[发明专利]一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及核磁共振陀螺仪的加热技术领域，特别涉及一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，该装置主要用于战略、战术武器装备、微小型空间飞行器等领域。

背景技术

微型核磁共振陀螺具有小体积、低功耗、高性能、大动态范围等特性，已成为新型惯性器件的研究重点和热点。核磁共振陀螺的性能受原子核自旋宏观磁矩的影响，且直接与碱金属原子密度相关。为提高陀螺信噪比，需要将原子气室加热到100℃以上，从而获得高密度碱金属蒸汽，并通过优化加热结构抑制加热磁场给陀螺带来的负面影响。

热风加热是较好的无磁加热手段，但存在体积大、功耗高等无法克服的缺点，无法用于微型核磁共振陀螺。美国加州大学欧文分校A.Shkel课题组利用铜棒底部加热原子气室，加热温度达到130℃，但直导线引入的非均匀磁场使惰性气体宏观磁矩的横向弛豫时间减小，热均匀性差导致陀螺性变差。美国诺·格公司等人采用双向电流方式在底部加热玻璃气室，获得了高密度碱金属原子蒸汽，但仍存在气室横向磁场梯度过大的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，该装置采用高阶空间对称结构绕制加热线圈，并结合亥姆赫兹补偿线圈实现原子气室的无磁加热，该无磁加热装置通过优化加热结构实现原子气室的无磁加热，使得结构更紧凑，更易于装配，加热均匀性更好，加热磁场抵消能力更强。

本发明的上述目的通过下述技术方案予以实现：

一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，包括加热体1、加热丝2、绝热骨架3和磁补偿线圈4，其中；

加热体1为中心开设有中空腔体的立方体，并且所述立方体的一侧开设有方孔101，待加热原子气室5通过所述方孔101放入加热体1的中空腔体内；所述加热体1的一组或两组彼此对称的外表面上开设有连续分布的加热槽102，加热丝2固定放置在所述加热槽102内；在所述加热体1的外表面上选取两组平行且对称平面，并在所述每组平行对称的平面之间开设一个透光孔103，且所述两个透光孔形成的光路彼此垂直相交，且交点与待加热原子气室的中心重合；

绝热骨架3包括绝热骨架壳体301、绝热骨架上盖302和气室压盖303，其中，加热体1上固定放置加热丝2后放入绝热骨架壳体301内，并使用绝热骨架上盖302固定，绝热骨架壳体301的一侧开有骨架方孔304，待加热原子气室5依次通过所述骨架方孔304和方孔101放入在加热体1的中空腔体中心处；所述气室压盖303将待加热原子气室5固定在加热体1内；

绝热骨架3的外表面上开设有绕线槽305，磁补偿线圈4绕制在所述绕线槽305内，可用于补偿剩余磁场。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述加热丝2经过绝缘处理且首尾两端并放在一起后，在所述加热槽102内进行走线，即并放在一起的加热丝内的加热电流方向相反。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述加热体1采用无磁高导热率材料。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的无磁高导热率材料选取为紫铜。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的加热体(1)外表面上开设的加热槽(102)为交替分布的凹凸结构，其中，在所述凹凸结构中，连接一起的凹进部分和凸起部分的深度相等，且加热丝(2)在所述加热槽(102)的交替分布的凹凸结构约束下走线。这种走线方式可以起到消磁效果，从而有助于实现无磁加热效果。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的加热丝2采用无磁材料。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述无磁材料选取为镍铬合金。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的绝热骨架3采用聚四氟乙烯绝热材料。

上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的磁补偿线圈4为三组正交的亥姆赫兹线圈。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)、本发明中加热体采用紫铜高导热率材料，并采用中空式加热结构，因此采用本发明装置可以实现热原子气室的5个面同时加热，使气室加热效率更高，加热更均匀；

(2)、本发明中首尾并放在加热槽中的加热丝内的电流方向相反，即可以提高提高加热效率，而且双向电流可抵消大部分的加热磁场，此外加热槽采用凹凸交替分布的结构可以进一步地抵消双向电流的剩余磁场，从而有助于实现无磁加热；

(3)、本发明的绝热骨架采用聚四氟乙烯材料，其绝热性能好，可有效降低保温过程的功耗；