[發(fā)明專利]一種可高精度控制且快速關(guān)斷的大磁場(chǎng)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110473519.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN113078889A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王璐;嚴(yán)祥傳;閔靖;孫大立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H03K17/041
• 分類號(hào): H03K17/041;H03K17/687
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所(普通合伙) 42001
• 代理人: 李鵬;王敏鋒

本發(fā)明公開了一種可高精度控制且快速關(guān)斷的大磁場(chǎng)系統(tǒng)，IGBT開關(guān)模塊包括絕緣柵雙極晶體管、第一壓敏電阻和第二壓敏電阻，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極并聯(lián)有第三壓敏電阻，費(fèi)什巴赫線圈包括第一亥姆霍茲線圈和第二亥姆霍茲線圈，第一亥姆霍茲線圈和第二亥姆霍茲線圈均由銅管繞制而成，第一亥姆霍茲線圈和第二亥姆霍茲線圈上均開設(shè)有進(jìn)水孔和出水孔。本發(fā)明通過采用壓敏電阻做耗散、結(jié)合絕緣柵雙極晶體管實(shí)現(xiàn)大磁場(chǎng)的快速關(guān)斷；利用PID控制器對(duì)費(fèi)什巴赫線圈中的電流反饋來實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制；對(duì)電流源的輸出電壓進(jìn)行了外部控制，使得兩個(gè)或者多個(gè)并聯(lián)的電流源不同電流下輸出的電壓不同。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大磁場(chǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可高精度控制且快速關(guān)斷的大磁場(chǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自1995年玻色愛因斯坦凝聚誕生以來，對(duì)超冷氣體的研究呈現(xiàn)出前所未有的發(fā)展，而Feshbach共振技術(shù)的產(chǎn)生，使得人們可以對(duì)原子間的相互作用進(jìn)行調(diào)控，這在實(shí)現(xiàn)超冷氣體的量子簡并、分子的BEC凝聚和BCS超流等研究中有著廣泛的應(yīng)用。為了對(duì)原子間的相互作用進(jìn)行精確控制且快速探測(cè)，實(shí)驗(yàn)上需要高精度控制且快速關(guān)斷的磁場(chǎng)系統(tǒng)。不同的原子對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度的要求不同，小磁場(chǎng)系統(tǒng)控制較為簡單，而大磁場(chǎng)則相對(duì)困難。為了覆蓋大多數(shù)的原子，我們擬產(chǎn)生1000G的磁場(chǎng)，并進(jìn)行精確控制。我們?cè)O(shè)計(jì)了適用的磁場(chǎng)線圈，電感L＝0.5mH。為了產(chǎn)生1000G的磁場(chǎng)，需要對(duì)線圈施加450A的電流。目前對(duì)于如此大電流系統(tǒng)，普通的控制方案關(guān)斷時(shí)間較長、穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可高精度控制且快速關(guān)斷的大磁場(chǎng)系統(tǒng)，解決了大磁場(chǎng)系統(tǒng)的關(guān)斷慢和不可控問題，而且結(jié)構(gòu)簡單，操作性強(qiáng)，精度高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種可高精度控制且快速關(guān)斷的大磁場(chǎng)系統(tǒng)，包括IGBT開關(guān)模塊，還包括MOSFET電流控制模塊，

IGBT開關(guān)模塊包括絕緣柵雙極晶體管、第一壓敏電阻和第二壓敏電阻，

費(fèi)什巴赫線圈與第一壓敏電阻并聯(lián)，費(fèi)什巴赫線圈一端與電流源一端連接，另一端與絕緣柵雙極晶體管的集電極連接，絕緣柵雙極晶體管的集電極和發(fā)射極并聯(lián)有第二壓敏電阻，

MOSFET控制模塊包括場(chǎng)效應(yīng)管、PID控制器、第三壓敏電阻和信號(hào)源，

場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極并聯(lián)有第三壓敏電阻R3，場(chǎng)效應(yīng)管的源極與電流源另一端連接。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與PID控制器的輸出端連接，PID控制器的輸入端分別與信號(hào)源S和霍爾電流傳感器輸出的信號(hào)連接，霍爾電流傳感器用于測(cè)量費(fèi)什巴赫線圈的電流。

如上所述的費(fèi)什巴赫線圈包括第一亥姆霍茲線圈和第二亥姆霍茲線圈，第一亥姆霍茲線圈和第二亥姆霍茲線圈均由銅管繞制而成，第一亥姆霍茲線圈通過連接銅管與第二亥姆霍茲線圈串聯(lián)，第一亥姆霍茲線圈上開設(shè)有進(jìn)水孔和出水孔，第二亥姆霍茲線圈上開設(shè)有進(jìn)水孔和出水孔。

如上所述的霍爾電流傳感器設(shè)置在連接銅管上。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

本發(fā)明通過采用壓敏電阻做耗散、結(jié)合絕緣柵雙極晶體管實(shí)現(xiàn)大磁場(chǎng)的快速關(guān)斷；利用PID控制器對(duì)費(fèi)什巴赫線圈中的電流反饋來實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制；對(duì)電流源的輸出電壓進(jìn)行了外部控制，使得兩個(gè)或者多個(gè)并聯(lián)的電流源的輸出電壓保持一致，且不同電流下輸出的電壓不同。本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)簡單、操作性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、精度高且可控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖；

圖2是本發(fā)明的費(fèi)什巴赫線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。