CN113899432B - 一种磁悬浮天平及质量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于物体的质量测量技术，公开了一种磁悬浮天平及质量测量方法，包括：柱形磁悬浮运动执行器，其包括初级线圈、初级永磁体、次级永磁体、固定于次级永磁体的载物托盘；位置测量传感器，其能够实现动子的高精度、非接触测量；配套硬件系统，其包括功放电路、控制器。本发明解决了现有化学样品的质量监测问题，尤其当被检测样本需置于密闭容器内时，本发明可以实现样品质量的非接触检测。本发明采用线圈激励电流反演物体质量，有别于现有磁悬浮天平仅将磁悬浮单元作为质量传递机构，真正实现了测量过程与外界的非接触，便于实现仪器的集成化与小型化，同时实现精密质量计量。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮技术领域和非接触质量测量技术领域,特别是提出一种基于磁悬浮技术的非接触质量测量装置。
背景技术
分析天平包含常量、微量、超微量天平，在使用过程中对测量环境的要求较高，需要在室温、无风、无振动条件下使用；现有常规天平无法实现完全防风、防水、防尘、隔热条件，影响天平的工作精度；为了获得测量的高精度(万分之一以上精度)，需要良好的使用环境。另一方面，分析天平往往需要处理存在毒性、腐蚀性、易燃性、高温、高压等特性的待测样品，需要严格的密封测量条件。为了实现高精度、非接触式测量，提出了一种磁悬浮天平装置。
传统记录天平通常采用机械接触式结构配合应变片，样品质量的变化会导致应变片的电阻或者电容特性发生变化，将这些电学特性转化为电信号进行记录，可以获得被测物体质量。然而这种测量方式无法做到非接触，故在针对高温、高压、腐蚀性化学物体的质量计量场合使用受限，也无法实现这类物品质量的时变监测。
申请号为201620733732.6的中国专利公开了一种磁悬浮天平装置，其采用磁悬浮技术实现重力传递，通过磁悬浮技术实现秤盘芯和磁悬浮托盘的隔离，这种设计结构实现了非接触测量，但仍然采用传统机械结构和测力传感器，为实现高精度，需要严格控制机械装配精确、传感器测量分辨率。申请号为201810320916.3的中国专利公开了一种磁悬浮热天平结构，该装备可以实现样品室与外界的隔离，但该方法使用位移反演被测物体质量，无法保证测量的线性度，且磁悬浮系统与高精度位置测量系统相互独立，很难做到系统的集成化与小型化。
以德国Rubotherm公司为代表的现有商业产品中，其设计的磁悬浮热重分析仪采用和本设计类似的下拉式磁悬浮系统，然后其依旧采用外接定子端位移量转化为电量的传统天平设计方法，为了达到测量的高精度，需要复杂的调校与昂贵的应变传感器，且其使用的位置传感器测量精度有限，测量过程中的悬浮部件的位置偏移也会引入一定的测量不确定性。
发明内容
本申请实施例通过一种磁悬浮天平设计方法，解决了现有技术中无法低成本实现物料非接触、高精度测量问题，并能实现物料在反应过程中的质量监测。
为实现上述目的，本发明设计的高精度磁悬浮天平包括
磁悬浮运动执行器：即用于提供浮力抵消被测物体重力的执行器，采用圆柱形，包括固定初级部件、与固定初级部件保持吸引状态的运动次级部件，以及通过连接机构与运动次级部件连接固定的天平托盘。
传感系统；用于获得磁悬浮天平动子位置。
硬件部分；包含控制器和功放电路，控制器用于执行控制算法，根据动子位置计算相应的信号实现稳定悬浮；功放电路在控制信号作用下输出稳定的电流信号，同时功放电路包含电流检测模块，用于测量线圈的激励电流以分析被测物体质量。
在上述的一种磁悬浮天平，还包括天平支撑架和密封腔，固定初级部件包括初级线圈以及设置在初级线圈内的初级永磁体，天平支撑架设置相应的螺纹孔用于安装初级线圈座，固定初级部件固定在初级线圈座上；密封腔安装在线圈座正下方，运动次级部件包括放置于密封腔内的次级永磁体，所述次级永磁体通过连接机构与天平托盘固定连接。
在上述的一种磁悬浮天平，天平支撑架顶部开有线圈座通光孔，在初级线圈座的轴线上开有与线圈座通光孔同轴的通光孔，其为台阶孔，台阶孔的最大直径处放置初级永磁体，初级永磁体为中空磁环，用于进行激光干涉测量的激光光束通过通光孔、中空磁环、线圈座通光孔照射至运动次级反光镜进行位置测量。线圈绕制完成后，与安装座胶缝，两者为过渡配合，柱形磁环与安装座过盈配合
在上述的一种磁悬浮天平，连接机构包括运动次级吊杆，次级永磁体安装于运动次级吊杆内，通过螺孔连接转接台阶轴，再通过托盘连接杆连接天平托盘；运动次级吊杆在顶部开有台阶孔，次级永磁体通过过赢配合压入吊杆，转接件通过螺纹孔安装在运动次级吊杆上，转接杆的直径小于吊杆；在密封腔的中段存在一个隔断层，隔断层中间带有圆形通孔，该通孔的直径略小于吊杆下半段直径，该隔断层可作为限位装置。在系统未启动时，吊杆放置在限位装置上，天平托盘通过连接杆安装在转接件上，连接杆、转接件、天平托盘通过螺纹连接。
在上述的一种磁悬浮天平，运动次级吊杆分为上半段和下半段，两者通过螺杆、螺孔连接，可产生通光狭缝。
在上述的一种磁悬浮天平，密封腔底部设有进气口和出气口，用于通入反应气体进行化学反应。
在上述的一种磁悬浮天平，传感系统包括光源，光源安装在支架上，发出光信号经过通光狭缝的遮挡，照射到光敏位置器件上，光敏位置器件和遮光罩均安装在天平支撑架上，运动次级运动时，通光狭缝也将改变光照射在光敏器件上的位置，光敏器件输出变化的电信号以实现测量；
在上述的一种磁悬浮天平，传感系统还包括激光干涉仪，激光干涉仪发出的干涉激光水平出射，通过直角反射镜向下，通过通光孔和线圈座通光孔，照射到位于运动次级永磁体上方的反射镜上，沿原光路返回，形成干涉进行位置高精度测量。
在上述的一种磁悬浮天平，所述功放电路包括温度传感器、同时与温度传感器和控制器连接的模拟数据采集卡、与模拟数据采集卡连接的差分放大器、与控制器连接的模拟量产生卡、与模拟量产生卡连接的功率放大器、与功率放大器连接的电压放大器、与差分放大器两路输出并联的采样电阻、以及与电压放大器连接的反馈电阻，采样电阻的一端还与功率放大器输出连接；初级线圈的激励电流由功率放大器提供，同时，悬浮时的电流经过采样电阻转化为电压信号，再经由差分放大器，通过数据采集卡输入控制器，电流测量值被测物体的质量变化。
一种磁悬浮天平的测量方法，其特征在于，包括：
初级定位测量：包括吊杆上的通光狭缝、光源、光敏器件、电流-电压转换器、数据采集卡以及控制器，系统上电后光源照射出的光信号经过通光狭缝照射至光敏器件，光敏器件输出电流信号，通过电流-电压转换器获得电压信号被数据采集卡收集至控制器，根据光敏器件的不同特性，在控制器中设计相应的转换函数反演天平动子竖直，并对计算结果进行低通滤波处理，以提高控制信号信噪比，并提升悬浮天平的定位分辨率。高级定位测量：包括激光干涉仪、反光镜、脉冲计数器以及控制器，当磁悬浮天平基于粗定位实现稳定悬浮后，启动精定位测量，以当前粗定位输出结果为原点，悬浮吊杆运动带动反光镜运动，干涉仪输出脉冲信号被脉冲计数器采集，控制器通过对脉冲计数获得磁悬浮天平悬浮托盘的纳米级精确位置，并将该位置用于位置反馈实现闭环控制。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在本申请实施例中，提供的磁悬浮天平系统主要包括磁悬浮单元、传感器单元、硬件系统与主控单元；磁悬浮单元包含固定初级与运动次级，初级包含柱形线圈与永磁体，次级为柱形永磁体，载物托盘和相关连接结构降低了运动次级的中心使其可以实现稳定的悬吊悬浮；传感器单元实现悬浮部件的非接触绝对位置测量，并以毫秒级的采样速率将位置信息传至主控单元；主控单元包含控制器与电流放大器，通过位置传感器反馈回来的位置信息，控制器通过电流放大器产生相应的激励电流使动子稳定悬浮；功率放大器内部带有高精度电流测量模块。通过分析励磁电流数据，可以反映被测样品的质量，同时保证测量过程中被测样品与外界始终保持非接触状态。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的磁悬浮天平总体结构图。
图2为本发明实施例提供的用于磁悬浮天平的磁悬浮运动执行器爆炸视图；
图3为本发明实施例中磁悬浮天平运动次级的分解结构示意图。
图4为本发明实施例中用于精定位的激光干涉测量单元。
图5为本发明实施例中基于光敏器件实现动子粗定位的测量单元。
图6为本发明实施例中的硬件系统结构框图。
其中，1-天平支撑架、10-光源定位孔、11-光敏器件安装架、12-反射镜支撑架、13-激光通光孔；
2-密封腔、20-进气口、21-出气口、22-限位装置；
301-初级线圈座、302-柱形线圈、303-初级永磁体、304-线圈座通光孔、305-运动次级吊杆、306-次级永磁体、307-台阶轴固定螺孔、308-托盘连接杆、309-天平托盘、310-被测物品、311-转接台阶轴；
41-激光干涉仪、42-直角反射镜、43-运动次级反射镜、44-光源、45-通光狭缝、46-位置敏感器件、47-遮光罩、48-吊杆上半段、49-吊杆下半段、410-激光光束；
501-控制器、502-模拟量产生卡、503-数据采集卡、504-功率放大器、505-电压放大器、506-反馈电阻、507-采样电阻、508-等效线圈、509-差分放大、510-温度传感器。
具体实施方式
本发明提供一种磁悬浮天平中磁悬浮系统设计方法及质量测量方法，通过磁力将被测样品随运动次级悬浮在密闭容器内，使用非接触式传感器测量磁悬浮天平动子的悬浮高度，通过运动控制算法实现磁悬浮动子的稳定悬浮，通过励磁电流的大小反映被测样品的质量，悬浮测量过程中，励磁电流的变化也能反映被测样品的质量变化趋势。
本发明提供的一种精密磁悬浮天平系统，主要涉及三部分，分别是：
(1)磁悬浮运动执行器：即用于提供浮力抵消被测物体重力的执行器，采用圆柱形设计结构，固定初级为柱形永磁体和线圈绕组，运动次级为柱形永磁体、天平托盘和相关连接机构，初级、次级上的永磁体保持吸引状态，该结构有效避免了磁悬浮系统可能产生的翻滚，通过改变线圈绕组上的激励电流，可以使天平悬浮至固定位置。
(2)传感系统；主要包含用于获得磁悬浮天平动子位置的测量单元，该传感系统具有高精度、非接触、高采样率特性，便于与主控系统进行数据交互，形成闭环控制。
(3)硬件部分；包含控制器和功放电路，控制器用于执行控制算法，根据动子位置计算相应的信号实现稳定悬浮；功放电路在控制信号作用下输出稳定的电流信号，同时功放电路包含电流检测模块，用于测量线圈的激励电流以分析被测物体质量。
本发明所述第一部分是磁悬浮天平的磁悬浮结构本体。运动执行器本体为中心对称的圆柱形结构，设计人员可根据天平的测量范围实际需求，更改线圈匝数、尺寸以及永磁体剩磁、尺寸。在固定初级设置永磁体是设计的关键，其可以产生沿直径方向向内的磁力，保证动子不会翻滚，从而实现稳定悬浮。运动执行器采用一种悬吊式结构，载物托盘通过相应的机械结构与次级永磁体保持相对固定。测量过程中，运动次级在密闭空间中稳定悬浮，与外界始终保持非接触状态。
本发明所述第二部分是磁悬浮天平的传感器系统，使用位移传感器实现运动次级的定位，并考虑到位置测量精度直接决定质量测量精度，使用激光干涉测量方法进行精确测量；另外，永磁体下部需要放置托盘搭载样品，本系统的传感器系统设置在动子的上部，位置敏感器件、电涡流传感器、电容传感器、激光位移传感器均可用于本系统进行粗定位。
本发明所述第三部分是磁悬浮天平的硬件部分，包括控制器与功率放大器。控制器可以采集传感器输出的位置信号，通过相应的控制算法获得控制信号，控制信号以驱动电压的形式输出至功率放大器，为了稳定线圈电流，功率放大器带有电流环，使输入电压与输出电流满足比例关系。另外，功率放大器内置高精度电流检测模块，可供控制器采集，用于反演被测样品质量。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本实施例提供了一种磁悬浮天平的组装方法，如图1所示，包括：天平支撑架1、密封腔2、磁悬浮运动执行器中的初级线圈301、初级永磁体303、次级永磁体306、用于精定位的激光干涉仪41、用于粗定位的光敏位置器件46；所述天平支撑架与密封腔相互独立，运动执行器的动子部件均置于密封腔内，干涉仪独立于支撑架和密封腔安装，其光路需要调校以实现干涉测量，通过硬件系统获得电流数据反演质量。
具体的，所述天平支撑架1设置相应的螺纹孔用于安装初级线圈座301，线圈座内胶封有柱形线圈302，初级永磁体303；独立于天平支撑架，密封腔2安装在线圈座正下方，次级永磁体306放置于密封腔内，永磁体安装于运动次级吊杆305内，通过螺孔307连接转接台阶轴311，再通过托盘连接杆308连接天平托盘309，被测物品310放置于托盘内；如果需要监测化学反应的质量变化，可以通过进气口20和出气口21通入反应气体进行化学反应。
具体的，所述天平支撑架1设置有相应的螺纹孔用于安装传感系统相关部件，光源44安装在支架上，发出光信号经过通光狭缝45的遮挡，照射到光敏位置器件46上，光敏位置器件46和遮光罩47均安装在天平支撑架1上，运动次级运动时，通光狭缝45也将改变光照射在光敏器件上的位置，光敏器件输出变化的电信号以实现测量；另外，为了进一步提高位置测量精度，激光干涉仪41也可以测量运动次级高度，干涉激光410水平出射，通过直角反射镜42向下，通过通光孔13和304，照射到位于运动次级永磁体上方的反射镜43上，沿原光路返回，形成干涉进行位置高精度测量。
具体的，初级线圈302的激励电流由功率放大器504提供，同时，悬浮时的电流经过采样电阻507转化为电压信号，再经由差分放大509，通过数据采集卡503输入控制器501，电流测量值反映被测物体的质量变化。
具体的，所述磁悬浮执行单元中的定子、动子永磁体优选地采用钕铁硼永磁材料，定子线圈绕组优选地采用铜芯漆包线。所述磁悬浮天平框架优选地采用无磁性材料进行加工与装配，如铝合金、铜合金等。所述密封容器优选地采用玻璃钢材料制成。玻璃钢材料具有廉价，耐高压，耐腐蚀和化学稳定的优点，能够适应所述密闭容器的实验需求，从而有效地降低组件成本。
下面对本发明做进一步的说明。
首先，对磁悬浮天平系统和配套传感器系统的装配做进一步说明。
如图1所示，天平支撑架1、密封腔2、激光干涉仪41独立安装，可以将它们安装在统一的光学平台上。支撑架1可以由多个相互独立的铝合金平板，通过相应的螺纹连接而成。支撑架1上面有多组螺纹孔，用于安装磁悬浮运动执行器初级和相应的传感器系统部件。在支撑架顶板上，安装线圈座301，其为磁悬浮运动执行器固定初级的主体结构。
如图2所示磁悬浮运动执行器初级的爆炸视图，该线圈座为圆柱形在线圈座的轴线上，开有通光孔304，其为台阶孔，直径较大处放置初级柱形永磁体303，永磁体303为中空磁环，用于进行激光干涉测量的激光光束可通过通光孔304、中空磁环303、线圈座通光孔13照射至运动次级反光镜43进行位置测量。线圈302绕制完成后，与安装座301胶缝，两者为过渡配合，柱形磁环303与安装座过盈配合。用于绕制线圈的漆包线引出至硬件系统，获得激励电流。
如图3所示磁悬浮运动执行器运动次级结构示意图，运动次级吊杆305在顶部开有台阶孔，永磁体306通过过赢配合压入吊杆，转接件311通过螺纹孔307安装在吊杆305上，转接杆311的直径小于吊杆305，在系统未启动时，吊杆可以放置在限位装置22上，这样可保证磁悬浮天平开机后动子迅速进入工作状态。磁悬浮天平托盘309通过连接杆308安装在转接件311上，连接杆、转接件、天平托盘通过螺纹连接。
密封腔2上存在限位装置22，在安装磁悬浮天平运动次级时，次级吊杆305、永磁体306，反光镜43先装配，转接件311、天平托盘309、连杆310再装配，最后将限位装置22安置在吊杆与连接件之间，最后将限位装置22安装至密封腔内。限位装置22在密封腔2内的位置十分关键，限位装置22的位置决定了运动次级的静态位置。设置其位置时需要让初级、次级永磁体见产生的吸力略小于动子质量，这样，可以让天平启动后，动子离开限位装置时，功放电路输出电流约等于0。让磁悬浮天平工作在激励电流为0的状态可以有效降低系统功耗，减小硬件电路温度漂移对质量测量的影响。
其次，对磁悬浮天平中位置传感系统进行进一步说明。
本磁悬浮天平的原理是将被测物体悬浮至固定位置，因此，磁悬浮系统运动次级的悬浮高度需要精确控制。使用激光干涉测量获得磁悬浮运动次级的位置。然而，激光干涉测量是一种测量相对位移的方法，故需要使用一种绝对位置测量传感器进行粗定位。本方案使用位置敏感器件进行粗定位。
激光干涉测量部分如图4所示，激光干涉仪41可以采用商业干涉仪，为了实现磁悬浮运动次级的位置测量，使用直角反射镜42改变激光410方向，激光通过反射镜座12、通光孔13、线圈座通光孔304，照射到磁悬浮运动次级上的反光镜43上实现测量。用于粗定位的位置测量系统如图5所示，光源44发出白光，通过磁悬浮吊杆305中的通光狭缝45，照射到位置敏感器件46上。为了避免环境光的影响，位置敏感器件46安置在遮光罩47内。可以将吊杆305分为上半段48和下半段49，两者通过螺杆、螺孔连接，可产生通光狭缝，合理设计螺孔和螺杆的长度，可以形成宽度指定的通光狭缝。
本系统所采用的测量手段需要满足实时性要求，否则难以实现磁悬浮系统的稳定悬浮。需要说明的是，可以采用现有的商用激光、涡流、电容等传感器实现绝对位置测量，在这种情况下，需要对悬浮吊杆形状进行修改。
最后，对硬件系统的工作过程进一步说明。
磁悬浮天平硬件系统的典型设计方案如图6所示。系统上电后，用作光源的发光二极管515产生可见光，透过吊杆上的通光45照射在位置敏感器件(PSD)514上产生电流信号，电流信号通过电流-电压转换电路513转换为电压信号，通过模拟数据采集卡503获得，并输入至控制器501，控制器进行相应的数据处理获得位置信息，通过闭环控制算法计算驱动电流值，将磁悬浮天平托盘悬浮至指定位置。驱动电流需要功率放大器504提供。功率放大器的输入电压与初级线圈305上的激励电流成比例关系，为了提高功放电路的控制精度，电路中引入了电流环反馈环节。电流环机构包含反馈电阻506和放大器505。
在磁悬浮系统稳定悬浮后，通过激光干涉测长仪获得天平托盘位置。在传感器系统切换时刻，以当前粗定位系统输出的位置测量结果为零点。之后，当次级吊杆305运动时，带动反光镜43运动，激光干涉仪512将输出脉冲信号，通过脉冲计数器511输入控制器，控制器可以计算出当前的精确位置，其具有纳米级定位精度。该位置测量结果将用于磁悬浮天平的闭环悬浮控制。
为了获得足够的输出功率同时保证系统的工作精度，功放芯片504需要满足输出功率、电流稳定度、带宽等相关指标。为了实现驱动电流的高精度测量，使用采样电阻507将励磁电流转化为电压，然后经过差分放大509，该差分放大器需要具有高共模抑制比和低温度漂移。差分放大器输出电压通过模数转化卡503被控制器501获得。同时，硬件系统还设置有温度传感器510，温度数据用于补偿电流数据。电流数据读入控制器501后，还需要进行智能滤波处理。
除此之外，控制器501还需要运行控制算法保证磁悬浮天平动子的稳定悬浮。在本设计方案中，使用状态反馈并加入位置信号的误差积分设计控制器，从而实现无静差的稳定悬浮。系统获得的电流数据，通过乘以比例因子，反应最终的测量质量。
综上，本发明提供的磁悬浮天平设计结构主要包含磁悬浮运动执行器本体、传感器系统、硬件系统三部分。为了保证磁悬浮天平的测量精度，需要传感器系统获得悬浮动子的精确位置并且不产生漂移。硬件系统通过相应的控制算法。当磁悬浮天平托盘悬浮在固定高度时，被测重物质量和驱动电流成正比。通过硬件系统测量励磁线圈的激励电流，完成最终的质量测量。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种磁悬浮天平，其特征在于,包括:
磁悬浮运动执行器：即用于提供浮力抵消被测物体重力的执行器，采用圆柱形，包括固定初级部件、与固定初级部件保持吸引状态的运动次级部件，以及通过连接机构与运动次级部件连接固定的天平托盘；
传感系统；用于获得磁悬浮天平动子位置；
硬件部分；包含控制器和功放电路，控制器用于执行控制算法，根据动子位置计算相应的信号实现稳定悬浮；功放电路在控制信号作用下输出稳定的电流信号，同时功放电路包含电流检测模块，用于测量线圈的激励电流以分析被测物体质量；
还包括天平支撑架和密封腔，固定初级部件包括初级线圈以及设置在初级线圈内的初级永磁体，天平支撑架设置相应的螺纹孔用于安装初级线圈座，固定初级部件固定在初级线圈座上；密封腔安装在线圈座正下方，运动次级部件包括放置于密封腔内的次级永磁体，所述次级永磁体通过连接机构与天平托盘固定连接；
天平支撑架顶部开有线圈座通光孔，在初级线圈座的轴线上开有与线圈座通光孔同轴的通光孔，其为台阶孔，台阶孔的最大直径处放置初级永磁体，初级永磁体为中空磁环，用于进行激光干涉测量的激光光束通过通光孔、中空磁环、线圈座通光孔照射至运动次级反光镜进行位置测量，线圈绕制完成后，与安装座胶缝，两者为过渡配合，柱形磁环与安装座过盈配合。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，连接机构包括运动次级吊杆，次级永磁体安装于运动次级吊杆内，通过螺孔连接转接台阶轴，再通过托盘连接杆连接天平托盘；运动次级吊杆在顶部开有台阶孔，次级永磁体通过过赢配合压入吊杆，转接件通过螺纹孔安装在运动次级吊杆上，转接杆的直径小于吊杆；在密封腔的中段存在一个隔断层，隔断层中间带有圆形通孔，该通孔的直径小于吊杆下半段直径，使吊杆能够放置在该隔断层上，该隔断层作为限位装置，在系统未启动时，吊杆放置在限位装置上，天平托盘通过连接杆安装在转接件上，连接杆、转接件、天平托盘通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，运动次级吊杆分为上半段和下半段，两者通过螺杆、螺孔连接，可产生通光狭缝。
4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，密封腔底部设有进气口和出气口，用于通入反应气体进行化学反应。
5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，传感系统包括光源，光源安装在支架上，发出光信号经过通光狭缝的遮挡，照射到光敏位置器件上，光敏位置器件和遮光罩均安装在天平支撑架上，运动次级运动时，通光狭缝也将改变光照射在光敏器件上的位置，光敏器件输出变化的电信号以实现测量。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，传感系统还包括激光干涉仪，激光干涉仪发出的干涉激光水平出射，通过直角反射镜向下，通过通光孔和线圈座通光孔，照射到位于运动次级永磁体上方的反射镜上，沿原光路返回，形成干涉进行位置高精度测量。
7.根据权利要求1所述的一种磁悬浮天平，其特征在于，所述功放电路包括温度传感器、同时与温度传感器和控制器连接的模拟数据采集卡、与模拟数据采集卡连接的差分放大器、与控制器连接的模拟量产生卡、与模拟量产生卡连接的功率放大器、与功率放大器连接的电压放大器、与差分放大器两路输出并联的采样电阻、以及与电压放大器连接的反馈电阻，模拟量产生卡的输出端接功率放大器正向输入；采样电阻的一端还与功率放大器输出连接；初级线圈的激励电流由功率放大器提供，同时，悬浮时流过线圈的电流量电流经过采样电阻转化为电压信号，再经由差分放大器，通过数据采集卡输入控制器，电流测量值反映被测物体的质量变化。
8.一种适用于权利要求1所述磁悬浮天平的测量方法，其特征在于，包括：
粗定位测量：包括吊杆上的通光狭缝、光源、光敏器件、电流-电压转换器、数据采集卡以及控制器，系统上电后光源照射出的光信号经过通光狭缝照射至光敏器件，光敏器件输出电流信号，通过电流-电压转换器获得电压信号被数据采集卡收集至控制器，根据光敏器件的不同特性，在控制器中设计相应的转换函数反演天平动子竖直位置，并对计算结果进行低通滤波处理，以提高控制信号信噪比，并提升悬浮天平的定位分辨率；
精定位测量：包括激光干涉仪、反光镜、脉冲计数器以及控制器，当磁悬浮天平基于粗定位实现稳定悬浮后，启动精定位测量，以当前粗定位输出结果为原点，悬浮吊杆运动带动反光镜运动，干涉仪输出脉冲信号被脉冲计数器采集，控制器通过对脉冲计数获得磁悬浮天平悬浮托盘的纳米级精确位置，并将该位置用于位置反馈实现闭环控制。
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