[發(fā)明專(zhuān)利]一種小型原子磁屏蔽與磁操控裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310341790.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103415196A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董海峰;宣立峰;卓超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H05K9/00
• 分類(lèi)號(hào): H05K9/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀(jì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)磁場(chǎng)屏蔽和磁場(chǎng)操控領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于堿金屬原子器件的小型化原子磁屏蔽與磁操控裝置。可用于原子磁強(qiáng)計(jì)，原子鐘和原子陀螺儀。

背景技術(shù)

原子器件是通過(guò)對(duì)堿金屬原子自旋進(jìn)動(dòng)檢測(cè)而測(cè)定相應(yīng)物理量的新型傳感器件，其主要有原子鐘，原子陀螺儀，原子磁強(qiáng)計(jì)等。隨著微機(jī)電技術(shù)和微納制造技術(shù)的發(fā)展，原子器件不斷向集成化，小型化方向發(fā)展。

原子自旋易受外界磁場(chǎng)干擾，原子器件工作時(shí)要穩(wěn)定的低磁場(chǎng)環(huán)境。所以對(duì)外界磁場(chǎng)的有效屏蔽是確保原子器件穩(wěn)定，精確工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著原子器件的小型化發(fā)展，對(duì)原子器件的磁場(chǎng)屏蔽裝置也產(chǎn)生了小型化的需求。

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的John?Kitching設(shè)計(jì)的小型磁場(chǎng)屏蔽裝置只單純的使用了一種屏蔽材料，且在設(shè)計(jì)裝置并沒(méi)有集成原子器件所需的加熱結(jié)構(gòu)和三個(gè)方向的磁操控機(jī)構(gòu)。

高磁導(dǎo)率材料屏蔽殼層可以對(duì)外界磁場(chǎng)進(jìn)行衰減，從而減小其內(nèi)部空腔的磁場(chǎng)大小，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)屏蔽目的。根據(jù)磁場(chǎng)屏蔽理論，對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽性能受屏蔽材料的電磁屬性制約，磁導(dǎo)率越大的材料磁場(chǎng)屏蔽性能越好；電阻率高的材料所產(chǎn)生的熱磁噪聲較小。初始磁導(dǎo)率大的材料，對(duì)弱磁場(chǎng)的屏蔽效果好。飽和感應(yīng)強(qiáng)度大的材料可在較強(qiáng)的磁場(chǎng)下仍保持較好的屏蔽效果。單一材料組成的屏蔽裝置不能滿足對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的大范圍有效屏蔽和低熱磁噪聲的所有要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于小型原子器件的磁屏蔽和磁操控裝置，通過(guò)使用多種不同屏蔽材料符合嵌套以實(shí)現(xiàn)小型原子器件對(duì)外界磁場(chǎng)的屏蔽要求，同時(shí)集成了原子器件的絕熱殼層和加熱線圈。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種小型原子磁屏蔽與磁操控裝置，其特征在于包括：內(nèi)屏蔽殼層1、中屏蔽殼層2、外屏蔽殼層3、絕熱殼層4和磁操控層5，內(nèi)屏蔽殼層1、中屏蔽殼層2和外屏蔽殼層3的由內(nèi)到外嵌套組裝在一起，絕熱殼層4置于內(nèi)屏蔽殼層1和中屏蔽殼層2之間，磁操控層5置于內(nèi)屏蔽殼層1內(nèi)；在磁操控層5上沿三正交方向分別纏有一對(duì)導(dǎo)線6，在內(nèi)屏蔽殼層1外表面纏有雙繞線對(duì)繞的加熱線圈7；所述內(nèi)屏蔽殼層1、中屏蔽殼層2、外屏蔽殼層3和絕熱殼層4的形狀均為圓筒形，分別包括筒體和筒蓋兩個(gè)部件。

所述內(nèi)屏蔽殼層1由錳鋅鐵氧體材料制成。

所述中屏蔽殼層2由坡莫合金制成。

所述外屏蔽殼層3由非晶復(fù)合材料材料制成。

所述絕熱殼層4由酚醛塑料制成。

所述磁操控層5上三正交方向分別開(kāi)有一對(duì)寬為3mm的槽，導(dǎo)線6沿槽纏繞在磁操控層5上。

所述磁操控層5內(nèi)部空腔設(shè)計(jì)為鎖孔型，將Pt100溫度傳感器探頭被固定于空腔內(nèi)部。

所述內(nèi)屏蔽殼層1在筒體底部邊緣開(kāi)有直徑為2.5mm的通孔，供置于其內(nèi)部的磁操控層5的6根導(dǎo)線通過(guò)。

所述中屏蔽殼層2和外屏蔽殼層3，在筒體底部邊緣開(kāi)有直徑為2.8mm的通孔，供置于其內(nèi)部的磁操控層5的6根導(dǎo)線和內(nèi)屏蔽殼層1的2根導(dǎo)線通過(guò)。

所述內(nèi)屏蔽殼層1、中屏蔽殼層2、外屏蔽殼層3和絕熱殼層4在其筒蓋和筒體上距其中心3.5mm處開(kāi)有直徑為5mm的同心通孔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明通過(guò)使用多種不同屏蔽材料符合嵌套以實(shí)現(xiàn)小型原子器件對(duì)外界磁場(chǎng)的屏蔽要求，同時(shí)集成了原子器件的絕熱殼層和加熱線圈。

(2)本發(fā)明具有體積小，易于加工實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。可適用于原子鐘，原子磁強(qiáng)計(jì)和原子陀螺儀。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的內(nèi)屏蔽殼層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的中屏蔽殼層結(jié)構(gòu)示意圖；左圖是中層屏蔽殼層的筒體部分，右圖是中層屏蔽殼層的筒蓋部分。

圖4為本發(fā)明的磁操控層結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明小型化原子磁屏蔽和磁操控裝置包括：內(nèi)屏蔽殼層1，內(nèi)屏蔽殼層外表面纏有雙繞線對(duì)繞的加熱線圈7；中屏蔽殼層2；外屏蔽殼層3；絕熱殼層4；磁操控層5，磁操控層上沿三正交方向分別纏有一對(duì)導(dǎo)線6。

如圖2所示，內(nèi)屏蔽殼層1由錳鋅鐵氧體材料制成，形狀為圓筒形，由筒體和筒蓋兩個(gè)部件組成，筒體內(nèi)直徑為34mm，外徑為44mm，筒長(zhǎng)47mm。在筒體兩端設(shè)計(jì)有高1.5mm的邊緣環(huán)帶11。