一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁懸浮領(lǐng)域，具體來講是一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫超導(dǎo)塊材獨(dú)特的零電阻、邁斯納效應(yīng)和磁通釘扎特性，使它能夠在外磁場中實(shí)現(xiàn)無需能量輸入的自穩(wěn)定懸浮。因此，高溫超導(dǎo)塊材被廣泛的應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能、航天助推發(fā)射和磁浮車系統(tǒng)等。高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)的懸浮特性不僅與高溫超導(dǎo)材料的磁通釘扎特性有關(guān)，還取決于外磁場的強(qiáng)度及分布。在現(xiàn)有的制備技術(shù)條件下，高溫超導(dǎo)塊材的釘扎性能已基本趨于穩(wěn)定，難已有大幅度提升。為了滿足磁懸浮系統(tǒng)更高懸浮性能的要求，增加外磁場的磁場強(qiáng)度和梯度，優(yōu)化磁場位形，是當(dāng)前工程化應(yīng)用普遍采用的方法。目前，國內(nèi)外在永磁體或永磁導(dǎo)軌產(chǎn)生的磁場中，對高溫超導(dǎo)塊材的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)懸浮特性開展了大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究，在一定程度上揭示了超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)主要的力學(xué)特征和動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律。但是，由于永磁體材料自身性能的限制，目前，對磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性的研究受到永磁體或永磁導(dǎo)軌磁場梯度、強(qiáng)度、可控性差的制約。另外，磁場也是研究物理現(xiàn)象和機(jī)理的重要工具，在目前高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制還不甚清晰的前提下，運(yùn)用超導(dǎo)磁體磁場進(jìn)行磁懸浮系統(tǒng)懸浮特性及機(jī)理的研究，可以揭示出一些在常規(guī)永磁體磁場中無法觀察到的新物理現(xiàn)象及特征，有助于加深對高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制及高溫超導(dǎo)塊材與外磁場相互作用機(jī)理的理解，為未來高溫超導(dǎo)磁懸浮系統(tǒng)走向更廣泛的應(yīng)用提供一定的依據(jù)。目前，在超導(dǎo)磁體磁場中對磁懸浮系統(tǒng)的懸浮特性開展了為數(shù)不多的研究，但基本都是在超導(dǎo)磁體低磁場中對高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性進(jìn)行測試，還尚未充分利用到超導(dǎo)磁體磁場可變、可控、強(qiáng)磁場、高梯度的特性，對高溫超導(dǎo)塊材在超導(dǎo)磁體高梯度磁場和強(qiáng)磁場中交流損耗的研究較少。而且，現(xiàn)有的大多數(shù)裝置測試內(nèi)容單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于在此提供了一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測試內(nèi)容多樣等優(yōu)點(diǎn)。裝置中作為磁源的超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的高梯度、強(qiáng)磁場的磁場位形，能充分地發(fā)揮高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性，有效地對磁懸浮系統(tǒng)在強(qiáng)磁場及變化磁場中的懸浮力、懸浮力弛豫以及交流損耗等特性進(jìn)行測試，有助于揭示出一些新的物理現(xiàn)象及特征。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置，為在高梯度強(qiáng)磁場對超導(dǎo)塊的懸浮特性提供多維度的測試平臺(tái)。測試裝置主要由超導(dǎo)磁體10構(gòu)成的外磁場和置于超導(dǎo)磁體上方的測試支架構(gòu)成；其中:
[0006]所述測試支架具有三只支撐桿6，支撐桿的上端與頂板2固聯(lián)，支撐桿的下端與超導(dǎo)磁體10上法蘭9連接，構(gòu)成一個(gè)固定的支架；呈三角形外形的頂板2中心置有伺服電機(jī)1，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)與其輸出軸相聯(lián)的移動(dòng)桿3實(shí)現(xiàn)垂直于頂板平面的上下移動(dòng)；移動(dòng)桿上設(shè)置有位移傳感器4 ;被測超導(dǎo)塊14置于力傳感器7下部的連接桿8上。
[0007]所述超導(dǎo)磁體10內(nèi)置有兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的同軸超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈A 12和超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈B 13,在超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈A 12和超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈B 13中通大小相等、方向相反的勵(lì)磁電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)的以相同大小電流勵(lì)磁的單個(gè)勵(lì)磁線圈更高的磁場梯度。當(dāng)在兩個(gè)勵(lì)磁線圈中通以不同大小和方向的勵(lì)磁電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生低磁場、強(qiáng)磁場以及梯度和強(qiáng)度可變的變化磁場位形。
[0008]液氮低溫容器11置于超導(dǎo)磁體10的室溫通孔16內(nèi)，置有被測超導(dǎo)塊14的連接桿8伸入液氮低溫容器11內(nèi)，連接桿8的軸線與室溫通孔的軸線重合；測試懸浮特性的力傳感器7通過連接件5設(shè)置在位移傳感器4的下方，被測超導(dǎo)塊14由連接桿8與力傳感器7相連。
[0009]伺服電機(jī)的速度可調(diào)，以便于測試運(yùn)動(dòng)速度對超導(dǎo)塊懸浮特性的影響。為了防止超導(dǎo)磁體磁場對測試結(jié)果的影響，連接件和連接桿全部采用尼龍棒加工而成。
[0010]液氮低溫容器不與力傳感器連接，而直接放置在超導(dǎo)磁體室溫通孔內(nèi)，防止由于液氮揮發(fā)對測試結(jié)果的影響。
[0011]交流電磁線圈直接嵌套在超導(dǎo)塊外部，用于測試不同幅值和頻率的交流擾動(dòng)磁場作用下，超導(dǎo)塊的交流損耗。
[0012]本發(fā)明的另一目的是獲得高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試方法，采用如上的裝置，通過調(diào)整被測超導(dǎo)塊14與超導(dǎo)磁體10相對位置、改變超導(dǎo)磁體10內(nèi)同軸的超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈A 12和超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈B 13的勵(lì)磁電流大小和方向、向交流電磁線圈15中通入不同的交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁懸浮系統(tǒng)多方面懸浮特性的綜合測試，其中包括并不限于:1)高梯度磁場中的懸浮特性測試、2)強(qiáng)磁場中的懸浮特性測試、3)交流磁擾動(dòng)下的交流損耗測試。
[0013]采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性的測試，包括高溫超導(dǎo)塊材在高梯度磁場中的懸浮特性測試，在強(qiáng)磁場中的懸浮特性測試及高溫超導(dǎo)塊材在交流磁擾動(dòng)下的交流損耗測試；(1)高梯度磁場中的懸浮特性測試由頂板和支撐桿構(gòu)成一個(gè)測試支架，該支架直接與超導(dǎo)磁體上法蘭固定連接。移動(dòng)桿通過頂板中間的圓孔由伺服電機(jī)帶動(dòng)上下移動(dòng)，從而改變超導(dǎo)塊的運(yùn)動(dòng)位置，讓超導(dǎo)塊在超導(dǎo)磁體高梯度變化的磁場中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的位移由位移傳感器測得，懸浮力的變化由力傳感器測得。(2)強(qiáng)磁場中的懸浮特性測試仍然由頂板和支撐桿構(gòu)成一個(gè)固定的測試支架，伺服電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)桿將超導(dǎo)塊材移動(dòng)并保持在一定的位置高度，從低到高改變超導(dǎo)磁體的磁場，測試超導(dǎo)塊材在低磁場到強(qiáng)磁場的變化磁場過程中的懸浮特性。(3)交流損耗測試中，當(dāng)伺服電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)桿將超導(dǎo)塊材移動(dòng)并保持在一定的位置高度后，在一定的超導(dǎo)磁體磁場中，改變與超導(dǎo)塊直接相連的交流電磁線圈的幅值和頻率，對超導(dǎo)塊材的交流損耗進(jìn)行測試。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在同一臺(tái)裝置上實(shí)現(xiàn)高梯度磁場、強(qiáng)磁場和變化磁場中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮力和懸浮力弛豫測試，并且可以對高溫超導(dǎo)塊在交流磁擾動(dòng)下的交流損耗進(jìn)行測試，該裝置結(jié)構(gòu)測試內(nèi)容多樣、結(jié)構(gòu)相對簡單、操作方便，避免了現(xiàn)有某有技術(shù)中的測試內(nèi)容單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣的缺陷。在實(shí)驗(yàn)中，利用本裝置能有效地對高梯度磁場、強(qiáng)磁場和變化磁場中高溫超導(dǎo)塊材的懸浮特性以及交流損耗進(jìn)行測試，有助于揭示一些新的物理現(xiàn)象和特征。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置的截面示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置的立體示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明所采用的雙勵(lì)磁線圈與傳統(tǒng)單勵(lì)磁線圈在相同勵(lì)磁電流作用下的磁力線分布圖；
[0018]圖4為本發(fā)明所采用的雙勵(lì)磁線圈與傳統(tǒng)單勵(lì)磁線圈在相同勵(lì)磁電流作用下的磁場與磁場梯度對比圖。
[0019]圖中:1、伺服電機(jī)，2、頂板，3、移動(dòng)桿，4、位移傳感器，5、連接件，6、支撐桿，7、力傳感器，8、連接桿，9、超導(dǎo)磁體上法蘭，10、超導(dǎo)磁體，11、液氮低溫容器，12、超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈A，13、超導(dǎo)磁體勵(lì)磁線圈B，14、高溫超導(dǎo)塊材，15、交流電磁線圈，16、超導(dǎo)磁體室溫通孔，17、超導(dǎo)磁體支撐腳。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0021]本發(fā)明在此提供一種高梯度強(qiáng)磁場磁懸浮特性測試裝置，能有效地對系統(tǒng)在高梯度磁場、強(qiáng)磁場及變化磁場中的懸浮特性，以及在交流磁擾動(dòng)下的交流損耗進(jìn)行測試；如圖1所示:本發(fā)明所述測試裝置包括有由頂板2和支撐桿6構(gòu)成一個(gè)測試支架，該支架與超導(dǎo)磁體上法蘭9固定連接，構(gòu)成一個(gè)用于測試超導(dǎo)塊材懸浮特性的固定支架；如圖1所示所述的固定支架頂板2為三角形不銹鋼板，支撐桿6為三根相互平行的設(shè)置在頂板與超導(dǎo)磁體上法蘭9之間，在頂板2中間有一個(gè)圓孔，移動(dòng)桿3穿過該圓孔，移動(dòng)桿3 —端與伺服電機(jī)1相連，通過伺服電機(jī)1驅(qū)動(dòng)移動(dòng)桿3上下移動(dòng)，從而改變超導(dǎo)塊14的運(yùn)動(dòng)位置，移動(dòng)桿3的另一端設(shè)置位移傳感器4，移動(dòng)的具體位移由位移傳感器4測得，測試懸浮特性的力傳感器7通過連接件5設(shè)置在位移傳感器4的下方，超導(dǎo)塊14由連接桿8與力傳感器7相連，該測試裝置的磁源由超導(dǎo)磁體10提供，液氮低溫容器11直接放置在超導(dǎo)磁體室溫通孔16內(nèi)，測試交流損耗的交流電磁線圈15直接與超導(dǎo)塊14相連。
[0022]如圖1所示:當(dāng)超導(dǎo)塊14在伺服電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下，在液氮低溫容器中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們可以測試超導(dǎo)塊14在超導(dǎo)磁體10的高梯度磁場中的懸浮特性。
[0023]如圖1所示:當(dāng)超導(dǎo)塊14在伺服電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下移動(dòng)并固定在一定的位置高度時(shí)，我們可以測試超導(dǎo)塊14在超導(dǎo)磁體10的強(qiáng)磁場、變化磁場中的懸浮特性。
[0024]如圖1所示:當(dāng)超導(dǎo)塊14在伺服電機(jī)1的驅(qū)動(dòng)下移動(dòng)并固定在一定的位置高度時(shí)，改變交流電磁線圈15的幅值及頻率，可以測試超導(dǎo)塊14在交流磁擾動(dòng)下的交流損耗。
[0025]如圖4所示:當(dāng)在超導(dǎo)磁體1