[發明專利]一種磁屏蔽系統以及提高原子頻標磁屏蔽性能的方法

有效

• 申請號: 201210160803.4
• 申請日: 2012-05-17
• 公開（公告）號: CN103429062A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 戴家瑜;張勇;裴雨賢;林傳富
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海天文臺
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;H03L7/26
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術領域

本發明涉及一種屏蔽系統，具體涉及一種磁屏蔽系統，還涉及一種提高原子頻標磁屏蔽性能的方法。

背景技術

目前，國內的磁屏蔽材料可以分為許多牌號。在原子頻標領域，用于屏蔽外磁場所采用的磁屏蔽層的材料是高初始磁導率坡莫合金，牌號是1J79與1J85。

根據各類原子頻標的結構尺寸的不同，磁屏蔽系統的具體尺寸也會不同。原子頻標所采用的磁屏蔽系統大多是由多層閉合的圓筒形磁屏蔽層嵌套形成，從而起到對外界磁場的屏蔽作用，由于該在各屏蔽層的兩極端面上的開口面積較小，所以基本認為每層磁屏蔽還是閉合的。圖1A中的20示出了這類結構。個別較考究的設計中可能還會采用圓筒的上下兩級端面為凸錐面的結構，如圖1B中的30所示。具體結構參數根據實際情況會有所不同。現有的原子頻標采用的磁屏蔽系統的層數一般為4層。根據加工工藝、系統本身抗震性、重量和性能等綜合考慮各屏蔽層的厚度的要求：由內到外依次為：0.6mm、0.6mm、0.6mm、1mm。由于加工工藝的偏差，各層的厚度允許有±0.1mm的偏差。

目前采用的工藝方法是用牌號為1J85（部分采用1J79）的磁屏蔽材料按結構尺寸要求加工成型。利用氫保護高溫爐進行磁屏蔽的熱處理，冷卻后取出，并在原子頻標上集成，最終采用相應的方法進行退磁。各熱處理廠家的處理工藝基本相同，高溫峰值在1100-1150℃。

嚴格意義上磁屏蔽系數定義為磁屏蔽系統外界磁場與內部空間磁場的比值，磁屏蔽系數越大，磁屏蔽效果則越好；系數越小，則屏蔽效果越差。Gn＝H_內H_外

即：

其中：Gn代表n層磁屏蔽系統的磁屏蔽系數；

H_外代表n層磁屏蔽系統外部空間附近的磁場強度（Gs）；

H_內代表n層磁屏蔽系統內部空間的磁場強度（Gs）；

由原子頻標原理可知，在工作的過程中，其對客戶給出的頻率輸出穩定度是會受到環境磁場的影響的。通常可以用磁敏感系數δv/v來說明環境磁場的影響程度，δv/v——指的是因為外界環境磁場的變化而引起的原子頻標的輸出頻率的相對變化。相應根據公式G_N=H_外/H_內，可知因環境磁場相應變化引起的磁屏蔽系統內的磁場變化ΔH，原子鐘的磁敏感系數δv/v=3.9×10^-6H²(ΔH/H)。

然而，現有技術中的磁屏蔽系統并不能滿足上海天文臺被動型氫原子頻標的體積和重量限制這一要求，而且現有的磁屏蔽系統的熱處理工藝也不能滿足性能上的需求，同時氫原子頻標對空間環境磁場強度要求較為苛刻，因此，有必要研究出一種能夠解決這些問題的磁屏蔽系統，以及提高原子頻標磁屏蔽性能的方法。

發明內容

本發明解決的技術問題就是提供一種磁屏蔽系統以及提高原子頻標磁屏蔽性能的方法，解決現有技術中的磁屏蔽系統體積大、重量重的問題，同時保證良好的磁屏蔽性能，并且降低氫原子頻標對空間環境磁場要求的苛刻程度。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明提供一種磁屏蔽系統，包括：原子儲存泡；容置所述原子儲存泡的由微波腔上蓋、微波腔筒和微波腔下蓋首尾相連圍成的微波腔；圍繞所述微波腔的外壁設置的工作磁場線圈；該磁屏蔽系統還包括：由內向外以嵌套式結構彼此間隔開設置的經過真空高溫熱處理的第一磁屏蔽層、第二磁屏蔽層和第三磁屏蔽層；其中，所述第一磁屏蔽層位于所述工作磁場線圈和所述第二磁屏蔽層之間。

該磁屏蔽系統還包括設置在所述第二磁屏蔽層和第三磁屏蔽層之間的真空鐘罩，以及設置在所述鐘罩的底板下方的真空泵，所述微波腔通過連接支撐件固定在所述真空鐘罩的鐘罩的底板上。

所述第一磁屏蔽層的圓柱形側面的壁厚為1mm，所述第二磁屏蔽層和第三磁屏蔽層的圓柱形側面的壁厚分別為0.6mm。

各所述磁屏蔽層的頂部與底部端面分別呈平面或凸錐面。

各所述磁屏蔽層的頂部與底部端面的壁厚分別各加厚一倍。

本發明還提供一種提高原子頻標磁屏蔽性能的方法，包括：提供原子儲存泡；將所述原子儲存泡容置于微波腔中，該微波腔包括微波腔上蓋、微波腔筒和微波腔下蓋；圍繞所述微波腔的外壁設置工作磁場線圈；該方法進一步包括：由內向外以嵌套式結構彼此間隔開地設置經過真空高溫熱處理的第一磁屏蔽層、第二磁屏蔽層和第三磁屏蔽層；其中，所述第一磁屏蔽層位于所述工作磁場線圈和所述第二磁屏蔽層之間。