[发明专利]一种液氮环境下的低噪声磁屏蔽装置

说明书

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。

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^1/2@30Hz的磁噪声水平，但是磁噪声的进一步下降难以实现，已经成为了制约磁场测量和惯性测量灵敏度进一步提升的瓶颈。需要设计新型超低噪声磁屏蔽系统来解决上述问题。

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^L_hyst(T)为磁噪声，μ₀为真空磁导率，k是玻尔兹曼常数，T是开尔文温度,G(α)是与铁氧体桶长径比相关的因子，长径比α＝L/2r，μ′(T)为铁氧体复数磁导率实部，μ″(T)为铁氧体复数磁导率虚部，μ′(T)与μ″(T)均与温度相关，f是频率，利用该公式计算得到不同温度和尺寸下的铁氧体桶的磁噪声，在液氮温度下相对比常温，磁噪声降低3～5倍。