[发明专利]大晶粒块状高温超导体及其组合磁浮力测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异形大晶粒块状高温超导体磁浮力及块状超导体组合后与磁体多方向的作用力。

背景技术

完全抗磁性和零电阻效应是超导材料的主要特征。当一个超导处于外界磁场中时，由于抗磁性和磁通钉扎效应的作用，在超导体内部将感应出屏蔽电流，又由于零电阻效应所致，屏蔽电流几乎不随时间衰减。在超导样品内持续流动的屏蔽电流产生的磁场与外磁场发生相互作用，从而产生超导磁悬浮现象。以超导磁悬浮现象为基础的超导磁悬浮技术在能源(飞轮储能)、交通(磁浮车)、机械工业(无摩擦轴承)等诸多领域具有潜在的应用价值。

磁浮力是超导材料在磁悬浮技术上应用的重要参数。不仅可以判断超导块材是否单畴，也可以对超导块材的内部缺陷的程度进行简单推断，甚至可推算工程应用价值，对组合超导材料的力场均匀性扫描及数据测量对实际应用更加具有参考价值。以往的超导块材磁浮力测量装置一般只针对单块规则形状(如圆柱、方块、六棱柱等)样品与磁体之间的单方向作用力，随着各项研究的深入开展，对超导材料提供的测试数据要求越来越高，设计单位需要更多的数据来为轴承、飞轮等的设计提供参考，圆柱形超导块与其他具有规则形状(正方体、长方体、正六棱柱等)超导块的磁浮力数据已不能完全满足设计需求。轴承、飞轮等更加需要环状组合超导材料的承载力及导向力的数据来为设计提供支撑，建立这方面组合超导体的测试方法及标准是这些课题迫切需要的，制做规范的简易精确的测量一定间距下磁体与单块超导体及组合超导材料之间的轴向承载力及非轴向的作用力的装置，可以为磁浮轴承、飞轮储能系统等项目的设计提供测试依据。从而对块材的质量或工程应用性能进行评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种大晶粒块状高温超导体及组合超导体多方向磁浮力测量装置。

为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：

大晶粒块状高温超导体及其组合磁浮力测量装置，该装置包括机架1，垂直移动机构2，水平移动机构3，控制及数据采集单元4，低温样品容器5，磁体6，力信号测试采集元件71、72和转动机构8；

该垂直移动机构2固定在机架1上，磁体6和力信号测试采集元件71固定于该垂直移动机构2上；

该水平移动机构3固定在机架1上，并位于垂直移动机构2的下方；转动机构8固定于该水平移动机构3上，低温样品容器5固定于该转动机构8上；水平移动机构3上固定力信号测试采集元件72；

该垂直移动机构2、水平移动机构3、转动机构8和力信号测试采集元件(71、72)分别与控制及数据采集单元4连接。

如上所述的装置，优选地，所述垂直移动机构2由步进电机21、精密滚珠丝杠22和具有滑动导向槽的导柱23构成；该精密滚珠丝杠22一端连接步进电机21，另一端连接该磁体6和力信号测试采集元件71；该步进电机21和精密滚珠丝杠22分别与所述控制及数据采集单元4连接。

如上所述的装置，优选地，所述转动机构8由控制旋转步进电机81、精密滚珠丝杠和转轴83构成；精密滚珠丝杠将控制旋转步进电机81和转轴83相连接；该转轴83下部安装在控制旋转步进电机81上，其上部与低温样品容器5固定连接；该控制旋转步进电机81和精密滚珠丝杠分别与所述控制及数据采集单元4连接。

如上所述的装置，优选地，所述水平移动机构3由具有滑动导向槽的导柱36，沿导向槽滑动的滑块37，导柱36上设置的精密滚珠丝杠34和步进电机32组成；该精密滚珠丝杠34的一端连接滑块37，另一端连接步进电机32；力信号测试采集元件72固定于滑块37上，控制旋转步进电机81位于力信号测试采集元件72的一侧，两者固定连接；步进电机32驱动精密滚珠丝杠34，牵引固定连接在滑块37上的力信号测试采集元件72、控制旋转步进电机81及其上的低温样品容器5沿该导柱36的导向槽作水平移动。

如上所述的装置，优选地，所述控制及数据采集单元4包括位移测量单元、输出信号采集及显示单元和整体装置的驱动及控制单元。

如上所述的装置，优选地，所述力信号测试采集元件71、72为应变片、应变规和/或精密拉压传感器。

如上所述的方法，优选地，所述装置的最大水平扫描范围为50mm×50mm，垂直移动距离为100mm，最小步进距离为12.5微米，最小转动角度为0.028度。

另一方面，本发明提供一种大晶粒块状高温超导体及其组合磁浮力测量方法，该方法包括场冷测量和零场冷测量：

A.场冷测量