為實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)重力儀磁懸浮力的精確計(jì)算,以GWR型超導(dǎo)重力儀為模型基礎(chǔ),采用有限元的思想,將超導(dǎo)球表面電流理想化為多個等高共軸電流環(huán),計(jì)算出各個電流環(huán)與超導(dǎo)線圈的作用力,求和得到線圈與超導(dǎo)球間的磁懸浮力。利用MATLAB完成計(jì)算程序?qū)崿F(xiàn),通過改變下線圈電流和上、下線圈電流比,獲得滿足一定條件的磁懸浮力及其梯度。選取合適的模型參數(shù),計(jì)算出線圈對質(zhì)量為m=4.069 g超導(dǎo)球的磁懸浮力大小為:F_total=3.988×10^-2N,磁懸浮力梯度為:-9.699×10^-3N/m,此時懸浮力梯度合適,滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈敏度的要求。 

【文章來源】：低溫與超導(dǎo). 2020,48(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 超導(dǎo)重力儀磁懸浮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖本文利用有限元思想,沿超導(dǎo)球軸線方向等間隔的將超導(dǎo)球表面電流劃分為共軸緊密排列的電流環(huán),這些電流環(huán)關(guān)于球中心平面上下對稱。為了簡化計(jì)算過程,暫不考慮線圈之間的互感導(dǎo)致的能量損耗對磁懸浮力大小的影響。首先計(jì)算出各電流環(huán)上的電流,再計(jì)算線圈與各個電流環(huán)間的作用力,并將其疊加得到上下線圈對超導(dǎo)球的磁懸浮力。該模型求解流程如圖2所示。

依據(jù)超導(dǎo)體邁斯納效應(yīng),電流環(huán)與線圈間是相互排斥的作用力,規(guī)定豎直向上為正方向,當(dāng)超導(dǎo)球中心在線圈中心的上方時,H為正值;當(dāng)超導(dǎo)球中心在線圈中心的下方時,H為負(fù)值。取合適的模型參數(shù)得到磁懸浮力與懸浮高度、線圈電流變化關(guān)系曲線如圖3所示。當(dāng)超導(dǎo)球中心與線圈中心間距不斷增大時,超導(dǎo)球所受到的磁懸浮力先增大后減小;僅改變線圈電流的大小,磁懸浮力隨著電流的增大而增大。在理想狀態(tài)下只有當(dāng)超導(dǎo)球的位置處于懸浮力梯度為負(fù)的范圍內(nèi)時,超導(dǎo)球才能夠穩(wěn)定懸浮,即此時超導(dǎo)球應(yīng)處于H軸正半軸峰值點(diǎn)右側(cè)。僅考慮一個線圈的作用,不能同時滿足超導(dǎo)球懸浮所需的磁懸浮力和為磁懸浮系統(tǒng)提供理想的懸浮力梯度的條件,達(dá)不到系統(tǒng)高穩(wěn)定性和高靈敏度的要求。因此,需要增加上線圈來調(diào)節(jié)懸浮力梯度,使得系統(tǒng)既可以提供足夠的磁懸浮力,又可以產(chǎn)生理想的磁懸浮力梯度。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]超導(dǎo)重力儀器中超導(dǎo)線圈有效電感與間距關(guān)系的研究[D]. 任小龍.華中科技大學(xué) 2016
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本文編號：3360819