一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置

技术领域

本发明涉及磁屏蔽技术领域，特别是一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，可为超高灵敏的磁场测量装置、惯性测量装置和基础物理实验装置提供稳定的弱磁环境。

背景技术

针对基于原子自旋效应的超高灵敏磁场和惯性测量，一方面需要降低环境磁场从而降低磁场的测量范围，提高对极微弱磁场的灵敏度，另一方面需要降低屏蔽环境的磁场本底噪声，保证低于磁场测量灵敏度，发挥原子自旋超高灵敏磁场测量能力。因此，通常采用高导磁坡莫合金材料和高电阻率的铁氧体材料制作和组成多层磁屏蔽桶，对地磁场进行有效的衰减的同时降低屏蔽桶的磁噪声。

高电阻率、低磁滞损耗的锰锌铁氧体被用于多层磁屏蔽桶的最内层，已经实现了0.7fT/Hz

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有的磁屏蔽桶磁噪声难以进一步降低以满足超高灵敏测量的要求，提供一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，可将磁噪声降低四倍。

本发明的技术解决方案如下：

一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，其特征在于，包括冷却腔，所述冷却腔具有从底盘向上延伸的外周壁和形成中心腔的内周壁，所述外周壁与内周壁之间形成环形腔，表面贴有温度传感器的铁氧体桶位于所述环形腔内，所述冷却腔腰部的左侧、右侧、前侧和后侧均设置有螺孔，所述螺孔内设置有密封螺柱，所述环形腔内的液氮浸没所述铁氧体桶以降低由于约翰逊电流导致的磁噪声，所述冷却腔的顶部设置有冷却腔盖。

所述环形腔的底面上设置有垫圈。

所述冷却腔的材料为聚四氟乙烯。

所述温度传感器采用铂热电阻PT100或铂热电阻PT1000，用于监控铁氧体桶桶壁的温度，温度传感器的引线由冷却腔盖上留有的孔引出。

所述冷却腔盖通过螺钉固定在冷却腔的顶部。

所述密封螺柱采用真空硅脂进行密封，防止液氮泄露出冷却腔。

所述冷却腔盖上开有四个通孔，一个为温度传感器的引线出口，一个为消磁线出口，一个为液氮补充口，剩下一个为排气孔。

所述铁氧体桶的材料为锰锌铁氧体材料，所述铁氧体桶表面绕制的消磁线圈从冷却腔盖上的孔引出。

所述铁氧体桶的磁噪声由磁滞噪声和约翰逊电流噪声构成，其中磁滞噪声为主要的磁噪声，半径为r，长度为L，厚度为t的铁氧体桶的磁噪声计算公式如下：

其中δB

本发明的技术效果如下：本发明一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，能够克服现有的磁屏蔽桶磁噪声大难以满足超高灵敏物理量测量的问题。本发明先将垫圈放置于冷却腔的底部，再将表面贴有温度传感器的铁氧体桶放到冷却腔中，密封螺柱旋转到冷却腔与铁氧体桶同轴的孔内，在冷却腔内倒入液氮直到没过铁氧体桶。盖上冷却腔盖用螺钉固定冷却腔和冷却腔盖。低噪声的锰锌铁氧体放置液氮环境下，降低锰锌铁氧体的温度，从而降低磁噪声。冷却腔、冷却腔盖和密封螺柱的材料为聚四氟乙烯，利用阻抗极大的塑料材料代替钛钢、镀银玻璃、镍层玻璃等材料作为液氮容器降低了由于约翰逊电流导致的磁噪声。

本发明与现有技术相比：常规的室温下的锰锌铁氧体磁屏蔽桶的磁噪声较大，无法满足超高灵敏物理量的磁场测量，本发明通过制作冷却腔，将铁氧体浸在液氮中，制作成低温磁屏蔽装置，降低该装置的磁噪声，解决低磁场噪声的应用需求。

附图说明

图1为本发明一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置的结构示意图。

图2为图1中的冷却腔结构示意图。

图3为图1中的冷却腔盖结构示意图。

图4为图3的剖面结构示意图。

附图标记列示如下：1-铁氧体桶；2-温度传感器；3-垫圈；4-冷却腔盖；5-冷却腔；6-密封螺柱。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图4)和实施例对本发明进行说明。

图1为本发明一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置的结构示意图。图2为图1中的冷却腔结构示意图。图3为图1中的冷却腔盖结构示意图。图4为图3的剖面结构示意图。参考图1至图4所示，一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，包括冷却腔5，所述冷却腔5具有从底盘向上延伸的外周壁和形成中心腔的内周壁，所述外周壁与内周壁之间形成环形腔，表面贴有温度传感器2的铁氧体桶1位于所述环形腔内，所述冷却腔腰部的左侧、右侧、前侧和后侧均设置有螺孔，所述螺孔内设置有密封螺柱6，所述环形腔内的液氮浸没所述铁氧体桶1以降低由于约翰逊电流导致的磁噪声，所述冷却腔5的顶部设置有冷却腔盖4。

所述环形腔的底面上设置有垫圈3。所述冷却腔5的材料为聚四氟乙烯。所述温度传感器2采用铂热电阻PT100或铂热电阻PT1000，用于监控铁氧体桶1桶壁的温度，温度传感器2的引线由冷却腔盖4上留有的孔引出。所述冷却腔盖4通过螺钉固定在冷却腔5的顶部。所述密封螺柱6采用真空硅脂进行密封，防止液氮泄露出冷却腔。所述冷却腔盖4上开有四个通孔，一个为温度传感器2的引线出口，一个为消磁线出口，一个为液氮补充口，剩下一个为排气孔。所述铁氧体桶1的材料为锰锌铁氧体材料，所述铁氧体桶1表面绕制的消磁线圈从冷却腔盖4上的孔引出。

所述铁氧体桶的磁噪声由磁滞噪声和约翰逊电流噪声构成，其中磁滞噪声为主要的磁噪声，半径为r，长度为L，厚度为t的铁氧体桶的磁噪声计算公式如下：

其中δB

一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，可为超高灵敏的磁场测量装置、惯性测量装置和基础物理实验装置提供稳定的弱磁环境，主要由冷却腔、密封螺柱、冷却腔盖、铁氧体桶、温度传感器和垫圈等部件组成，铁氧体桶放在充满液氮的冷却腔内。本发明利用液氮低温环境，降低了铁氧体桶产生的磁噪声，该装置可以极大的提高由于磁屏蔽装置产生的磁噪声限制的测量装置的灵敏度。

一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置，由图1可见，本发明装置中包括铁氧体桶1，温度传感器2，垫圈3，冷却腔盖4，冷却腔5，密封螺柱6；先把垫圈(3)放置于冷却腔(5)的底部，再将表面贴有温度传感器(2)的铁氧体桶(1)放到冷却腔(5)中，密封螺柱(6)旋转到冷却腔(5)与铁氧体桶(1)同轴的孔内，在冷却腔(5)内倒入液氮直到没过铁氧体桶(1)。盖上冷却腔盖(4)用螺钉固定冷却腔(5)和冷却腔盖(4)。

所述的冷却腔(5)的材料为聚四氟乙烯。该种材料在液氮温度下不脆化，有很好的温度特性。利用阻抗极大的塑料材料代替钛钢、镀银玻璃、镍层玻璃等材料作为液氮容器降低了由于约翰逊电流导致的磁噪声。

温度传感器(2)为PT100或PT1000，用于监控铁氧体桶桶壁的温度。温度传感器(2)的引线由冷却腔盖(4)上留有的孔引出。

铁氧体桶(1)的材料为锰锌铁氧体材料，铁氧体桶(1)表面绕制的消磁线圈从冷却腔盖(4)上的孔引出。该种材料的磁噪声由磁滞噪声和约翰逊电流噪声构成，其中磁滞噪声为主要的磁噪声，半径为r，长度为L，厚度为t的铁氧体桶(1)的磁噪声计算公式为：

其中μ

密封螺柱(6)旋转到冷却腔(5)后，与空气接触的两面需要用真空硅脂进行密封，防止液氮泄露出冷却腔(5)。

所述的冷却腔盖(4)的材料为聚四氟乙烯。冷却腔盖(4)上开有四个通孔，一个为温度传感器(2)的引线出口，一个为消磁线出口，一个为液氮补充口，剩下一个为排气孔。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。