[發(fā)明專利]一種傳感器設(shè)備低溫測(cè)試臺(tái)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711267545.9
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN107941261A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 米正輝;沙鵬;賀斐思;翟紀(jì)元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號(hào): G01D18/00
• 分類號(hào): G01D18/00;G01L25/00;G01L27/00
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11200
• 代理人: 司立彬

本發(fā)明公開了一種傳感器設(shè)備低溫測(cè)試臺(tái)，其特征在于，包括恒溫器、綜合工裝臺(tái)和預(yù)加載裝置；所述恒溫器內(nèi)設(shè)有一液氦池，所述綜合工裝臺(tái)位于所述液氦池內(nèi)；所述預(yù)加載裝置包括真空管、傳動(dòng)單元和力加載控制單元，傳動(dòng)單元位于真空管內(nèi)，力加載控制單元與傳動(dòng)單元連接，力加載控制單元與真空管密封連接，所述真空管通過(guò)法蘭與所述恒溫器的頂部開口密封連接；所述綜合工裝臺(tái)的最外層為真空盒，所述真空盒與所述預(yù)加載裝置的真空管密封連接，所述真空盒內(nèi)部設(shè)有用于安裝待測(cè)傳感器設(shè)備的測(cè)試工裝，所述真空管內(nèi)的傳動(dòng)單元與所述測(cè)試工裝連接。本發(fā)明測(cè)試成本低、效率高，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化溫度下低溫傳感器性能的測(cè)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感器設(shè)備低溫測(cè)試臺(tái)，屬于粒子加速器、超導(dǎo)低溫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳感器低溫測(cè)試臺(tái)是開展超導(dǎo)低溫技術(shù)和設(shè)備研究的重要組成部分，它是一套由多種材料構(gòu)成的測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)工作溫度一般分為80K、4.2K和2K等幾個(gè)溫度，主要作用是對(duì)應(yīng)用于低溫下的傳感器性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)低溫測(cè)試平臺(tái)模擬低溫下傳感器的工作狀態(tài)，分析其性能是否滿足實(shí)際工作需求，為傳感器的實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)參考；并且可以在此平臺(tái)上開展新型低溫傳感器，以及低溫材料等的研發(fā)測(cè)試。

近年來(lái)超導(dǎo)加速器技術(shù)進(jìn)入了快速的發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)外多個(gè)大型的超導(dǎo)加速器項(xiàng)目也應(yīng)運(yùn)而生，如美國(guó)正在建造的直線加速器相干光，多個(gè)國(guó)家計(jì)劃聯(lián)合建造的未來(lái)國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)、大型環(huán)形對(duì)撞機(jī)，以及將要建造的上海自由電子激光裝置等。這些超導(dǎo)加速器工程需要的低溫傳感器設(shè)備數(shù)量很大，如超導(dǎo)腔調(diào)諧器設(shè)備所需要的低溫電機(jī)、壓電陶瓷、壓力傳感器等，每個(gè)工程的需求量都在幾百到上千套。這些低溫傳感器設(shè)備的工作性能對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的正式運(yùn)行都起著很重要的作用，并且在項(xiàng)目設(shè)計(jì)研制階段也需要根據(jù)物理和功能需求對(duì)傳感器進(jìn)行選型、測(cè)試，甚至是為項(xiàng)目單獨(dú)開發(fā)所需傳感器。

低溫電機(jī)、壓電陶瓷、壓力傳感器的性能需要進(jìn)行常溫、低溫、真空，以及不同負(fù)載等環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，看其工作性能、壽命周期等是否滿足工程需要。由于低溫測(cè)試需求多樣，而且測(cè)試流程復(fù)雜，一個(gè)傳感器需要在不同平臺(tái)下進(jìn)行多種測(cè)試。為了提高低溫傳感器的測(cè)試效率，壓縮測(cè)試周期，并且滿足測(cè)試設(shè)備對(duì)不同測(cè)試環(huán)境的需求，要有一套高效率，多功能的傳感器低溫測(cè)試平臺(tái)。

目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)專門用于超導(dǎo)腔調(diào)諧器上所用低溫電機(jī)、壓電陶瓷、壓力傳感器的低溫測(cè)試臺(tái)，國(guó)外都是利用各自實(shí)驗(yàn)室的超導(dǎo)腔水平測(cè)試恒溫器，在此恒溫器上進(jìn)行調(diào)諧器的總裝集成，并進(jìn)行低溫測(cè)試，如圖1所示為超導(dǎo)腔水平測(cè)試恒溫器的原理圖。

此水平測(cè)試恒溫器主要由恒溫器外筒、液氮冷屏、超導(dǎo)腔，以及外部真空泵等幾部分組成。超導(dǎo)腔調(diào)諧器所用的低溫傳感器設(shè)備：低溫電機(jī)、壓電陶瓷、壓力傳感器等低溫設(shè)備與調(diào)諧器機(jī)械機(jī)構(gòu)組裝好后，安裝到超導(dǎo)腔的一端。將傳感器與組裝好的超導(dǎo)腔整體裝入恒溫器內(nèi)部，密封接口，分別用真空泵對(duì)超導(dǎo)腔和恒溫器內(nèi)部進(jìn)行抽真空檢漏等工作，當(dāng)真空值滿足一定要求后進(jìn)行降溫測(cè)試。

此方案存在以下缺點(diǎn)和不足：

(1)此恒溫器體積大，測(cè)試需要的液氦量大，增加了測(cè)試成本；真空密封接口多，組裝復(fù)雜；降溫和復(fù)溫需要的周期長(zhǎng)。由于此種測(cè)試需要將液氦注入超導(dǎo)腔液氦槽內(nèi)進(jìn)行降溫測(cè)試，需要對(duì)超導(dǎo)腔、液氦槽、傳感器安裝固定結(jié)構(gòu)等進(jìn)行降溫，導(dǎo)致測(cè)試需要的液氦成本增加，測(cè)試周期也比較長(zhǎng)，并且降溫速率難控制。

(2)需要將低溫電機(jī)、壓電陶瓷、壓力傳感器等集成到一起后才能滿足測(cè)試時(shí)的加載，及監(jiān)測(cè)條件要求，不能對(duì)三種低溫傳感器設(shè)備分開單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試；

(3)傳感器的加載力和位移范圍有限：由于傳感器的加載力是超導(dǎo)腔作為負(fù)載提供的，超導(dǎo)腔的彈性系數(shù)一定，并且拉伸量有限，如果拉伸位移過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)腔發(fā)生塑性變形。

以上三點(diǎn)在一定程度上影響了低溫電機(jī)、壓電陶瓷和壓力傳感器的規(guī)模測(cè)試，測(cè)試成本高，效率低，并且存在一定的設(shè)備安全隱患，不利于超導(dǎo)加速器的大規(guī)模發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容