[发明专利]一种超导磁悬浮重力信号测量装置

说明书

本发明公开了一种超导磁悬浮重力信号测量装置，涉及超导磁悬浮技术领域。装置包括：悬浮超导体、径向支承管、径向线圈束、轴向线圈组和位移检测机构，其中，悬浮超导体包括管状结构和中空的盘状结构，管状结构穿过盘状结构的空心部分；径向支承管位于管状结构的内部，且贯穿管状结构；径向线圈束位于径向支承管的内部，且贯穿径向支承管；轴向线圈组环绕在管状结构的外侧，且位于盘状结构的轴向下侧；位移检测机构位于盘状结构的外侧，用于检测悬浮超导体在轴向方向上的位移量；位移量用于计算悬浮超导体所处区域的重力信号的变化量。本发明提供的超导磁悬浮重力信号测量装置能够实现控制径向支承的对称性和均匀性，提高重力信号测量精度。

技术领域

本发明涉及超导磁悬浮技术领域，特别是涉及一种超导磁悬浮重力信号测量装置。

背景技术

基于超导体的特殊性质发展形成的超导磁悬浮技术在一些精密测量领域具有特殊优势，其中的一个重要应用方向是利用超导磁悬浮技术进行精密重力信号测量。由于存在机械蠕变、温漂等难以克服的问题，常规的机械弹簧式或石英式重力测量装置在进行重力测量时存在较大漂移。依托超导体的迈斯那效应、零电阻效应和超低温条件，通过合理设计电磁结构可以形成极稳定的超导磁悬浮力，利用其进行重力测量时漂移极低，这对于监测长周期微弱重力变化信号具有重要意义。

悬浮超导体的轴向方向沿重力方向，是超导重力测量仪器的重力信号敏感方向。悬浮超导体的水平方向不是重力信号敏感方向，但是为了保证悬浮超导体的整体悬浮稳定性，适应更大测量范围和动态测量环境，需要在水平方向上对悬浮超导体施加一定刚度，从而抵抗水平方向的外部干扰力冲击。水平方向上施加的刚度越大，抵抗外部干扰力冲击的能力就越强。与此同时，要保证水平刚度施加的对称性，如果对称性不好，就会在轴向测量方向上引入干扰分量，在这种情况下，水平刚度越大反而会带来越大的干扰误差。因此，在设计悬浮超导体水平方向的支承刚度时，要综合考虑施加力的对称性和施加力的大小，其中保证径向支承的对称性和均匀性是基础。

发明专利CN105738963用两个超导线圈将超导球悬浮在设计好的微弱磁力梯度场中，通过检测超导球位移变化来测量重力变化信号，并通过在水平方向上施加静电力来增加支承刚度使得装置的测量适应范围和环境条件扩大，这在一定程度上增大系统的结构复杂度和成本。发明专利CN108918913设计了“H”形筒状超导检验质量，在筒状超导检验质量的外侧周向方向均匀对称布设多组超导线圈，通过这些超导线圈对检验质量外筒壁对称施力，从而提供水平方向的支承刚度。但这要求多组超导线圈在制作的过程中要具有极高加工一致性，此外在水平超导线圈沿超导检验质量周向装配的过程，也要保证装配的高度对称性，这使得加工难度和成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种超导磁悬浮重力信号测量装置，以实现控制径向支承的对称性和均匀性，提高重力信号测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超导磁悬浮重力信号测量装置，所述装置包括：

悬浮超导体，包括管状结构和中空的盘状结构；所述管状结构穿过所述盘状结构的空心部分；

径向支承管，位于所述管状结构的内部，沿所述管状结构的轴向分布，且贯穿所述管状结构；

径向线圈束，位于所述径向支承管的内部，沿所述径向支承管的轴向分布，且贯穿所述径向支承管，用于为所述悬浮超导体提供径向支承刚度；

轴向线圈组，位于所述盘状结构的轴向下侧，且环绕在所述管状结构的外侧，用于为所述悬浮超导体提供轴向支承刚度；

位移检测机构，位于所述盘状结构的外侧，且与所述盘状结构之间具有空隙，用于检测所述悬浮超导体在轴向方向上的位移量；所述位移量用于计算所述悬浮超导体所处区域的重力信号的变化量。

可选地，所述位移检测机构包括：