CN110553680B - 一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，包括热解石墨、磁铁和激光发生器，磁铁水平设置，热解石墨通过自身抗磁性悬浮于磁铁上方，热解石墨包括水平设置的水平薄片和竖直设置的竖直薄片，竖直薄片下端与水平薄片的中部固接，激光发生器水平设于磁铁一侧，激光发生器设有激光发射口，激光发射口水平对准竖直薄片，激光发射口射向竖直薄片的光路垂直于竖直薄片较宽的表面。本发明可以实现足够灵敏且可控的光压对热解石墨的驱动，使光压作用产生宏观可见的运动，有利于开展光压驱动测试研究；在光压驱动测试过程中可以有效减少被驱动物体的物理摩擦，提高了光压驱动测试的准确性。

Description

一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置

技术领域

本发明涉及光压驱动测试领域，特别是涉及一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置。

背景技术

光子具有动量，光压是指光照射在物体上经反射、散射后对物体所产生的作用力。1976年开普勒发现了由于太阳光的辐射光压作用导致彗星的尾巴偏离轨道。自此，光压开始受到科学家的关注。

在光压驱动测试中，光照在承载台上的物体上，驱动物体做线性运动。现有技术存在以下问题：

由于被驱动物体与下方承载台摩擦力较大，需要非常大的驱动力，影响了光压驱动的效果；由于光子动量较小，光压作用一般难以在宏观尺度上被观察到，难于开展光压驱动测试研究；同时，由于激光投射到被驱动物体上的面积较小，物体受到的光压较小，使得光压驱动测试效果不佳，光压驱动测试的可操作性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其能大幅减小被驱动物体做线性运动的摩擦力，提高了光压驱动测试的准确性；使光压作用产生宏观可见的运动，有利于开展光压驱动测试研究；大幅增加被驱动物体的受光面积，增强光压驱动测试效果，提高光压驱动测试的可操作性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，包括热解石墨、磁铁和激光发生器，磁铁水平设置，热解石墨通过自身抗磁性悬浮于磁铁上方，热解石墨包括水平设置的水平薄片和竖直设置的竖直薄片，竖直薄片下端与水平薄片的中部固接，激光发生器水平设于磁铁一侧，激光发生器设有激光发射口，激光发射口水平对准竖直薄片，激光发射口射向竖直薄片的光路垂直于竖直薄片较宽的表面。

进一步，磁铁包括若干环形磁铁，若干环形磁铁同心设置且半径依次缩小。

进一步，磁铁包括若干条形磁铁，若干条形磁铁矩形阵列分布。

进一步，激光发生器包括第一激光发生器和第二激光发生器，第一激光发生器射向竖直薄片的光路与第二激光发生器射向竖直薄片的光路垂直。

进一步，磁铁下方设有升降台，磁铁设于升降台顶面，升降台设有驱使升降台做升降运动的升降装置。

进一步，升降装置包括顶盘、手摇式升降架和底盘，顶盘设于升降台下方，升降架上端铰接于顶盘，升降架下端铰接于底盘。

进一步，升降台设有用于调节升降台水平状态的调平装置，调平装置均布于升降台四周。

进一步，调平装置包括弹簧、螺栓和调平螺母，螺栓竖直贯穿顶盘和升降台，螺栓和调平螺母配合固定顶盘和升降台，弹簧套设于螺栓，弹簧上端抵接于升降台下表面，弹簧下端抵接于顶盘上表面。

进一步，磁铁为铷铁硼磁铁。

进一步，激光发生器为飞秒激光器。

总的说来，本发明具有如下优点：

本发明可以实现足够灵敏且可控的光压对热解石墨的驱动，使光压作用产生宏观可见的运动，有利于开展光压驱动测试研究；通过巧妙地利用热解石墨的抗磁性，使得热解石墨稳定悬浮于磁铁上方，在光压驱动测试过程中可以有效减少被驱动物体的物理摩擦，提高了光压驱动测试的准确性；同时，本发明将热解石墨设计为两个热解石墨薄片正交组合而成，激光作用点在垂直放置的热解石墨薄片表面，可以大幅增加被驱动物体的受光面积，增强光压驱动测试效果，提高光压驱动测试的可操作性。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体结构示意图。

图2为本发明实施例1的前视图。

图3为本发明实施例1去掉激光发生器后另一视角的立体结构示意图。

图4为本发明实施例1去掉激光发生器后的右视图。

图5为本发明实施例1去掉激光发生器后的俯视图。

图6为本发明实施例2去掉激光发生器后的立体结构示意图。

图7为本发明实施例2去掉激光发生器后的俯视图。

图8为本发明实施例中热解石墨的立体结构示意图。

图9为本发明实施例3的俯视图。

图10为本发明实施例1的环型导轨磁铁电磁场分布以及热解石墨受力示意图。

其中图1～图10中包括有：

1——热解石墨；1-1——水平薄片；1-2——竖直薄片；1-3——乳胶；2——磁铁；3——升降台；3-1——扭杆；3-2——调平螺母；3-3——弹簧；4——激光发生器；4-1——第一激光发生器；4-2——第二激光发生器。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1～图5、图9所示，一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，包括热解石墨1、磁铁2和激光发生器4，磁铁2水平设置，热解石墨1通过自身抗磁性悬浮于磁铁2上方，热解石墨1包括水平设置的水平薄片1-1和竖直设置的竖直薄片1-2，竖直薄片1-2下端与水平薄片1-1的中部固接，激光发生器4水平设于磁铁2一侧，激光发生器4设有激光发射口，激光发射口水平对准竖直薄片1-2，激光发射口射向竖直薄片1-2的光路垂直于竖直薄片1-2较宽的表面。

水平设置的水平薄片1-1与下方的磁铁2对应面积最大，能够最大化热解石墨1相对磁铁2的抗磁力，使热解石墨1能够稳定地悬浮在磁铁2上方，有利于测试的稳定性和准确性。激光发射口水平射向竖直薄片1-2的光路垂直于竖直薄片1-2较宽的表面，使得竖直薄片1-2的受光面积最大化，且竖直薄片1-2受力方向垂直于竖直薄片1-2较宽表面，因此受到的光压力最大化，增强了光压驱动测试效果，提高了光压驱动测试的可操作性。

具体地，热解石墨1由两个矩形热解石墨1薄片正交组合而成，即水平放置的热解石墨1薄片和竖直放置的热解石墨1薄片，其中，水平放置的热解石墨1薄片为10mm×5mm的矩形，厚度为50μm，竖直放置的热解石墨1薄片为3×5mm的矩形，厚度为50μm，竖直放置的热解石墨1薄片位于水平放置的热解石墨1薄片的沿纵向的中央位置，两个热解石墨1薄片在接触处通过少量乳胶1-3粘结固定。通过由两个矩形热解石墨1薄片正交组合而成的热解石墨1“帆船”，将激光作用点置于垂直放置的热解石墨1薄片表面上，可以大幅增加被驱动物体的受光面积，测试操作便捷。

如图10所示，为本发明实施例1的环型导轨磁铁电磁场分布以及热解石墨1受力示意图。N是环型导轨磁铁正极，S是环型导轨磁铁负极，f1和f2是热解石墨1受到的磁场力，G是热解石墨1受到的重力。由图可知，热解石墨1受到磁场作用抵消了重力，因而悬浮于磁铁2上方。

磁铁2包括若干环形磁铁，若干环形磁铁同心设置且半径依次缩小。能够实现热解石墨1做不同半径的圆周运动的测试。

具体地，环形磁铁截面形状为5mm×5mm的矩形，各环形磁铁内径由内向外依次为20mm，30mm，40mm，50mm，各环形磁铁的各棱边有倒角，磁铁2的中心中空。

磁铁2下方设有升降台3，磁铁2设于升降台3顶面，升降台3设有驱使升降台3做升降运动的升降装置。通过调整升降台3高度，能够适应不同高度的激光发生器4或者不同高度的热解石墨1，也能够使激光发生器4照射在竖直薄片1-2的不同高度位置，从而得到一系列的测试结果。

升降装置包括顶盘、手摇式升降架和底盘，顶盘设于升降台3下方，升降架上端铰接于顶盘，升降架下端铰接于底盘。手摇式升降架为成熟的现有技术，通过手摇式升降架可以方便调整升降台3高度。

具体地，手摇式升降架下方两侧各设有可伸展或压缩的支杆，两侧支杆上连接有连杆，扭杆3-1转动连接于两连杆，通过扭转扭杆3-1可以实现手动升降台3机构工作面的上升或下降。即当扭杆3-1顺时针扭转时，驱动两连杆互相靠拢，升降台3的工作台面上升；当扭杆3-1逆时针扭转时，驱动两连杆互相远离，升降台3的工作台面下降。升降台3工作台面为110mm×110mm的矩形，升降台3的工作台面的最低高度为80mm，最高高度为130mm。

当然也可以采用其它形式的升降装置，比如伸缩式液压缸驱动或者电机带动齿轮齿条机构等等。

升降台3设有用于调节升降台3水平状态的调平装置，调平装置均布于升降台3四周。通过调平装置能够保证升降台3处于水平状态，其上方的磁铁2也处于水平状态，使得热解石墨1在磁铁2上方只有竖直方向的受力，有利于在光压测试中得到最准确的测试结果。

具体地，调平装置包括弹簧3-3、螺栓和调平螺母3-2，螺栓竖直贯穿顶盘和升降台3，螺栓和调平螺母3-2配合固定顶盘和升降台3，弹簧3-3套设于螺栓，弹簧3-3上端抵接于升降台3下表面，弹簧3-3下端抵接于顶盘上表面。通过调节调平螺母3-2在螺栓上的位置，能够调节升降台3在该位置上的高度。

磁铁2为铷铁硼磁铁。

激光发生器4为飞秒激光器。飞秒激光器是仅以千兆分之一秒左右的超短时间放光的“超短脉冲光”发生装置。采用飞秒激光器照射热解石墨1不仅使热解石墨1表面几乎没有热变质层，而且由于其独特的超短持续时间和超强峰值功率，更容易在测试中做出更精细的控制。

具体地，飞秒激光器外形为200mm×120mm×100mm的长方体，底面对称分布4个直径为12mm、高度为10mm的圆柱体支撑脚，激光发射口外径为8.4mm、内径为3.7mm，位于激光发生器4右侧面。升降台3和激光发生器4的激光发射口处于同一水平面上。激光发生器4的功率和激光频率可调，能够通过调节不同的功率和频率对热解石墨1施加不同的光压力。

在光压驱动测试中，激光发生器4发出的激光照射在竖直放置的热解石墨1薄片表面上，从而产生光压并驱动热解石墨1在环形磁铁上方沿环形磁铁轨道做圆周运动。

实施例2

本实施例与实施例1结构大致相同，不同之处在于：

如图6、图7所示，磁铁2采用直线型导轨磁铁，包括若干条形磁铁，若干条形磁铁矩形阵列分布。

具体地，磁铁2由14块5mm×5mm×70mm的条形铷铁硼磁铁线性排列而成，每块铷铁硼磁铁在接触处的棱边有倒角，热解石墨1可以稳定悬浮于磁铁2上方，并可以沿条形磁铁轨道做直线运动。

在光压驱动测试中，激光发生器4发出的激光照射在竖直放置的热解石墨1薄表面上，从而产生光压并驱动热解石墨1在条形磁铁上方沿条形铷铁硼磁铁轨道做直线运动。

实施例3

本实施例与实施例1结构大致相同，不同之处在于：

如图9所示，激光发生器4包括第一激光发生器4-1和第二激光发生器4-2，分别放置在磁铁2的一侧，比如放置在磁铁2的前方和右方，第一激光发生器4-1射向竖直薄片1-2的光路与第二激光发生器4-2射向竖直薄片1-2的光路垂直。

具体地，第一激光发生器4-1和第二激光发生器4-2位于同一水平面，第一激光发生器4-1可以在左右方向上调整移动，第二激光发生器4-2可以在前后方向上调整移动，第一激光发生器4-1和第二激光发生器4-2可以同时或单独将激光照射在热解石墨1上，给热解石墨1施加不同大小、不同方向的光压，进而控制热解石墨1实现在自身悬浮平面上做匀速圆周运动、速度逐渐增加的圆周运动或者速度时增时减的圆周运动等复杂运动。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：包括热解石墨、磁铁和激光发生器，磁铁水平设置，热解石墨通过自身抗磁性悬浮于磁铁上方，热解石墨包括水平设置的水平薄片和竖直设置的竖直薄片，竖直薄片下端与水平薄片的中部固接，激光发生器水平设于磁铁一侧，激光发生器设有激光发射口，激光发射口水平对准竖直薄片，激光发射口射向竖直薄片的光路垂直于竖直薄片较宽的表面；磁铁下方设有升降台，磁铁设于升降台顶面，升降台设有驱使升降台做升降运动的升降装置，升降台和激光发生器的激光发射口处于同一水平面上，激光发生器的功率和激光频率可调，能够通过调节不同的功率和频率对热解石墨施加不同的光压力，激光发生器包括第一激光发生器和第二激光发生器，分别放置在磁铁的一侧，第一激光发生器射向竖直薄片的光路与第二激光发生器射向竖直薄片 的光路垂直，第一激光发生器和第二激光发生器位于同一水平面，第一激光发生器可以在左右方向上调整移动，第二激光发生器可以在前后方向上调整移动，第一激光发生器和第二激光发生器可以同时或单独将激光照射在热解石墨上，给热解石墨施加不同大小、不同方向的光压。

2.按照权利要求1所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：磁铁包括若干环形磁铁，若干环形磁铁同心设置且半径依次缩小。

3.按照权利要求1所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：磁铁包括若干条形磁铁，若干条形磁铁矩形阵列分布。

4.按照权利要求1所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：升降装置包括顶盘、手摇式升降架和底盘，顶盘设于升降台下方，升降架上端铰接于顶盘，升降架下端铰接于底盘。

5.按照权利要求1所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：升降台设有用于调节升降台水平状态的调平装置，调平装置均布于升降台四周。

6.按照权利要求5所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：调平装置包括弹簧、螺栓和调平螺母，螺栓竖直贯穿顶盘和升降台，螺栓和调平螺母配合固定顶盘和升降台，弹簧套设于螺栓，弹簧上端抵接于升降台下表面，弹簧下端抵接于顶盘上表面。

7.按照权利要求1～6中任意一项所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：磁铁为铷铁硼磁铁。

8.按照权利要求7所述的一种基于抗磁性热解石墨的可光压驱动装置，其特征在于：激光发生器为飞秒激光器。

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