[发明专利]一种模拟振动工况的动态超导磁力测试仪及测试方法

说明书

本发明提供了一种模拟振动工况的动态超导磁力测试仪及测试方法，测试仪的超导块组件与永磁体组件相独立，之间无机械连接，永磁体组件的激振器由外接的信号发生器驱动，带动永磁体同频同幅振动，激振器与永磁体悬吊于超导块组件的超导块正上方，超导块内置于杜瓦冷却容器中，杜瓦冷却容器与下方的支撑平台之间安装有拉压力传感器，支撑平台上还安装有用于测量超导块材上端面与永磁体下端面之间竖向间隙值的位移传感器；基于本测试仪的测试方法包括不同激振频率、不同激振幅值及不同初始冷却间隙下动态超导磁力的测试。本发明填补了动态超导磁力测试仪的空白，有助于获取更接近真实工况的超导磁力特性，对提高超导磁力装置的设计可靠性有价值。

技术领域

本发明涉及力学测试技术领域，更具体地说是一种模拟振动工况的动态超导磁力测试仪及测试方法。

背景技术

高温超导材料在磁悬浮轴承、磁悬浮列车等领域有着诱人的应用前景，单块超导块材与永磁体之间的磁力特性是此类高温超导磁悬浮系统稳定运行的设计基础。由于超导块材本身的各向异性及超导晶畴生长过程的随机性，理论模型预测得到的磁力特性数据往往误差较大，难以满足应用要求，因此通过实验获得的超导磁力数据更具有参考价值。国内关于超导块材磁力测量的最新标准是GB/T 21115-2007(块状氧化物超导体悬浮力的测量)。以此国家标准为依据，各大科研院所研制了对应的超导磁力测试仪。代表性的有：陕西师范大学杨万民课题组研发的三维超导磁力测试仪，可同时测量竖直方向的磁力和侧向回复力；西安交通大学袁小阳课题组研发的微小间隙超导磁力测试仪，可测量微米间隙范围内的超导磁力。这些超导磁力测试仪的测量条件都是静态的，即超导块材上方的永磁体匀速接近/远离超导块材且永磁体在任一间隙处停留时是处于静止状态的。然而，在实际的工程应用中，超导-永磁系统大多是处于动态状态的。例如在超导磁轴承中，永磁转子在外激励和自激励下都有不可忽略的振动。永磁体振动下的超导磁力特性必然不同于静态条件，忽视这个问题将是超导磁力装置设计的一个隐患。在静态超导磁力测试过程中，研究者很早就发现任一位置处的磁力会随着时间的推移呈现对数衰减特征，永磁体的振动是否对这种衰减行为有积极作用也有待在动态测试仪上验证。

综上，以GB/T 21115-2007为设计依据的静态测试仪没有充分考虑到实际工程应用中的振动工况，是一种理想条件下的测量，对超导磁力装置的设计是不够的。因此，发展一种能够模拟振动工况的动态超导磁力测试仪具有工程迫切性，对提高设计可靠性有价值。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明提出一种模拟振动工况的动态超导磁力测试仪及测试方法，以获取接近真实工况下的超导磁力数据，弥补现有静态超导磁力测试仪的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟振动工况的动态超导磁力测试仪，其结构特点是：测试仪为分体式结构，由相独立的超导块组件与永磁体组件组成；

所述超导块组件以升降平台支撑内部固装超导块材的杜瓦冷却容器，在所述杜瓦冷却容器底端与升降平台的台面之间安装拉压力传感器，由所述升降平台驱动拉压力传感器与杜瓦冷却容器上下移动，并在所述升降平台上安装用于测量超导块材上端面与永磁体下端面之间竖向间隙值的位移传感器；

所述永磁体组件包括激振器、固装于激振器的顶杆杆端的所述永磁体以及将所述激振器与永磁体悬吊于所述超导块材正上方的支撑框架，由测试仪外接的信号发生器为所述激振器供给激振信号，所述激振器的顶杆、永磁体、超导块材及拉压力传感器的测量头自上至下呈共轴设置。

本发明的结构特点也在于：

所述永磁体与超导块材均为短柱状体结构，超导块材为钇钡铜氧超导体，永磁体为钕铁硼永磁体，且外径较超导块材的外径大3-5mm。

所述杜瓦冷却容器以夹布胶木为材质。

所述超导块材内置于杜瓦冷却容器内的柱状槽中，由杜瓦冷却容器内的多个沿周向间隔均布的径向锁紧螺钉紧固。