一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法

摘要

本发明公开了一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法。一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤或者微型探测器；上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。本发明经仿真模拟显示其产生的磁势阱约束能力要强于常规多磁极拼接的磁势阱，可以解决常规多磁极磁铁拼装过程中各部件难以对齐、对准，造成磁势阱分布不均匀等技术问题。

权利要求

1.一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；

永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；

上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层圆柱体中心贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层圆柱体中心贯穿孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；

上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里；

所述装置的永磁体加工流程为：

步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续辐射充磁方向一致，压型后形成压胚；

步骤四：烧结；

步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁体进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与辐射充磁方向一致；

步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

步骤七：辐射充磁。

2.根据权利要求1所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，其特征是：所述装置的永磁体具备上下两层结构，其几何参数特征是：上下两层圆柱的直径相等，为10mm至40mm，根据要求选择大小，此参数对装置悬浮能力影响较小；

上层圆柱高度为1mm至5mm，下层圆柱高度为4至15毫米，根据要求选择尺寸；

所述上下两层圆柱中心孔的直径，其几何参数特征是:上层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至4mm；

下层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至3mm。

3.一种根据权利要求1所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的制备方法，其特征是：步骤如下：

步骤一：制备好相应的模具，烧结加工出两个高度不一带通孔的圆柱型且具备辐射充磁的永磁体；

步骤二：利用充磁机对两块圆柱分别实施辐射充磁，上层圆柱充磁方向沿径向向里或者向外，下圆柱的充磁磁化方向相应的沿径向向外或者向里；

步骤三：将两块圆柱型永磁体通过自身的磁力底面吸在一起，构成整体圆柱型磁悬浮装置。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：所述永磁体其加工流程为：步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；

步骤四：烧结；

步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；

步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

步骤七：充磁。

5.一种根据权利要求1所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的应用方法，其特征是，用于悬浮高灵敏度悬浮物体，步骤如下:步骤一：准备抗磁悬浮装置；

步骤二: 准备待悬浮物体，材质具备抗磁性；

步骤三：将待悬浮物体置于抗磁悬浮势阱中，受到的磁力与重力平衡，满足如下关系：其中B为磁场强度，χ为悬浮物体抗磁化率，μ0为真空磁导率，ρ为抗磁物体密度，z为悬浮位置；

步骤四：将待测信号施加到悬浮物体上；

步骤五：观测悬浮物体的悬浮运动，向悬浮物体入射激光，经悬浮物体散射的激光与事先准备的参考激光发生干涉，根据干涉激光强度变化读取悬浮物体的运动信号，并解调出待测信号。

6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征是，所述的步骤二中，抗磁性的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、金刚石、二氧化硅、热解石墨、铋，形状视具体要求而定，包括球体、圆柱体，待悬浮物体尺寸小于双层圆柱型磁悬浮装置上层圆柱体中心贯穿孔直径，具体材质和尺寸根据磁势阱的悬浮能力而定。

7.根据权利要求5所述的应用方法，其特征是，所述的步骤四：待测信号包括：振动加速度信号、万有引力信号、电信号、磁信号。

8.根据权利要求5所述的应用方法，其特征是，所述的步骤五：首先准备一个激光光源，将激光光束用BS分为两束，一束作为参考光，另一束打在悬浮物体上作为探测光；利用透镜收集参考光和探测光，使之进行干涉，利用四象限光电探测器来探测干涉后的光功率；分析光电探测器由于探测激光功率变化引起的探测电压的变化，获得悬浮物体的运动：ΔX= ζΔV

上式中，V为探测电压,探测电压的变化为ΔV，悬浮物体的位移为ΔX，ζ为伏米系数，其数值可以通过热噪声标定获得，得出悬浮物体位移后，通过解调的方式获得所施加的待测信号。

说明书

一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及抗磁悬浮中永磁体器件设计领域，涉及一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法。

背景技术

[0002] 抗磁悬浮机械振子是一种用于精密测量的重要工具，经常被用于制备高精度传感器，包括位移计、加速度计、磁力计和测力计等。抗磁悬浮传感器的原理是：用事先设计好的、具备特定构型的永磁体提供磁势阱，抗磁性物体在磁场中所受到的磁力可以平衡物体自身重力，从而悬浮于磁势阱中，因为悬浮机械振子能很好地与外界环境隔离，极大限度地减少了外界环境噪声的干扰，固可作为精密测量传感器。得益于悬浮机械振子可很好地与周围环境隔开，因此悬浮机械振子比常规传感机械振子具备更高的品质因子。常见的悬浮机制包括：电悬浮、光悬浮、超导磁悬浮和抗磁悬浮。其中超导悬浮只能适用于低温体系。抗磁悬浮相对于其它悬浮机制而言，因为采用被动悬浮机制，悬浮更大质量的东西也无需注入更多能量，因此在悬浮较大体型的器件方面更具备应用价值。

[0003] 对于抗磁悬浮系统而言，永磁体提供磁场，永磁体构型的设计直接决定了磁场的悬浮能力和悬浮品质。目前用以提供悬浮磁场的永磁体构型都是由多块磁极拼装构成，比如将几块磁块充磁完成后再用结构件组装在一起或者用胶水粘到一起。这会产生很多问题：一、磁块之间互相排斥，操作者很难将磁块拼接到一起；二、即使操作者将磁块按照构型要求拼接到一起，磁块之间也很难按照要求对齐，这会造成产生的磁势阱不均匀，影响悬浮品质；三、磁块之间缝隙用胶水粘接，可能会导致电荷积累，影响器件悬浮。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置及其制备和应用方法，无需拼接、无需封装、依靠自生的磁力双层磁铁自然吸在一起，提供稳定、均匀、高强度的磁势阱。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，

[0007] 永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；

[0008] 永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；

[0009] 上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；

[0010] 上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。

[0011] 所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，所述永磁铁其加工流程为：

[0012] 步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

[0013] 步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

[0014] 步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；

[0015] 步骤四：烧结；

[0016] 步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；

[0017] 步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

[0018] 步骤七：充磁。

[0019] 所述永磁体具备上下两层结构，其几何参数特征是：

[0020] 上下两层圆柱的直径相等，为10mm至40mm，根据要求选择大小，此参数对磁势阱悬浮能力影响较小；

[0021] 上层圆柱高度为1mm至5mm，下层圆柱高度为4至15毫米，根据要求选择尺寸；

[0022] 所述上下两层圆柱中心孔的直径，其几何参数特征是:

[0023] 上层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至4mm；

[0024] 下层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至3mm。

[0025] 所述的贯穿孔，

[0026] 上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；

[0027] 通过放置光纤和微型透镜，可以制备磁光势阱，即可以集磁势阱悬浮大粒子和光势阱高谐振频率的优点于一身；

[0028] 放置微型探测器可以更加方便探测悬浮振子的运动；

[0029] 贯穿孔的大小对悬浮能力影响较大，贯穿孔越小悬浮能力越强，但悬浮物体尺寸也会变小，具体大小根据悬浮物的尺寸和磁化率而定。

[0030] 一种根据所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的制备方法，步骤如下：

[0031] 步骤一：制备好相应的模具，烧结加工出两个高度不一带通孔的圆柱型且具备辐射充磁的永磁体；

[0032] 步骤二：利用充磁机对两块圆柱分别实施辐射充磁，上层圆柱充磁方向沿径向向里或者相外，下圆柱的充磁磁化方向相应的沿径向向外或者向里；

[0033] 步骤三：将两块圆柱型永磁体通过自身的磁力底面吸在一起，构成整体圆柱型磁势阱装置。

[0034] 所述永磁体其加工流程为：

[0035] 步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

[0036] 步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

[0037] 步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；

[0038] 步骤四：烧结；

[0039] 步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；

[0040] 步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

[0041] 步骤七：充磁。

[0042] 一种根据所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的应用方法，用于悬浮高灵敏度械振子，步骤如下:

[0043] 步骤一：准备抗磁悬浮势阱装置；

[0044] 步骤二: 准备待悬浮物体，材质具备抗磁性；

[0045] 步骤三：将待悬浮物体置于抗磁悬浮势阱中，受到的磁力与重力平衡，满足如下关系：

[0046]

[0047] 其中B为磁场强度，χ为悬浮物体抗磁化率，μ0为真空磁导率，ρ为抗磁物体密度，z为悬浮位置；

[0048] 步骤四：将待测信号施加到悬浮振子上；

[0049] 步骤五：观测悬浮物体的悬浮运动，向悬浮物体入射激光，经悬浮物体散射的激光与事先准备的参考激光发生干涉，根据干涉激光强度变化读取悬浮物体的运动信号。

[0050] 所述的步骤二中，抗磁性的材质包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、金刚石、二氧化硅、热解石墨、铋，形状视具体要求而定，包括球体、块体、圆柱体，待悬浮物体尺寸小于双层圆柱型磁势阱上层磁体通孔直径，具体材质和尺寸根据磁势阱的悬浮能力而定。

[0051] 所述的步骤四：待测信号可以是多种多样，包括：振动加速度信号、万有引力信号、电信号、磁信号以及一些科学前沿的新颖力信号。

[0052] 所述的步骤五：

[0053] 首先准备一个激光光源，将激光光束用BS分为两束，一束作为参考光，另一束打在悬浮物体上作为探测光；利用透镜收集参考光和探测光，使之进行干涉，利用四象限光电探测器来探测干涉后的光功率；分析光电探测器由于探测激光功率变化引起的探测电压的变化，获得悬浮物体的运动：

[0054] ΔX= ζΔV

[0055] 上式中，V为探测电压,探测电压的变化为ΔV，悬浮物体的位移为ΔX，ζ为伏米系数，其数值可以通过热噪声标定获得，得出悬浮振子位移后，通过解调的方式获得所施加的待测信号。

[0056] 本发明的有益效果是：

[0057] 1、由于是双层圆柱型器件一次加工成型，自然吸附在一起，无需使用胶水粘接，不存在缝隙电荷积累干扰悬浮机械器件的问题；

[0058] 2、解决了操作人员难以拼接组装磁体的问题，大大提高了操作便利性，提高操作效率；

[0059] 3、解决了传统拼装磁体难以对齐的问题，保证了磁势阱分布的均匀性，便于获得更高品质的磁势阱；

[0060] 4、双层圆柱型永磁体抗磁悬浮势阱悬浮能力强于拼接组装磁体势阱，悬浮物可以选择更大质量范围的物体。

附图说明

[0061] 图1是本发明公开的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的结构图。

[0062] 图2是本发明公开的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的磁场强度分布剖面图。

[0063] 图3是本发明公开的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置z方向的势能密度曲线。

[0064] 图4是本发明公开的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置x方向的势能密度曲线。

[0065] 图5是本发明公开的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置悬浮物体运动探测光路图。

[0066] 图中：上层带通孔的圆柱型磁铁1；下层带通孔的圆柱型磁铁2；上层圆柱磁铁通孔即悬浮微粒束缚区3；下层圆柱磁铁通孔4。

具体实施方式

[0067] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

[0068] 如图1所示，一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，

[0069] 永磁体材质选取强磁铁，包括烧结钕铁硼磁铁或者烧结钐钴磁铁；

[0070] 永磁体具备上下两层结构，上下两层为共轴等径不等高的圆柱体；

[0071] 上下两层圆柱体中心均留有一个贯穿的孔，上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤微型透镜、或者微型探测器；

[0072] 上下两层圆柱体的磁化方向相反，上圆柱的磁化方向沿径向向里或者向外，下圆柱的磁化方向沿径向向外或者向里。

[0073] 所述的一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置，所述永磁铁其加工流程为：

[0074] 步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

[0075] 步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

[0076] 步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；

[0077] 步骤四：烧结；

[0078] 步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；

[0079] 步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

[0080] 步骤七：充磁。

[0081] 所述永磁体具备上下两层结构，其几何参数特征是：

[0082] 上下两层圆柱的直径相等，为10mm至40mm，根据要求选择大小，此参数对磁势阱悬浮能力影响较小；

[0083] 上层圆柱高度为1mm至5mm，下层圆柱高度为4至15毫米，根据要求选择尺寸；

[0084] 所述上下两层圆柱中心孔的直径，其几何参数特征是:

[0085] 上层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至4mm；

[0086] 下层圆柱体中心贯穿孔的直径为1mm至3mm。

[0087] 所述的贯穿孔，

[0088] 上层磁极贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，下层孔用于放置光纤、微型透镜或者微型探测器；

[0089] 通过放置光纤和微型透镜，可以制备磁光势阱，即可以集磁势阱悬浮大粒子和光势阱高谐振频率的优点于一身；

[0090] 放置微型探测器可以更加方便探测悬浮振子的运动；

[0091] 贯穿孔的大小对悬浮能力影响较大，贯穿孔越小悬浮能力越强，但悬浮物体尺寸也会变小，具体大小根据悬浮物的尺寸和磁化率而定。

[0092] 一种根据所述的双层圆柱型永磁体抗磁悬浮装置的制备方法，步骤如下：

[0093] 步骤一：制备好相应的模具，烧结加工出两个高度不一带通孔的圆柱型且具备辐射充磁的永磁体；

[0094] 步骤二：利用充磁机对两块圆柱分别实施辐射充磁，上层圆柱充磁方向沿径向向里或者相外，下圆柱的充磁磁化方向相应的沿径向向外或者向里；

[0095] 步骤三：将两块圆柱型永磁体通过自身的磁力底面吸在一起，构成整体圆柱型磁势阱装置。

[0096] 所述永磁体其加工流程为：

[0097] 步骤一：备料，根据需要来选购原材料钕铁硼磁铁或者钐钴磁铁；

[0098] 步骤二：制粉，将步骤一所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉；

[0099] 步骤三：压型，将步骤二所制备的磁粉装入事先设计好的模具中，对磁粉进行取向处理成与后续充磁方向一致，压型后形成压胚；

[0100] 步骤四：烧结；

[0101] 步骤五：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨加工处理，切割时磁铁取向与充磁方向一致；

[0102] 步骤六：镀层，根据工作环境要求选择是否镀层；

[0103] 步骤七：充磁。

[0104] 应用实施例

[0105] 第一步：抗磁悬浮理论计算与磁势阱仿真模拟，现结合图1至图4进行说明。

[0106] 抗磁悬浮的基本原理源自抗磁性物质会被磁场排斥，当排斥力和重力平衡，且在各个方向拥有回复力时，抗磁悬浮势阱才算得以构成。物体在磁势阱中所受到的磁势能为：

[0107]

[0108] 其中μ= μ0（1+χ）为物质的磁导率，χ为物质的磁化率，对于抗磁材料，其磁化率χ<0，V为物体的体积，B为物体所在位置的磁感应强度分布。则物体所受磁力为磁势能的负梯度，满足：

[0109] 。

[0110] 当磁场力与重力平衡时便能悬浮，但是如果需要达到稳定平衡，则需满足各个方向的总是能为开口向上的抛物线型：

[0111]

[0112] 其中W=Wm+ mgz，k为磁势阱的弹性系数。

[0113] 在此理论基础上，利用COMSOL有限元仿真模拟出能满足此条件的磁体结构，通过有限元模拟计算可以得出不同构型的磁体结构的磁能密度，通过判断不同方向上的磁重力势能密度曲线是否满足开口向上的抛物线型，便可以得出此磁体结构是否能悬浮抗磁材料，以及能悬浮磁化率在什么范围内的抗磁材料。经过不断变换磁体结构以及充磁方向，得到了如图1所示的双层圆柱形磁极结构，它是由上下两层带通孔的圆柱形结构，包括上层带通孔的圆柱型磁铁1，下层带通孔的圆柱型磁铁2，上层圆柱磁铁通孔即悬浮微粒束缚区3，下层圆柱磁铁通孔4。

[0114] 为了演示所述结构的磁势阱的悬浮效果，特此举例说明。特别说明，下述各种参数为本发明的一个例子，不应将其视为本发明的全部，或者视为对本发明的限定或者限制。选取上层磁极外径20mm，内径1.4mm，高2mm，充磁沿径向向外；下层磁极外径20mm，内径1mm，高6mm，充磁沿径向向里作为特例。磁体结构由自生磁吸引力共地面吸在一起后，其磁场分布如图2所示，其中绿色方框为磁体结构的束缚区，在此区域内可进行抗磁物质的悬浮。图3表示一个磁化率 ，密度 的PMMA小球在此势阱中的磁重
力势能密度函数，其函数曲线满足开口向上的抛物线型，故能悬浮，且悬浮位置在抛物线最底部。其x方向（y方向）的磁势能密度如图4所示，也为开口向上的抛物线型，由此说明所述磁体结构能满足三维空间稳定悬浮。

[0115] 第二步：双层圆柱型永磁体磁体装置的加工：

[0116] 双层圆柱型永磁体抗磁悬浮势阱整体呈圆柱型，上下两层永磁体圆柱中间有一个贯穿孔，贯穿孔方便辐射充磁，上层贯穿孔用于容纳并悬浮抗磁物体，为束缚区所在，下层贯穿孔可以放置探测光纤、微型透镜、微型探测器等物件；上下两层圆柱永磁体磁化方向相反，上层磁化方向沿径向向里，下层磁化方向沿径向向外，亦可上层磁化方向沿径向向外，下层磁化方向沿径向向里；所述上层圆柱磁铁外径为10mm至40mm，内径（通孔直径）为1mm到4mm，高度为1mm到5mm，所述下层圆柱磁铁外径与上层相同，内径（通孔直径）为1mm到3mm，高度为4mm到15mm。

[0117] 具体实施步骤如下：

[0118] 步骤一：加工模具，按照标准化流程制备圆柱型磁铁模具，此模具要求能加工所述带通孔的圆柱型磁铁，并且能实现辐射充磁。

[0119] 步骤二：备料，根据需要来选购磁铁原材料，钕铁硼磁铁和钐钴磁铁各有优点，钕铁硼磁铁磁性更强，价格更便宜，钐钴磁铁则有着耐高温的优点，能在350℃及以下的环境中使用，根据使用环境的要求和相关标准选购原材料。

[0120] 步骤三：制粉，将步骤二所备的原材料投入熔炼炉中进行熔炼，熔炼冷却后形成合金，将合金碾碎并磨制成磁粉。

[0121] 步骤四：压型，将步骤三准备好的磁粉放入步骤一制作的模具中，由于磁粉是各向异性的，磁粉的取向与后续充磁的方向应保持一致，不然磁铁的磁性会大打折扣，所以在压型前需施加外磁场对磁粉的取向进行处理，保证其取向与后续充磁方向一致，通过外加磁场，使得磁粉取向沿着径向，呈辐射状，以便后期辐射充磁，在外加辐射状磁场的作用下进行压胚。

[0122] 步骤五：烧结，为了使磁体获得高的永磁性能，需要将步骤四制备的磁体压胚进行热处理，也就是烧结，注意，烧结的温度要低于磁粉熔点，烧结一段时间后，压胚便由磁粉变成了块体的磁铁，也就是磁铁成型了。

[0123] 步骤六：加工，根据尺寸和形状要求对成型的磁铁进行切割、钻孔、研磨和滚磨等加工处理，注意切割要保证磁铁取向与充磁方向一致。

[0124] 步骤七：镀膜，钕铁硼磁铁由于含铁量较高，在空气环境中容易氧化腐蚀，需要在表面进行镀层，镀层一般采取电镀的方式，镀层材料可选择锌、锡、铜、金，钐钴磁铁由于自身抗氧化性强，则可根据工作环境要求选择是否镀层。

[0125] 步骤八：充磁，对于高矫顽力的磁铁，一般采取脉冲充磁，其原理是利用高压电容放电，在线圈导线中产生短暂的极大的电流，从而在线圈内部获得瞬时强磁场，通过强磁场将磁铁磁化，达到充磁的目的，对加工好的上下两层磁铁分别进行辐射充磁，充磁方向相反，上层充磁方向沿径向向里，下层充磁方向沿径向向外，亦可上层沿径向向外，下层沿径向向里。

[0126] 步骤九：将两块圆柱型永磁体通过自身的磁力底面吸在一起，构成整体圆柱型磁势阱。

[0127] 第三步：一种双层圆柱型永磁体抗磁悬浮势阱的应用方法，步骤如下:

[0128] 步骤一：准备抗磁悬浮势阱，抗磁悬浮势阱由所述第二步制备的双层圆柱型永磁体提供。

[0129] 步骤二: 准备待悬浮物体，悬浮物体材质具备抗磁性，根据实际需要，可选聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等有机物、金刚石、二氧化硅、热解石墨、铋等，形状视具体要求而定，可采用球体、块体、圆柱体等形状，物体尺寸小于双层圆柱型磁势阱上层磁体通孔直径，具体材质和尺寸还应根据磁势阱的悬浮能力而定。

[0130] 步骤三：将待悬浮物体置于抗磁悬浮装置的势阱中，其原理为抗磁物体在磁势阱中受到的磁力与重力平衡，满足如下关系：

[0131]

[0132] 其中B为磁场强度，χ为悬浮物体抗磁化率，μ0为真空磁导率，ρ为抗磁物体密度，z为悬浮位置。

[0133] 步骤四：将待测信号施加到悬浮振子上，待测信号可以是多种多样，包括：振动加速度信号、万有引力信号、电信号、磁信号以及一些科学前沿的新颖力信号。

[0134] 步骤五：观测悬浮物体的悬浮运动，探测光路如图5所示，向悬浮物体入射激光，经悬浮物体散射的激光与事先准备的参考激光发生干涉，根据干涉激光强度变化读取悬浮物体的运动信号，具体操作方法为：首先准备一个激光光源，将激光光束用BS分为两束，一束作为参考光，另一束打在悬浮物体上作为探测光；利用透镜收集参考光和探测光，使之进行干涉，利用四象限光电探测器来探测干涉后的光功率，如图5所示，分析光电探测器由于探测激光功率变化引起的探测电压的变化，获得悬浮物体的运动：

[0135] ΔX= ζΔV

[0136] 上式中，V为探测电压,探测电压的变化为ΔV，悬浮物体的位移为ΔX，ζ为伏米系数，其数值可以通过热噪声标定获得，得出悬浮振子位移后，通过解调的方式获得所施加的待测信号。

[0137] 以上所述实施例的各技术特征可以进行进一步的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0138] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。