[发明专利]一种小型原子磁屏蔽与磁操控装置

说明书

技术领域

本发明设计磁场屏蔽和磁场操控领域，更具体地，涉及一种用于碱金属原子器件的小型化原子磁屏蔽与磁操控装置。可用于原子磁强计，原子钟和原子陀螺仪。

背景技术

原子器件是通过对碱金属原子自旋进动检测而测定相应物理量的新型传感器件，其主要有原子钟，原子陀螺仪，原子磁强计等。随着微机电技术和微纳制造技术的发展，原子器件不断向集成化，小型化方向发展。

原子自旋易受外界磁场干扰，原子器件工作时要稳定的低磁场环境。所以对外界磁场的有效屏蔽是确保原子器件稳定，精确工作的关键技术之一。随着原子器件的小型化发展，对原子器件的磁场屏蔽装置也产生了小型化的需求。

美国国家标准与技术研究院的John Kitching设计的小型磁场屏蔽装置只单纯的使用了一种屏蔽材料，且在设计装置并没有集成原子器件所需的加热结构和三个方向的磁操控机构。

高磁导率材料屏蔽壳层可以对外界磁场进行衰减，从而减小其内部空腔的磁场大小，实现磁场屏蔽目的。根据磁场屏蔽理论，对磁场的屏蔽性能受屏蔽材料的电磁属性制约，磁导率越大的材料磁场屏蔽性能越好；电阻率高的材料所产生的热磁噪声较小。初始磁导率大的材料，对弱磁场的屏蔽效果好。饱和感应强度大的材料可在较强的磁场下仍保持较好的屏蔽效果。单一材料组成的屏蔽装置不能满足对磁场屏蔽的大范围有效屏蔽和低热磁噪声的所有要求。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于小型原子器件的磁屏蔽和磁操控装置，通过使用多种不同屏蔽材料符合嵌套以实现小型原子器件对外界磁场的屏蔽要求，同时集成了原子器件的绝热壳层和加热线圈。

本发明的技术方案如下：一种小型原子磁屏蔽与磁操控装置，其特征在于包括：内屏蔽壳层1、中屏蔽壳层2、外屏蔽壳层3、绝热壳层4和磁操控层5，内屏蔽壳层1、中屏蔽壳层2和外屏蔽壳层3的由内到外嵌套组装在一起，绝热壳层4置于内屏蔽壳层1和中屏蔽壳层2之间，磁操控层5置于内屏蔽壳层1内；在磁操控层5上沿三正交方向分别缠有一对导线6，在内屏蔽壳层1外表面缠有双绕线对绕的加热线圈7；所述内屏蔽壳层1、中屏蔽壳层2、外屏蔽壳层3和绝热壳层4的形状均为圆筒形，分别包括筒体和筒盖两个部件。

所述内屏蔽壳层1由锰锌铁氧体材料制成。

所述中屏蔽壳层2由坡莫合金制成。

所述外屏蔽壳层3由非晶复合材料材料制成。

所述绝热壳层4由酚醛塑料制成。

所述磁操控层5上三正交方向分别开有一对宽为3mm的槽，导线6沿槽缠绕在磁操控层5上。

所述磁操控层5内部空腔设计为锁孔型，将Pt100温度传感器探头被固定于空腔内部。

所述内屏蔽壳层1在筒体底部边缘开有直径为2.5mm的通孔，供置于其内部的磁操控层5的6根导线通过。

所述中屏蔽壳层2和外屏蔽壳层3，在筒体底部边缘开有直径为2.8mm的通孔，供置于其内部的磁操控层5的6根导线和内屏蔽壳层1的2根导线通过。

所述内屏蔽壳层1、中屏蔽壳层2、外屏蔽壳层3和绝热壳层4在其筒盖和筒体上距其中心3.5mm处开有直径为5mm的同心通孔。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过使用多种不同屏蔽材料符合嵌套以实现小型原子器件对外界磁场的屏蔽要求，同时集成了原子器件的绝热壳层和加热线圈。

(2)本发明具有体积小，易于加工实现的特点。可适用于原子钟，原子磁强计和原子陀螺仪。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的内屏蔽壳层结构示意图；

图3为本发明中的中屏蔽壳层结构示意图；左图是中层屏蔽壳层的筒体部分，右图是中层屏蔽壳层的筒盖部分。

图4为本发明的磁操控层结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明小型化原子磁屏蔽和磁操控装置包括：内屏蔽壳层1，内屏蔽壳层外表面缠有双绕线对绕的加热线圈7；中屏蔽壳层2；外屏蔽壳层3；绝热壳层4；磁操控层5，磁操控层上沿三正交方向分别缠有一对导线6。

如图2所示，内屏蔽壳层1由锰锌铁氧体材料制成，形状为圆筒形，由筒体和筒盖两个部件组成，筒体内直径为34mm，外径为44mm，筒长47mm。在筒体两端设计有高1.5mm的边缘环带11。