[發明專利]基于閉合超導線圈組的磁場屏蔽系統及磁場屏蔽設備

有效

• 申請號: 201310318686.4
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN104349654B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 顧晨;瞿體明;陳思維;韓征和
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達

本發明提供一種磁場屏蔽系統，包括兩個第一級超導線圈及兩個第二級超導線圈圍繞一中心對稱軸共軸設置，所述第一級超導線圈的尺寸不同于所述第二級超導線圈的尺寸，其中一第一級超導線圈與一第二級超導線圈構成一第一線圈組，另一個第一級超導線圈與另一第二級超導線圈構成一第二線圈組，所述第一線圈組與第二線圈組絕緣且鏡像對稱設置，每一線圈組中所述第一級超導線圈與所述第二級超導線圈串聯形成一閉合回路。本發明進一步提供一種磁場屏蔽設備。本發明所述磁場屏蔽系統工藝實現路線簡單，有利于工程實踐。

技術領域

本發明屬于超導電工學領域，特別涉及一種基于閉合超導線圈組的被動抵消式磁場屏蔽系統及其應用。

背景技術

磁場屏蔽是許多精密科學的通用保障性技術，在一些極端測量環境：如高精密原子鐘電子束成像裝置，質譜儀，中微子探測中得到廣泛引用。除了這些極端測量應用，最為貼近日常生活，并為人類健康帶來福祉的測量技術是生物磁學測量。心磁，腦磁測量已經開始逐步從實驗室走向臨床。隨著電磁環境的日益復雜，磁屏蔽技術在生物磁測量技術領域扮演了重要的角色。在生物磁測量中，待測信號多處于10pT(1×10^-11)量級甚至更低。而環境噪音磁場要大3-6 個數量級。去除噪音信號成為這類測量必不可少的環節。除了利用濾波，信號處理等軟件方式消除噪音磁場，硬件屏蔽是最直接的方式，基本上已經成為生物磁測量不可或缺的配套裝置。

目前普遍采用的磁場屏蔽方式有兩種：被動式屏蔽和主動抵消式。其中被動屏蔽式應用歷史最為悠久，屏蔽系統采用高磁導率材料構建封閉腔體將被保護對象封閉其內，搭建屏蔽腔的材料的磁導率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈顯著。常用高磁導率材料如軟鐵、硅鋼、坡莫合金等。例如，現有技術提供了一種基于閉合超導亥姆霍茲(Helmholtz)線圈組結構的屏蔽裝置。其基本結構是由特定半徑比和匝數比的亥姆霍茲超導線圈組電連接形成。該屏蔽系統工作特點類似有源補償式，都是利用線圈產生磁場對外加磁場抵消實現的。

然而，該屏蔽裝置必須要基于亥姆霍茲線圈組結構，需要四個線圈連接才能實現，并且可提供磁屏蔽的空間拓撲結構形式單一，僅僅是對需要近乎球形勻場區的保護。另外，獲得該屏蔽裝置中線圈半徑比與匝數比的過程十分繁瑣，并且四個線圈之間連接的工藝實現路線十分復雜，不利于工程實踐。

發明內容

綜上所述，確有必要提供一種能夠提供不同空間拓撲結構形式的屏蔽、連接結構和組合方式、并且有利于工程實踐的磁場屏蔽系統。

一種磁場屏蔽系統，包括兩個第一級超導線圈及兩個第二級超導線圈圍繞一中心對稱軸共軸設置，所述第一級超導線圈的尺寸不同于所述第二級超導線圈的尺寸，四個線圈分別位于不同且相互平行的平面，其中一第一級超導線圈與一第二級超導線圈構成一第一線圈組，另一個第一級超導線圈與另一第二級超導線圈構成一第二線圈組，所述第一線圈組與第二線圈組絕緣且鏡像對稱設置，每一線圈組中所述第一級超導線圈與所述第二級超導線圈通過連接線串聯形成一閉合回路。

一種磁場屏蔽系統，包括多個第一級超導線圈及多個第二級超導線圈圍繞一中心對稱軸共軸設置，每個超導線圈分別位于不同且相互平行的平面，所述多個第一級超導線圈及多個第二級超導線圈構成一第一線圈組和一第二線圈組，所述第一線圈組與第二線圈組絕緣且鏡像對稱設置，每一線圈組中的多個超導線圈通過連接線串聯形成一閉合回路。