[发明专利]一种多自由度场力的非接触式测量方法

说明书

本发明公开了一种多自由度场力的非接触式测量方法，包括步骤：步骤一，准备具有六自由度的稳定磁场发生装置和满足稳定磁场发生装置的稳定磁场的超导拓扑结构变化需求的超导环境；步骤二，令超导材料与稳定磁场形成稳定的钉扎现象；步骤三，稳定磁场发生装置沿Z向移动，测量稳定磁场发生装置的下表面与超导材料的上表面的Z向距离，采集磁通钉扎力和力矩数据；步骤四，稳定磁场发生装置沿X向或Y向移动，测量稳定磁场发生装置的位移，采集磁通钉扎力和力矩数据；步骤五，稳定磁场发生装置绕X轴或Y轴或Z轴旋转，测量稳定磁场发生装置的旋转角度，采集磁通钉扎力和力矩数据。本发明可以提供分米量级的多自由度磁通钉扎力测量。

技术领域

本发明涉及一种多自由度场力的非接触式测量方法，具体地，涉及引入缺陷的超导材料与恒定磁场之间形成的多自由度磁通钉扎力测量方法。

背景技术

研究表明，引入缺陷的超导体和稳定磁场之间存在着非接触的磁通钉扎效应，具有可被动稳定、非接触及可重构等特点。如图1所示传统测量方法适应于近距离(毫米量级)测量，一般用于研究超导材料的力学性能，不能满足磁通钉扎效应的探究，且测量系统只能进行Z向垂直测试，测试过程中一次仅能针对一块超导材料进行测试，无法进行拓扑结构优化的测量。

本测试方法对传统的测试方法进行了改进涉及，不仅可以对磁通钉扎效应产生的力/力矩进行测量，而且测量方法引入六自由度驱动装置、视觉相机、位移传感器，使测试系统更稳定精准，可以分析每个磁通钉扎现象中各自由度的力和力矩，并且在低温杜瓦容器中采用了行星轮驱动装置，可以对超导材料进行不同构型的拓扑优化，可以实现分米级钉扎效应等内容的测试。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种多自由度场力的非接触式测量方法，该方法可以对磁通钉扎力进行六自由度稳定测量。

为实现以上目的，本发明提供一种多自由度非接触场力的测量方法，包括以下步骤：

步骤一，准备具有六自由度的稳定磁场发生装置和满足所述稳定磁场发生装置的稳定磁场的超导拓扑结构变化需求的超导环境，所述超导环境包括超导材料；

步骤二，冷却所述超导材料以令所述超导材料与所述稳定磁场形成稳定的磁通钉扎现象；

步骤三，所述稳定磁场发生装置沿Z向移动，测量所述稳定磁场发生装置的下表面与所述超导材料的上表面的Z向距离，采集磁通钉扎力和力矩数据，其中，所述Z向与所述超导材料的上表面垂直；

步骤四，所述稳定磁场发生装置沿X向或Y向移动，测量所述稳定磁场发生装置的位移，采集磁通钉扎力和力矩数据，其中，所述X向、所述Y向和所述Z向构成空间直角坐标系；

步骤五，所述稳定磁场发生装置绕X轴或Y轴或Z轴旋转，测量所述稳定磁场发生装置的旋转角度，采集磁通钉扎力和力矩数据。

优选地，在所述稳定磁场发生装置的远离所述超导材料的一侧设置有用于采集磁通钉扎力和力矩数据的六自由度力传感器，所述六自由度力传感器被放置在具有磁屏蔽功能的磁屏蔽舱内，所述磁屏蔽舱通过连接件与所述稳定磁场发生装置连接，并且所述磁屏蔽舱与六自由度驱动装置连接。

优选地，所述超导材料被安装在行星轮机构上，所述行星轮机构可调整所述超导材料的布局以满足所述稳定磁场发生装置的稳定磁场的超导拓扑结构变化需求。

优选地，所述超导材料和所述行星轮机构被放置在低温杜瓦容器中，并且在所述步骤二，由放置于所述低温杜瓦容器内的液氮将所述超导材料冷却。

优选地，所述稳定磁场发生装置相对于所述超导材料的位置数据和偏转角度数据通过相机和位移传感器测量。

优选地，在所述步骤三，所述稳定磁场发生装置的下表面与所述超导材料的上表面的Z向的初始距离是100mm，所述稳定磁场发生装置沿Z向的移动范围是±10mm。