[发明专利]一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法，包括机架，机架上设置有永磁轨道和超导块，机架上还设置有滑动板和用于驱动滑动板在永磁轨道正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道的驱动装置，所述滑动板上还设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒，超导块位于液氮盒内并与测试单元固定相连；由于测试单元和液氮盒分别与滑动板固定相连，因此二者的位置相对固定且随滑动板运动而同步运动的同时又相互隔离，本发明通过巧妙的连接结构设置消除了重力和浮力的变化对测试结果的不良影响，其大大提高了测试精度；同时对整套测试装置改变较小，且结构简单，不但操作方便，同时也提高了设备的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明涉及超导测试技术领域，具体涉及一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法。

背景技术

高温超导磁悬浮的悬浮力是指超导体和永磁轨道之间的垂向作用力。针对最常见的悬浮情形，测试方法是超导体在上，永磁体或永磁轨道在下。超导体在场冷位置由液氮或者制冷机冷却进入超导态，然后由电机带动垂直向下移动，直至最低测试高度，然后折返抬升，直至悬浮力减小为零。在该移动过程中，由力传感器所获取的垂向力即为悬浮力。悬浮力是高温超导磁悬浮最首要的关注对象，因此已有诸多测试装置和测试方法出现。

现有测试装置的主要特征是利用伺服电机或步进电机实现超导体的垂向位移，有的通过激光位移传感器获取位移，有的直接通过步进电机的转动获取位移。利用拉压传感器获取悬浮力数据，利用计算机控制电机的移动、悬浮力数据的采集和处理。部分测试装置着眼于单块超导体的测量，量程多在300 N以上；部分测试装置着眼于多块或一整个杜瓦超导体的测量，量程多在1000 N以上。

随着高温超导磁悬浮的发展，微小悬浮力的实验需求逐渐增多。因为高温超导磁悬浮的诸多性质如Jc各向异性、Jc-B关系等在大尺寸的超导体现象不明显，而在微小超导体中显现出非常明显乃至极端的物理现象；也就是说，微小超导体将使高温超导磁悬浮研究更加接近其原理本质。另外，第二代高温超导带材的研究近年来逐渐增多，由于其悬浮力较小，一些物理性质相较块材将更加极端，并且其尺寸可以轻易地缩小，因此对微小悬浮力的测试产生更多的现实需求，需要测试微小悬浮力的专门测试装置。

现有装置的测试对象都着眼于单块及以上超导体的悬浮力，在具体结构上部分监测装置将用于盛放液氮的容器放置于永磁轨道上此种监测装置的最大缺陷是，在使用时由于需要夹具夹持超导块，在超导块和夹具浸入到液氮的过程中，由于深度的不断变化，将导致超导块受到的浮力发生变化，影响测试精度；另一种是将用于盛放液氮的容器吊挂于测试装置上，其虽然能够消除浮力的影响，但是由于液氮在实验过程中的不断挥发，进而导致重力不断减小，影响测试精度；上述变化对于大型超导块的测量虽然影响不大，但是在微小超导块测量领域，悬浮力一般以mN为单位计量，因此上述影响将会造成测量精度偏差较大。

除此之外，上述装置在测量过程中需要反复拆装超导块，同时各个设备之间的连接关系复杂，导致测试效率较低。

发明内容

针对现有技术中存在的测试精度及测试效率低的缺陷，本发明公开了一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置及测试方法，采用本发明所述测试装置能够有效消除外部因素对微小悬浮力测试的影响，从而提高微小悬浮力的测试精度，同时其还具有测试速度快、测试效率高的优点。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种超导磁悬浮微小悬浮力快速测试装置，包括机架、永磁轨道和超导块，永磁轨道固定设置于机架上，所述机架上还设置有滑动板和用于驱动滑动板在永磁轨道正上方沿竖直方向接近或远离永磁轨道的驱动装置；所述滑动板上还固定设置有相对间距固定的测试单元和液氮盒，所述超导块与测试单元固定相连，并插入到液氮盒内。

优选的，机架上设置有调节丝杠和滑动限位槽，所述滑动板上设置有限位块，限位块穿过滑动限位槽与调节丝杠丝扣相连；所述驱动装置包括与调节丝杠动力相连的调节电机。