[发明专利]一种实现高精度磁场输出的同轴测量工装、超导磁体结构及其装调方法

说明书

本发明提供一种实现高精度磁场输出的同轴测量工装、超导磁体结构及其装调方法，所述同轴测量工装包括中心轴、位移传感器、胀紧套和高精度量筒；所述位移传感器沿径向安装在所述中心轴上；所述胀紧套安装在所述中心轴两侧，其内环抱紧所述中心轴。所述超导磁体结构包括超导线圈、线圈骨架、冷屏、真空容器、室温拉杆调节组件和光纤位移传感器。本发明利用超导磁体结构的室温孔管与磁轴同轴度的测量方法，用于保证超导磁体结构有个较好的、可测的初始同轴精度，并提供一种磁体位置可调可测的超导磁体结构，用于实时监测和调节磁轴和室温孔管的同轴度误差，以实现高精度磁场输出。

技术领域

本发明涉及超导磁体应用领域，尤其涉及一种实现高精度磁场输出的同轴测量工装、超导磁体结构及其装调方法。

背景技术

超导磁体产生的强磁场环境广泛应用于各种高精密科学仪器设备中，随着仪器科学技术的发展，各种精密仪器设备也对磁场的形位精度提出了更高的要求。对于一些对磁场位形精度要求严格的应用场合，一般要求磁轴与室温孔管的同轴精度达到亚微米级(几十至几百微米)。为了实现高精度磁场输出，除了优化电磁方案，控制超导线圈绕制精度之外，超导磁体的装调精度也是至关重要的。目前国内外一些专用超导磁体的用户开发了基于离子束/电子束打靶的方式用于评价超导磁体的磁轴和室温孔管的同轴度，该方式直观、有效，但却严重依赖于超导磁体的规格，并且成本高，专业难度大，并不适用于超导磁体大多数的应用场合。

对于常用的卧式的超导磁体而言，超导磁体通过高强度低漏热的悬挂机构悬挂在真空容器内部的真空环境中，这种结构特点给磁轴与室温孔管的同轴精度保证带来了两个难题：一是磁轴与室温孔管的同轴精度测量的问题。超导磁体重量大，封闭式结构决定了常规的机床打表，三坐标测量仪，激光跟踪仪等手段难以测量磁轴和室温孔管的同轴度。二是如何实现保证亚微米级精度的装调工艺的问题。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提出一种实现高精度磁场输出的同轴测量工装、超导磁体结构及其装调方法，其主要包括三部分的内容：一是同轴测量的工装装置；二是一种磁体位置可调可测的超导磁体结构，用于实时监测和调节磁轴和室温孔管的同轴度误差，以实现高精度磁场输出；三是一种室温孔管与磁轴同轴度的测量方法，用于保证超导磁体有个较好的、可测的初始同轴精度。

本发明采用的技术方案如下：

一种实现高精度磁场输出的同轴测量工装，包括中心轴、位移传感器、胀紧套和高精度量筒；其中，所述位移传感器沿径向安装在所述中心轴上，共有8个；所述胀紧套安装在所述中心轴两侧，其内环抱紧所述中心轴；所述高精度量筒作为同轴测量工装的几何基准。

进一步地，所述同轴测量工装建立所述位移传感器的读数和高精度量筒的自身圆柱度一一对应的函数关系，将难以测量的和表征的同轴度误差通过所述位移传感器的读数转换为易于测量的所述高精度量筒的圆柱度误差。

进一步地，所述高精度量筒由机械精加工成型，其圆柱度小于0.01mm，通过三坐标测量仪、激光跟踪仪或机床打表的方式测得。

本发明还提供一种利用上述同轴测量工装进行装调的超导磁体结构，其包括超导线圈，线圈骨架，冷屏，真空容器和室温拉杆调节组件；所述超导线圈绕制在所述线圈骨架上，并通过所述磁体室温拉杆调节组件悬挂于所述真空容器中；所述冷屏位于所述真空容器和所述超导线圈之间，独立悬挂于所述真空容器中；所述真空容器包括真空容器外筒、真空容器端板和室温孔管；所述真空容器外筒上装有4个光纤位移传感器，所述超导线圈与之光纤位移传感器对应的位置有4块反射镜充当障碍物，所述光纤位移传感器通过发射和接受光谱来判断光纤位移传感器与所述障碍物之间的距离。

进一步地，通过所述位移传感器为中间量建立所述光纤位移传感器的读数与所述高精度量筒的圆柱度一一对应函数关系。

本发明还提供一种利用上述同轴测量工装实现上述超导磁体结构的高精度磁场输出的装调方法，包括如下步骤：