[发明专利]一种重力加速度测量装置

摘要

一种用于重力加速度测量装置，基于超导体的排磁通效应产生磁悬浮，通过静电电极实现超导球的测量与控制。本发明采用制冷机冷头无接触冷却低温装置。超导悬浮球采用镀膜工艺，内采用石英空心球作为基底，超导球表面沉积超导铌材料。一对悬浮线圈在重力方向上产生微弱的磁力梯度，使重力的微小变化产生超导球位移较大变化，从而能够被电极电容电桥电路测量得到。在水平方向上通过在电极上施加静电力增加支承刚度使得装置测量适应范围和环境条件扩大。

主权项

1.一种重力加速度测量装置，其特征在于：所述的装置包括制冷机(1)、制冷机支承架(2)、低温容器(3)、减震波纹管(4)、防辐射屏(5)、超导屏蔽层(6)、氦气腔(7)、本体骨架(8)、上超导悬浮线圈(9)、下超导悬浮线圈(10)、悬浮球腔(11)、超导球(12)、上电极(13)、下电极(14)，以及赤道电极(15)；所述的制冷机(1)坐落在制冷机支承架(2)上面，制冷机支承架(2)放置在水平地面上，制冷机支承架(2)的三条腿上安装有水平测量传感器；制冷机(1)与低温容器(3)通过减震波纹管(4)密封连接；制冷机(1)的一级冷头与防辐射屏(5)无接触，通过氦气使制冷机(1)的一级冷头与防辐射屏(5)进行热交换；制冷机(1)的二级冷头和悬浮球腔(11)无接触，制冷机(1)的二级冷头布置在氦气腔(7)内，二级冷头上带有冷凝器进行氦气液化；圆筒形状的防辐射屏(5)通过拉杆固定在所述的低温容器(3)内；防辐射屏(5)内布置有圆筒形状的超导屏蔽层(6)，超导屏蔽层(6)内布置有本体骨架(8)，本体骨架(8)内部装有悬浮球腔(11)，所述的本体骨架(8)为圆柱形结构，布置在氦气腔(7)底部；氦气腔(7)位于超导屏蔽层(6)内；超导屏蔽层(6)、本体骨架(8)、氦气腔(7)和防辐射屏(5)同轴布置；所述的上超导悬浮线圈(9)和下超导悬浮线圈(10)分别布置在本体骨架(8)的中端和下端；所述的悬浮球腔(11)是由上电极(13)、下电极(14)和赤道电极(15)共同组成的球形空腔，内部装有超导球(12)；所述的上电极(13)位于超导球(12)的顶部，赤道电极(15)位于超导球(12)赤道一周的外侧，下电极(14)位于超导球(12)的底部；所述的超导屏蔽层采用YBCO金属化合物超导材料制造；所述的超导球(12)为空心薄壁球，顶部有通气小孔，超导球(12)薄壁的内层为石英材料制作，超导球(12)外球面镀有金属铌层；氦气通过超导球(12)顶部的通气小孔进出超导球(12)内部，所述通气小孔的氦气体积比超导球(12)球体体积小12‑18倍，以降低氦气压力变化对超导球(12)的悬浮力的影响；所述的赤道电极(15)为环形，沿其圆周等分为四部分，分别为赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)和赤道电极四(19)；上电极(13)与赤道电极(15)之间，下电极(14)与赤道电极(15)之间，组成赤道电极(15)的各个电极之间均有环氧树脂(20)进行绝缘隔离；所述的超导球(12)在重力方向上的调节由上电极(13)和下电极(14)共同完成，当超导球(12)离开中心位置向上偏移后，增大下电极(14)反馈电压，即增大调节悬浮力F，式中，ε0为介电常数，S表示电极面积，V0表示超导转子在中心位置的支承电压，ΔV表示反馈电压，d0表示上电极(13)和下电极(14)之间距离的中心位置，x表示超导球(12)变化的微位移，使超导球(12)回到中心位置；当超导球(12)离开中心位置向下偏移后，增大上电极反馈电压，即增大调节悬浮力F，使超导球(12)回到中心位置；所述的超导球(12)在水平方向上的调节由赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)、赤道电极四(19)共同完成，增大赤道电极一(16)的反馈电压使超导球(12)向x轴正方向移动，增大赤道电极三(18)的反馈电压使超导球(12)向x轴负方向移动，增大赤道电极二(17)的反馈电压使超导球(12)向y轴正方向移动，增大赤道电极四(19)的反馈电压使超导球(12)向y轴负方向移动；所述的重力测量装置移动时，同时增加赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)和赤道电极四(19)的支承电压，使得超导球(12)水平方向上的支承刚度同时增加，并且增加赤道电极一(16)和赤道电极三(18)的支承电压，使超导球(12)在x轴上的支承刚度增加，增加赤道电极二(17)和赤道电极四(19)的支承电压使超导球(12)在y轴上的支承刚度增加；所述的超导球(12)在重力方向上的微位移由第一电容电桥电路测量获得；超导球(12)的引线与第一电容电桥电路地电位连接；上电极(13)的引出电线、赤道电极的引出电线和下电极(14)的引出电线与第一电容电桥电路连接；此时，赤道电极作为一个整体电极使用；所述的超导球(12)在水平方向的微位移由第二电容电桥电路测量获得；超导球(12)的引线与第二电容电桥电路地电位连接；赤道电极一(16)的引出电线、赤道电极二(17)的引出电线、赤道电极三(18)的引出电线和赤道电极四(19)的引出电线与第二电容电桥测量电路连接。