CN109862771A - 一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于重力测试领域的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置及方法；装置中超导磁悬浮系统、内屏蔽层和本体加热器均封装于真空腔中，超导磁悬浮系统通过环氧支撑骨架竖直悬挂于真空腔封盖下方，且本体加热器固定于超导磁悬浮系统旁，用于控制磁悬浮球和内屏蔽层的温度，内屏蔽层通过其底部的内屏蔽层底部螺孔栓接于超导磁悬浮系统外围；外屏蔽层通过真空腔外壳底部的外屏蔽层底部螺孔将其栓接于真空腔外壳的外围，外屏蔽层和真空腔外壳置于液氦中。同时还提供了磁屏蔽方法。本发明装置结构简单，方法简便，可以有效的抑制外界磁场的干扰，为超导磁悬浮系统提供稳定的工作环境。

Description

一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置及方法

技术领域

本发明属于重力测试技术领域，具体涉及一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置及方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，科学研究的测量与测试过程中经常需要用到高精密的测量仪器，而超导磁悬浮系统，由于其能耗小，无摩擦损耗，因而具有长期的稳定性，利用其研制的高精度测量仪器，具有稳定性好、能耗小、灵敏度高等特点，在大地测量等领域具有很重要的应用。

为保障超导磁悬浮系统的稳定性，其运行环境的磁场干扰必须被抑制，因此需要对其进行磁屏蔽，以防止外部磁场对其测量精度造成影响。磁屏蔽的方式一般包括主动屏蔽和被动屏蔽，主动屏蔽就是在已经预知干扰信号的情况下，通过施加一与之相反的信号，使其相互抵消，从而达到消除干扰的目的；另一种就是我们经常用到的被动屏蔽，通过使用磁导率较高的软磁材料，将测量部分与外界环境磁场隔开，使测量部分不受外界磁场的干扰。

地球的磁场虽然很微弱，但它无时无刻不在发生着变化，由于超导磁悬浮系统在大地测量中高精度的要求，即使对于地磁场的微小变化也会很敏感，因此必须对地磁场进行屏蔽，通常地磁场需要被抑制其百分之一以下。

因此公开了一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，本磁屏蔽装置针对超导磁悬浮的特点以及超导体的完全抗磁性，利用外层为高磁导率材料，内层为超导材料相结合的屏蔽方式，屏蔽性能将比单一材料大幅提升，足以保证超导磁悬浮系统的稳定性，并且结构简单，容易实现。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，主要包括：超导磁悬浮系统、内屏蔽层、环氧支撑骨架、真空腔封盖、真空腔外壳、真空腔、外屏蔽层和本体加热器，其中真空腔外壳为圆柱形筒状结构，真空腔封盖固接于真空腔外壳的上端开口外，真空腔封盖和真空腔外壳围成真空腔；

超导磁悬浮系统、内屏蔽层和本体加热器均封装于真空腔中，超导磁悬浮系统通过环氧支撑骨架竖直悬挂于真空腔封盖下方，且本体加热器固定于超导磁悬浮系统旁，用于控制磁悬浮球和内屏蔽层的温度，内屏蔽层通过其底部的内屏蔽层底部螺孔栓接于超导磁悬浮系统外围；外屏蔽层通过真空腔外壳底部的外屏蔽层底部螺孔将其栓接于真空腔外壳的外围，外屏蔽层和真空腔外壳置于液氦中。

所述内屏蔽层为圆柱形筒状结构，且厚度为1-5mm，层数为一层或多层；磁悬浮系统位于内屏蔽层高度的1/2以下。

所述外屏蔽层为圆柱形筒状结构，且厚度为1-2mm，层数为一层或多层；磁悬浮系统位于外屏蔽层高度的1/4以下。

所述外屏蔽层的屏蔽效能SE>40dB，其中：

式中：μ_r为无限长圆柱屏蔽筒的相对磁导率，且μ_r＞＞1，R为屏蔽体半径，t为无限长圆柱筒厚度，且t＝b-a，a为无限长圆柱筒的内半径，b为无限长圆柱筒的外半径。

所述超导磁悬浮系统包括上下两个悬浮线圈、上电容极板、下电容极板、中电容极板、磁悬浮球、上屏蔽环、下屏蔽环，其中上下悬浮线圈安装于超导磁悬浮系统的顶部和底部内，且上下悬浮线圈的中心分别装有上屏蔽环和下屏蔽环，上电容极板、中电容极板和下电容极板由上至下顺序安装于上下悬浮线圈之间，且上电容极板、下电容极板和中电容极板中部留有一个用于盛放磁悬浮球的球腔。

所述真空腔封盖上方放置有吸气剂罐和吸气剂加热器，吸气剂罐通过通气管与真空腔相连；吸气剂加热器用于控制吸气剂罐的温度，吸气剂罐内部装有木炭吸附剂，用于吸附和释放氦气。

以及公开了一种基于超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置的磁屏蔽方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)先将装置安装完毕，之后将整个装置置于液氦中，使整个装置冷却至液氦温度；

步骤2)在开始实验之前，必须对外屏蔽层进行退磁，以防外屏蔽层中的剩磁对悬浮磁场的稳定性产生影响，当外屏蔽层退磁完成后，进入步骤3；

步骤3)在液氦温度下，磁悬浮球处于超导状态，将上下悬浮线圈中分别通入适当的电流，此时由于处于超导态的磁悬浮球的迈斯纳效应，在其表面将产生感应电流，当上下悬浮线圈产生的磁场与处于超导态的磁悬浮球产生的感应磁场相互作用的磁悬浮力大于磁悬浮球的重力时，磁悬浮球开始悬浮；

步骤4)通过调整上下悬浮线圈中的电流，使磁悬浮球处于稳定状态，此时即使受到微弱的地磁场变化的影响，也将无法得到准确的重力测量数据，因此需要对外界地磁场进行屏蔽；

步骤5)当磁悬浮球被悬浮起来后，并且磁力梯度也已经调整好之后，磁悬浮球上的磁电流必须被退火，磁悬浮球的退火过程将消除在退火温度以下磁-温曲线的滞后现象。

所述步骤2中对外屏蔽层进行退磁的步骤为：

步骤21)首先，将吸气剂加热器冷却至液氦温度，使其内部的木炭吸附剂吸收真空腔内的绝大部分气体；

步骤22)打开本体加热器，使磁悬浮球和内屏蔽层上升至32K以上，此时，所达到的温度为铌材料安全的超导转变温度，因此装置中所有的超导铌材料都表现为正常态；

步骤23)通过连接外部辅助退磁电路，采用交流退磁的方法，使用一通有交流信号的线圈，从装置外部缓慢通过，多次重复此操作过程，确保外屏蔽层内部的剩磁被完全退掉；

步骤24)退磁操作完成后，磁悬浮球和内屏蔽层的温度应仍在32K以上，若此时温度低于32K，则应再次重复步骤22)和步骤23)以确保退磁操作后磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)的温度均处于32K以上；

步骤25)快速冷却，打开吸气剂加热器使吸气剂罐内部的木炭吸附剂的温度由4.2K上升至50K-60K，在此温度下保持1-2分钟，这将释放吸气剂罐内的所有氦气进入真空腔中，在5-8分钟的时间内，即可将真空腔中的温度降至液氦温度4.2K。

所述步骤23完成后，在装置附近不能移动任何金属或磁性的物体，否则会导致内屏蔽层的超导材料内部出现受困磁通。

所述步骤5中磁悬浮球的退火过程步骤为：

步骤51)进行高温退火，打开吸气剂加热器，使吸气剂罐中的气体释放到真空腔5中；

步骤52)打开本体加热器，使磁悬浮球的温度由4.2K上升至5.2K；

步骤53)关闭本体加热器，使磁悬浮球的温度由5.2K缓慢降至4.2K；

步骤54)最后，关闭吸气剂加热器，使其冷却至4.2K，使吸气剂罐中的吸气剂吸收掉真空腔中的大部分气体，至此，高温退火完成；

步骤55)然后进行低温退火，步骤除步骤52)以外与高温退火的步骤相同，在步骤52)中将磁悬浮球的温度由4.2K上升至4.8K。

本发明的有益效果为：

装置结构简单，方法简便，可以有效的抑制外界磁场的干扰，为超导磁悬浮系统提供稳定的工作环境。

附图说明

图1是本发明超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中内屏蔽层的俯视示意图。

图3是本发明实施例中外屏蔽层的俯视示意图。

图4是对本发明实施例中当外屏蔽层高度和直径不变时外屏蔽层内部中心点处屏蔽效能SE与厚度的关系曲线。

图5是对本发明实施例中当外屏蔽层直径不变时外屏蔽层内部中心点处屏蔽效能SE与高度/直径比值的关系曲线。

图6是对本发明实施例中当外屏蔽层厚度、直径、高度均不变时外屏蔽层中心轴线上各点的屏蔽效能SE与距离底部的高度的关系曲线。

图中：1-超导磁悬浮系统，2-内屏蔽层，3-环氧支撑骨架，4-真空腔封盖，5-真空腔，6-外屏蔽层，7-内屏蔽层底部螺孔，8-外屏蔽层底部螺孔，9-悬浮线圈，10-真空腔外壳，11-中电容极板，12-磁悬浮球，13-上屏蔽环，14-下屏蔽环，15-本体加热器，16-吸气剂罐，17-吸气剂加热器，18-通气管，19-上电容极板，20-下电容极板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1～图3所示的本发明实施例，包括：超导磁悬浮系统1、内屏蔽层2、环氧支撑骨架3、真空腔封盖4、真空腔5、外屏蔽层6、真空腔外壳10、本体加热器15、吸气剂罐16、吸气剂加热器17和通气管18，其中内屏蔽层2、真空腔外壳10、外屏蔽层6均为圆柱形筒状结构；整个超导磁悬浮系统1通过环氧支撑骨架3竖直悬挂于真空腔封盖4下方，真空腔封盖4固接于真空腔外壳10的上端开口外，且真空腔封盖4和真空腔外壳10围成真空腔5；本体加热器15固定于超导磁悬浮系统1旁，用于控制磁悬浮球12和内屏蔽层2的温度，内屏蔽层2通过其底部的内屏蔽层底部螺孔7栓接于超导磁悬浮系统1外围；外屏蔽层6通过真空腔外壳10底部的外屏蔽层底部螺孔8将其栓接于真空腔外壳10的外围，外屏蔽层6和真空腔外壳10置于液氦中。

在本实施例中，内屏蔽层底部螺孔7为一个，外屏蔽层底部螺孔8为四个。

在本实施例中，内屏蔽层2为超导屏蔽层，由超导金属材料铌制成。正常工作中，超导屏蔽层表面将产生感应电流，超导屏蔽层外表面的感应电流可以抵消掉外界的磁场影响。同样，超导屏蔽层内表面感应的电流也可以阻止其内部的悬浮磁场穿透到屏蔽层中。实际使用中，内屏蔽层2的厚度选择范围为1-5mm，磁悬浮系统1应靠近内屏蔽层2的底部，优选地，位于内屏蔽层2高度的1/2以下，并且内屏蔽层2的底部需要与真空腔外壳10的底部留有约5mm的间距，以防两者接触影响磁悬浮系统1中的磁场分布。另外，为达到更理想的屏蔽效果，内屏蔽层2的层数可采用多层。

在本实施例中，外屏蔽层6是由高磁导率材料坡莫合金制成；在实际使用中，外屏蔽层6厚度的选择范围为1-2mm，磁悬浮系统1应靠近外屏蔽层6的底部，优选地，位于外屏蔽层6高度的1/4以下，另外，为达到更理想的屏蔽效果，外屏蔽层6的层数可采用多层。

如图4～图6所示，在正常使用中，外屏蔽层6将初步削弱地磁场，使进入超导磁悬浮系统1内部的磁通实现最小化。通过仿真软件进行计算，当高度和直径不变时，外屏蔽层6的厚度越厚屏蔽效果越好(如图4)；当直径不变时，高度与直径的比值越大屏蔽效果越好(如图5)；当厚度、直径、高度均不变时，超导磁悬浮系统1越靠近外屏蔽层6底部，屏蔽效果越好(如图6)。

磁场屏蔽的原理是使屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻通路，因此外屏蔽层6要选择高磁导率材料，使其对干扰磁场进行分流，使得干扰磁场的磁力线集中于从高磁导率材料的内部通过，从而大大减少被屏蔽区域的磁场强度，评价屏蔽效果的参量为屏蔽效能，其定义式如下：

式中：SE表示屏蔽效能(dB)，H₀与H₁分别表示同一地点无屏蔽体时和加屏蔽体后的磁场强度；

然而，上述屏蔽效能的定义式只能测试屏蔽材料的屏蔽效能，而未给出具体屏蔽参数对屏蔽效能的影响；目前为止，还未有人给出与本发明装置中外屏蔽层6相同形状屏蔽体的屏蔽效能计算公式，但可作为参考的是，无限长磁性材料圆柱腔的静磁屏蔽效能计算公式如下：

式中：μ_r为无限长圆柱屏蔽筒的相对磁导率，且μ_r＞＞1，p＝a²/b²，a、b分别为无限长圆柱筒的内外半径，为更直观的观察屏蔽体厚度、半径对其屏蔽效能的影响，将上式继续进行化简，对于薄壁大口径无限长圆柱筒，上述屏蔽参数对屏蔽效能的影响公式可简化为：

式中：t为无限长圆柱筒厚度(t＝b-a)，R为屏蔽体半径(可近似认为a²≈b²≈R²)。由上式可看出，增加厚度、增大磁导率、减小半径(由于圆柱筒为无限长，因此减小半径相当于增大高度/直径的比值)均会使屏蔽效能增大，仿真结论与理论分析相符。

如图1所示的超导磁悬浮系统1包括上下两个悬浮线圈9、上电容极板19、下电容极板20、中电容极板11、磁悬浮球12、上屏蔽环13、下屏蔽环14，其中上下悬浮线圈9安装于超导磁悬浮系统1的顶部和底部内，且上下悬浮线圈9的中心分别装有上屏蔽环13和下屏蔽环14，上电容极板19、中电容极板11和下电容极板20由上至下顺序安装于上下悬浮线圈9之间，且上电容极板19、中电容极板11和下电容极板20中部留有一个用于盛放磁悬浮球12的球腔；

超导磁悬浮系统1、内屏蔽层2和本体加热器15均封装于真空腔5中。

其中，磁悬浮球12是由超导金属材料铌制成的空心薄壁球，正上方开有极轴孔，用于平衡球内外压力差。

上电容极板19、下电容极板20和中电容极板11都是由超导金属材料铌制成，起到水平方向的屏蔽作用，上电容极板19、下电容极板20和中电容极板11之间用环氧树脂绝缘材料进行隔离。

正常工作中，整个装置应处于液氦中并冷却至液氦温度，将上下悬浮线圈9中通入适当的电流，使悬浮线圈9产生的磁场与磁悬浮球12相互作用的磁悬浮力大于磁悬浮球12的重力，磁悬浮球12开始悬浮，当磁悬浮球12上下移动时，通过测量上电容极板19、下电容极板20与磁悬浮球12之间的电容，即可知道磁悬浮球12的位移。

上屏蔽环13和下屏蔽环14均为超导金属材料铌制成的空心圆环，根据迈斯纳抗磁性原理，可使外界磁场无法从超导屏蔽环内部穿过，进一步起到垂直方向的屏蔽作用，还可增加悬浮系统的稳定性。

吸气剂罐16和吸气剂加热器17置于真空腔封盖4上方，位于真空腔5外，吸气剂罐16通过通气管18与真空腔5相连。

吸气剂加热器17用于控制吸气剂罐16的温度，吸气剂罐16内部装有木炭吸附剂，用于吸附和释放氦气，当打开吸气剂加热器17时，吸气剂罐16内的木炭吸附剂释放出氦气，并通过通气管18进入到真空腔5中，可使真空腔5中的温度迅速降低，当吸气剂加热器17冷却至液氦温度时，吸气剂罐16内的木炭吸附剂通过通气管18快速吸收真空腔5中的氦气，使温度快速稳定。

本实施例所使用的磁屏蔽方法是：

步骤1)先将本实施例安装完毕，之后将整个装置置于液氦中，使整个实施例冷却至液氦温度。

步骤2)在开始实验之前，必须对外屏蔽层6进行退磁，以防外屏蔽层6中的剩磁对悬浮磁场的稳定性产生影响，对外屏蔽层6进行退磁的步骤如下：

步骤21)首先，将吸气剂加热器17冷却至液氦温度，使其内部的木炭吸附剂吸收真空腔5内的绝大部分气体。

步骤22)打开本体加热器15，使磁悬浮球12和内屏蔽层2上升至32K以上，此时，所达到的温度为铌材料安全的超导转变温度，因此装置中所有的超导铌材料都表现为正常态。

步骤23)通过连接外部辅助退磁电路，采用交流退磁的方法，使用一通有交流信号的线圈，从装置外部缓慢通过，多次重复此操作过程，确保外屏蔽层6内部的剩磁被完全退掉。

注意：此步骤完成后，一定不要在装置附近移动任何金属或磁性的物体(如金属椅子、气瓶或扳手等)，否则可能会导致内屏蔽层2的超导材料内部出现受困磁通。

步骤24)退磁操作完成后，磁悬浮球12和内屏蔽层2的温度应仍在32K以上，若此时温度低于32K，则应再次重复步骤22)和步骤23)以确保退磁操作后磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)的温度均处于32K以上。

步骤25)快速冷却，打开吸气剂加热器17使吸气剂罐16内部的木炭吸附剂的温度由4.2K上升至50K-60K，在此温度下保持1-2分钟，这将释放吸气剂罐16内的所有氦气进入真空腔5中，在5-8分钟的时间内，即可将真空腔5中的温度降至液氦温度4.2K，当外屏蔽层6退磁完成后，进入步骤3进行相关实验。

步骤3)在液氦温度下，磁悬浮球12处于超导状态，将上下悬浮线圈9中分别通入适当的电流，此时由于处于超导态的磁悬浮球12的迈斯纳效应，在其表面将产生感应电流，当上下悬浮线圈9产生的磁场与处于超导态的磁悬浮球12产生的感应磁场相互作用的磁悬浮力大于磁悬浮球12的重力时，磁悬浮球12开始悬浮。

步骤4)通过调整上下悬浮线圈9中的电流，使磁悬浮球12处于稳定状态，此时即使受到微弱的地磁场变化的影响，也将无法得到准确的重力测量数据，因此需要对外界地磁场进行屏蔽。

在步骤4中，由高磁导率材料坡莫合金制成的外屏蔽层6可以将外屏蔽层6与其内部空腔中的空气看作为并联磁路，外屏蔽层6由于其高磁导率的性质，使得外界地磁场的磁感应线的绝大部分将沿着外屏蔽层6的壁内通过，而进入其内部空腔的磁通量很少，因此，外屏蔽层6可以屏蔽掉大部分的地磁场。根据简化后屏蔽参数对屏蔽效能的影响公式，并经过仿真计算，外屏蔽层6为单层时，选取适当的尺寸参数很容易屏蔽到地磁场的百分之一以下，即屏蔽效能SE>40dB，若对屏蔽效能有更高的要求，可增加层数或在其内部使用超导屏蔽层进一步屏蔽。

内屏蔽层2为超导金属材料铌制成的超导屏蔽层，在步骤4中，内屏蔽层2为主要的屏蔽层，由于超导体的迈斯纳效应，内屏蔽层2材料内部的磁场强度恒为零，内屏蔽层2的外表面将产生感应电流用来抵消外部磁场的影响，阻止外部的磁感线通过外表面进入材料内部，同样内表面产生的感应电流，将阻止悬浮线圈9产生的悬浮磁场穿透内表面进入到材料内部，因此，内屏蔽层2进一步保证了内部悬浮磁场的稳定性。同样，也可增加层数进一步提高屏蔽效能。

步骤5)当磁悬浮球12已经被悬浮起来，并且磁力梯度也已经调整好之后，磁悬浮球12上的磁电流必须被“退火”，磁悬浮球12的退火过程将消除在退火温度以下磁-温曲线的滞后现象，磁悬浮球12的退火步骤如下：

步骤51)首先，进行高温退火，打开吸气剂加热器17，使吸气剂罐16中的气体释放到真空腔5中。

步骤52)打开本体加热器15，使磁悬浮球12的温度由4.2K上升至5.2K左右。

步骤53)此时，关闭本体加热器15，使磁悬浮球12的温度由5.2K缓慢降至4.2K。

步骤54)最后，关闭吸气剂加热器17，使其冷却至4.2K，使吸气剂罐16中的吸气剂吸收掉真空腔5中的大部分气体，至此，高温退火完成。

步骤55)然后进行低温退火，与高温退火步骤类似，只是在步骤52)中将磁悬浮球12的温度由4.2K上升至4.8K左右。

经过高温退火和低温退火的过程，即可消除了由温度变化引起的悬浮场中的磁滞现象，使其在退火的温度范围内是可重复的。

通过采用上述对超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置和方法，最终很容易将超导磁悬浮系统1处的磁场屏蔽到地磁场的百分之一甚至千分之一以下，即SE>60dB，可以满足磁悬浮系统内部悬浮磁场的稳定性要求。

Claims (10)

1.一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，主要包括：超导磁悬浮系统(1)、内屏蔽层(2)、环氧支撑骨架(3)、真空腔封盖(4)、真空腔外壳(10)、真空腔(5)、外屏蔽层(6)和本体加热器(15)，其中真空腔外壳(10)为圆柱形筒状结构，真空腔封盖(4)固接于真空腔外壳(10)的上端开口外，真空腔封盖(4)和真空腔外壳(10)围成真空腔(5)；

超导磁悬浮系统(1)、内屏蔽层(2)和本体加热器(15)均封装于真空腔(5)中，超导磁悬浮系统(1)通过环氧支撑骨架(3)竖直悬挂于真空腔封盖(4)下方，且本体加热器(15)固定于超导磁悬浮系统(1)旁，用于控制磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)的温度，内屏蔽层(2)通过其底部的内屏蔽层底部螺孔(7)栓接于超导磁悬浮系统(1)外围；外屏蔽层(6)通过真空腔外壳(10)底部的外屏蔽层底部螺孔(8)将其栓接于真空腔外壳(10)的外围，外屏蔽层(6)和真空腔外壳(10)置于液氦中。

2.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，所述内屏蔽层(2)为圆柱形筒状结构，且厚度为1-5mm，层数为一层或多层；磁悬浮系统(1)位于内屏蔽层(2)高度的1/2以下。

3.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，所述外屏蔽层(6)为圆柱形筒状结构，且厚度为1-2mm，层数为一层或多层；磁悬浮系统(1)位于外屏蔽层(6)高度的1/4以下。

4.根据权利要求1或3之一所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，所述外屏蔽层(6)的屏蔽效能SE>40dB，其中：

式中：μ_r为无限长圆柱屏蔽筒的相对磁导率，且μ_r＞＞1，R为屏蔽体半径，t为无限长圆柱筒厚度，且t＝b-a，a为无限长圆柱筒的内半径，b为无限长圆柱筒的外半径。

5.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，所述超导磁悬浮系统(1)包括上下两个悬浮线圈(9)、上电容极板(19)、下电容极板(20)、中电容极板(11)、磁悬浮球(12)、上屏蔽环(13)、下屏蔽环(14)，其中上下悬浮线圈(9)安装于超导磁悬浮系统(1)的顶部和底部内，且上下悬浮线圈(9)的中心分别装有上屏蔽环(13)和下屏蔽环(14)，上电容极板(19)、中电容极板(11)和下电容极板(20)由上至下顺序安装于上下悬浮线圈(9)之间，且上电容极板(19)、下电容极板(20)和中电容极板(11)中部留有一个用于盛放磁悬浮球(12)的球腔。

6.根据权利要求1所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置，其特征在于，所述真空腔封盖(4)上方放置有吸气剂罐(16)和吸气剂加热器(17)，吸气剂罐(16)通过通气管(18)与真空腔(5)相连；吸气剂加热器(17)用于控制吸气剂罐(16)的温度，吸气剂罐(16)内部装有木炭吸附剂，用于吸附和释放氦气。

7.一种基于超导磁悬浮系统的磁屏蔽装置的磁屏蔽方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)先将装置安装完毕，之后将整个装置置于液氦中，使整个装置冷却至液氦温度；

步骤2)在开始实验之前，必须对外屏蔽层(6)进行退磁，以防外屏蔽层(6)中的剩磁对悬浮磁场的稳定性产生影响，当外屏蔽层(6)退磁完成后，进入步骤3；

步骤3)在液氦温度下，磁悬浮球(12)处于超导状态，将上下悬浮线圈(9)中分别通入适当的电流，此时由于处于超导态的磁悬浮球(12)的迈斯纳效应，在其表面将产生感应电流，当上下悬浮线圈(9)产生的磁场与处于超导态的磁悬浮球(12)产生的感应磁场相互作用的磁悬浮力大于磁悬浮球(12)的重力时，磁悬浮球(12)开始悬浮；

步骤4)通过调整上下悬浮线圈(9)中的电流，使磁悬浮球(12)处于稳定状态，此时即使受到微弱的地磁场变化的影响，也将无法得到准确的重力测量数据，因此需要对外界地磁场进行屏蔽；

步骤5)当磁悬浮球(12)被悬浮起来后，并且磁力梯度也已经调整好之后，磁悬浮球(12)上的磁电流必须被退火，磁悬浮球(12)的退火过程将消除在退火温度以下磁-温曲线的滞后现象。

8.根据权利要求7所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽方法，其特征在于，所述步骤2中对外屏蔽层(6)进行退磁的步骤为：

步骤21)首先，将吸气剂加热器(17)冷却至液氦温度，使其内部的木炭吸附剂吸收真空腔(5)内的绝大部分气体；

步骤22)打开本体加热器(15)，使磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)上升至32K以上，此时，所达到的温度为铌材料安全的超导转变温度，因此装置中所有的超导铌材料都表现为正常态；

步骤23)通过连接外部辅助退磁电路，采用交流退磁的方法，使用一通有交流信号的线圈，从装置外部缓慢通过，多次重复此操作过程，确保外屏蔽层(6)内部的剩磁被完全退掉；

步骤24)退磁操作完成后，磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)的温度应仍在32K以上，若此时温度低于32K，则应再次重复步骤22)和步骤23)以确保退磁操作后磁悬浮球(12)和内屏蔽层(2)的温度均处于32K以上；

步骤25)快速冷却，打开吸气剂加热器(17)使吸气剂罐(16)内部的木炭吸附剂的温度由4.2K上升至50K-60K，在此温度下保持1-2分钟，这将释放吸气剂罐(16)内的所有氦气进入真空腔(5)中，在5-8分钟的时间内，即可将真空腔(5)中的温度降至液氦温度4.2K。

9.根据权利要求8所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽方法，其特征在于，所述步骤23完成后，在装置附近不能移动任何金属或磁性的物体，否则会导致内屏蔽层(2)的超导材料内部出现受困磁通。

10.根据权利要求7所述的一种超导磁悬浮系统的磁屏蔽方法，其特征在于，所述步骤5中磁悬浮球(12)的退火过程步骤为：

步骤51)进行高温退火，打开吸气剂加热器(17)，使吸气剂罐(16)中的气体释放到真空腔(5)中；

步骤52)打开本体加热器(15)，使磁悬浮球(12)的温度由4.2K上升至5.2K；

步骤53)关闭本体加热器(15)，使磁悬浮球(12)的温度由5.2K缓慢降至4.2K；

步骤54)最后，关闭吸气剂加热器(17)，使其冷却至4.2K，使吸气剂罐(16)中的吸气剂吸收掉真空腔(5)中的大部分气体，至此，高温退火完成；

步骤55)然后进行低温退火，步骤除步骤52)以外与高温退火的步骤相同，在步骤52)中将磁悬浮球(12)的温度由4.2K上升至4.8K。