[发明专利]一种超导磁悬浮的寻北装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种寻北装置，特别涉及超导磁悬浮的寻北装置。

背景技术

新型材料和低温技术的不断发展加快了超导技术的应用，超导体独特的物理特性能有着其它材料不可比拟的应用优势，如无阻载流能力、完全抗磁性以及量子相干效应等等。基于超导体各种特性研发的高精度超导仪器设备在能源、信息、环境探测、轨道交通、医疗诊断和科学仪器等方面有着重要的应用。寻北仪是测量其基准边与地理真北方向之间夹角的仪器，可为其他设备提供方位和姿态等信息，在载体的初始姿态测量、雷达天线的对准、地球物理探测、隧道施工、矿山开采、大地测量及资源勘测等领域有广泛的应用。磁强计寻北仪通过测量地磁场来确定北向，由于容易受周围电器设备产生的外磁场影响，且地球表面每个位置的磁场方向不同，磁强计寻北仪的精度较低。天文寻北仪通过测量星体来确定方位，可以达到很高的精度，但是在水下、隧道内以及气候不好的情况下无法使用。摆式罗盘寻北仪的定位精度较高，但寻北时间较长。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，实现高精度快速定向寻北，本发明提出一种基于超导磁悬浮的寻北装置。本发明装置具有寻北精度高和寻北时间短等特点。

本发明寻北装置包括转台基座、水平转台、夹具、水平仪、方位基准线、低温容器、制冷机、防辐射屏、传热屏、转子腔、超导转子、悬浮线圈、驱动线圈、赤道传感器、极轴传感器。

所述的水平转台安放在转台基座上，低温容器固定在水平转台的夹具上。利用水平转台面上的水平仪对水平转台和低温容器进行水平调节，使水平转台的旋转轴和低温容器的旋转轴与大地水平面保持垂直，水平转台以地垂线为旋转轴旋转。

所述的超导转子在赤道附近位置刻有信号读取图形，两个赤道传感器正交固定在转子腔上，两个赤道传感器的光轴在赤道水平面上相互垂直并指向超导转子的球心，赤道水平面与当地水平面平行。赤道传感器通过检测赤道位置的信号读取图形来测量超导转子敏感到的地球自转角速度的水平分量和超导转子的转速。方位基准线刻在水平转台上，方位基准线与其中一个赤道传感器的光轴平行。

所述的信号读取图形由刻在转子赤道附近一周的首尾相连的两个相同的直角三角形组成，直角三角形的一条长直角边与赤道平行，直角三角形的中线与赤道线重合，直角三角形的斜边与赤道线的夹角为u，超导转子角度偏转的测量范围与角度u成正比。

所述的制冷机安装在低温容器的上端，低温容器内部通过拉杆固定卷筒形状的防辐射屏，在防辐射屏筒内布置传热屏，传热屏通过螺钉固定在制冷机的二级冷头下端。在传热屏内放置转子腔，转子腔的外壁紧贴传热屏的内壁。采用传热屏通过制冷机的二级冷头的冷量直接传导冷却转子腔。超导转子位于转子腔内，转子腔上下端布置有悬浮线圈，通过所述的悬浮线圈使超导转子悬浮。驱动线圈布置在超导转子内孔中心附近位置中，通过驱动线圈使超导转子旋转，通过安装在超导转子顶部的极轴传感器检测超导转子悬浮位置。

使用所述的发明装置的寻北方法是设定赤道传感器一的光轴与真北方向的夹角为α，当超导转子高速旋转时，通过超导转子与转子腔的相对偏转变化，利用两个赤道传感器测量地球自转角速度水平分量在两个赤道传感器光轴方向上的分量，即地球自转角速度ω_IE在当地地理纬度为位置的水平分量在赤道传感器一和赤道传感器二的光轴方向上的分量，此分量分别为和再通过计算得到赤道传感器一的光轴与真北方向的夹角α＝arctan(ω₁/ω₂)，即可得到水平转台上方位基准线与真北方向的夹角α值。

附图说明

图1低温容器内部结构示意图。图中：5低温容器，6制冷机，8传热屏，9转子腔，10超导转子，11防辐射屏，12赤道信号读取图形，13悬浮线圈，14驱动线圈，15极轴传感器，16赤道传感器一，17赤道传感器二；

图2超导磁悬浮寻北装置示意图。图中：1转台基座，2水平转台，3水平仪，4夹具，7方位基准线；

图3赤道信号读取图形展开示意图。图中：18转子赤道线，19超导转子光滑表面；

图4赤道传感器与超导转子的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步说明。