CN101206231A - 高温超导磁探测用杜瓦瓶 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种高温超导磁探测用杜瓦瓶，该杜瓦瓶包括：保温层、真空层、杜瓦层，其特征在于，在杜瓦瓶的某一壁上蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。另外，也可以在所述杜瓦瓶的不同壁上分别蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。可以在不同的壁上蒸镀不同的导电性材料，也可以在不同的壁上蒸镀相同的导电性材料。本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶存在如下优点：磁屏蔽效果有明显的改善，磁探测能稳定的工作，信号稳定；镀膜杜瓦瓶可以满足在无屏蔽房的试验室正常地进行磁探测工作，降低了成本，减少了工作量，对高温超导磁探测装置的产业化有很大的推动作用。

Description

高温超导磁探测用杜瓦瓶

技术领域

本发明涉及磁探测用杜瓦瓶，特别涉及高温超导心磁图仪、多通道新磁图仪、高温超导地磁测量、高温超导SQUID弱磁信号探测等中使用的磁探测用杜瓦瓶。

背景技术

随着超导材料的不断地更新，微电子器件加工技术的日趋精湛，制造出了灵敏度更高，带宽更宽的高温超导SQUID磁探测传感器，拓宽了我们对磁信号领域的研究，但是在我们周围空间充斥着很强的各种的电磁信号，如高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发射塔和电子仪器、医疗设备、办公自动化设备和微波炉、收音机、电视机以及手机等家用电器等在工作时，都会产生不同频率的电磁波，在我们用高温超导SQUID磁探测器探测磁信号时，就包含其中的电磁干扰，尤其高频大功率的通信设备如移动通信网络、无线电通信(对讲机)等干扰将影响高温超导SQUID磁探测传感器的正常使用，所以对杜瓦瓶进行屏蔽是很有必要的。

图1是现有的杜瓦瓶的结构示意图。通常我们使用的磁探测用杜瓦瓶的结构如图所示，11为抽真空口，12为加注液氮口，13为保温层，14为真空层，15为杜瓦层，16为杜瓦瓶盛放液氮区，17为磁探测器支架，18为高温超导探测器，19为信号传输电缆，10为信号处理器。磁探测器支架17为桶状，中间有镂空的(液氮进入桶内，使磁探测器和液氮充分的接触)，选用热的不良导体材料。高温超导探测器18为高温超导体做的高灵敏度的微弱磁信号探测传感器。通常，我们先将杜瓦瓶抽成真空，将抽真空口堵好，保持真空层的真空状态，起到隔热的作用；从加注液氮口加注适量(磁探测器始终浸在液氮中)液氮；将磁探测器固定在探测器支架下部。

现状：我们现在用于高温超导SQUID磁信号探测一种情况是在试验室无屏蔽情况下或者是在野外自然环境下进行磁探测试验研究，杜瓦瓶就和现实的环境直接接触，电磁干扰较多，磁场环境变化很大，严重地影响高温超导SQUID的正常地工作，第二种情况是在专业的磁屏蔽室里杜瓦瓶不加磁屏蔽装置，在这种情况下进行磁信号的探测有比较的好的改观，但是一个普通的磁屏蔽房的造价是很昂贵的，再者磁屏蔽房造好以后不便于移动，在我们换一个环境或者是在野外进行磁探测试验，还是要用没有磁屏蔽装置的杜瓦瓶，没有解决电磁干扰的问题；第三种情况也就是我们现在经常用的，用导电性好的铝薄将杜瓦瓶包裹起来，这种方法比较简单，但是用薄膜不容易包好，容易破损，在薄膜接口的地方容易衔接不好，这样包出的磁屏蔽杜瓦瓶屏蔽效率比较低，甚至起不到屏蔽的效果，在使用时容易磨损；使用简单包裹好的杜瓦在磁屏蔽房里使用，效果会好一些，但一些现实问题还是不能解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温超导磁探测用杜瓦瓶，该高温超导磁探测用杜瓦瓶克服了以上种种不足，可以实现高温超导磁探测器在无屏蔽房情况下，或是野外探测时正常地使用，降低磁探测装置的资金，使高温超导磁探测技术尽快地走出实验室，实现商业化。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶包括：保温层、真空层、杜瓦层，其特征在于，在杜瓦瓶的某一壁上蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，在所述杜瓦瓶的不同壁上分别蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，在不同的壁上蒸镀不同的导电性材料。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，通过如下公式确定所镀屏蔽膜的最小厚度：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}}$

其中，δ是最小屏蔽膜厚度，f是电磁波的频率，μ是材料的导磁系数，σ是材料的电导率。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，所述导电性材料为铝。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，所述导电性材料为铜。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，所述导电性材料为铁。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的特征还在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.0085mm≤d≤0.0534mm。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.00667mm≤d≤0.0419mm。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.016mm≤d≤0.1mm。

本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶存在如下优点：

1：磁屏蔽效果有明显的改善，磁探测能稳定的工作，信号稳定；

2：镀膜杜瓦瓶可以满足在无屏蔽房的试验室正常地进行磁探测工作，(野外探矿，地磁测量等)

3：降低了成本，减少了工作量，对高温超导磁探测装置的产业化有很大的推动作用

4：镀膜杜瓦瓶外形美观，耐用。

附图说明

图1是现有的杜瓦瓶的结构示意图。

图2是本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的结构示意图。

图3是使用本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的高温超导探测器系统的工作原理图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶进行详细说明。图2是本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的结构示意图。图中，21为抽真空口，22为加注液氮口，23为保温层，24为真空层，25为杜瓦层，26为保温层镀膜，该镀膜可以蒸镀在保温层的内壁，也可以蒸镀在保温层的外壁，一般选用铝、铜或银作为蒸镀材料；27为杜瓦层镀膜，该镀膜可以蒸镀杜瓦层的内壁，也在蒸镀杜瓦层的外壁，一般选用铝、铜或银作为蒸镀材料；保温层镀膜26和杜瓦层镀膜27可以选用相同的材料，也可以选用不同的材料。28为杜瓦瓶盛放液氮区，29为磁探测器支架，30为高温超导探测器，31为信号传输电缆，20为信号处理器。

另外，在本实施例中，即在保温层镀膜，也在杜瓦层镀膜，但是，也可以仅在其中一方蒸镀由导电性材料构成的屏蔽膜，这里不再赘述。

以下参照附图对本发明的原理进行说明。

图3是使用本发明的高温超导磁探测用杜瓦瓶的高温超导探测器系统的工作原理图。图中，1为超导探测器。2为信号读出电路，该信号读出电路包括：单向器41、高频放大器42、混频器43、低频放大器44、衰减期45、本机振荡器46、鉴频器47。3为信号输出电路。磁探测器工作原理：当超导探测器1浸泡在液氮当中，当磁探测器上温度能够使超导材料处于超导状态时，在信号读出电路2中，本机振荡器46产生的激励信号，通过衰减器45衰减，再由单向器41将本振信号耦合到超导探测器1上，需要探测的信号将本振信号调制，所得信号再由单向器41送到高频放大器42中，将信号放大，输送到混频器43中，在此，本振信号和信号混频，得到需要采集的有效的低频信号，通过鉴频器43鉴频将信号输出，进行进一步的处理，通过上述的原理不断采集信息。

抗干扰原理：电磁场在导电介质中传播时，其场量(E和H)的振幅随距离的增加而按指数规律衰减。从能量的观点看，电磁波在导电介质中传播时有能量损耗，因此，表现为场量振幅的减小。导体表面的场量最大，愈深入导体内部，场量愈小。频率越高，高频信号损失越大，利用此原理可知，我们在杜瓦瓶的不同层结构上镀上一层导电性比较高的材料，将杜瓦瓶整体看成一个导体，当我们在杜瓦瓶上镀的导电性材料的厚度不同时，所屏蔽此信号的频率是不同的。

具体的推导原理如下：电磁波进入导体内，幅度衰减为导体表面幅度的1/e处的深度，用δ表示

δ＝1/α

其中α是良导体的衰减常数，导体确定，常数就确定，

良导体的衰减常数：

$\mathrm{\α}=\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}$

上式中f是电磁波的频率，μ是材料的导磁系数，σ是材料的电导率。

可以导出电磁波进入导体的深度：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}}$

则： $f=\frac{1}{\mathrm{\π}{\mathrm{\δ}}^2\mathrm{\μ\σ}}$

通过上边的抗干扰的原理分析，当在杜瓦瓶上蒸镀导电性材料后，根据磁探测器所处的电磁环境，我们蒸镀不同厚度，不同材质的导电性材料，高频干扰信号只能存在于镀膜层(很薄的一层上)上，而不能进入杜瓦瓶的内部，而我们想要测量的磁信号都是频率较低的，在上述原理分析中我们可以看到，低频信号很容易透过，被很灵敏的超导磁探测器采集到。

如图2所示，我们可以在杜瓦瓶的杜瓦层，保温层13的内壁、外壁蒸镀不同厚度，不同材料的薄膜，也可以在同一壁层蒸镀相同厚度或同一壁层不同厚度的不同的到导电性材料。电磁波的频率和电磁波进入导体表面深度关系，在导电性的材料确定的情况下我们在杜瓦瓶上镀的材料越厚，屏蔽的效果越好。为了得到有效的屏蔽作用，屏蔽层的厚度必须接近于屏蔽物质内部的电磁波波长

λ＝2πd

以下通过实施例，对本发明的蒸镀屏蔽膜的厚度情况进行说明。

例如，若电视频率f＝100MHz，我们选择铝为镀膜材料根据公式：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}}$

铝的电导率μ＝4π×10^-7H/m，σ＝3.72×10⁷s/m

将数据代入上式中可以得到电视机信号频率的最薄镀膜厚度d＝0.0085mm。要想达到比较理想的屏蔽效果镀膜厚度应和屏蔽材料内的电磁波波长接近

λ＝2πd

λ＝0.0534mm

所以频率为100MHz的电视机信号频率比较理想的镀膜厚度：

0.0085mm≤d≤0.0534mm

另外，在本实施例中，以铝为蒸镀材料进行了说明，但是，蒸镀材料不限定于铝，还可以选用铜、铁作为蒸镀屏蔽膜的材料，蒸镀厚度的要求与上述相同，这里就不再赘述。

镀膜的要求：

1>：整个杜瓦瓶都要镀上致密的良导电性材料；

2>：镀膜厚度要均匀，光滑，没有瑕疵，裂痕。

Claims (11)

1.一种高温超导磁探测用杜瓦瓶，包括：保温层、真空层、杜瓦层，其特征在于，在杜瓦瓶的某一壁上蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。

2.如权利要求1所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，在所述杜瓦瓶的不同壁上分别蒸镀有由导电性材料构成的屏蔽膜。

3.如权利要求1或权利要求2所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，在不同的壁上蒸镀不同的导电性材料。

4.如权利要求1或权利要求2所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，通过如下公式确定所镀屏蔽膜的最小厚度：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}}$

其中，δ是最小屏蔽膜厚度，f是电磁波的频率，μ是材料的导磁系数，σ是材料的电导率。

5.如权利要求3所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，通过如下公式确定所镀屏蔽膜的最小厚度：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}}$

其中，δ是最小屏蔽膜厚度，f是电磁波的频率，μ是材料的导磁系数，σ是材料的电导率。

6.如权利要求1或权利要求2所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述导电性材料为铝。

7.如权利要求1或权利要求2所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述导电性材料为铜。

8.如权利要求1或权利要求2所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述导电性材料为铁。

9.如权利要求6所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.0085mm≤d≤0.0534mm。

10.如权利要求7所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.00667mm≤d≤0.0419mm。

11.如权利要求8所述的高温超导磁探测用杜瓦瓶，其特征在于，所述屏蔽膜的厚度范围为0.016mm≤d≤0.1mm。

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