基于光學(xué)位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及小磁體懸浮控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于光學(xué)位移傳感的空 間小磁體懸浮控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 微重力環(huán)境下，在醫(yī)療精密儀器和科研專用儀器中，人們需要在真空環(huán)境下，對(duì)藥 物和實(shí)驗(yàn)樣品位置調(diào)整和姿態(tài)的變化，由于調(diào)整位移小，姿態(tài)特別小，缺少合適的裝置來非 常精確控制小物件;在航空航天運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測量中，靜電懸浮磁體會(huì)得到廣泛應(yīng)用。 但是靜電懸浮技術(shù)的抗干擾能力差、控制精度低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光學(xué)位移傳感的空間小磁體懸浮控 制裝置，所述加速度計(jì)可W避免高精度機(jī)械加工的技術(shù)瓶頸，并具有更高的控制精度。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種基于光學(xué)位移傳感的空 間小磁體懸浮控制裝置，其特征在于:包括磁屏蔽腔、小磁體、光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)、磁懸 浮控制系統(tǒng)，所述小磁體懸浮于所述磁屏蔽腔內(nèi)，所述光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)位于所述磁 屏蔽腔上，用于通過向小磁體發(fā)射光信號(hào)和接收其反射回的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小磁體的空間 位置和姿態(tài)的實(shí)時(shí)定位;所述磁懸浮控制系統(tǒng)位于磁屏蔽腔上，用于實(shí)時(shí)控制小磁體的位 置和姿態(tài)；當(dāng)小磁體在磁屏蔽腔內(nèi)受到非保守力作用發(fā)生平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由光學(xué)相干位移 檢測系統(tǒng)測量，并反饋給磁懸浮控制系統(tǒng)，磁懸浮控制系統(tǒng)根據(jù)光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)反 饋的小磁體的位置和姿態(tài)變化量向小磁體施加磁力，使小磁體回歸到原始位置，并保持磁 矩方向不變。
[0005] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述磁屏蔽腔外形為立方體形，選用非磁性材料構(gòu)建，且 內(nèi)部為真空狀態(tài)，所述小磁體的質(zhì)屯、位于磁屏蔽腔的中屯、位置。
[0006] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)包括若干組光學(xué)準(zhǔn)直探頭、 光纖、若干個(gè)等臂長邁克爾遜位移檢測裝置和數(shù)字相位解調(diào)PGC電路，所述每組光學(xué)準(zhǔn)直探 頭與之對(duì)應(yīng)的等臂長邁克爾遜位移檢測裝置通過光纖相連，所述等臂長邁克爾遜位移檢測 裝置與數(shù)字相位解調(diào)PGC電路電連接;光源通過系統(tǒng)中的各對(duì)光學(xué)準(zhǔn)直探頭向小磁體發(fā)射 光信號(hào)，并接收其反射回的光信號(hào)，光信號(hào)中包含小磁體的位置和姿態(tài)信息，光信號(hào)通過光 纖傳輸?shù)降缺坶L邁克爾遜位移檢測裝置，利用干設(shè)原理處理光信號(hào)，將小磁體的位移、偏轉(zhuǎn) 角轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的相位變化，對(duì)各對(duì)光學(xué)準(zhǔn)直探頭的測量結(jié)果，通過矢量疊加原理，得到其 位移、偏轉(zhuǎn)角疊加后的相位變化;數(shù)字相位解調(diào)PGC電路實(shí)現(xiàn)對(duì)相位的快速解調(diào)，最終通過 相位變化計(jì)算出小磁體偏離質(zhì)屯、的位移量及小磁體檢驗(yàn)質(zhì)量塊繞垂直于磁矩方向的兩個(gè) 轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角，并反饋給磁懸浮控制系統(tǒng)對(duì)小磁體進(jìn)行位置和姿態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
[0007] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述光學(xué)準(zhǔn)直探頭設(shè)有五組，等臂長邁克爾遜位移檢測 裝置設(shè)有五個(gè)。
[0008] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:沿所述磁屏蔽腔的X軸方向的2個(gè)腔壁上，在中屯、位置對(duì) 稱設(shè)有一組光學(xué)準(zhǔn)直探頭，用于測量小磁體在X軸的位移變化;沿X軸正方向的腔壁上還設(shè) 置兩組光學(xué)準(zhǔn)直探頭，用于測量小磁體的姿態(tài)變化，向Y軸和Z軸所在的平面投影，其中一組 光學(xué)準(zhǔn)直探頭，投影落在Y軸方向上，距離中屯、位置為小磁體的截面半徑的四分之一到四分 之Ξ，用于測量小磁體繞Z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)變化，另一組光學(xué)準(zhǔn)直探頭投影落在Z軸方向上，距 離中屯、位置為小磁體的截面半徑的四分之一到四分之Ξ，用于測量小磁體繞Y軸旋轉(zhuǎn)的姿 態(tài)變化;沿所述磁屏蔽腔的Y軸方向的2個(gè)腔壁中屯、設(shè)置1組光學(xué)準(zhǔn)直探頭，用于測量小磁體 沿Y軸移動(dòng)的位移變化，沿所述磁屏蔽腔的Z軸方向的2個(gè)腔壁中屯、設(shè)置1組光學(xué)準(zhǔn)直探頭， 用于測量小磁體沿Z軸移動(dòng)的位移變化。
[0009] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述磁懸浮控制系統(tǒng)包括若干組位置控制線圈、若干組 姿態(tài)控制線圈和電流控制電路，所述數(shù)字相位解調(diào)PGC電路的信號(hào)輸出端與電流控制電路 的反饋輸入端連接;所述每組位置控制線圈對(duì)稱的設(shè)置于磁屏蔽腔沿X軸方向的2個(gè)腔壁 上，所述每組姿態(tài)控制線圈對(duì)稱的設(shè)置于所述磁屏蔽腔沿Y軸的2個(gè)腔壁和沿Z軸的2個(gè)腔壁 上。
[0010] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述位置控制線圈設(shè)有4組，所述姿態(tài)控制線圈設(shè)有兩 組;在小磁體平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的控制中，位置控制線圈對(duì)小磁體產(chǎn)生電磁力，電流控制電路通過 在4組位置控制線圈上施加不同方向及大小的電流，使小磁體始終懸浮在磁屏蔽腔的中屯、 位置；電流控制電路通過控制2組姿態(tài)控制線圈的電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)小磁體的姿態(tài)控制，將小磁 體的磁矩方向始終控制在X軸方向。
[0011] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述小磁體為圓柱體。
[0012] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述小磁體的外側(cè)包裹有金屬或合金材料。
[0013] 進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述小磁體選用永磁體材料制作。
[0014] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明所述裝置避免了敏感結(jié)構(gòu)加工 難度大的瓶頸，真空磁屏蔽腔比較容易實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)計(jì)高精度光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)，采用 等臂長邁克爾遜位移檢測方法，降低線路影響要素，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢驗(yàn)磁體位置各姿態(tài)的實(shí)時(shí)精 確測量，有效避免檢測系統(tǒng)和懸浮系統(tǒng)之間的電磁干擾，實(shí)現(xiàn)空間小磁體高精度的懸浮控 制。
【附圖說明】
[0015] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為磁屏蔽腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖3為小磁體和光學(xué)準(zhǔn)直探頭在在二過Y軸和巧由的平面上的投影示意圖；
[0019] 圖4為小磁體繞巧由旋轉(zhuǎn)測量示意圖；
[0020] 圖中：曰、磁屏蔽腔b、小磁體C、光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)d、靜磁懸浮控制系統(tǒng)31、光 學(xué)準(zhǔn)直探頭32、光纖33、等臂長邁克爾遜位移檢測裝置34、數(shù)字相位解調(diào)PGC電路41、位置控 制線圈42、姿態(tài)控制線圈43、電流控制電路、在沿X軸方向2個(gè)腔壁中屯、位置的光 學(xué)準(zhǔn)直探頭31_2; 31_2'、在過Y軸和Z軸的平面上，投影落在Y軸方向上的光學(xué)準(zhǔn)直探頭b2; b2'、在在過巧時(shí)脂軸的平面上，光學(xué)準(zhǔn)直探頭在巧由方向上的投影點(diǎn)Θ、繞巧財(cái)定轉(zhuǎn)角。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022] 在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)W便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可W 采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于光學(xué)位移傳感的空間小磁體懸浮控制裝置，包 括磁屏蔽腔a、小磁體b、光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)C、磁懸浮控制系統(tǒng)d。所述小磁體b懸浮于所 述磁屏蔽腔a內(nèi)，所述光學(xué)相干位移檢測系統(tǒng)C位于所述磁屏蔽腔a上，用于通過向小磁體b 發(fā)射光信號(hào)和接收其反射回的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小磁體的空間位置和姿態(tài)的實(shí)時(shí)定位;所述 磁懸浮控制系統(tǒng)位于磁