開始勵磁加電，加到指定的電流值后穩定電流；

第九步：磁場測量時，通過控制部分控制旋轉驅動電機C向旋轉，旋轉方向與引線的預繞方向相反，旋轉筒每轉30o，記錄旋轉筒上下兩個片狀霍爾探頭的磁場值，反復測試幾次并記錄磁場值，通過計算獲得磁場中心與機械中心的偏差值；

第十步：磁場測量時，通過控制部分控制Z向電機，向上移動并每隔10mm，記錄軸向磁場值，上下移動測磁桿，反復測試幾次并記錄軸向磁場沿中心軸線移動時的磁場值。