[發明專利]氫原子頻標退磁裝置及退磁方法

有效

• 申請號: 201610519583.8
• 申請日: 2016-07-05
• 公開（公告）號: CN105938752B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 冷如冰;戴家瑜;劉鐵新;李錫瑞;王瑞
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海天文臺;上海大學
• 主分類號: H01F13/00
• 分類號: H01F13/00
• 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

本發明涉及退磁設備領域，尤其涉及一種氫原子頻標退磁裝置及退磁方法。

背景技術

隨著國內氫原子鐘技術的日益發展，對系統各個部件的性能要求也更加嚴格。其中氫原子鐘磁屏蔽系統是重要的一環，它采用坡莫合金制造，對外界環境磁場的干擾予以衰減或屏蔽，減少外界磁場對原子能級的擾動，使得氫原子鐘的物理系統給出相對穩定的躍遷信號。

氫原子頻率標準作為滿足我國自主導航應用的一項關鍵技術與設備，其輸出頻率的穩定性與準確度是用于衡量該產品性能的關鍵因素。為滿足相應的高性能與高可靠性的需求，因而在生產制作過程中對精度、工藝等相關方面的性能要求相比一般產品更高。其中，因原子頻標的工作原理，想得到相對理想且穩定原子躍遷頻率輸出信號，對磁場的幅值與均勻性提出了極高要求，為滿足相應要求，我們通常采用高磁導率的磁屏蔽材料用于特殊的結構設計，建立滿足氫原子頻標性能需求的特殊磁屏蔽系統。實際使用之前還需對其進行一系列的相關工藝處理，以確保其性能達到最佳。其中的一項工藝就包括對磁屏蔽系統整機退磁。

現有對于磁性材料退磁的方法大致可分為四種，即交流電退磁通過法、衰減法、直流電退磁法、加熱法。其中交流電退磁通過法適用于對中小型工件的批量退磁，將工件放在裝有軌道和拖板的退磁機上，線圈通電時，將工件沿著軌道緩慢的從線圈中通過并遠離線圈。對于不能放在退磁機上退磁的大型工件，可將線圈套在工件上，通電時緩慢的將線圈通過并遠離工件。衰減法利用了交流電不斷換向的特點，通過自動衰減退磁器或調壓器逐漸降低電流為零件進行退磁。直流電磁化過的工件用直流電退磁，可采用直流換向衰減或超低頻電流自動退磁。而加熱退磁法通過加熱提高工件溫度至居里點以上，是最有效的退磁方法，但這種方法由于條件比較苛刻，不經濟且實施中受到諸多限制。

另外，現有的一種采用衰減法與加熱法結合的退磁方法：首先將加工好的材料加熱到居里點進行第一次退磁，在裝配完成后再采用衰減法進行第二次退磁。第二次退磁過程簡要原理為在氫原子鐘諧振腔6上外加一個工頻下的大電流，該電流由一組經過處理的變壓器組產生，此時諧振腔6相當于一個導體，在周圍產生一個交變的磁場，該磁場作用到磁屏蔽系統，利用變壓器的調節功能改變輸出電流的幅值，逐漸降低直至為零，退磁結束。該過程中調節變壓器采用手動控制，離散性較大，不同人員在實施該項工藝過程時的引入的誤差不同，并且退磁曲線單一。因此，如何提供一種自動的、滿足氫鐘退磁工藝的設備是本領域技術人員需要解決的問題。

目前，市面上的退磁機、消磁器，型號、規格多種多樣，退磁的對象、效果有所不同。

請參閱圖1，一種現有的退磁裝置包括第一變壓器1和第二變壓器2，其中第一變壓器1和第二變壓器2串聯連接，第一變壓器1連接市電，第二變壓2器連接外部諧振腔6，該裝置通過人工調節旋鈕11來調節第一變壓器1的輸出，從而實現對輸出電流幅值的調節，具有離散性較大，不同人員在實施該項工藝過程時的引入的誤差不同，并且退磁曲線單一的問題。且現有設備在系統初始化階段就有電流輸出，被動型氫鐘薄弱環節將有較大的能量積累，氫鐘薄弱環節將受到較大的電流沖擊。

而現有的一種退磁方法，將第一變壓器1和第二變壓器2的輸出輸入竄連，在第二變壓器2上外繞粗銅導線接入諧振腔6的相應連接點，通過手動調節第一變壓器1的有效線圈匝數將220v市電轉換為相應最大電流100A左右的退磁電流加至諧振腔6，以相對均勻的速率緩慢下降至0A。但這種方法通常會遇到退磁效果不理想的情況，需要反復，甚至提高相應最高電流值，需要改變電流值得下降速度等。因此需要根據實際情況對相應的工藝參數進行調整。而氫原子頻標對電流值的控制要求中的最大電流值以及下降速度很苛刻，當電流通過負載時會產生明顯的發熱，當熱量達到某一值時會造成諧振腔6的損壞。另外，原退磁設備最先在主動型氫原子頻標上應用，該頻標體積大，結構穩定，退磁效果較好。隨著原子頻標領域的逐漸發展，之后研制出了體積較小的被動型氫原子頻標，其尺寸和結構與主動型氫鐘相比不盡相同。并且結構較為精細，需要考慮的細節較多，因此被動型氫鐘不應該直接沿用主動型氫鐘的退磁設備與方法。被動型氫鐘采用主動型氫鐘的退磁方法會產生明顯的發熱現象，所以通常適用于主動型氫原子頻標的退磁工藝很可能不能在被動型氫原子頻標上應用，甚至會對動型氫原子頻標造成破壞。

發明內容

針對上述現有技術中的不足，本發明提供一種氫原子頻標退磁裝置及退磁方法，可實現對變壓器進行自動調節，自動完成整個退磁工藝過程，具有輸出頻率可自動調節、穩定性強、精確度高和對外部連接物理系統電流沖擊小的優點。