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压电陶瓷促动器应用于超导腔超导谐振腔超导加速器

超导现象早在上世纪初就被荷兰科学家翁内斯(Heike Kamerlingh Onnes)发现了,但利用超导材料制造谐振腔的想法直到50年代才被科学家所提出。

 

超导体具有诸多奇特的物理性质,如无阻载流的能力、一定的抗磁特性、宏观量子相干特性等。而高温超导材料具有其他材料无法相比的电、磁、热等性能,可使应用系统的性能及可靠性大幅提高。因此,高温超导技术也是世界高科技竞争的热点。

 

超导体的工作温度在低于其本身的超导临界温度时才会表现出其超导性能,因此超导体的应用要求严格的温度条件限制。

超导谐振腔是超导组元的重要组成部分,用于补偿或阻尼超导腔运行时由于洛伦兹力、束流负载效应、麦克风效应等影响产生的频率变化。

 

超导腔调谐器一般分为挤压和拉伸两种工作方式,对超导腔的形状和刚性有一定的要求。通过改变腔体轴向长度,即改变超导腔每个单元内部间隙来改变超导腔的频率。可以将每个单元简单比作电容,当两极板间隙发生变化时,电容相应变化,从而改变谐振回路的谐振频率。

超导腔的频率失谐和不稳定会导致加速电场不稳定,使束流质量下降,甚至导致不稳定性丢束,并且在失谐情况下需要发射机功率也会增大。

 

调谐器是超导系统的重要组成部分,用来控制超导腔的频率,补偿束流对腔频率的影响。它主要由两部分构成:机械调谐机构和压电陶瓷调谐机构。机械调谐是慢调谐机构,调谐范围大(几百K赫兹),而压电陶瓷调谐是快调谐机构,调谐范围小(几赫兹)。

 

大部分调谐器,特别是快调谐机构,需要工作在低温、真空、辐射的恶劣环境中,既要保证调谐器低温收缩变形后不被卡死,又要保证较高的调谐效率和调谐精度,因此频率调谐系统的研制难度非常大,需要综合考虑具体的腔型、工作环境、加速器运动方式等。

快调谐机构利用的是压电陶瓷的逆压电效应,在外电场作用下,发生形变,形变与外电场强度大小成正比。

芯明天机械封装压电陶瓷,它的主要优点是高分辨率、高动态、大出力、兼容真空环境等,应用于1。3GHz超导腔中快调谐范围为2。5kHz@T=2K,频率分辨精度0。3~1。8Hz。

机械封装压电陶瓷与裸陶瓷相比,机械强度更高。工作在辐射、低温、真空的环境,需要在2K左右低温下产生位移运动,因此高强度的机械封装压电陶瓷适合作为快调谐机构。

机械封装压电陶瓷的优点:

1,易于安装,有内螺纹、外螺纹、球头、平头可选;

2,高机械强度,将压电陶瓷保护于内部;

3,可选闭环反馈传感器,从而修正压电陶瓷的迟滞与蠕变;

4,高动态,压电陶瓷在高频振动时,会产生一定热量使自身温度升高,机械封装可将热量导出,且可在外壳体增加散热片,提高压电陶瓷的工作频率;

5,可承受一定的拉力,机械封装压电陶瓷可承受一定拉力,而裸陶瓷不可承受拉力;

6,高可靠性,可承受一定侧向力和弯曲力,而裸陶瓷不能;

7,抗干扰性,无磁不绣钢外壳,可防止外界电场干扰。

快调谐用压电陶瓷促动器型号、参数举例:

 

名称:压电陶瓷促动器

型号:60VS35

位移:80µm@300K

出力:25000N

负载力:35000N

拉力上限:4000N

工作温度:可达2K

名称:压电陶瓷促动器

型号:40VS20

位移:38µm@300K

出力:4700N

拉力上限:700N

工作温度:可达2K

快调谐压电陶瓷促动器控制器

快调谐的压电控制器采用的是芯明天E01系列压电控制器,可进行模拟和数字控制,通信接口有串口、USB等,也可进行键盘操作,可选择单通道、双通道或更多通道的控制。

 

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