一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法
【专利摘要】一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法。测试仪主要由双驱动机构、永磁体夹头、超导体夹头、液氮杯、光栅位移传感器和S型拉压力传感器构成。本发明采用双驱动方式、闭环控制系统和高精度传感器实现超导块材的精确定位和磁斥力的精确测量，夹头结构实现了永磁-超导副之间平行度的自适应调节。测试仪实现了1μm测量定位精度和0.1μm测试分辨率，填补了微米间隙范围内超导块材磁斥力测量仪器的空白，可满足磁悬浮轴承中微小间隙运动副/摩擦副设计的测试需求，具有测量精度高、分辨率高、成本适中等优点，值得采用和推广，亦可作为系列化产品用于研究生教学科研。该测试方法具有测量精度高、简便实用、适用范围广等优点。
【专利说明】一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机电测试仪器和摩擦学测试仪器【技术领域】，具体涉及一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法。
【背景技术】
[0002]高温超导块材因其优良的磁场特性在超导磁斥型轴承、超导磁悬浮列车等系统中具有良好的应用前景。对于这些高温超导系统，对应的磁悬浮运动副/摩擦副的悬浮磁斥力是决定系统稳定运行的关键因素，但长久以来这类先进摩擦副因其无摩擦磨损的优点反而被广大摩擦学研究人员所忽视，其基本参数的测量迟迟未被纳入摩擦学测试领域，相应检测仪器的国家标准完善工作也处于滞后发展状态。
[0003]根据已检索的相关专利及非专利文献报道，国内关于超导块材悬浮磁斥力的测量最新标准是GB/T 21115-2007(块状氧化物超导体悬浮力的测量)。该试验标准和现有的一些检测设备(如由西南交通大学研制的超导磁斥力测试仪器的定位精度在0.1_，结构设计原因导致最小测试间隙为4_。)全部面向于毫米至厘米级的运动副/摩擦副间隙范围，定位和测量精度较差，只能测试得到大间隙范围下的悬浮磁斥力。
[0004]研究人员在对超导磁斥型轴承性能和应用进行深入研究时，迫切需要解决用于该类微小间隙(微米级)运动副/摩擦副设计所需的悬浮磁斥力测试难题，现有最新的测试标准和仪器远远不能满足此类微米级间隙范围的测量需求，极大限制了高温超导材料的应用研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪及其测试方法，能够实现微小间隙下的超导块材磁斥力精确测量，从而解决现有技术中超导块材磁斥力测试仪器不能满足超导磁斥型轴承所需的微米级间隙范围精确测量要求的问题。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，包括由支撑杆、上底板和下底板组成的支架；上底板的上侧固定有双驱动机构，上底板的下侧固定有升降机构，升降机构的底部固定有永磁体夹头，永磁体夹头内放置有永磁体，双驱动机构控制升降机构带动永磁体夹头上下移动；下底板的上方设有S型拉压力传感器，S型拉压力传感器的上方固定有液氮杯，且液氮杯位于永磁体夹头的下方，液氮杯内设有超导体夹头，超导体夹头内放置有待测的超导块材，液氮杯的外侧竖直地固定有光栅位移传感器；且双驱动机构、升降机构、永磁体夹头、超导体夹头和S型拉压力传感器同轴设置。
[0008]所述的双驱动机构包括固定在上底板上的伺服电机，以及设置在伺服电机上的微调螺母；伺服电机和微调螺母能够单独控制升降机构运动，从而控制永磁体夹头的位置。
[0009]还包括控制系统，控制系统包括与光栅位移传感器和S型拉压力传感器相连的DSP采集控制器、与伺服电机相连的伺服驱动器、以及与DSP采集控制器和伺服驱动器相连的计算机。
[0010]所述的升降机构包括固定在上底板上的螺套，螺套内设有滚珠丝杠，滚珠丝杠和螺套通过中间螺纹套配合连接，永磁体夹头固定在中间螺纹套的底部，双驱动机构控制中间螺纹套向下旋出螺套或向上旋入螺套，从而控制永磁体夹头的位置。
[0011]所述的光栅位移传感器通过位移传感器上支撑杆和位移传感器下支撑杆固定在液氮杯侧面，且位移传感器上支撑杆固定在螺套的底部，位移传感器下支撑杆固定在液氮杯的底部。
[0012]所述的永磁体夹头包括固定在升降机构上的紧固件，紧固件的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母，夹头螺母的底部开设有用于取放永磁体的通孔，紧固件内开设有用于放置永磁体的空腔，空腔的顶部设有圆头定位螺钉，空腔的侧壁内套装有能够上下移动的垫环，夹头螺母能够控制垫环在空腔内的相对位置，空腔内还设有碟形弹簧，垫环压迫碟形弹簧产生变形，使得碟形弹簧的内圈直径变小，从而夹紧永磁体。
[0013]所述的超导体夹头包括固定在液氮杯上的紧固件，紧固件的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母，夹头螺母的顶部开设有用于取放超导块材的通孔，紧固件内开设有用于放置超导块材的空腔，空腔的底部设有圆头定位螺钉，空腔的侧壁内套装有能够上下移动的垫环，夹头螺母能够控制垫环在空腔内的相对位置，空腔内还设有碟形弹簧，垫环压迫碟形弹簧产生变形，使得碟形弹簧的内圈直径变小，从而夹紧超导块材。
[0014]所述的液氮杯包括杯体和设置在杯体上的液氮杯盖板，其中杯体包括液氮杯外胆和液氮杯内胆，液氮杯外胆和液氮杯内胆采用绝磁材料0Crl8Ni9Ti制备，且在液氮杯外胆和液氮杯内胆之间设有绝热石棉层。
[0015]所述的下底板上设有垫块，S型拉压力传感器通过拉压力传感器下连杆固定在垫块上方，液氮杯通过拉压力传感器上连杆固定在S型拉压力传感器上方。
[0016]微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的测试方法，包括以下步骤:
[0017]I)通电后将永磁体放入永磁体夹头的空腔内，旋转永磁体夹头的夹头螺母，使永磁体夹头内的垫环压迫碟形弹簧产生变形，碟形弹簧内圈直径变小，夹紧永磁体；
[0018]2)将待测试的超导块材放入超导体夹头的空腔内，然后开启伺服电机或调节微调螺母，使中间螺纹套带动永磁体夹头下移，直至永磁体和超导块材相接触，依据光栅位移传感器的测量信号判明接触状态，从而保证测试开始时永磁-超导副的平行度，然后旋转超导体夹头的夹头螺母，固定好超导块材，再使中间螺纹套带动永磁体夹头上移至一定高度；
[0019]3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高于超导块材上表面，待超导块材冷却后，开启伺服电机或调节微调螺母，使中间螺纹套带动永磁体夹头下移，直至永磁体和超导块材的间隙达到预定的测量值，下移过程中光栅位移传感器和S型拉压力传感器不断地将测量信号反馈至计算机，由计算机进行数据分析处理，得到超导块材的磁斥力与间隙的关系曲线，完成对超导块材的测试。
[0020]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，主要由双驱动机构、永磁体夹头、超导体夹头、液氮杯、光栅位移传感器、S型拉压力传感器、支架等构成。在该测试仪中为解决微小间隙下超导块材精确定位以及微小间隙磁斥力精确测量这两个关键问题，采用了双驱动方式控制永磁体定位和高精度的传感器(光栅位移传感器用于测量永磁体和超导块材的间隙、S型拉压力传感器用于测量超导块材磁斥力)来实现超导块材的精确定位和磁斥力的精确测量，使测量精度大大提高，既可满足一般的精度不高的测试需求，也可实现微小间隙(100微米以下)下的超导块材磁斥力精确测量。本发明填补了国内微米间隙范围内超导块材磁斥力测量仪器的空白，可以满足磁悬浮轴承中微小间隙运动副/摩擦副设计的测试需求，具有测量精度高、分辨率高、行程大、结构简单合理、成本适中、安全可靠等优点，值得采用和推广，亦可作为系列化产品用于研究生教学科研，具有很高的学术价值和工程价值以及良好的应用前景。
[0022]进一步的，本发明中为面向不同的定位测量需求，采用的双驱动机构为微调螺母结合伺服电机的方式，以驱动升降装置实现对永磁体夹头的快速、精确定位，具有大行程快速定位、小间隙精确定位的优点。当测试精度要求不高时，用微调螺母驱动滚珠丝杠实现定位；当需进行高精度微小间隙的测量时，由与控制系统相连的伺服电机驱动滚珠丝杠实现精确定位。控制系统的反馈信号来自光栅位移传感器和S型压力传感器的测量信号，控制系统采用闭环反馈控制方式，光栅位移传感器、S型压力传感器的测量信号作为反馈信号输入计算机，计算机控制伺服驱动器，从而驱动伺服电机调整滚珠丝杆的位置，进而保证永磁体与超导块材的间隙达到设定的间隙定位要求。本发明中双驱动机构、控制系统、光栅位移传感器和S型压力传感器的结合可以实现I μ m的定位测量精度和0.1 μ m的测试分辨率，使得测试结果十分精确。
[0023]进一步的，本发明中永磁体夹头和超导体夹头采用特殊结构设计，包括固定件、夹头螺母、垫环、碟形弹簧和圆头定位螺钉；旋动夹头螺母，调节垫环位于空腔内的不同位置，从而对碟形弹簧造成不同程度的压迫，使碟形弹簧产生不同程度的弹性形变，蝶形弹簧形变后其内圆变小，从而能够夹紧永磁体或超导块材，具有定位准确，夹紧可靠的优点。而且超导体夹头除固定超导块材的作用外，还有自动调节超导-永磁运动副/摩擦副之间平行度的作用，在圆头定位螺钉作用下，借助测试过程中产生的磁斥力，能够实现永磁一超导副之间平行度的自适应调节。另外，永磁体夹头和超导体夹头采用模块化设计方法，可置换，因此可测量不同尺寸超导块材的磁斥力，亦可测量永磁体与永磁体之间的磁斥力，使本发明提供的测试仪的适用范围更加广泛。
[0024]进一步的，本发明中提出了一种新的液氮杯结构，其结构形式不同于普通的夹木胶布结构，而是由三层结构组成，即液氮杯内胆、绝热石棉层和液氮杯外胆，以达到绝磁隔热的效果，其中液氮杯内胆和液氮杯外胆均采用具有很好绝磁作用的0Crl8Ni9Ti材料制成，能够减少漏磁，液氮杯内胆和液氮杯外胆之间填充有绝热材料石棉，形成绝热石棉层，用于绝热，该结构可以较大地改善漏磁、热交换带来的负面影响，使得测试得到的结果更准确。
[0025]本发明提供的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的测量方法，具有操作简便、简单实用、适用范围广的优点，能够实现微小间隙下的超导块材精确定位以及微小间隙磁斥力精确测量，使测量精度大大提高，既可满足一般的精度不高的测试需求，也可实现微小间隙(100微米以下)下的超导块材磁斥力精确测量，具有良好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪结构示意图；
[0027]图2为A处局部放大图；
[0028]图3为B处局部放大图；
[0029]图4为闭环控制系统示意图；
[0030]图5为微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的立体结构示意图；
[0031]其中:1.下底板；2.支撑杆；3.垫块；4.拉压力传感器下连杆；5.拉压力传感器上连杆；6.位移传感器下支撑杆；7.位移传感器上支撑杆；8.上底板；9.连接螺栓；10.微调螺母；11.伺服电机；12.螺套；13.中间螺纹套；14.滚珠丝杠；15.紧固件；16.永磁体夹头；17.光栅位移传感器；18.超导体夹头；19.液氮杯；20.S型拉压力传感器；21.定位螺钉；22.碟形弹簧；23.垫环；24.液氮杯内胆；25.绝热石棉层；26.液氮杯盖板；27.液氮杯外胆；28.计算机；29.伺服驱动器；30.DSP采集控制器；31.夹头螺母。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0033]本发明公开的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪属于机电测试仪器和摩擦学测试仪器【技术领域】，是一种用于磁悬浮运动副/摩擦副设计的基本参数检测仪。主要由双驱动机构、永磁体夹头、超导体夹头、液氮杯、光栅位移传感器、S型拉压力传感器、支架等构成。在该测试仪中为解决微小间隙下超导块材精确定位以及微小间隙磁斥力精确测量这两个关键问题，采用了双驱动方式(微调螺母+伺服电机)、闭环的控制系统和高精度传感器(光栅位移传感器+S型拉压力传感器)来实现超导块材的精确定位和磁斥力的精确测量，设计了用于绝磁保温的新型液氮杯结构，引入了用于调整超导一永磁运动副/摩擦副平行度的永磁体夹头和超导体夹头。本发明实现了 I μ m的测量定位精度和0.1 μ m的测试分辨率，填补了国内微米间隙范围内超导块材磁斥力测量仪器的空白，可以满足磁悬浮轴承中微小间隙运动副/摩擦副设计的测试需求，具有测量精度高、分辨率高、行程大、成本适中等优点，值得采用和推广，亦可作为系列化产品用于研究生教学科研。
[0034]参见图1至图5，本发明提供的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，包括包括由支撑杆2、上底板8和下底板I组成的支架；上底板8的上侧固定有双驱动机构，上底板8的下侧固定有升降机构。其中双驱动机构包括固定在上底板8上的伺服电机11，以及设置在伺服电机11上的微调螺母10 ;伺服电机11和微调螺母10能够单独控制升降机构运动。升降机构包括固定在上底板8上的螺套12，螺套12通过连接螺栓9固定在上底板8上，螺套12内设有滚珠丝杠14，滚珠丝杠14和螺套12通过中间螺纹套13配合连接，永磁体夹头16固定在中间螺纹套13的底部，双驱动机构控制中间螺纹套13向下旋出螺套12或向上旋入螺套12,从而控制永磁体夹头16的位置。永磁体夹头16内放置有可更换的永磁体，永磁体夹头16包括固定在升降机构上的紧固件15，紧固件15的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母31，夹头螺母31的底部开设有用于取放永磁体的通孔，紧固件15内开设有用于放置永磁体的空腔，空腔的底部与夹头螺母31的通孔相连通，空腔的顶部设有圆头定位螺钉21，空腔的侧壁内套装有能够上下位移的垫环23，夹头螺母31能够控制垫环23在空腔内的相对位置，碟形弹簧22通过垫环23的压迫卡装在空腔的内顶角处，碟形弹簧22发生弹性变形使得其内圈直径变小，从而固定永磁体。下底板I上设有垫块3，S型拉压力传感器20通过拉压力传感器下连杆4固定在垫块3上方，液氮杯19通过拉压力传感器上连杆5固定在S型拉压力传感器20上方。液氮杯19位于永磁体夹头16的下方。光栅位移传感器17通过位移传感器上支撑杆7和位移传感器下支撑杆6竖直地固定在液氮杯19的外侧，且位移传感器上支撑杆7固定在螺套12的底部，位移传感器下支撑杆6固定在液氮杯19的底部。液氮杯19包括杯体和设置在杯体上的液氮杯盖板26，其中杯体包括液氮杯外胆27和液氮杯内胆24，液氮杯外胆27和液氮杯内胆24采用绝磁材料OCrl8Ni9Ti制得，且在液氮杯外胆27和液氮杯内胆24之间设有绝热石棉层25。液氮杯19内设有超导体夹头18，超导体夹头18内放置有待测量的超导块材，超导体夹头18包括固定在液氮杯19上的紧固件15，紧固件15的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母31，夹头螺母31的顶部开设有用于取放超导块材的通孔，紧固件15内开设有用于放置超导块材的空腔，空腔的顶部与夹头螺母31的通孔相连通，空腔的底部设有圆头定位螺钉21，空腔的侧壁内套装有能够上下位移的垫环23，夹头螺母31能够控制垫环23在空腔内的相对位置，碟形弹簧22通过垫环23的压迫卡装在空腔的内底角处，碟形弹簧22发生弹性变形使得内圈直径变小，从而固定超导块材。双驱动机构、升降机构、永磁体夹头16、超导体夹头18和S型拉压力传感器20的轴线位于同一条垂线上。本发明的测试仪还包括控制系统，其中控制系统包括与光栅位移传感器17和S型拉压力传感器20相连的DSP采集控制器30、与伺服电机11相连的伺服驱动器29、以及与DSP采集控制器30和伺服驱动器29相连的计算机28。
[0035]本发明提供的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的测试方法，包括以下步骤:
[0036]I)通电后将永磁体放入永磁体夹头16的空腔内，旋转永磁体夹头16的夹头螺母31，使永磁体夹头16内的垫环23压迫碟形弹簧22产生变形，碟形弹簧22内圈直径变小，夹紧永磁体；
[0037]2)将待测试的超导块材放入超导体夹头18的空腔内，然后开启伺服电机11或调节微调螺母10，使中间螺纹套13带动永磁体夹头16下移，直至永磁体和超导块材相接触，依据光栅位移传感器17的测量信号判明接触状态，以此来保证测试开始时永磁-超导副的平行度，然后旋转超导体夹头18的夹头螺母31，固定好超导块材，再使中间螺纹套13带动永磁体夹头16上移至一定高度；
[0038]3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高于超导块材上表面，待超导块材冷却后，开启伺服电机11或调节微调螺母10，使中间螺纹套13带动永磁体夹头16下移，直至永磁体和超导块材的间隙达到预定的测量值，下移过程中光栅位移传感器17和S型拉压力传感器20不断地将测量信号反馈至计算机28，由计算机28进行数据分析处理，得到超导块材的磁斥力与间隙的关系曲线，完成对超导块材的测试。
[0039]下面列举一个具体测试实例对本发明的测试方法作进一步详细说明。
[0040]对直径25mm、厚度I ImmYBCO (钇钡铜氧)超导块材的悬浮磁斥力进行精确测量，测量使用的永磁体尺寸为:直径25mm、厚度30mm。
[0041]本实例使用的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的具体结构和控制系统构成由图1?图5联合视出。主要指标为:长250mm ;宽155mm ;高620mm ;材料净体积
2.5X 10_5m3 ;质量约25kg ;测量定位精度I μ m ;测试分辨率0.1 μ m ;运动行程0.1?50mm。
[0042]实测前先进行试验准备工作，检查微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪和控制系统的连接以及控制系统与电源的连接是否正常，检查完毕后通电。
[0043]永磁体夹头和超导体夹头的结构一样，互成上下对称设置，在此只详细论述永磁体的安装夹紧过程。将永磁体放入永磁体夹头中，旋动夹头螺母压下垫环23，从而压迫蝶形弹簧22，使蝶形弹簧22内圈直径变小，在此作用下夹紧永磁体。圆头定位螺钉的作用:调整超导——永磁运动副/摩擦副之间的平行度，永磁体、超导块材可在圆头定位螺钉顶端自由摆动，试验过程中超导块材被永磁体磁化后，运动副/摩擦副存在约40N左右的磁斥力，在此力作用下，定位于圆头定位螺钉的超导块材、永磁体可以实现平行度的自适应调整，自动处于平行度最佳的状态以保证测量结果的准确性。
[0044]永磁体按上述方法固定完毕后，开启伺服电机11驱动中间螺纹套13，带动永磁体下移，当永磁体和超导块材面对面靠上后，依据光栅位移传感器17的测试结果判明靠上状态，此时再调节超导体夹头中的夹头螺母，固定好超导块材。驱动伺服电机11使永磁体远离超导块材1cm左右。
[0045]超导块材冷却:向液氮杯中注入液氮，使液氮面高于YBCO超导块材上表面，保持2?3分钟时间，由于液氮温度很低，此过程中注意皮肤不要接触，以免冻伤。
[0046]待超导块材完全冷却后，伺服电机11驱动中间螺纹套13缓慢(不计速度效应)向下运动至某一位置处(如I微米间隙处)，此过程中应用图4中的控制系统，光栅位移传感器17和S型拉压力传感器20测试结果作为反馈信号输入计算机，计算机控制伺服驱动器驱动伺服电机,从而保证永磁体和超导体块材之间的精确定位。永磁体靠近超导块材后，超导块材被磁化，产生磁场和磁斥力，由控制系统记录相关的试样结果。试样结果进入计算机后进行数据分析处理，绘制相关的关系曲线，揭示超导块材磁斥力与间隙的关系。
[0047]本实施例中的超导体夹头和永磁体夹头采用模块化设计方法，可置换，因此可测量不同尺寸块材的磁斥力，亦可测量永磁体与永磁体之间的磁斥力。
[0048]以上所述的仅是本发明所提供的一种超导块材磁斥力测试优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可提出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:包括由支撑杆(2)、上底板(8)和下底板(I)组成的支架；上底板(8)的上侧固定有双驱动机构，上底板(8)的下侧固定有升降机构，升降机构的底部固定有永磁体夹头(16)，永磁体夹头(16)内放置有永磁体，双驱动机构控制升降机构带动永磁体夹头(16)上下移动；下底板(I)的上方设有S型拉压力传感器(20), S型拉压力传感器(20)的上方固定有液氮杯(19),且液氮杯(19)位于永磁体夹头(16)的下方，液氮杯(19)内设有超导体夹头(18)，超导体夹头(18)内放置有待测的超导块材，液氮杯(19)的外侧竖直地固定有光栅位移传感器(17);且双驱动机构、升降机构、永磁体夹头(16)、超导体夹头(18)和S型拉压力传感器(20)同轴设置。
2.根据权利要求1所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的双驱动机构包括固定在上底板(8)上的伺服电机(11)，以及设置在伺服电机(11)上的微调螺母(10);伺服电机(11)和微调螺母(10)能够单独控制升降机构运动，从而控制永磁体夹头(16)的位置。
3.根据权利要求2所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:还包括控制系统，控制系统包括与光栅位移传感器(17)和S型拉压力传感器(20)相连的DSP采集控制器(30)、与伺服电机(11)相连的伺服驱动器(29)、以及与DSP采集控制器(30)和伺服驱动器(29)相连的计算机(28)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的升降机构包括固定在上底板(8)上的螺套(12)，螺套(12)内设有滚珠丝杠(14)，滚珠丝杠(14)和螺套(12)通过中间螺纹套(13)配合连接，永磁体夹头(16)固定在中间螺纹套(13)的底部，双驱动机构控制中间螺纹套(13)向下旋出螺套(12)或向上旋入螺套(12)，从而控制永磁体夹头(16)的位置。
5.根据权利要求4所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的光栅位移传感器(17)通过位移传感器上支撑杆(7)和位移传感器下支撑杆￠)固定在液氮杯(19)侧面，且位移传感器上支撑杆(7)固定在螺套(12)的底部，位移传感器下支撑杆(6)固定在液氮杯(19)的底部。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的永磁体夹头(16)包括固定在升降机构上的紧固件(15)，紧固件(15)的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母(31)，夹头螺母(31)的底部开设有用于取放永磁体的通孔，紧固件(15)内开设有用于放置永磁体的空腔，空腔的顶部设有圆头定位螺钉(21)，空腔的侧壁内套装有能够上下移动的垫环(23)，夹头螺母(31)能够控制垫环(23)在空腔内的相对位置，空腔内还设有碟形弹簧(22)，垫环(23)压迫碟形弹簧(22)产生变形，使得碟形弹簧(22)的内圈直径变小，从而夹紧永磁体。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的超导体夹头(18)包括固定在液氮杯(19)上的紧固件(15)，紧固件(15)的外部以螺纹连接的方式固定有夹头螺母(31)，夹头螺母(31)的顶部开设有用于取放超导块材的通孔，紧固件(15)内开设有用于放置超导块材的空腔，空腔的底部设有圆头定位螺钉(21)，空腔的侧壁内套装有能够上下移动的垫环(23)，夹头螺母(31)能够控制垫环(23)在空腔内的相对位置，空腔内还设有碟形弹簧(22)，垫环(23)压迫碟形弹簧(22)产生变形，使得碟形弹簧(22)的内圈直径变小，从而夹紧超导块材。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的液氮杯(19)包括杯体和设置在杯体上的液氮杯盖板(26)，其中杯体包括液氮杯外胆(27)和液氮杯内胆(24)，液氮杯外胆(27)和液氮杯内胆(24)采用绝磁材料0Crl8Ni9Ti制备，且在液氮杯外胆(27)和液氮杯内胆(24)之间设有绝热石棉层(25)。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪，其特征在于:所述的下底板(I)上设有垫块(3)，S型拉压力传感器(20)通过拉压力传感器下连杆(4)固定在垫块(3)上方，液氮杯(19)通过拉压力传感器上连杆(5)固定在S型拉压力传感器(20)上方。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的微小间隙下超导块材磁斥力精确测试仪的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)通电后将永磁体放入永磁体夹头(16)的空腔内，旋转永磁体夹头(16)的夹头螺母(31)，使永磁体夹头(16)内的垫环(23)压迫碟形弹簧(22)产生变形，碟形弹簧(22)内圈直径变小，夹紧永磁体； 2)将待测试的超导块材放入超导体夹头(18)的空腔内，然后开启伺服电机(11)或调节微调螺母(10)，使中间螺纹套(13)带动永磁体夹头(16)下移，直至永磁体和超导块材相接触，依据光栅位移传感器(17)的测量信号判明接触状态，从而保证测试开始时永磁-超导副的平行度，然后旋转超导体夹头(18)的夹头螺母(31)，固定好超导块材，再使中间螺纹套(13)带动永磁体夹头(16)上移至一定高度； 3)向液氮杯中注入液氮，使液氮面高于超导块材上表面，待超导块材冷却后，开启伺服电机(11)或调节微调螺母(10)，使中间螺纹套(13)带动永磁体夹头(16)下移，直至永磁体和超导块材的间隙达到预定的测量值，下移过程中光栅位移传感器(17)和S型拉压力传感器(20)不断地将测量信号反馈至计算机(28)，由计算机(28)进行数据分析处理，得到超导块材的磁斥力与间隙的关系曲线，完成对超导块材的测试。
【文档编号】G01B7/14GK104180750SQ201410320626
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】袁小阳, 许吉敏, 丁德甫, 侯洁洁, 吴九汇 申请人:西安交通大学