[发明专利]一种磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置及方法，涉及超导球控制领域，所述控制装置包括：上悬浮线圈、下悬浮线圈、磁反馈线圈、悬浮位置检测装置、PID控制模块和压控电流源；磁反馈线圈位于上悬浮线圈和下悬浮线圈之间，且靠近下悬浮线圈；悬浮位置检测装置用于检测低温超导球的悬浮位置，并生成悬浮位置信号；PID控制模块用于根据悬浮位置信号与设定目标悬浮位置值的偏差发出控制信息；压控电流源用于根据控制信息向磁反馈线圈输出电流值，以使低温超导球处于悬浮零点位置；处于悬浮零点位置的低温超导球的球心与上悬浮线圈的中心重合。本发明能实现高线性度闭环控制，操作简单，便于实施。

技术领域

本发明涉及超导球控制领域，特别是涉及一种磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置及方法。

背景技术

利用超导体的迈斯那效应和零电阻效应发展而来的超导磁悬浮仪器技术在一些精密测量领域具有特殊优势。利用超导磁悬浮技术进行重力信号测量的原理是利用超导线圈将超导球悬浮起来，当重力信号发生变化时，超导球的悬浮位置会发生变化，通过超导球悬浮位置的变化就可以间接测量出重力信号的变化情况。在进行重力信号测量时，由于超导磁悬浮场的磁力梯度值在不同的悬浮位置上并不是绝对恒定的，当超导球悬浮位置发生变化时就会给测量系统传递函数引入非线性的问题，从而使最终的测量结果产生偏差。因此，在进行重力信号测量时，需要控制超导球始终处于悬浮零点位置。

目前，存在基于静电力的超导球悬浮位置反馈控制装置和控制方法，该方法通过在靠近超导球的电容极板上施加电压产生静电力实现对超导球悬浮位置的调控，整体结构简单，无需对重力测量单元结构有任何变动，但是由于静电力与施加电压之间为二次方关系，这给反馈系统设计带来了复杂度，使整体测量系统的线性度也有一定瓶颈限制。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置及方法，以实现高线性度闭环控制，操作简单，便于实施。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置，包括：上悬浮线圈、下悬浮线圈、磁反馈线圈、悬浮位置检测装置、PID控制模块和压控电流源；

所述磁反馈线圈位于所述上悬浮线圈和所述下悬浮线圈之间，且靠近所述下悬浮线圈；所述悬浮位置检测装置用于检测低温超导球的悬浮位置，并生成悬浮位置信号；所述PID控制模块与所述悬浮位置检测装置连接；所述PID控制模块用于计算所述悬浮位置信号与设定目标悬浮位置值的偏差，并根据所述偏差发出控制信息；所述压控电流源分别与所述PID控制模块以及所述磁反馈线圈连接；所述压控电流源用于根据所述控制信息向所述磁反馈线圈输出电流值，以使所述低温超导球处于悬浮零点位置；处于悬浮零点位置的低温超导球的球心与所述上悬浮线圈的中心重合。

可选地，所述悬浮位置检测装置，包括：悬浮位置检测电极和悬浮位置检测模块；

所述低温超导球位于所述悬浮位置检测电极内；所述悬浮位置检测电极用于检测低温超导球的悬浮位置；所述悬浮位置检测模块分别与所述悬浮位置检测电极以及所述PID控制模块连接；所述悬浮位置检测模块用于生成悬浮位置信号，并将所述悬浮位置信号发送至所述PID控制模块。

可选地，所述磁反馈式低温超导球悬浮位置控制装置，还包括：支撑骨架和环形支撑台；

所述上悬浮线圈、所述下悬浮线圈和所述磁反馈线圈均绕制在所述支撑骨架上；所述环形支撑台固定在所述支撑骨架的内表面；所述环形支撑架用于支撑所述悬浮位置检测电极。

可选地，所述上悬浮线圈与所述下悬浮线圈之间的距离为所述支撑骨架的内径的一半。

可选地，所述上悬浮线圈与所述下悬浮线圈均采用超导线绕制而成。

可选地，所述上悬浮线圈与所述下悬浮线圈的匝数相同；所述上悬浮线圈与所述下悬浮线圈的半径相同。