CN117410055A - 一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，包括：拉杆组件、旋转调节组件、超导磁体、激光位移传感器、称重传感器、探测靶座、真空杜瓦、刚性支撑座和信号控制端。本发明针对有较高同轴度要求的超导磁体系统，通过数个拉杆组件、旋转调节组件，实现了对超导磁体三维空间姿态的调节，通过数个激光位移传感器和称重传感器，实现了对超导磁体三维空间姿态和拉杆应力状态的实时监测，解决了工况运行过程中和调节过程中超导磁体空间位置不可视化的问题，为从外部监测和调节超导磁体的姿态提供了数据化的指导，提高了调节的效率和准确性。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，尤其涉及一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统。
背景技术
随着超导磁体技术几十年来的发展，从实验室走向国民经济应用的主战场时机日益成熟，无论是在工业应用领域还是科学研究领域，对超导装置的需求都逐年增长，对各类超导磁体设备的性能要求也越发苛刻。本发明主要服务于对磁轴与机械轴有高同轴度要求的超导磁体系统，以实现在超导磁体系统正常工作时，可在室温端调节磁体同轴度，并对超导磁体三维空间姿态和拉杆应力状态进行实时监测。
现有的调节装置一般是指常温端和低温端的连接结构，常见类型有碳纤维式拉杆结构、薄片式拉杆结构和跑道式拉杆结构以及其它结构。现有专利，专利号为：CN116190039的“高密封性调节拉杆及其应用”中提到利用一种高密封性调节拉杆调节超导磁体，来实现超导磁体降温励磁完成后最终匹配室温孔进行同轴度调整。
在实际工程应用中，虽然该类结构可实现同轴度调整，但是由于超导磁体密封在真空杜瓦内部，调节过程中无法精准定位其三维空间位置，导致调节过程缓慢，十分依赖调试人员经验，并且调试结束后无法知道各个拉杆的受力情况，导致拉杆受力不均，造成个别拉杆受力过大，在长期工况运行情况下存在一定安全风险。
此外现有的拉杆通常可以承受较大的拉力，但受到剪切和扭转时极易发生断裂失效，所以在某些振动或加速度较大的特殊工况环境下运行时，还需监测超导磁体的位置变化，避免超导磁体发生较大的位移，对拉杆造成不可逆的损伤。
因此有必要设计一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明公开了一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，解决了调节超导磁体同轴度过程中超导磁体空间位移不可实时反馈、拉杆受力情况未知的问题，为从外部室温端调节超导磁体的姿态提供了数据化的指导，提高了调节的效率和准确性。
为了实现上述目的，本发明采用了一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，包括：
探测靶座、激光位移传感器、真空杜瓦、旋转调节组件、拉杆组件、超导磁体和信号控制端。
所述探测靶座设置于超导磁体上，在水平方向和竖直方向间隔布置；
所述激光位移传感器设置于真空杜瓦上，传感器探头端正对探测靶座；
所述拉杆组件包括碳纤维拉杆、4k过渡套、称重传感器、300k过渡套、300k拉杆及其相应紧固件；
所述旋转调节组件包括球形螺母、球形垫、卡簧和波纹管，安装在真空杜瓦端。
作为上述技术方案的优选，所述探测靶座为由环氧玻璃钢材料加工而成的工字型部件，安装在超导磁体的支撑板上。
作为上述技术方案的优选，所述位移传感器选择常用于工业领域中对厚度、高度、振动等方面可进行高精度、高稳定性和非接触式测量的激光位移传感器，测量精度为0.001mm，激光位移传感器和探测靶座各有4个，成对出现，组成姿态监测装置。
作为上述技术方案的优选，所述旋转调节组件、拉杆组件组成一套悬挂调节装置，一端安装在低温端的超导磁体上，一端安装在高温端的真空杜瓦上。
作为上述技术方案的优选，所述的旋转调节组件、拉杆组件组成的成套悬挂调节装置共有8套，包含8个称重传感器，每个称重传感器的额定载荷为2000kg。
作为上述技术方案的优选，所述拉杆组件中的碳纤维拉杆通过不锈钢过渡件与4k过渡套连接，拉杆与不锈钢过渡件之间用高性能胶粘接成一体。
作为上述技术方案的优选，所述称重传感器两端分别连接4k过渡套和300k过渡套。
作为上述技术方案的优选，所述激光位移传感器和旋转调节组件均安装在真空杜瓦上，传感器的电源线、4路位移信号线和8路拉力信号线经真空杜瓦上的航空插头接口与外部信号控制端相连。
作为上述技术方案的优选，所述真空杜瓦安装在刚性支撑座上。
作为上述技术方案的优选，所述外部信号控制端由运行在PLC上的软件和触摸屏的组态软件组成，具有位移、拉力信息的采集、参数设置、控制命令输入的功能。
本发明达到的技术效果如下：
1、在室温环境中，利用8套悬挂调节装置，可实现磁体同轴度的调整，使其误差不大于0.04mm。
2、在调节磁体同轴度过程中，拉杆的受力状况可通过称重传感器实时显示，可避免部分拉杆受力远大于其余拉杆的状况，延长拉杆使用寿命，提高磁体系统的安全性。
3、在某些振动或加速度较大的特殊工况环境下运行磁体系统时，真空杜瓦内的组件若有发生共振或产生较大的位移趋势，操作人员可通过姿态监测装置及时发现并处理，避免拉杆受到剪切和扭转，造成不可逆的损伤。
附图说明
图1是超导磁体系统结构示意图；
图2是探测靶座在超导磁体上的位置关系图；
图3是悬挂调节装置的剖示图；
图4是超导磁体悬挂状态示意图；
图5是同轴度调节过程示意图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如附图1-5所示，本发明公开了一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，包括有探测靶座1、激光位移传感器2、真空杜瓦3、旋转调节组件5、拉杆组件6、超导磁体7和信号控制端8。所述探测靶座1安装于超导磁体7上，在水平方向和竖直方向间隔布置，用于反射激光位移传感器2发出的激光，实现方位识别。所述激光位移传感器2安装于真空杜瓦3上，传感器探头端正对探测靶座1，用于测量位移信息。所述拉杆组件6包括碳纤维拉杆61、4k过渡套62、称重传感器63、300k过渡套64、300k拉杆65及其相应紧固件，用于悬挂超导磁体7和测量拉杆拉力。所述旋转调节组件5包括球形螺母51、球形垫52、卡簧53和波纹管54，安装在真空杜瓦3端，用于调节磁体组件位置。所述探测靶座1为由环氧玻璃钢材料加工而成的工字型部件，安装在超导磁体7的支撑板上。
在技术方案中，所述位移传感器选择常用于工业领域中对厚度、高度、振动等方面可进行高精度、高稳定性和非接触式测量的激光位移传感器2，测量精度为0.001mm，激光位移传感器2和探测靶座1各有4个，成对出现，P端和S端各安装2对，组成姿态监测装置，实现在同轴度调节过程中和工况运行中对超导磁体7位置变化的实时反馈。所述旋转调节组件5、拉杆组件6组成一套拉杆悬挂调节装置，共有8套，包含8个称重传感器63，每个称重传感器63的额定载荷为2000kg。悬挂调节装置一端安装在低温端的超导磁体7上，一端安装在高温端的真空杜瓦3上，转动高温端位于真空杜瓦3外部旋转调节组件中5的圆形螺母51，即可改变拉杆松紧，调节拉杆有效长度，进而调整磁体同轴度。所述碳纤维拉杆61通过不锈钢过渡件与4k过渡套62连接，拉杆与不锈钢过渡件之间用高性能胶粘接成一体。所述称重传感器63两端分别连接4k过渡套62和300k过渡套64。所述激光位移传感器2和旋转调节组件5均安装在真空杜瓦3上，传感器的电源线、4路位移信号线和8路拉力信号线经真空杜瓦3上的航空插头接口与外部信号控制端8相连。所述真空杜瓦3安装在刚性支撑座4上。所述外部信号控制端8由运行在PLC上的软件和触摸屏的组态软件组成，具有位移、拉力信息的采集、参数设置、控制命令输入的功能。
在超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统中，所述拉杆悬挂调节装置F1、F2、F5、F6安装在超导磁体7的P端，F3、F4、F7、F8安装在S端，当磁体发生偏转，P端的激光位移传感器2测到与探测靶座1之间的距离将会由目标值Xp0变为x1，Yp0变为y1，S端由目标值Xs0变为x2，Ys0变为y2，调节同轴度的目标即通过旋转圆形螺母一定角度使测量值趋近于目标值，并在保证满足精度要求的条件下，尽可能让各称重传感器测得的拉力值相接近。
值得一提的是，本发明涉及的超导磁体、真空杜瓦等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的发明点所在，本发明不做进一步具体展开详述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化，因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，包括：探测靶座(1)、激光位移传感器(2)、真空杜瓦(3)、旋转调节组件(5)、拉杆组件(6)、超导磁体(7)和信号控制端(8)；
所述探测靶座(1)设置于超导磁体(7)上，在水平方向和竖直方向间隔布置；
所述激光位移传感器(2)设置于真空杜瓦(3)上，传感器探头端正对探测靶座(1)；
所述拉杆组件(6)包括碳纤维拉杆(61)、4k过渡套(62)、称重传感器(63)、300k过渡套(64)、300k拉杆(65)及其相应紧固件；
所述旋转调节组件(5)包括球形螺母(51)、球形垫(52)、卡簧(53)和波纹管(54)，安装在真空杜瓦(3)端。
2.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述探测靶座(1)为由环氧玻璃钢材料加工而成的工字型部件，安装在超导磁体(7)的支撑板上。
3.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述激光位移传感器(2)、探测靶座(1)各有4个，成对出现，组成姿态监测装置；所述旋转调节组件(5)、拉杆组件(6)组成一套悬挂调节装置，共有8套。
4.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述拉杆组件(6)中的碳纤维拉杆(61)通过不锈钢过渡件与4k过渡套(62)连接，碳纤维拉杆(61)与不锈钢过渡件之间用高性能胶粘接成一体。
5.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述称重传感器(63)两端分别连接4k过渡套(62)和300k过渡套(64)。
6.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述激光位移传感器(2)和旋转调节组件(5)均安装在真空杜瓦(3)上，传感器的电源线、4路位移信号线和8路拉力信号线经真空杜瓦(3)上的航空插头接口与外部信号控制端(8)相连。
7.根据权利要求6所述的一种用于超导磁体三维空间姿态监测与调节的系统，其特征在于，所述真空杜瓦(3)安装在刚性支撑座(4)上。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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