基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及小磁体悬浮控制装置技术领域，尤其设及一种基于光学位移传感的空 间小磁体悬浮控制装置。
【背景技术】
[0002] 微重力环境下，在医疗精密仪器和科研专用仪器中，人们需要在真空环境下，对药 物和实验样品位置调整和姿态的变化，由于调整位移小，姿态特别小，缺少合适的装置来非 常精确控制小物件;在航空航天运动体的运动姿态测量中，静电悬浮磁体会得到广泛应用。 但是静电悬浮技术的抗干扰能力差、控制精度低。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控 制装置，所述加速度计可W避免高精度机械加工的技术瓶颈，并具有更高的控制精度。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于光学位移传感的空 间小磁体悬浮控制装置，其特征在于:包括磁屏蔽腔、小磁体、光学相干位移检测系统、磁悬 浮控制系统，所述小磁体悬浮于所述磁屏蔽腔内，所述光学相干位移检测系统位于所述磁 屏蔽腔上，用于通过向小磁体发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体的空间 位置和姿态的实时定位;所述磁悬浮控制系统位于磁屏蔽腔上，用于实时控制小磁体的位 置和姿态；当小磁体在磁屏蔽腔内受到非保守力作用发生平动和转动时，由光学相干位移 检测系统测量，并反馈给磁悬浮控制系统，磁悬浮控制系统根据光学相干位移检测系统反 馈的小磁体的位置和姿态变化量向小磁体施加磁力，使小磁体回归到原始位置，并保持磁 矩方向不变。
[0005] 进一步的技术方案在于:所述磁屏蔽腔外形为立方体形，选用非磁性材料构建，且 内部为真空状态，所述小磁体的质屯、位于磁屏蔽腔的中屯、位置。
[0006] 进一步的技术方案在于:所述光学相干位移检测系统包括若干组光学准直探头、 光纤、若干个等臂长迈克尔逊位移检测装置和数字相位解调PGC电路，所述每组光学准直探 头与之对应的等臂长迈克尔逊位移检测装置通过光纤相连，所述等臂长迈克尔逊位移检测 装置与数字相位解调PGC电路电连接;光源通过系统中的各对光学准直探头向小磁体发射 光信号，并接收其反射回的光信号，光信号中包含小磁体的位置和姿态信息，光信号通过光 纤传输到等臂长迈克尔逊位移检测装置，利用干设原理处理光信号，将小磁体的位移、偏转 角转化为可识别的相位变化，对各对光学准直探头的测量结果，通过矢量叠加原理，得到其 位移、偏转角叠加后的相位变化;数字相位解调PGC电路实现对相位的快速解调，最终通过 相位变化计算出小磁体偏离质屯、的位移量及小磁体检验质量块绕垂直于磁矩方向的两个 转轴的旋转角，并反馈给磁悬浮控制系统对小磁体进行位置和姿态的实时控制。
[0007] 进一步的技术方案在于:所述光学准直探头设有五组，等臂长迈克尔逊位移检测 装置设有五个。
[0008] 进一步的技术方案在于:沿所述磁屏蔽腔的X轴方向的2个腔壁上，在中屯、位置对 称设有一组光学准直探头，用于测量小磁体在X轴的位移变化;沿X轴正方向的腔壁上还设 置两组光学准直探头，用于测量小磁体的姿态变化，向Y轴和Z轴所在的平面投影，其中一组 光学准直探头，投影落在Y轴方向上，距离中屯、位置为小磁体的截面半径的四分之一到四分 之Ξ，用于测量小磁体绕Z轴旋转的姿态变化，另一组光学准直探头投影落在Z轴方向上，距 离中屯、位置为小磁体的截面半径的四分之一到四分之Ξ，用于测量小磁体绕Y轴旋转的姿 态变化;沿所述磁屏蔽腔的Y轴方向的2个腔壁中屯、设置1组光学准直探头，用于测量小磁体 沿Y轴移动的位移变化，沿所述磁屏蔽腔的Z轴方向的2个腔壁中屯、设置1组光学准直探头， 用于测量小磁体沿Z轴移动的位移变化。
[0009] 进一步的技术方案在于:所述磁悬浮控制系统包括若干组位置控制线圈、若干组 姿态控制线圈和电流控制电路，所述数字相位解调PGC电路的信号输出端与电流控制电路 的反馈输入端连接;所述每组位置控制线圈对称的设置于磁屏蔽腔沿X轴方向的2个腔壁 上，所述每组姿态控制线圈对称的设置于所述磁屏蔽腔沿Y轴的2个腔壁和沿Z轴的2个腔壁 上。
[0010] 进一步的技术方案在于：所述位置控制线圈设有4组，所述姿态控制线圈设有两 组;在小磁体平动和转动的控制中，位置控制线圈对小磁体产生电磁力，电流控制电路通过 在4组位置控制线圈上施加不同方向及大小的电流，使小磁体始终悬浮在磁屏蔽腔的中屯、 位置；电流控制电路通过控制2组姿态控制线圈的电流，实现对小磁体的姿态控制，将小磁 体的磁矩方向始终控制在X轴方向。
[0011] 进一步的技术方案在于:所述小磁体为圆柱体。
[0012] 进一步的技术方案在于:所述小磁体的外侧包裹有金属或合金材料。
[0013] 进一步的技术方案在于:所述小磁体选用永磁体材料制作。
[0014] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本发明所述装置避免了敏感结构加工 难度大的瓶颈，真空磁屏蔽腔比较容易实现，通过设计高精度光学相干位移检测系统，采用 等臂长迈克尔逊位移检测方法，降低线路影响要素，实现对检验磁体位置各姿态的实时精 确测量，有效避免检测系统和悬浮系统之间的电磁干扰，实现空间小磁体高精度的悬浮控 制。
【附图说明】
[0015] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0016] 图1为本发明的结构示意图；
[0017] 图2为磁屏蔽腔结构示意图；
[0018] 图3为小磁体和光学准直探头在在二过Y轴和巧由的平面上的投影示意图；
[0019] 图4为小磁体绕巧由旋转测量示意图；
[0020] 图中：曰、磁屏蔽腔b、小磁体C、光学相干位移检测系统d、静磁悬浮控制系统31、光 学准直探头32、光纤33、等臂长迈克尔逊位移检测装置34、数字相位解调PGC电路41、位置控 制线圈42、姿态控制线圈43、电流控制电路、在沿X轴方向2个腔壁中屯、位置的光 学准直探头31_2; 31_2'、在过Y轴和Z轴的平面上，投影落在Y轴方向上的光学准直探头b2; b2'、在在过巧时脂轴的平面上，光学准直探头在巧由方向上的投影点Θ、绕巧财定转角。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，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。
[0022] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是本发明还可W 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可W在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0023] 如图1所示，本发明公开了一种基于光学位移传感的空间小磁体悬浮控制装置，包 括磁屏蔽腔a、小磁体b、光学相干位移检测系统C、磁悬浮控制系统d。所述小磁体b悬浮于所 述磁屏蔽腔a内，所述光学相干位移检测系统C位于所述磁屏蔽腔a上，用于通过向小磁体b 发射光信号和接收其反射回的光信号，实现对小磁体的空间位置和姿态的实时定位;所述 磁悬浮控制系统位于磁