一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置及方法。在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，從而由上電極、下電極、前電極、后電極分別和轉(zhuǎn)子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容；由第一電容、第二電容與兩個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、第四電容與兩個第二標稱電容組成第二差動電容電橋電路；懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸空，并具有一定的磁力梯度；驅(qū)動轉(zhuǎn)子高速恒速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子重力方向的微位移由第一差動電容電橋電路測得，水平方向的微位移由第二差動電容電橋電路測得；當外部的激振波頻率與轉(zhuǎn)子的固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時確定激振波頻率的大小，通過公式求出磁力梯度的大小。
【專利說明】
一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁懸浮系統(tǒng)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，非接觸電磁力支承轉(zhuǎn)子懸浮具有無摩擦損耗，能 耗小等優(yōu)點，由于懸浮間隙小，轉(zhuǎn)子通過臨界轉(zhuǎn)速時的控制尤為重要，轉(zhuǎn)子振動振幅過大會 使轉(zhuǎn)子剮蹭，導致系統(tǒng)無法正常工作，因此要設(shè)計理想的電磁結(jié)構(gòu)及確定優(yōu)化電磁系統(tǒng)磁 力梯度非常關(guān)鍵。實際的磁懸浮系統(tǒng)轉(zhuǎn)子懸浮間隙通常很小，通常實際測量磁懸浮系統(tǒng)的 磁力梯度非常困難，一般均以計算值作為實際值，但實際值的誤差過大會導致估算轉(zhuǎn)子臨 界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大的誤差，對有效控制和改善轉(zhuǎn)子動態(tài)特性非常不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置及方法。
[0004] -種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)包括懸浮線圈和轉(zhuǎn)子，向 懸浮線圈通入電流，懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸空，并具有一定的磁力梯度，該裝置為：
[0005] 在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，分別為上電極、下電極、前電極 和后電極;轉(zhuǎn)子與各電極相隔開，使轉(zhuǎn)子能夠懸浮于電極之間進行旋轉(zhuǎn)；從而由上電極、下 電極、前電極、后電極分別和轉(zhuǎn)子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電 容；由第一電容、第二電容與兩個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、 第四電容與兩個第二標稱電容組成第二差動電容電橋電路；當轉(zhuǎn)子位于上電極和下電極之 間的中間位置時，第一電容的電容值C 1=第二電容的電容值c2=第一標稱電容的電容值 〇?;當轉(zhuǎn)子位于前電極和后電極的中間位置時，第三電容的電容值c 3=第四電容的電容值 C4=第二標稱電容的電容值。
[0006] -種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)包括下懸浮線圈和轉(zhuǎn)子， 所述轉(zhuǎn)子為空心薄壁的超導球形轉(zhuǎn)子，其頂部設(shè)有極軸孔;下懸浮線圈和轉(zhuǎn)子位于密閉的 外殼內(nèi)部；向下懸浮線圈通入電流，下懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸空，并具有一定的磁力 梯度，該裝置為：
[0007] 在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，分別為上電極、下電極、前電極 和后電極，前電極和后電極相對設(shè)置，并位于上電極和下電極之間；其中下懸浮線圈位于下 電極下側(cè);上電極、下電極、前電極和后電極的內(nèi)表面共同形成一個球形空腔，為轉(zhuǎn)子腔，轉(zhuǎn) 子位于轉(zhuǎn)子腔內(nèi)；轉(zhuǎn)子與各電極相隔開，使轉(zhuǎn)子能夠懸浮于電極之間進行旋轉(zhuǎn)；
[0008] 所述前電極和后電極作為中間電極，所述上電極與中間電極之間、前電極和后電 極之間、以及中間電極與下電極之間設(shè)有絕緣層，從而由上電極、下電極、前電極、后電極分 別和轉(zhuǎn)子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容；由第一電容、第二電 容與兩個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、第四電容與兩個第二標 稱電容組成第二差動電容電橋電路；當轉(zhuǎn)子位于上電極和下電極之間的中間位置時，第一 電容的電容值Ci =第二電容的電容值C2 =第一標稱電容的電容值Oa;當轉(zhuǎn)子位于前電極和 后電極的中間位置時，第三電容的電容值C3 =第四電容的電容值C4 =第二標稱電容的電容 值 0S2;
[0009] 前電極和后電極之間的兩個絕緣層上分別設(shè)有氣孔，其中一個氣孔為進氣孔，另 一個為出氣孔，使得轉(zhuǎn)子腔與加轉(zhuǎn)氣體管路連通;測量時，通過向進氣孔通入一定壓強的氣 體帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)獲得高轉(zhuǎn)速，所述轉(zhuǎn)子通過極軸孔通氣保證轉(zhuǎn)子內(nèi)外壓力相等，當加速到 需要的轉(zhuǎn)速后從出氣孔抽出轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的氣體，使轉(zhuǎn)子在真空環(huán)境下恒速旋轉(zhuǎn)。
[0010] 該裝置還包括極軸光纖傳感器;所述極軸光纖傳感器的光路位于極軸孔的正上方 并對準極軸孔;測量過程中，極軸光纖傳感器的光路對準極軸孔，光信號進入極軸孔內(nèi)無反 射信號返回極軸光纖傳感器，保證轉(zhuǎn)子的極軸始終處于垂直狀態(tài)。
[0011] 所述絕緣層為環(huán)氧樹脂材料。
[0012] 所述磁懸浮系統(tǒng)還包括上懸浮線圈；所述上懸浮線圈位于上電極上側(cè)；向上懸浮 線圈和下懸浮線圈通入大小不同的電流，通過上懸浮線圈和下懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子 懸浮，并具有一定的磁力梯度。
[0013] 所述電極采用超導材料，則上電極和下電極上設(shè)有通孔，使磁力線能夠穿過。
[0014] 上述裝置測量磁力梯度的方法，包括以下步驟：
[0015] 向懸浮線圈通入電流，產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸浮并具有一定的磁力梯度;驅(qū)動轉(zhuǎn)子 以其工作轉(zhuǎn)速恒速旋轉(zhuǎn)，并保證其極軸的方向始終穩(wěn)定;所述轉(zhuǎn)子重力方向的微振動位移 由第一差動電容電橋電路測量獲得，水平方向的微振動位移由第二差動電容電橋電路測量 獲得；
[0016] 測量轉(zhuǎn)子重力方向上的微振動位移的方法是：向第一差動電容電橋電路輸入激勵 電壓，即向上電極和下電極通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵電壓，輸入電壓頻 率為0.5-10MHZ、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子在上電極和下電極之間的中間位置時，第一差動電容 電橋電路輸出電壓為零，在重力方向發(fā)生微位移時，第一差動電容電橋輸出一定大小的電 壓值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子微振動位移的線性關(guān)系，即可通過測量輸出的電壓 獲得轉(zhuǎn)子微振動位移的大??；
[0017] 同時使磁懸浮系統(tǒng)的外部的觸發(fā)裝置產(chǎn)生不同頻率的上下方向傳播的激振波，當 激振波頻率f與轉(zhuǎn)子重力方向上的固有頻率^相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子在重力方向上的 振動幅值A(chǔ)i最大，通過第一差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時確定激振波頻率f 的大小，并通過公式
求出磁懸浮系統(tǒng)垂直方向磁力梯度K的大小，公式中m 為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；
[0018] 同理，測量轉(zhuǎn)子水平方向上的微振動位移的方法是:通過向第二差動電容電橋電 路輸入激勵電壓，即向前電極和后電極通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵電壓， 輸入電壓頻率為〇. 5-10MHz、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子在前電極和后電極之間的中間位置時，第 二差動電容電橋電路輸出電壓為零，在水平方向發(fā)生微位移時，第二差動電容電橋電路輸 出一定大小的電壓值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子微振動位移線性關(guān)系，即可通過測 量輸出的電壓獲得轉(zhuǎn)子微振動位移的大?。?br>[0019] 同時使磁懸浮系統(tǒng)的外部的觸發(fā)裝置產(chǎn)生不同頻率的前后方向傳播的激振波，當 激振波頻率r與轉(zhuǎn)子水平方向上的固有頻率fV相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子在水平方向上 的振動幅值A(chǔ)i'最大，通過第二差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時確定激振波頻 率f'的大小，并通過公式
求出磁懸浮系統(tǒng)水平方向磁力梯度f的大小， 公式中m為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。
[0020] 若電容電橋電路測量分辨率的要求較高，各電極尺寸應(yīng)盡量大;若電容電橋電路 測量分辨率的要求不高，各電極尺寸可相應(yīng)縮小，以節(jié)省系統(tǒng)空間。
[0021] 本發(fā)明的有益效果為：
[0022] 本發(fā)明實現(xiàn)了實際測量磁懸浮系統(tǒng)的磁力梯度。本發(fā)明使得在懸浮間隙狹小的復 雜結(jié)構(gòu)的磁懸浮系統(tǒng)中測量得到實際的磁力梯度，從而便于驗證磁懸浮系統(tǒng)電磁結(jié)構(gòu)設(shè)計 的正確性，并為獲得不同磁力梯度下對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速等參數(shù)提供重要信息。且本發(fā)明裝置 簡單，操作簡便，為磁懸浮系統(tǒng)的設(shè)計提供了技術(shù)支撐。
【附圖說明】
[0023]圖1為實施例1 一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置示意圖；
[0024]圖2為中間電極的示意圖；
[0025] 圖3為轉(zhuǎn)子振動幅值A(chǔ)與激振波頻率f的關(guān)系圖；
[0026] 圖4為實施例2中各電極的布置圖。
[0027] 標號說明：1_轉(zhuǎn)子腔，2-上懸浮線圈，3-下懸浮線圈，4-轉(zhuǎn)子，5-極軸孔，6-上電極， 7_下電極，8-1-前電極，8-2-后電極，9-極軸光纖傳感器，10-進氣孔，11-出氣孔，12-第一絕 緣層，13-第二絕緣層，14-第三絕緣層，15-第四絕緣層。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明 僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0029] 實施例1
[0030] 如圖1-圖2所示一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)，其上懸浮 線圈2、下懸浮線圈3和轉(zhuǎn)子4位于密閉的外殼內(nèi)部;所述轉(zhuǎn)子4為銀材料的空心薄壁球形轉(zhuǎn) 子，其頂部設(shè)有極軸孔5，極軸光纖傳感器9的光路位于極軸孔5的正上方并對準極軸孔5;該 裝置為：
[0031] 在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個鈮電極，分別為上電極6、下電極7、前 電極8-1和后電極8-2,其中上懸浮線圈2位于上電極6上側(cè)，下懸浮線圈3位于下電極7下側(cè)， 上電極6和下電極7的中部分別設(shè)有通孔，使磁力線能夠穿過電極到達轉(zhuǎn)子表面;上電極6、 下電極7、上懸浮線圈2和下懸浮線圈3中部的通孔大小相等，且通孔的軸心線與轉(zhuǎn)子4的極 軸在一條直線上。前電極8-1和后電極8-2為半圓環(huán)狀，兩者位于上電極6和下電極7之間，并 相對設(shè)置形成圓環(huán)，四個電極的內(nèi)表面共同形成一個球形空腔，為轉(zhuǎn)子腔1，轉(zhuǎn)子4位于轉(zhuǎn)子 腔1內(nèi)，并與各電極相隔開，使轉(zhuǎn)子4能夠懸浮于電極之間進行旋轉(zhuǎn)。
[0032] 所述前電極8-1和后電極8-2作為中間電極，所述上電極6與中間電極之間設(shè)有第 一絕緣層12、前電極8-1和后電極8-2之間分別設(shè)有第三絕緣層14和第四絕緣層15、以及中 間電極與下電極7之間設(shè)有第二絕緣層13,從而由上電極、下電極、前電極、后電極分別和轉(zhuǎn) 子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容；由第一電容、第二電容與兩 個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、第四電容與兩個第二標稱電容 組成第二差動電容電橋電路；當轉(zhuǎn)子位于上電極和下電極之間的中間位置時，第一電容的 電容值& =第二電容的電容值C2 =第一標稱電容的電容值〇?;當轉(zhuǎn)子位于前電極和后電極 的中間位置時，第三電容的電容值C3 =第四電容的電容值C4 =第二標稱電容的電容值0^2 ; 其中，所述絕緣層為環(huán)氧樹脂材料。
[0033] 前電極6和后電極7之間的兩個絕緣層上分別設(shè)有直線圓柱管道形狀的氣孔，其中 一個氣孔為進氣孔10,另一個為出氣孔11，使得轉(zhuǎn)子腔1與加轉(zhuǎn)氣體管路連通。
[0034] 上述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置的測量方法，包括以下步驟：
[0035] 通過向進氣孔10通入一定壓強的氣體帶動轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)獲得高轉(zhuǎn)速，所述轉(zhuǎn)子4通過 極軸孔5通氣保證轉(zhuǎn)子4內(nèi)外壓力相等，當加速到需要的轉(zhuǎn)速后從出氣孔11抽出轉(zhuǎn)子腔1內(nèi) 的氣體使轉(zhuǎn)子4在真空環(huán)境下恒速旋轉(zhuǎn);工作過程中，極軸光纖傳感器的光路對準極軸孔， 光信號進入極軸孔內(nèi)無反射信號返回極軸光纖傳感器，保證轉(zhuǎn)子的極軸處于垂直狀態(tài)；
[0036] 向上懸浮線圈2和下懸浮線圈3通入大小不同的電流，通過上懸浮線圈2和下懸浮 線圈3產(chǎn)生懸浮轉(zhuǎn)子4的懸浮力并具有一定的磁力梯度;所述轉(zhuǎn)子4重力方向的微振動位移 由第一差動電容電橋電路測量獲得，水平方向的微振動位移由第二差動電容電橋電路測量 獲得；
[0037] 測量轉(zhuǎn)子4重力方向上的微振動位移的方法是:通過向第一差動電容電橋電路輸 入激勵電壓，即向上電極6和下電極7通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵電壓，輸 入電壓頻率為0.5-lOMHz、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子4在上電極6和下電極7之間的中間位置時， 第一差動電容電橋電路輸出電壓為零，在重力方向發(fā)生微位移時，第一差動電容電橋輸出 一定大小的電壓值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子4微位移線性關(guān)系，如圖3所示，即可通 過測量輸出的電壓獲得轉(zhuǎn)子4微振動位移的大?。?br>[0038] 同時使磁懸浮系統(tǒng)的外部的電磁信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的上下方向傳播的激 振電磁波，當激振波頻率f與轉(zhuǎn)子重力方向上的固有頻率^相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子4在 重力方向上的振動幅值A(chǔ)i最大，通過第一差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時確
定激振波頻率f的大小，并通過公式 求出磁懸浮系統(tǒng)垂直方向磁力梯度K 的大小，公式中m為轉(zhuǎn)子4的質(zhì)量；
[0039 ]同理，測量轉(zhuǎn)子4水平方向上的微振動位移的方法是:通過向第二差動電容電橋電 路輸入激勵電壓，即向前電極8-1和后電極8-2通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵 電壓，輸入電壓頻率為0.5-lOMHz、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子4在前電極8-1和后電極8-2之間的 中間位置時，第二差動電容電橋電路輸出電壓為零，在水平方向發(fā)生微振動位移時，第二差 動電容電橋電路輸出一定大小的電壓值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子微位移線性關(guān) 系，即可通過測量輸出的電壓獲得轉(zhuǎn)子4微振動位移的大??；
[0040]同時使磁懸浮系統(tǒng)的外部的電磁信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的前后方向傳播的激 振電磁波，當激振波頻率f'與轉(zhuǎn)子水平方向上的固有頻率fV相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子 在水平方向上的振動幅值最大，通過第二差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時 確定激振波頻率r的大小，并通過公式
求出磁懸浮系統(tǒng)水平方向磁力梯 度f的大小，公式中m為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。
[0041 ] 實施例2
[0042] -種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)為磁懸浮軸承，軸芯的中 心軸沿左右方向伸展。如圖4所示，在軸芯周向的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，分 別為上電極、下電極、前電極和后電極;軸芯與各電極相隔開，使軸芯能夠懸浮于電極之間 進行旋轉(zhuǎn);從而由上電極、下電極、前電極、后電極分別和軸芯形成電容，分別為第一電容、 第二電容、第三電容、第四電容；由第一電容、第二電容與兩個第一標稱電容組成第一差動 電容電橋電路，由第三電容、第四電容與兩個第二標稱電容組成第二差動電容電橋電路;當 軸芯位于上電極和下電極之間的中間位置時，第一電容的電容值& =第二電容的電容值C2 =第一標稱電容的電容值;當軸芯位于前電極和后電極的中間位置時，第三電容的電容 值C3 =第四電容的電容值C4 =第二標稱電容的電容值。
[0043]向懸浮線圈通入電流，通過懸浮線圈產(chǎn)生懸浮軸芯的懸浮力并具有一定的磁力梯 度;驅(qū)動軸芯以工作轉(zhuǎn)速繞其中心軸恒速旋轉(zhuǎn)，所述軸芯重力方向的微振動位移由第一差 動電容電橋電路測量獲得，水平方向的微振動位移由第二差動電容電橋電路測量獲得;重 力方向和水平方向的磁力梯度的測量方法同實施例1。
【主權(quán)項】
1. 一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)包括懸浮線圈和轉(zhuǎn)子，向懸 浮線圈通入電流，懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸空，并具有一定的磁力梯度，其特征在于， 該裝置為： 在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，分別為上電極、下電極、前電極和后 電極;轉(zhuǎn)子與各電極相隔開，使轉(zhuǎn)子能夠懸浮于電極之間進行旋轉(zhuǎn);從而由上電極、下電極、 前電極、后電極分別和轉(zhuǎn)子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容；由 第一電容、第二電容與兩個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、第四電 容與兩個第二標稱電容組成第二差動電容電橋電路；當轉(zhuǎn)子位于上電極和下電極之間的中 間位置時，第一電容的電容值C 1 =第二電容的電容值C2 =第一標稱電容的電容值Of1;當轉(zhuǎn) 子位于前電極和后電極的中間位置時，第三電容的電容值C3 =第四電容的電容值C4=第二 標稱電容的電容值以2。2. -種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，所述磁懸浮系統(tǒng)包括下懸浮線圈和轉(zhuǎn)子，所 述轉(zhuǎn)子為空心薄壁的超導球形轉(zhuǎn)子，其頂部設(shè)有極軸孔;下懸浮線圈和轉(zhuǎn)子位于密閉的外 殼內(nèi)部；向下懸浮線圈通入電流，下懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸空，并具有一定的磁力梯 度，其特征在于，該裝置為： 在轉(zhuǎn)子的上側(cè)、下側(cè)、前側(cè)、后側(cè)各設(shè)有一個電極，分別為上電極、下電極、前電極和后 電極，前電極和后電極相對設(shè)置，并位于上電極和下電極之間；其中下懸浮線圈位于下電極 下側(cè);上電極、下電極、前電極和后電極的內(nèi)表面共同形成一個球形空腔，為轉(zhuǎn)子腔，轉(zhuǎn)子位 于轉(zhuǎn)子腔內(nèi)；轉(zhuǎn)子與各電極相隔開，使轉(zhuǎn)子能夠懸浮于電極之間進行旋轉(zhuǎn)； 所述前電極和后電極作為中間電極，所述上電極與中間電極之間、前電極和后電極之 間、以及中間電極與下電極之間設(shè)有絕緣層，從而由上電極、下電極、前電極、后電極分別和 轉(zhuǎn)子形成電容，分別為第一電容、第二電容、第三電容、第四電容；由第一電容、第二電容與 兩個第一標稱電容組成第一差動電容電橋電路，由第三電容、第四電容與兩個第二標稱電 容組成第二差動電容電橋電路；當轉(zhuǎn)子位于上電極和下電極之間的中間位置時，第一電容 的電容值& =第二電容的電容值C2 =第一標稱電容的電容值Qf1;當轉(zhuǎn)子位于前電極和后電 極的中間位置時，第三電容的電容值C3 =第四電容的電容值C4 =第二標稱電容的電容值 0?? ； 前電極和后電極之間的兩個絕緣層上分別設(shè)有氣孔，其中一個氣孔為進氣孔，另一個 為出氣孔，使得轉(zhuǎn)子腔與加轉(zhuǎn)氣體管路連通;測量時，通過向進氣孔通入一定壓強的氣體帶 動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)獲得高轉(zhuǎn)速，所述轉(zhuǎn)子通過極軸孔通氣保證轉(zhuǎn)子內(nèi)外壓力相等，當加速到需要 的轉(zhuǎn)速后從出氣孔抽出轉(zhuǎn)子腔內(nèi)的氣體，使轉(zhuǎn)子在真空環(huán)境下恒速旋轉(zhuǎn)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，其特征在于，該裝置還包 括極軸光纖傳感器;所述極軸光纖傳感器的光路位于極軸孔的正上方并對準極軸孔;測量 過程中，極軸光纖傳感器的光路對準極軸孔，光信號進入極軸孔內(nèi)無反射信號返回極軸光 纖傳感器，保證轉(zhuǎn)子的極軸始終處于垂直狀態(tài)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，其特征在于，所述絕緣層 為環(huán)氧樹脂材料。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，其特征在于，所述磁懸浮 系統(tǒng)還包括上懸浮線圈；所述上懸浮線圈位于上電極上側(cè)；向上懸浮線圈和下懸浮線圈通 入大小不同的電流，通過上懸浮線圈和下懸浮線圈產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸浮，并具有一定的 磁力梯度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置，其特征 在于，所述電極采用超導材料，則上電極和下電極上設(shè)有通孔，使磁力線能夠穿過。7. 權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述一種測量磁懸浮系統(tǒng)磁力梯度的裝置測量磁力梯度 的方法，其特征在于，包括以下步驟： 向懸浮線圈通入電流，產(chǎn)生懸浮力使轉(zhuǎn)子懸浮并具有一定的磁力梯度;驅(qū)動轉(zhuǎn)子以其 工作轉(zhuǎn)速恒速旋轉(zhuǎn)，并保證其極軸的方向始終穩(wěn)定;所述轉(zhuǎn)子重力方向的微振動位移由第 一差動電容電橋電路測量獲得，水平方向的微振動位移由第二差動電容電橋電路測量獲 得； 測量轉(zhuǎn)子重力方向上的微振動位移的方法是：向第一差動電容電橋電路輸入激勵電 壓，即向上電極和下電極通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵電壓，輸入電壓頻率 為0.5-lOMHz、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子在上電極和下電極之間的中間位置時，第一差動電容電 橋電路輸出電壓為零，在重力方向發(fā)生微位移時，第一差動電容電橋輸出一定大小的電壓 值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子微振動位移的線性關(guān)系，即可通過測量輸出的電壓獲 得轉(zhuǎn)子微振動位移的大?。? 同時使磁懸浮系統(tǒng)的外部的觸發(fā)裝置產(chǎn)生不同頻率的上下方向傳播的激振波，當激振 波頻率f與轉(zhuǎn)子重力方向上的固有頻率^相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子在重力方向上的振動 幅值A(chǔ)1最大，通過第一差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時確定激振波頻率f的大 小，并通過公：求出磁懸浮系統(tǒng)垂直方向磁力梯度K的大小，公式中m為轉(zhuǎn) 子的質(zhì)量； 同理，測量轉(zhuǎn)子水平方向上的微振動位移的方法是:通過向第二差動電容電橋電路輸 入激勵電壓，即向前電極和后電極通入幅值相等極性相反的交流電壓作為激勵電壓，輸入 電壓頻率為0.5-lOMHz、幅值為1-50V;當轉(zhuǎn)子在前電極和后電極之間的中間位置時，第二差 動電容電橋電路輸出電壓為零，在水平方向發(fā)生微位移時，第二差動電容電橋電路輸出一 定大小的電壓值，通過標定輸出的電壓幅值與轉(zhuǎn)子微振動位移線性關(guān)系，即可通過測量輸 出的電壓獲得轉(zhuǎn)子微振動位移的大?。煌瑫r使磁懸浮系統(tǒng)的外部的觸發(fā)裝置產(chǎn)生不同頻率的前后方向傳播的激振波，當激振 波頻率f'與轉(zhuǎn)子水平方向上的固有頻率fV相同時，產(chǎn)生共振，此時轉(zhuǎn)子在水平方向上的振 動幅值A(chǔ)1'最大，通過第二差動電容電橋電路測量得到的電壓最大，此時確定激振波頻率f' 的大小，并通過公J 農(nóng)出磁懸浮系統(tǒng)水平方向磁力梯度C的大小，公式 中m為轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。
【文檔編號】G01R33/022GK105891742SQ201610237481
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】李春燕, 周梅, 何志巍, 朱世秋, 張今紅
【申請人】中國農(nóng)業(yè)大學