[发明专利]一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置

说明书

本发明公开了一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口（30）和一个制冷腔体出液口（9）的制冷机腔体（6）以及配套的一台GM制冷机（4），所述GM制冷机（4）的冷头插入制冷机腔体（6）内且GM制冷机（4）与制冷机腔体（6）的上沿通过减振波纹管（5）连接，所述的GM制冷机（4）通过制冷机减振器（53）固定在支撑梁（56）上。本发明的装置能够有效降低GM制冷机振动对样本测试的影响；样本测试腔体通过绝热刚性连接与低温超导磁体相连，样本测试杆通过腔体法兰与样本测试腔体相连，保持样本与低温超导磁体无相对运动，进一步降低振动对测试的影响。

技术领域

本发明涉及低温恒温器中的温度调节及超导磁体技术领域，具体地说是一种能够测量低温磁场环境下样本的相关性质参数的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置。

背景技术

已存在可用温度扫描及磁场扫描的超导磁体低温恒温器，此类低温恒温器可用作样本的物性参数测量。此类低温恒温器通常包括真空壳体、多级热辐射屏、制冷机、氦制冷剂管道、超导磁体、样本空间及用于控制温度及磁场的装置。

此类低温恒温器的一个常见使用实例为可自动执行物性测量的可变温度控制装置。为进行测试，样本测试空间的磁场强度需在一定时限内变化，通常为±9T，此时磁体处于4.2K以下的低温以维持超导态。样本测试空间内的温度可在1.5-300K间做任意变化。此类低温恒温器控制要求不同部件之间冷量的精确分配。此类低温恒温器的一个可选冷源为脉管制冷机，此类制冷机具有振动低的优点；但4K脉管制冷机的成本较高且稳定性较差，不适于商业化应用。此类低温恒温器的一个可选热耦接方式为刚性接触式传热，此传热方式具有传热效果好的优点，但存在振动控制难度大的问题。此类低温恒温器的一个可选磁体冷却方式为制冷机直接冷却，此冷却方式具有冷量损失小的优点，但存在磁体受冷头状态影响大的问题，系统温度调节有限，否则易发生磁体失超。此类低温恒温器的一种常见配置为制冷机刚性连接到真空外壳及热辐射屏上；此配置结构简单可靠，但在磁场环境测试条件下制冷机振动对样本测试存在很大影响。4K GM制冷机在正常运行中产生1Hz的振动，不利于磁场环境下的测试，需采用不影响热传递的振动隔离手段削减。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够测量低温磁场环境下样本的相关性质参数的基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种基于GM制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置，其特征在于：该装置包括具有一个制冷腔体进气口和一个制冷腔体出液口的制冷机腔体以及配套的一台GM制冷机，所述GM制冷机的冷头插入制冷机腔体内且GM制冷机与制冷机腔体的上沿通过减振波纹管连接，所述的GM制冷机通过制冷机减振器固定在支撑梁上。

所述的支撑梁通过立柱固定支撑在底板上。

该装置包括真空外壳、一级热辐射屏、二级热辐射屏，所述的一级热辐射屏和二级热辐射屏皆通过热辐射屏绝热吊杆上下平行悬挂在真空外壳构成的一级腔体内，二级热辐射屏及其相应的壳体构成的三级腔体位于一级热辐射屏及其相应的壳体构成的二级腔体内，二级腔体位于一级腔体内且二级腔体和三级腔体皆通过热辐射屏绝热吊杆悬挂在一级腔体内。

所述的真空外壳通过外壳减振器固定支撑在底板上。

所述的制冷机腔体在对应GM制冷机的一级冷头和二级冷头的位置处分别设有一级换热器和二级换热器，且一级换热器对应处的制冷机腔体外壁与一级热辐射屏热耦接、二级换热器对应处的制冷机腔体外壁与二级热辐射屏热耦接。

该装置包括同轴心布置的低温超导磁体和样本测试腔体，低温超导磁体固定在磁体热耦接板上，在磁体热耦接板上设有液氦容器且两者的连接位置处设有接板换热器，液氦容器的顶部通过液氦管道与制冷机腔体底部的制冷腔体出液口连通，由液氦容器内的液氦提供并维持所述低温超导磁体所需的低温环境。