СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТНЫЙ ПОДВЕС Российский патент 1996 года по МПК G01C19/24 

Изобретение относится к прецизионному приборостроению и может быть использовано для виброизоляции криогенных чувствительных элементов, предназначенных для навигационных систем и систем управления движущимися объектами.

Известен сверхпроводящий магнитный подвес, содержащий не менее одной сверхпроводящей короткозамкнутой катушки с незатухающим током, сверхпроводящее тело, установленное в механических подшипниках.

Недостатком этого устройства является наличие механических подшипников и значительная жесткость подвеса.

Известен сверхпроводящий магнитный подвес, содержащий не менее одной сверхпроводящей короткозамкнутой катушки с незатухающим током, сверхпроводящее тело, установленное в центрирующем подвесе, и датчик положения, измеряющий смещение сверхпроводящего тела под действием ускорения.

Недостатком этого подвеса является значительная жесткость подвеса.

Целью изобретения является повышение виброизолирующих свойств подвеса путем уменьшения его жесткости.

Указанная цель достигается тем, что в сверхпроводящий магнитный подвес, содержащий корпус, сверхпроводящее тело, центрирующий подвес, в котором расположено сверхпроводящее тело, сверхпроводящую короткозамкнутую катушку, датчик положения сверхпроводящего тела, введены подвижное основание из сверхпроводящего материала с центрирующим подвесом, сверхпроводящая катушка, усилитель с постоянной времени в диапазоне 1-100 с, при этом сверхпроводящая короткозамкнутая катушка жестко закреплена на подвижном основании, установленном соосно ей в корпусе на центрирующем подвесе, сверхпроводящая катушка жестко закреплена на корпусе под подвижным основанием и соосна ему, при этом выход датчика положения сверхпроводящего тела через усилитель с постоянной времени, преимущественно 1-100 с, соединен с обмоткой сверхпроводящей катушки. Кроме того, для компенсации постоянной составляющей ускорения в сверхпроводящий магнитный подвес введен закрепленный на корпусе и расположенный между подвижным основанием и сверхпроводящей катушкой трансформатор магнитного потока со сверхпроводящим выключателем;
На фиг. 1 изображена принципиальная схема сверхпроводящего подвеса со сверхпроводящим подвижным основанием и неподвижной катушкой; на фиг.2 принципиальная схема подвеса с дополнительным трансформатором.

Сверхпроводящий магнитный подвес содержит корпус 1, неподвижную сверхпроводящую катушку 2, подвижное сверхпроводящее основание 3, короткозамкнутую сверхпроводящую катушку 4, сверхпроводящее тело 5, виброизолируемый прибор 6, центрирующий подвес подвижного основания 7, датчик положения 8, усилитель 9, трансформатор потока 10 и выключатель сверхпроводимости 11.

Работает устройство следующим образом.

Устройство помещается в криостат системы охлаждения (на чертеже не показано) и все элементы охлаждаются до температуры сверхпроводимости. В сверхпроводящую короткозамкнутую катушку 4 вводят ток. Для этого включают выключатель сверхпроводимости и разрушают сверхпроводимость катушки 4 в одном месте. Подключают концы катушки к источнику питания (на чертеже не показано) и вводят ток в катушку. Выключают выключатель сверхпроводимости, захватывают ток в катушке, отключают источник питания. При вводе тока в катушку 4 поднимается сверхпроводящее тело 5 с прибором 6 за счет эффекта Мейснера. Включают усилитель 9, датчик положения 8 и ток с выхода усилителя течет через катушку 2. Усилитель 9 может содержать необходимые для повышения качества работы подвеса корректирующие звенья (например, интегратор, дифференциатор, постоянные времени и т.п.). Магнитный поток катушки 2 перемещает подвижное основание 3 вместе с катушкой 4. Это, в свою очередь, перемещает сверхпроводящее тело 5 с прибором 6. Предположим, что все это происходит при постоянном ускорении. Пусть ускорение вдоль оси подвеса увеличится, тогда, т. к. поток катушки 4 неизменен, сверхпроводящее тело 5 опустится на величину Х. Это приводит к изменению сигнала с датчика положения. Пусть усилитель будет отрегулирован так, что при этом ток на его выходе начнет медленно (с постоянной времени усилителя) уменьшаться. Уменьшение тока в катушке 2 приведет к перемещению вниз основания 3 с катушкой 4. При этом следом за катушкой будет опускаться сверхпроводящее тело 5 (относительное положение основания 3 и сверхпроводящего тела 5 не меняется и не меняется сигнал с датчика положения). Смещение у сверхпроводящего тела 5 относительно корпуса 1 может быть больше, чем смещение X проводящего тела 5 относительно катушки 4. Т.е. при действии изменения ускорения получим дополнительное перемещение Y больше, чем первоначальное Х. А это значит, что жесткость подвеса (или собственная частота) меньше, чем у ближайшего аналога.

На фиг.2 показан трансформатор потока 10. В этом варианте после охлаждения устройства отключают катушку 2 от усилителя и подключают к отдельному источнику питания. Вводят ток в катушку и перемещают основание 3 с установленными на нем катушкой 4, сверхпроводящим телом 5 и прибором 6 в условное нулевое положение, например такое, чтобы после замораживания тока в трансформаторе потока центрирующий подвес 7 был в ненапряженном состоянии (т.е. в своем нулевом положении). Затем включают и выключают выключатель сверхпроводимости 11 и разрушают в одном месте сверхпроводимость контура трансформатора потока, которая вновь замыкается и захватывает незатухающий ток в трансформаторе потока 10. Затем вводят ток в катушку 4, включают датчик положения 8 и усилитель 9 и подключают катушку 2 к усилителю 9. В этой схеме в начальном положении, при котором замораживается ток в трансфоpматоре потока, ток в катушке 2 будет равен нулю (основание 3 удерживается потоком верхней катушки трансформатора потока).

При измерении ускорения поток катушки 2 добавляется (или вычитается) из потока трансформатора потока, что ведет к перемещению основания 3, при этом ток от усилителя будет значительно меньше, чем в первом варианте, он будет пропорционален только изменению ускорения от начального значения.

Движение основания 3 прекратится, когда сила веса основания 3 и установленных на них катушки 4, сверхпроводящего тела 5, прибора 6, датчика положения 8 урановесится магнитной силой, создаваемой катушкой 4 (или трансформатором потока 10 и катушкой 4).

Использование: в прецизионном приборостроении для виброизоляции криогенных чувствительных элементов, предназначенных для навигационных систем и систем управления движущимися объектами, при этом достигается повышение виброизолирующих свойств подвеса путем уменьшения его жесткости. Сущность: содержит корпус, неподвижную сверхпроводящую катушку, подвижное сверхпроводящее основание, короткозамкнутую сверхпроводящую катушку, сверхпроводящее тело, виброизолируемый прибор, центрирующий подвес подвижного основания, датчик положения, усилитель, трансформатор потока, выключатель сверхпроводимости. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАГНИТНЫЙ ПОДВЕС, содержащий корпус, сверхпроводящее тело, центрирующий подвес, в котором расположено сверхпроводящее тело, сверхпроводящую короткозамкнутую катушку, датчик положения сверхпроводящего тела, отличающийся тем, что, с целью повышения виброизолирующих свойств подвеса путем уменьшения его жесткости, в него введены подвижное основание из сверхпроводящего материала с центрирующим подвесом, сверхпроводящая катушка, усилитель с постоянной времени в диапазоне 1 - 100 с, при этом сверхпроводящая короткозамкнутая катушка жестко закреплена на подвижном основании, установленном соосно с ней в корпусе на центрирующем подвесе, сверхпроводящая катушка жестко закреплена на корпусе под подвижным основанием и соосна с ним, при этом выход датчика положения сверхпроводящего тела через усилитель с постоянной времени, преимущественно 1 - 100 с, соединен с обмоткой сверхпроводящей катушки. 2. Подвес по п.1, отличающийся тем, что, с целью компенсации постоянной составляющей ускорения, в него введен закрепленный на корпусе и расположенный между подвижным основанием и сверхпроводящей катушкой трансформатор магнитного потока со сверхпроводящим выключателем.