[发明专利]一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种精密测量装置的定位装置，具体涉及一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置。

背景技术

建立量子质量基准的工作在国际上已经探讨了多年，目前获得较大成效的方案“功率天平方案”。“功率天平方案”的基本思路是把通以电流的载流线圈挂在天平上，同时载流线圈置于磁场中。载流线圈上受到的洛伦兹力与天平平衡时砝码上的重力相等，这样就可由电磁量导出砝码质量的量值。其核心是通过天平把电功率与机械功率联系起来，通过一系列的变换导出质量基准。

近些年来，国外“功率天平”方案的进展趋缓，遇到的最主要困难来自其动态测量过程，即必须在线圈的移动过程中对速度和感应电动势进行测量。与静态测量相比，动态测量过程中包含了更多不可控因素，其测量准确度难以进一步提高。

针对国外研究的现状，我国提出了“能量天平方案”。该方案的实验系统主体为一架特制的精密天平，通过天平实现机械能量差与磁能量差的平衡。天平一端悬挂“可动线圈”，“可动线圈”所需磁场则由一组固定于地基上的“激励线圈”所产生。这样，作用在“可动线圈”上的力实际上就是“可动线圈”和“激励线圈”组之间的作用力。实验分两个过程，即称重过程和测量互感过程，这两个过程都需要在天平静态下进行测量，由于天平只在竖直方向受限制，其他自由度不受限制，其在工作工程中会产生单摆或锥摆运动，以及围绕中心轴旋转运动，无法实现理想静态测量，尤其是测量互感过程需要测量悬挂系统不同竖直方向位置的互感，互感对位置的变化非常敏感，因此对悬挂系统进行快速、有效、精密定位是提高实验准确度的关键。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的能量天平无法实现静态测量的问题，提供了一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种能量天平悬挂系统的空气阻尼式定位装置，所述定位装置包括至少两个阻尼元件；一组所述阻尼元件均匀分布在能量天平1的载流线圈2底部；

单个所述阻尼元件包括阻尼器3和阻尼盒4；所述阻尼器3活动设置在所述阻尼盒4中，且所述阻尼器3顶部通过连接杆8与所述载流线圈2底部硬连接。

所述阻尼器3和阻尼盒4构成空气阻尼器；

在具体实施中，本发明根据载流线圈2的定位精度决定阻尼元件的类型；所述载流线圈2的定位精度为0.1μm～1μm，即是指将载流线圈2由单摆或锥摆运动引起的垂直方向位移控制在0.1μm～1μm内。所述阻尼器3的数量为2或3个，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙＜2mm。

具体地，

当所述载流线圈2的定位精度为0.1μm～0.5μm时，采用第一种实施方式，即所述阻尼器3的数量为3个，3个所述阻尼器3沿周向均匀分布在所述载流线圈2底部，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙＜1mm。

当所述载流线圈2的定位精度为0.5μm～1μm时，采用第二种实施方式，即所述阻尼器3的数量为2个，2个所述阻尼器3对称分布在所述载流线圈2底部，所述阻尼器3外壁与所述阻尼盒4内壁的间隙＜2mm。

在具体实施中，

所述阻尼器3的形状为圆杯状或叶片状。

所述连接杆8的膨胀系数小于5×10^-5，其材质为非金属材料，具体为陶瓷或石英。

本发明所述的能量天平1包括载流线圈2、激励线圈、天平变刀5、一对十字铰链6、一对支架7、托盘以及砝码；

一对所述十字铰链6分别设置在天平边刀5两端，一对所述支架7分别设置在一对所述十字铰链6下端，所述载流线圈2和托盘分别固定在一对所述支架7底端，所述砝码设置在所述托盘中，所述激励线圈与载流线圈2耦合连接。

所述砝码的质量为100g～1000g。

本发明工作原理是：

能量天平1在工作时容易产生单摆、锥摆以及绕中心轴旋转运动，为了实现能量天平1的快速定位，同时不改变其原始位置，本发明将至少2个阻尼元件固定设置在能量天平1的载流线圈2底部。

其中，阻尼盒4固定不动，当能量天平发生上述运动时，阻尼器3随着天平的悬挂系统相对阻尼盒4运动，即产生单摆或锥摆运动，从而阻尼器3和阻尼盒5之间产生阻碍悬挂摆动的阻尼力，该阻尼力反作用于能量天平运动方向，使能量天平趋于静态。

各阻尼器3对称放置，相互平衡，单独工作。