[发明专利]一种高承载低损耗惯量式超导磁悬浮微小力测量装置

权利要求书

1.一种高承载低损耗惯量式超导磁悬浮微小力测量装置，其特征在于，包括制冷机、冷屏、样本架、超导阵列、转接法兰、安装平台、支架、真空罩、永磁浮台、转速传感器、阻尼器和电磁轴承；

制冷机位于装置下部，对冷屏及样本架进行持续冷却；样本架包括上下两部分，上半部设有方形槽，用于放置超导阵列；下半部设有沉孔，通过螺钉与二级冷头固定连接，超导阵列采用六方YBCO高温超导块材，水平放置于样本架方形槽内；

转接法兰为柱状圆盘，通过螺钉与制冷机、真空罩及安装平台固定连接；

真空罩为柱状圆筒，底部为法兰圆盘，通过螺钉与转接法兰固定连接，真空罩、转接法兰、制冷机冷头、超导阵列均保持同轴；

安装平台包括上下两层平板，中心位置设有圆形通孔，上层板设有螺纹孔阵列，制冷机下半部穿过中心通孔，平放于安装平台上，通过转接法兰与其固定连接；

支架固定于安装平台上，位于装置外围，用于固定电磁铁、阻尼器；

永磁浮台位于真空罩上方，为圆柱体结构，包括聚磁铁环、永磁环、磁屏蔽铁板、铝背板和负载平台，铝背板为柱状圆筒，中间设有圆槽，顶部设有螺纹孔；两个永磁环同轴固定于铝背板圆槽内；永磁环之间及内外两侧各有一个聚磁铁环；磁屏蔽铁板同轴固定在铝背板外部平面；负载平台固定连接于磁屏蔽铁板上，用于固定被测推力器；

阻尼器位于永磁浮台上方，包括阻尼线圈和减速铜板，减速铜板通过竖直连杆同轴固定于永磁浮台上方，阻尼线圈位于减速铜板上方边缘处，通过水平连杆固定在支架上；

转速传感器位于减速铜板的下方边缘处，通过水平连杆固定在支架上；

电磁轴承位于阻尼器上方，包括电磁铁和悬浮铁板，悬浮铁板通过竖直连杆同轴固定于减速铜板上方，电磁铁位于悬浮铁板正上方，通过水平连杆固定在支架上。

2.如权利要求1所述的一种高承载低损耗惯量式超导磁悬浮微小力测量装置，其特征在于：测量原理为角动量定理，永磁浮台在微推力器的切向力作用下自由转动，通过测量永磁浮台的角速度及角加速度即可计算微推力器推力，既可测量稳态推力又可评估微推力器冲量作用；测量过程中微推力器处于悬浮支撑状态，可以彻底消除微推力器自重、推进剂及电力供应过程产生的内力干扰，大大提高微推力器推力的地面测试水平。

3.如权利要求1所述的一种高承载低损耗惯量式超导磁悬浮微小力测量装置，其特征在于：工作前，超导阵列处于正常态，对永磁浮台没有作用力，采用电磁铁吸附固定永磁浮台同时采用制冷机对超导阵列进行持续冷却；待超导阵列冷却完毕进入超导态后，缓慢减小电磁铁的吸引力，永磁浮台在重力作用下缓缓下降，下降过程中，超导阵列表面产生感应电流对永磁浮台产生悬浮力，同时其内部磁通与永磁浮台磁场作用产生水平约束力，最终永磁浮台在电磁铁吸引力、超导阵列悬浮力和水平约束力作用下实现稳定悬浮，测量结束后，启动阻尼线圈，在减速铜板上产生感应电流，与阻尼线圈磁场作用产生阻力，使永磁浮台迅速减速直到停止转动。