[發明專利]一種具有磁力梯度測量及懸浮超導球位置的反饋控制裝置

有效

• 申請號: 202010098796.4
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111273203B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李春燕;張源;牛飛飛
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G01R33/022
• 分類號: G01R33/022;G01R33/035
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于反饋控制領域的一種懸浮超導球位置反饋控制裝置及超導球位置反饋控制方法。該懸浮超導球位置反饋控制裝置是一種根據磁場環境的不同可預先配置電路參數的靜電反饋裝置，包括：震蕩源、超導磁懸浮系統、鑒相器、PID控制器、直流電壓源、比例放大器和示波器，其中超導懸浮系統由懸浮超導球和超導球腔組成，超導球腔由上極板、中極板和下極板組成，懸浮超導球與上極板和下極板組成差動電容；震蕩源由交流電壓源、Ⅰ#震蕩源連接Ⅱ#震蕩源組成；鑒相器由乘法器連接低通濾波器組成。本發明保證反饋靜電力是反饋電壓的線性靜電力，可以預先對懸浮超導球的動態進行仿真建模，此裝置結構簡單、控制精度高穩定性好。

技術領域

本發明屬于重力測試領域，特別涉及一種具有磁力梯度測量和磁懸浮超導球位置的反饋控制裝置

背景技術

基于差動電容的非接觸測微裝置，把本體微小的位移變化Δx轉化為電容量ΔC，再通過電容檢測電路讀出電容的變化。它較其他種類的電容測微裝置有更高的精度，更好的溫度穩定性。而且它的速度快，分辨率高，動態性能好，適用于低溫長時間測量。

靜電反饋技術，是把差動電容的中間極板的輸出量轉化為一個直流電壓，然后施加在一上極板或者下極板上，此時中極板會受到施加電壓極板的靜電吸引力，以此來改變中間極板的位置。

磁力梯度測量技術，磁力梯度的計算較為復雜，而且計算過程中有很多參數具有不可控性，所以誤差較大。基于差動電容的靜電力測量法，把磁力梯度測量轉化為靜電力的運算，靜電力計算簡便，準確度高，故靜電力測量法測磁力梯度較準確。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有磁力梯度測量及懸浮超導球位置的反饋控制裝置，其特征在于，該反饋控制裝置主要包括：震蕩源、超導懸浮系統、鑒相器、電壓源、反相器、壓控開關、比例放大器、示波器、運算電路和單刀雙擲開關；其中震蕩源由交流電壓源、Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器組成，Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器由交流電壓源通過一個1：2的變壓線圈形成，Ⅰ#震蕩器和Ⅱ#震蕩器等幅同相；鑒相器由乘法器和低通濾波器連接組成；電壓源為直流可調電壓源；壓控電壓源由放大器和電壓跟隨器組成；超導懸浮系統由懸浮超導球和超導球腔組成，超導球腔由上極板、中極板和下極板組成，懸浮超導球與上極板和下極板組成差動電容；

該反饋控制裝置具體結構為震蕩源的Ⅰ#震蕩器B端連接Ⅰ#電容，Ⅱ#震蕩器D端連接Ⅱ#電容，Ⅰ#電容同時與超導懸浮系統的上極板和I#單刀雙擲開關相連，Ⅱ#電容同時與超導懸浮系統的下極板和Ⅱ#單刀雙擲開關相連；震蕩源的交流電壓源A端與鑒相器中乘法器的另一個輸入端相連；鑒相器中低通濾波器的輸入端與乘法器的輸出端相連；反相器的輸入端與低通濾波器的輸出端相連接；Ⅰ#壓控開關的d控制端與低通濾波器的輸出端連接，Ⅰ#壓控開關的a輸入端同時與低通濾波器輸出端、反相器的輸入端、比例放大器輸入端和Ⅱ#壓控開關的d控制端連接；比例放大器輸出端和示波器連接；Ⅰ#壓控開關的b輸入端與反相器的輸出端相連；運算電路的c輸入端與Ⅰ#壓控開關的c輸出端連接，運算電路的b輸入端和Ⅱ#電壓源的輸出端連接；Ⅱ#壓控開關的d控制端與低通濾波器輸出端相連接，運算電路的a輸出端和Ⅱ#壓控開關c輸入端連接后并通過壓控電壓源和超導球腔的中極板連接，中極板和Ⅲ#電容連接；Ⅲ#電容與乘法器的一個輸入端連接；Ⅱ#壓控開關的b輸出端與Ⅱ#單刀雙擲開關的一個觸點連接；Ⅱ#單刀雙擲開關另一個觸點與地連接；Ⅱ#單刀雙擲開關的定點分別與超導懸浮系統的下極板和Ⅱ#電容相連接；Ⅱ#壓控開關的a輸出端與與Ⅰ#單刀雙擲開關的一個觸點連接；Ⅰ#單刀雙擲開關另一個觸點與Ⅰ#電壓源連接；Ⅰ#單刀雙擲開關的定點分別與超導懸浮系統的上極板和Ⅰ#電容相連接。

所述I#單刀雙擲開關一個觸點與I#電壓源連接，Ⅱ#單刀雙擲開關另一個觸點與地連接，同時I#電壓源通過壓控電壓源與中極板相連，使反饋控制裝置在進行梯度測量時，保證懸浮超導球的電勢為0。