[發明專利]一種磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置及方法

在審

• 申請號: 202210310246.3
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114637346A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 王浩;王秋良;胡新寧;崔春艷;牛飛飛;黃興;張源
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G05D9/12
• 分類號: G05D9/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉芳

本發明公開了一種磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置及方法，涉及超導球控制領域，所述控制裝置包括：上懸浮線圈、下懸浮線圈、磁反饋線圈、懸浮位置檢測裝置、PID控制模塊和壓控電流源；磁反饋線圈位于上懸浮線圈和下懸浮線圈之間，且靠近下懸浮線圈；懸浮位置檢測裝置用于檢測低溫超導球的懸浮位置，并生成懸浮位置信號；PID控制模塊用于根據懸浮位置信號與設定目標懸浮位置值的偏差發出控制信息；壓控電流源用于根據控制信息向磁反饋線圈輸出電流值，以使低溫超導球處于懸浮零點位置；處于懸浮零點位置的低溫超導球的球心與上懸浮線圈的中心重合。本發明能實現高線性度閉環控制，操作簡單，便于實施。

技術領域

本發明涉及超導球控制領域，特別是涉及一種磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置及方法。

背景技術

利用超導體的邁斯那效應和零電阻效應發展而來的超導磁懸浮儀器技術在一些精密測量領域具有特殊優勢。利用超導磁懸浮技術進行重力信號測量的原理是利用超導線圈將超導球懸浮起來，當重力信號發生變化時，超導球的懸浮位置會發生變化，通過超導球懸浮位置的變化就可以間接測量出重力信號的變化情況。在進行重力信號測量時，由于超導磁懸浮場的磁力梯度值在不同的懸浮位置上并不是絕對恒定的，當超導球懸浮位置發生變化時就會給測量系統傳遞函數引入非線性的問題，從而使最終的測量結果產生偏差。因此，在進行重力信號測量時，需要控制超導球始終處于懸浮零點位置。

目前，存在基于靜電力的超導球懸浮位置反饋控制裝置和控制方法，該方法通過在靠近超導球的電容極板上施加電壓產生靜電力實現對超導球懸浮位置的調控，整體結構簡單，無需對重力測量單元結構有任何變動，但是由于靜電力與施加電壓之間為二次方關系，這給反饋系統設計帶來了復雜度，使整體測量系統的線性度也有一定瓶頸限制。

發明內容

基于此，本發明實施例提供一種磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置及方法，以實現高線性度閉環控制，操作簡單，便于實施。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置，包括：上懸浮線圈、下懸浮線圈、磁反饋線圈、懸浮位置檢測裝置、PID控制模塊和壓控電流源；

所述磁反饋線圈位于所述上懸浮線圈和所述下懸浮線圈之間，且靠近所述下懸浮線圈；所述懸浮位置檢測裝置用于檢測低溫超導球的懸浮位置，并生成懸浮位置信號；所述PID控制模塊與所述懸浮位置檢測裝置連接；所述PID控制模塊用于計算所述懸浮位置信號與設定目標懸浮位置值的偏差，并根據所述偏差發出控制信息；所述壓控電流源分別與所述PID控制模塊以及所述磁反饋線圈連接；所述壓控電流源用于根據所述控制信息向所述磁反饋線圈輸出電流值，以使所述低溫超導球處于懸浮零點位置；處于懸浮零點位置的低溫超導球的球心與所述上懸浮線圈的中心重合。

可選地，所述懸浮位置檢測裝置，包括：懸浮位置檢測電極和懸浮位置檢測模塊；

所述低溫超導球位于所述懸浮位置檢測電極內；所述懸浮位置檢測電極用于檢測低溫超導球的懸浮位置；所述懸浮位置檢測模塊分別與所述懸浮位置檢測電極以及所述PID控制模塊連接；所述懸浮位置檢測模塊用于生成懸浮位置信號，并將所述懸浮位置信號發送至所述PID控制模塊。

可選地，所述磁反饋式低溫超導球懸浮位置控制裝置，還包括：支撐骨架和環形支撐臺；

所述上懸浮線圈、所述下懸浮線圈和所述磁反饋線圈均繞制在所述支撐骨架上；所述環形支撐臺固定在所述支撐骨架的內表面；所述環形支撐架用于支撐所述懸浮位置檢測電極。

可選地，所述上懸浮線圈與所述下懸浮線圈之間的距離為所述支撐骨架的內徑的一半。

可選地，所述上懸浮線圈與所述下懸浮線圈均采用超導線繞制而成。

可選地，所述上懸浮線圈與所述下懸浮線圈的匝數相同；所述上懸浮線圈與所述下懸浮線圈的半徑相同。