[發明專利]一種超導磁懸浮微小懸浮力快速測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 202110658280.5
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113109747B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 鄧自剛;劉曉寧;柯志昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R33/12
• 分類號: G01R33/12;G01L5/00
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 陳亞斌;關兆輝

本發明公開了一種超導磁懸浮微小懸浮力快速測試裝置及測試方法，包括機架，機架上設置有永磁軌道和超導塊，機架上還設置有滑動板和用于驅動滑動板在永磁軌道正上方沿豎直方向接近或遠離永磁軌道的驅動裝置，所述滑動板上還設置有相對間距固定的測試單元和液氮盒，超導塊位于液氮盒內并與測試單元固定相連；由于測試單元和液氮盒分別與滑動板固定相連，因此二者的位置相對固定且隨滑動板運動而同步運動的同時又相互隔離，本發明通過巧妙的連接結構設置消除了重力和浮力的變化對測試結果的不良影響，其大大提高了測試精度；同時對整套測試裝置改變較小，且結構簡單，不但操作方便，同時也提高了設備的可靠性和穩定性。

技術領域

本發明涉及超導測試技術領域，具體涉及一種超導磁懸浮微小懸浮力快速測試裝置及測試方法。

背景技術

高溫超導磁懸浮的懸浮力是指超導體和永磁軌道之間的垂向作用力。針對最常見的懸浮情形，測試方法是超導體在上，永磁體或永磁軌道在下。超導體在場冷位置由液氮或者制冷機冷卻進入超導態，然后由電機帶動垂直向下移動，直至最低測試高度，然后折返抬升，直至懸浮力減小為零。在該移動過程中，由力傳感器所獲取的垂向力即為懸浮力。懸浮力是高溫超導磁懸浮最首要的關注對象，因此已有諸多測試裝置和測試方法出現。

現有測試裝置的主要特征是利用伺服電機或步進電機實現超導體的垂向位移，有的通過激光位移傳感器獲取位移，有的直接通過步進電機的轉動獲取位移。利用拉壓傳感器獲取懸浮力數據，利用計算機控制電機的移動、懸浮力數據的采集和處理。部分測試裝置著眼于單塊超導體的測量，量程多在300 N以上；部分測試裝置著眼于多塊或一整個杜瓦超導體的測量，量程多在1000 N以上。

隨著高溫超導磁懸浮的發展，微小懸浮力的實驗需求逐漸增多。因為高溫超導磁懸浮的諸多性質如Jc各向異性、Jc-B關系等在大尺寸的超導體現象不明顯，而在微小超導體中顯現出非常明顯乃至極端的物理現象；也就是說，微小超導體將使高溫超導磁懸浮研究更加接近其原理本質。另外，第二代高溫超導帶材的研究近年來逐漸增多，由于其懸浮力較小，一些物理性質相較塊材將更加極端，并且其尺寸可以輕易地縮小，因此對微小懸浮力的測試產生更多的現實需求，需要測試微小懸浮力的專門測試裝置。

現有裝置的測試對象都著眼于單塊及以上超導體的懸浮力，在具體結構上部分監測裝置將用于盛放液氮的容器放置于永磁軌道上此種監測裝置的最大缺陷是，在使用時由于需要夾具夾持超導塊，在超導塊和夾具浸入到液氮的過程中，由于深度的不斷變化，將導致超導塊受到的浮力發生變化，影響測試精度；另一種是將用于盛放液氮的容器吊掛于測試裝置上，其雖然能夠消除浮力的影響，但是由于液氮在實驗過程中的不斷揮發，進而導致重力不斷減小，影響測試精度；上述變化對于大型超導塊的測量雖然影響不大，但是在微小超導塊測量領域，懸浮力一般以mN為單位計量，因此上述影響將會造成測量精度偏差較大。

除此之外，上述裝置在測量過程中需要反復拆裝超導塊，同時各個設備之間的連接關系復雜，導致測試效率較低。

發明內容

針對現有技術中存在的測試精度及測試效率低的缺陷，本發明公開了一種超導磁懸浮微小懸浮力快速測試裝置及測試方法，采用本發明所述測試裝置能夠有效消除外部因素對微小懸浮力測試的影響，從而提高微小懸浮力的測試精度，同時其還具有測試速度快、測試效率高的優點。

本發明通過以下技術方案實現上述目的：

一種超導磁懸浮微小懸浮力快速測試裝置，包括機架、永磁軌道和超導塊，永磁軌道固定設置于機架上，所述機架上還設置有滑動板和用于驅動滑動板在永磁軌道正上方沿豎直方向接近或遠離永磁軌道的驅動裝置；所述滑動板上還固定設置有相對間距固定的測試單元和液氮盒，所述超導塊與測試單元固定相連，并插入到液氮盒內。

優選的，機架上設置有調節絲杠和滑動限位槽，所述滑動板上設置有限位塊，限位塊穿過滑動限位槽與調節絲杠絲扣相連；所述驅動裝置包括與調節絲杠動力相連的調節電機。