[發明專利]基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710553327.5
• 申請日: 2017-07-08
• 公開（公告）號: CN107478543B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 高秋華;張文明;胡璐;鄒鴻翔
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N9/30
• 分類號: G01N9/30;G01N15/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置，其特征在于，包括：磁場產生裝置、測量箱、旋轉裝置和圖像采集控制裝置，其中：測量箱外表面在垂直與水平方向上設置有刻度線，測量箱設置于磁場產生裝置內，磁場產生裝置和圖像采集控制裝置設置于旋轉裝置的旋轉平面上且圖像采集控制裝置與測量箱對應設置，圖像采集控制裝置采集測量箱的圖像信息并向旋轉裝置輸出轉速控制信息；

所述的磁場產生裝置包括：平行設置的兩塊支撐板、框架連接柱、第一固定磁場發生單元、第二固定磁場發生單元、第三固定磁場發生單元和第四固定磁場發生單元，其中：平行設置的兩塊支撐板通過框架連接柱固定形成支撐框架，第一固定磁場發生單元、第二固定磁場發生單元、第三固定磁場發生單元和第四固定磁場發生單元分別與支撐框架固定連接，且第一固定磁場發生單元與第二固定磁場發生單元沿豎直方向磁化，且同名磁極上下相對設置，第四固定磁場發生單元與第三固定磁場發生單元沿水平方向磁化，且同名磁極左右相對設置，第一固定磁場發生單元與第三固定磁場發生單元異名磁極相鄰。

2.根據權利要求1所述的基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置，其特征是，所述的第一固定磁場發生單元、第二固定磁場發生單元、第三固定磁場發生單元和第四固定磁場發生單元中設有永磁鐵，該永磁鐵的幾何形狀、尺寸和磁性能牌號均相同。

3.根據權利要求1所述的基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置，其特征是，所述的旋轉裝置包括：框架支撐板、電機安裝板、電機、聯軸器、連接軸、軸承、軸承安裝板、旋轉圓盤和安裝圓盤，其中：電機安裝板和軸承安裝板設置于框架支撐板上，電機設置于電機安裝板上，電機與連接軸通過聯軸器連接傳遞旋轉運動，軸承設置于軸承安裝板上，連接軸與軸承采用過渡配合，連接軸末端與旋轉圓盤相連并傳遞旋轉運動，旋轉圓盤與安裝圓盤相連并傳遞旋轉運動。

4.根據權利要求3所述的基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置，其特征是，所述的安裝圓盤上對稱設有兩行等間距的螺紋孔，同一行相鄰兩個螺紋孔間間距為d；所述的第二固定磁場發生單元與安裝圓盤通過螺紋連接固定。

5.根據權利要求1所述的基于抗磁懸浮原理的離心式密度測量裝置，其特征是，所述的圖像采集控制裝置包括：圖像采集裝置和與之相連的計算機，其中：圖像采集裝置在水平方向上對準測量箱上水平位置刻度線。

6.一種采用上述任一權利要求所述的裝置測量抗磁性顆粒密度的方法，其特征在于，

步驟1：配制順磁溶液置于測量箱中，并填滿測量箱；

步驟2：將待測抗磁性顆粒投入盛有配制順磁溶液的測量箱中，若抗磁性顆粒在處于磁場發生裝置的測量箱中穩定懸浮，則通過螺栓將測量箱與磁場產生裝置連接固定；若抗磁性顆粒在測量箱中沉降，則重新配置溶液濃度更高的順磁溶液至抗磁性顆粒穩定懸浮；

步驟3：根據測量靈敏度要求，設定電機轉速和/或旋轉離心半徑，將裝有測量箱的磁場產生裝置與旋轉裝置固定連接；按照設定轉速旋轉的過程中，通過圖像采集裝置測量抗磁性顆粒在水平方向上的位移，計算出待測抗磁性顆粒的密度值。

7.根據權利要求6所述的測量抗磁性顆粒密度的方法，其特征是，所述的待測抗磁性顆粒物質密度其中，ρ_m為順磁溶液密度，ρ_s為待測顆粒的密度，χ_s為待測抗磁顆粒的磁化率，χ_m為順磁溶液的磁化率，B′_x為磁感應強度B_x對水平位移x的梯度，x為通過圖像采集裝置得到的抗磁顆粒在水平方向上的位移，μ₀＝4π×10^-7H/m為真空磁導率，n為磁場產生裝置在安裝圓盤上的安裝偏心系數，n的取值范圍n＝1,2,3,4,5，ω為電機的旋轉角速度，d為同一行相鄰兩個螺紋間距，nd為旋轉離心半徑。

8.根據權利要求7所述的測量抗磁性顆粒密度的方法，其特征是，所述的測量靈敏度通過調節電機的轉速和/或調節磁場產生裝置在安裝圓盤上的旋轉離心半徑來改變。