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磁悬浮实验报告（一）引言概述本文档旨在提供对磁悬浮实验的详细分析和结论。
磁悬浮技术是一种利用磁场与磁体相互作用产生浮力的技术，它在交通运输、工业制造等领域具有广泛的应用前景。
通过该实验，我们将探索磁悬浮技术的基本原理和悬浮稳定性的影响因素。
正文内容1. 实验装置搭建- 首先，我们准备了磁悬浮实验所需的磁体和磁场产生装置。
- 其次，我们安装了用于测量悬浮高度和稳定性的传感器和仪器。
- 最后，我们调整了磁场强度和位置，以确保磁悬浮平台的稳定性和可控性。
2. 磁悬浮原理分析- 我们对磁悬浮的基本原理进行了详细解释，包括法拉第电磁感应定律和电磁力学原理。
- 我们介绍了磁悬浮实验中所需的磁场调节和控制技术，以保证悬浮平台的平稳运行。
3. 悬浮稳定性实验- 我们对悬浮系统中的稳定性进行了详细研究。
- 我们分析了悬浮高度、磁场强度和位置调节对悬浮稳定性的影响。
- 我们通过实验数据和观察结果，评估了悬浮稳定性的变化趋势。
4. 动态特性分析- 我们对磁悬浮系统的动态特性进行了研究。
- 通过改变悬浮平台上的负载和外力的作用，我们观察了系统响应的速度和稳定性。
- 我们使用传感器和仪器来记录和分析系统的动态响应，以便进一步优化磁悬浮系统。
5. 发展前景和挑战- 我们讨论了磁悬浮技术在交通运输和工业制造中的潜在应用前景。
- 同时，我们也提出了当前磁悬浮技术面临的一些挑战和限制，并提出了进一步改进的可能性。
总结通过本文档，我们详细介绍了磁悬浮实验的搭建过程、磁悬浮原理、悬浮稳定性实验、动态特性分析以及磁悬浮技术的发展前景和挑战。
这些研究将为磁悬浮技术的应用和进一步研究提供有益的参考。
我们相信，随着磁悬浮技术的不断发展和完善，它将在未来的交通和工业领域发挥重要作用。
实验6-5 电磁感应与磁悬浮力实验目的、意义和要求电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要学科，在于它的强大生命力，在于它在经济生活中有丰富的回报率。
电磁感应原理不但在传统的电机工程、变压器效应、无线通讯等领域中独领风骚，在现代医学、现代交通、信息产业等领域中也有许多应用。
本实验就是要通过一些电磁感应现象的揭示，悟出其中的原理和奥妙，并研究它的现象和磁力对各种材料的影响，探讨其在现实生活中的应用和发展，这对电磁感应从理论到实际的联系，对电磁感应的成因，性质、效应和规律的理解，都有很大的收益。
黄铜的电导率和磁导率分别为σ = 1.5 ⨯ 107 (S/m) 和 μ0 = 4π ⨯ 10-7 (H/m)趋腹深度(穿透深度)为(cm) 1072.21041029.22105.122579700--⨯=⨯π⨯⨯⨯π⨯⨯==μσωδ实验前应回答的问题1.什么是电磁感应？其产生的电流、电动势和电磁场如何定义？解答通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象叫电磁感应。
由电磁感应产生的电动势称感生电动势，由电磁感应产生的电流称感生电流。
电磁场是一种物理场，是相互依存的电场和磁场的总称。
电流随时间变化而引起磁场，磁场随时间变化产生电场，二者互为因果，形成电磁场。
2.楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？解答是确定感生电流方向的定律，即感生电流的方向，总是使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化。
在此实验中电能有可能转化为热能和机械能等。
3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？解答磁力也称为安培力它表述通电导线在磁场中受力的情况，其公式为F ＝BIL sin a 。
a 为磁场方向与电流方向的夹角B 为磁感应强度，I 为导线中的电流，L 为导线长度。
作用力F 的方向可用左手定则确定。
此公式也可称为安培定律。
4.说明磁场强度及其对电流的关系？解答磁场强度是描写磁介质中磁场的一个辅助量。
磁介质中的磁场不仅与磁介质中的磁化电流有关，更和场源的电流有关，磁场强度定义为。
磁悬浮原理实验目的1.观察自稳定的磁悬浮物理现象；2.深化学生对磁悬浮的原理的认识；3.培养动手观察思考能力，锻炼较强的耐心。
实验原理1. 磁学基本知识磁性：物质能吸引铁、钴、镍等金属的特性。
磁体：具有磁性的物体。
磁极：磁体上磁性最强的部分就是磁极。
当把两块磁铁放在一起相互靠近时，有时候互相吸引，有时候相互排斥。
现在人们都知道磁体有两个极，一个称N极，一个称S极。
同性极相互排斥，异性极相互吸引。
磁极是由环形电流元产生。
磁力是由于电荷运动所产生的基本力。
地球也是一个大磁体，它的两个极分别在接近地理南极和地理北极的地方。
因此地球表面的磁体，可以自由转动时，就会因磁体同性相斥，异性相吸的性质指示南北。
地球磁场的磁极和地理上的南北级方向正相反，而且和地球南北极并不重合，两者之间有一个11度左右的夹角，叫磁偏角。
此外地球磁场的磁极位置不是固定的，它有一个周期性变化。
地磁场强度很弱,在最强的两极其强度不到10-4(T), 平均强度约为0.6×10-4(T)。
2. 磁悬浮磁悬浮就是运用磁体“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁体具有抗拒地心引力的能力悬浮起来，即“磁性悬浮”。
目前世界上有三种类型的磁悬浮。
一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。
而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。
（1）电磁悬浮系统（electromagnetic levitation )：简称EML技术。
它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。
将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。
在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承是一种利用磁场力来支撑和定位旋转轴的新型轴承，它不需要机械接触，可以实现非接触支撑和旋转，因此具有无摩擦、无磨损、无振动、无噪音、高转速、高精度等优点，被广泛应用于高速旋转机械设备中。
磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
首先，磁悬浮轴承的工作原理之一是磁悬浮力原理。
磁悬浮轴承利用电磁铁或永磁体产生的磁场力来支撑和定位旋转轴，使其悬浮在磁场中。
当旋转轴偏离原定位置时，磁场力会对其产生作用，使其返回原定位置。
磁悬浮力的大小和方向可以通过改变电磁铁或永磁体的电流或磁场强度来控制，从而实现对旋转轴的支撑和定位。
其次，磁悬浮轴承的工作原理还涉及磁力传感器原理。
磁力传感器可以实时监测旋转轴的位置和姿态，将这些信息反馈给控制系统，从而实现对旋转轴的实时控制。
磁力传感器通常采用霍尔效应、磁阻效应、磁感应线圈等原理来测量磁场的变化，将磁场信号转换为电信号，并传输给控制系统进行处理。
最后，磁悬浮轴承的工作原理还包括控制系统原理。
控制系统通过对磁悬浮力和磁力传感器反馈信号的处理，实现对旋转轴的精确控制。
控制系统通常采用PID 控制、模糊控制、神经网络控制等方法，根据旋转轴的实时状态和运行要求，调节磁悬浮力的大小和方向，使旋转轴保持稳定运行。
综上所述，磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
通过磁悬浮力的支撑和定位、磁力传感器的实时监测和控制系统的精确调节，磁悬浮轴承可以实现对旋转轴的非接触支撑和精确控制，具有广阔的应用前景。
研究性实验报告
——电磁感应与磁悬浮力
磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术，随着科学与技术的进步，磁悬浮技术得到了长足的发展。
本次实验讲通过对悬浮现象的研究，探讨其中各种材料浮环浮起的原因，以此加深对电磁现象的理解。
【实验仪器】
（1）电磁感应实验仪一台，主要器件由线圈和软铁棒组成；
（2）MSU-1电磁感应电源一台；
（3）小铝环2只（其中1只有切割的缝隙），等厚但外径较小的小铝环1只；
（4）小铜环2只（其中1只为黄铜，另一只为纯铜），小软铁环1只，小钢环1只；
（5）塑料环1只，游标卡尺1把，电子天平1台；
（6）由铜线绕制的线圈环1只，并在线圈环上接有小电珠。
【实验内容】
（1）小铝环、黄铜环、纯铜环的实验现象
表一
突然加压：小铝环飞走；
黄铜环弹起一段距离，但不飞出；
纯铜环刚好飞出。
（2）三个小环的参数
表二
因各个小环材料不同，上升高度不同。
（3）小铁环的实验现象
小铁环被吸住，将其抬高后会被吸下去，但不会到底。
（4）塑料环、有缝隙的小铝环的实验现象
均不动。
（5）小钢环的实验现象
因小钢环有偏心量，在环形磁场中受力不均。
（6）金属小环的发热现象
金属小环中因电磁感应产生涡流，电流的热效应使其发热。
（7）小电珠的变化
随着距离的靠近，小电珠由不亮到红灯亮，然后绿灯也亮，并随距离靠近亮度增加。
原因：线圈环靠近的过程中，因电磁感应而产生的电压越来越大，所以加在小电珠的电压也越来越大。
2011年1月8日。
高温超导实验报告【摘要】采用杜瓦容器和低温恒温器获得从液氮沸点到室温的任意温度，在此条件下，测量高温超导材料电阻的起始转变温度为101.4K、临界温度约为96.50K、零电阻温度为92.39K。
进行温度计的比对，发现硅二极管电压、温差电偶均与温度成接近线性的关系。
观察了高温超导磁悬浮现象，并定量对高温超导体的磁悬浮力与距离的关系曲线进行了扫描，进一步了解场冷和零场冷。
【关键词】液氮、高温超导、铂电阻、硅二极管、温差电偶一、引言1911年昂纳斯首次在4.2K水银的电阻突然消失的超导电现象。
1933年迈斯纳发现超导体内部的磁场是保持不变的，而且实际上为零，这个现象叫做迈纳斯效应。
1957年巴丁、库柏和施里弗共同提出来超导电性的微观理论：当成对的电子有相同的总动量时，超导体处于最低能态。
电子对的相同动量是由电子之间的集体相互作用引起的，它在一定条件下导致超流动性。
电子对的集体行为意味着宏观量子态的存在。
这一超导的微观理论成为BCS理论，1972年他们三个人共同获得了诺贝尔物理学奖。
T超导电性》，后1986年4月，柏诺兹和缪勒投寄文章《Ba-La-Cu-O系统中可能的高c来日本东京大学几位学者和他们二人先后证实此化合物的完全抗磁性。
虽然后来又发现了125K的铊系超导体和150K的汞系氧化物，但是YBCO仍是目前最流行的高温超导材料。
超导电性的应用十分广泛，例如超导磁悬浮列车、超导重力仪、超导计算机、超导微波器件等，超导电性还可以用于计量标准等。
二、原理2.1MEISSNER效应1933年，MEISSNER和OCHSENFELD通过实验发现，无论加磁场的次序如何，超导体内磁场感应强度总是等于零，即使超导体在处于外磁场中冷却到超导态，也永远没有内部磁场，它与加磁场的历史无关。
这个效应被称为MEISSNER效应。
2.2临界磁场磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来立屏蔽电流的磁场以抵消超导体的内部磁场。
磁力轴承力与位移系数测定摘要：磁力轴承是利用电磁力使转子稳定悬浮起来且轴心位置可以由控制系统控制的一种新型轴承, 是集机械学、力学、控制工程、电磁学、电子学和计算机科学于一体的具有代表性的机电一体化产品。
因为其无摩擦磨损、无需润滑、转速高、寿命长等优点和广阔的应用前景引起了国内外工程界和学术界的广泛关注。
磁力轴承广泛用于机械加工，交通，能源，化工，军事及航空航天等诸多领域，其动态特性系数直接影响磁力轴承的设计性能。
因此准确辨识其动力特性系数对于研究磁力轴承，甚至磁悬浮转子系统的动力学特性有着重要的实际意义。
本文介绍了磁悬浮盘片系统，并通过实验辨识了了磁悬浮盘片力与位移的系数。
关键词：磁悬浮；力；位移1、引言现代制造技术正朝着高速化、精密化和模块化方向发展，制造业对加工设备的性能提出了越来越高的要求，如高档数控机床、光刻机等，往往需要快速和高精度的运动。
因此，高性能、高精度电主轴和超精密工作台显得尤为重要。
而对另一些工作在极端高温或低温环境下的军工、航空航天领域的旋转机械来说，除了要求能够承受严酷的环境考验之外，对于转子支承的可控性、安全性及可靠性有严格要求。
综合来讲，主要表现在：高速、高精度、可控性、可靠性、高效率以及对复杂恶劣环境的适应性等方面。
磁悬浮支承技术作为一种新型的支承技术，具有传统支承技术无法比拟的优点:无接触、无摩擦、无污染，有广泛的应用空间和研究价值。
磁悬浮支承技术可以应用于需要支承的各行各业，特别是在交通、机床、航空航天等领域具有广泛的应用。
现在，国外已有相关应用的报道，而国内在应用研究方面虽然做了很多努力，但在实际应用方面，则基本还处于空白状态。
因此，加大这方面研究的投资力度(人力和物力)，掌握自主的先进技术，以期赶上并超过那些先进的国家，已是当务之急。
磁悬浮技术是利用磁场力将物体悬浮于空间，使其与其它物体没有直接机械接触的一种新型支承技术。
它通过传感器检测出转子偏离参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移量变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号放大，转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使被控对象维持其悬浮位置不变。
磁悬浮技术发展应用与研究现状磁悬浮系统及悬浮控制原理磁悬浮系统主要由间隙传感器、加速度计、磁悬浮电源变换器、悬浮电磁铁和悬浮控制器等组成。
当向电磁铁的绕组中通以一定的电流时，悬浮电磁铁会对浮体产生相应的电磁吸引力。
当产生的电磁吸引力大过被悬浮物体的重力时，浮体就会被向上吸起来，从而实现悬浮。
因此，为了使浮体可以稳定地处于悬浮状态，需要调节电磁铁绕组中的电流的大小，使其产生的电磁吸力的大小等于被悬浮物体重力的大小。
但是由电磁吸引力与重力所构成的平衡是一种不稳定的平衡关系。
这是由于电磁铁和浮体之间的电磁力大小与悬浮间隙大小的平方成反比，即当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越小时电磁吸引力就越大，反之当电磁铁和浮体之间的悬浮间隙越大时电磁力就会越小。
所以外界的扰动来干扰这种平衡时，即便系统只是受到非常微小的扰动，这种平衡状态也会被破坏。
因此，需要设计一个闭环反馈控制系统来对对整个系统实现闭环控制。
间隙传感器可以直接测量出浮体的悬浮间隙的大小，并且将它转变成位移信号；再由控制器存储、变换及运算，并且根据控制器的运算方法产生相应的控制信号；功率放大器会根据接收到的控制信号产生系统需要的控制电压，从而控制电磁铁中的电流，使执行电磁铁产生相应的电磁吸引力。
所以当浮体与电磁铁之间的悬浮间隙发生改变时，需要及时地调整电磁铁线圈中电流的大小，就可以改变电磁力的大小，这样就可以保证被悬浮物体能够稳定地悬浮在平衡位置附近。
因此为了实现磁悬浮系统的可靠性，必须精确控制电磁铁中电流，即电磁铁线圈两端电压的大小，以确保磁场可以保持稳定的电磁强度和相应的电磁悬浮力。
磁悬浮技术的发展与应用1842年，英国物理学家Earnshaw就提出了磁悬浮的概念，同时指出，单靠永久磁铁不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。
1900年初，美国、法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运行的若干猜想，也就是磁悬浮的早期模型，并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。
基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法王平;王华;任元【摘要】针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法.建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式.仿真结果证明了该方法的有效性和优越性.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2015(036)010【总页数】9页(P1907-1915)【关键词】控制科学与技术;姿态角速率测量;磁悬浮控制力矩陀螺;惯量矩定理;解析解【作者】王平;王华;任元【作者单位】装备学院研究生院,北京101416;装备学院航天装备系,北京101416;装备学院航天装备系,北京101416【正文语种】中文【中图分类】V448磁悬浮控制力矩陀螺（CMG）是航天器进行姿态控制的一种重要执行机构［1-3］，由定常转速的大惯量动量飞轮转子及其磁轴承支承系统、高速驱动电机、框架及其伺服系统等组成［4-5］，通过转动框架实现转子角动量的强制改变，从而向外输出陀螺力矩，实现航天器的姿态控制［6-8］。
磁悬浮CMG主要用作执行机构，用作测量的目前还未见报道。
目前对航天器进行姿态角速率检测主要是在航天器姿态控制系统中附加速率陀螺，进而实现对航天器姿态的闭环控制［9-10］。
传统姿控系统的体积重量往往较大，且一旦速率陀螺发生故障，姿控系统便陷入瘫痪状态。
此外由于检测装置与执行装置之间往往存在减震隔离装置，导致控制与检测不共位，必然导致异位控制问题，从而影响姿态控制系统的稳定性和鲁棒性。
在磁悬浮CMG测控一体化研究中，Fang等通过双框架磁悬浮CMG，将力矩执行和姿态测量结合起来［11］，但此研究将测量和控制分时复用，磁悬浮CMG某一时刻只能工作在一种状态，测量和控制未能同时进行。
磁学实验与磁场力的测量磁学实验是物理学中的一个重要分支，通过实验来研究和测量物体之间的磁场力。
本文将介绍几个常见的磁学实验，并详细阐述磁场力的测量方法。
一、螺线管与永磁体实验螺线管与永磁体实验是一种基础的磁学实验，用于观察螺线管在磁场中受到的力。
实验中，我们将一个螺线管连接到一个电流源上，并将其放置在一个恒定磁场中。
当通过螺线管的电流改变时，螺线管会受到力的作用，力的方向与磁场方向和电流方向有关。
在这个实验中，我们可以通过改变电流大小和方向，以及调整磁场强度和方向来测量磁场力的大小和方向。
具体的测量方法有很多种，例如可以利用天平来测量螺线管受到的重力和磁场力的平衡情况，从而得出磁场力的大小。
二、霍尔效应实验霍尔效应是一种磁学现象，通过实验可以测量材料中的磁场强度。
实验中，我们需要一个霍尔元件，它由一个薄片状的半导体材料构成。
当通过霍尔元件的电流垂直于磁场方向时，会在薄片中产生电压差，这个电压差称为霍尔电压。
霍尔电压与磁场强度成正比。
在这个实验中，我们可以通过改变磁场强度和电流大小来测量霍尔电压的变化。
通过测量霍尔电压和材料参数之间的关系，可以得出磁场强度的测量结果。
三、磁力计实验磁力计是一种常用的测量磁场力的仪器。
实验中，我们将待测物体放置在磁力计上，通过调整磁场强度和方向，用磁力计读数来测量磁场力的大小。
磁力计通常由一个磁场传感器和一个显示仪表组成。
当磁场力作用于磁场传感器时，会产生一个与磁场力成正比的信号。
这个信号经过放大和处理后，通过显示仪表展示出来，从而得到磁场力的测量结果。
四、磁悬浮实验磁悬浮实验是一种利用磁场力来悬浮物体的实验。
通过调整磁场强度和方向，可以使物体在磁场中浮起或悬浮。
这个实验具有很大的应用潜力，例如在高速列车和磁悬浮列车中，就广泛应用了磁悬浮技术。
在磁悬浮实验中，我们需要一个磁体和一个悬浮物体。
通过调整磁场强度和方向，使磁场力与重力平衡，从而实现悬浮状态。
这个实验要求精确的磁场力测量，因为磁场力的微小变化都可能导致悬浮状态的破坏。
