CN102636766A - 一种宽温无磁试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宽温无磁试验系统，包括冷却材料储存罐、吹风机、加热器、补偿线圈系统、屏蔽筒、电流源、程控箱、控制终端、螺线管线圈以及无磁杜瓦瓶；其中，无磁杜瓦瓶包含在螺线管线圈内，在螺线管线圈外嵌套有屏蔽筒，而屏蔽筒则位于补偿线圈系统内，螺线管线圈与屏蔽筒之间利用隔温材料隔离；电流源分别为补偿线圈系统以及螺线管线圈供电；冷却材料储存罐、加热器分别通过相应的管路连接到无磁杜瓦瓶，程控箱对无磁杜瓦瓶内的温度进行监控，并由控制终端通过对冷却材料储存罐、吹风机、加热器的控制实现对无磁杜瓦瓶内的温度控制。

Description

一种宽温无磁试验系统

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种宽温无磁试验系统。

背景技术

温度会引起磁场敏感设备的功能材料物理特性的变化和电子元器件工作点的漂移，这会造成磁场敏感设备的测量基准、灵敏度和噪声的变化，最终导致测量不确定度的提高和准确度的降低。以一种典型的磁场敏感设备——磁强计传感器——为例，由于现有的磁强计传感器多数利用磁通门原理或磁阻原理进行工作，这些磁强计传感器没有内部温控措施，因此温度对磁强计传感器功能材料物理特性的影响十分明显。

温度所引起的磁场测量误差一般不会太大，质量较好的磁强计传感器可以将温漂系数控制在1～0.1nT/℃左右。在磁场测量精度不高或者应用温度范围不大的情况下，温度带来的误差可以忽略，不需要进行温度标定，绝大多数地面应用的商用磁强计传感器都不进行温度标定。在空间磁场探测领域，磁强计传感器工作温度范围极大(如近地轨道高度传感器工作温度会在-100～+100℃之间交变，深空探测时火星阴影区最低温度能达到-180℃以下)，根据科学目标对磁场探测精度的要求，需要对磁强计传感器进行温度标定试验。

用于磁场敏感设备的温度标定试验系统要求满足以下两点：

1.磁强计传感器工作环境磁场扰动很小，并且磁场大小可控；

2.磁强计传感器工作环境温度连续可控，覆盖-180～+150温度范围。

温度标定设备中一般都包含有用于对磁强计传感器的工作环境的温度进行控制的温度控制系统，当前国内外所采用的温度控制系统一般都是采用压缩机制冷和电加热的方式，制冷环境内部磁场干扰很大。有实验表明即使在这种环境中利用三层坡莫合金的屏蔽筒进行一定程度的磁屏蔽，温度标定也无法顺利进行，环境噪声远大于温度带来的漂移。另外压缩机制冷无法达到-180度的低温环境。目前没有非常适宜进行磁强计传感器温度标定的标准设备。随着我国航天事业的发展，空间精密磁场探测已经提上日程，对于空间磁场探测也开始追求更高的测量准确度。在这一背景下，能够在较大温度范围内对磁强计传感器进行严格、准确地温度标定的高低温试验设备已经显得日益重要与迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺乏对磁场敏感设备进行温度标定的缺陷，从而提供一种无磁温度标定系统。

为了实现上述目的，本发明提供了一种宽温无磁试验系统，包括冷却材料储存罐、吹风机、加热器、补偿线圈系统、屏蔽筒、电流源、程控箱、控制终端、螺线管线圈以及无磁杜瓦瓶；其中，无磁杜瓦瓶包含在螺线管线圈内，在螺线管线圈外嵌套有屏蔽筒，而屏蔽筒则位于补偿线圈系统内，螺线管线圈与屏蔽筒之间利用隔温材料隔离；电流源分别为补偿线圈系统以及螺线管线圈供电；冷却材料储存罐、加热器分别通过相应的管路连接到无磁杜瓦瓶，程控箱对无磁杜瓦瓶内的温度进行监控，并由控制终端通过对冷却材料储存罐、吹风机、加热器的控制实现对无磁杜瓦瓶内的温度控制。

上述技术方案中，所述的补偿线圈系统包括一六面体框架，所述六面体框架的至少一个面能够开合，在所述六面体框架的每一面上安装有一线圈，六个面上的线圈在电流的作用下在补偿线圈系统的中心区域产生上下、左右、前后三个正交方向的磁场。

上述技术方案中，所述的补偿线圈系统中的线圈为矩形或圆形。

上述技术方案中，所述冷却材料储存罐中储存有液氮或液氦。

上述技术方案中，所述冷却材料储存罐的出口连接到带有电磁阀的真空保温管道上，而所述真空保温管道又连接到连接管上，由所述连接管连接到无磁杜瓦瓶；其中，所述连接管采用无磁性材料制成。

上述技术方案中，所述的屏蔽筒为中空的圆筒形，它包括多层坡莫合金，在所述多层坡莫合金的外侧与内侧分别有用铝合金制成的内外壳。

上述技术方案中，所述的无磁杜瓦瓶为顶端有开口的密封瓶，其瓶壁内部中空并被抽成真空态，在其顶端包括有冷却材料喷嘴、热气口、排气口以及被测设备的安装接口；所述无磁杜瓦瓶采用无磁性材料制成。

上述技术方案中，所述冷却材料储存罐、吹风机以及加热器分别与所述补偿线圈系统相距至少3米。

本发明的优点在于：

本发明的宽温无磁试验系统能够提供一个磁场可控的稳定磁场环境以及一个温度可控的温度环境，从而为特定环境下元器件的标定提供了可能。

附图说明

图1为本发明的宽温无磁试验系统的结构示意图；

图2为本发明的宽温无磁试验系统的补偿线圈系统部分的剖视图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的宽温无磁试验系统能够为磁强计传感器提供高低温标定试验，鉴于所述磁强计传感器对工作环境中磁场扰动的严格要求，参考图1，在一个实施例中，本发明的试验系统包括液氮储存罐1、吹风机2、加热器3、补偿线圈系统4、屏蔽筒5、电流源6、程控箱7、控制终端8、螺线管线圈9以及无磁杜瓦瓶10。其中，所述的无磁杜瓦瓶10包含在所述螺线管线圈9内，在所述螺线管线圈9外嵌套有所述屏蔽筒5，而所述屏蔽筒5则位于补偿线圈系统4内，所述螺线管线圈9与所述屏蔽筒5之间利用隔温材料隔离；所述电流源6分别为补偿线圈系统4以及螺线管线圈9供电；所述的液氮储存罐1、加热器3分别通过相应的管路连接到所述无磁杜瓦瓶10，所述程控箱7对所述无磁杜瓦瓶10内的温度进行监控，并由控制终端8通过对所述液氮储存罐1、吹风机2、加热器3的控制实现对所述无磁杜瓦瓶10内的温度控制。

在本发明中，所述的屏蔽筒5、螺线管线圈9、补偿线圈系统4、电流源6用于提供稳定的可控磁场环境，而无磁杜瓦瓶10、液氮储存罐1、吹风机2、加热器3、程控箱7和控制终端8用于提供可控温度环境，从而使无磁杜瓦瓶10内的待测区域满足严格准确进行磁强计传感器温度标定试验的条件。

下面对本发明的宽温无磁试验系统中的各个部件做进一步的说明。

所述的补偿线圈系统4包括一六面体框架，该框架的至少一个面可以开合，以方便移动位于所述补偿线圈系统内的设备，在所述六面体框架的每一面上安装有一线圈，六个面上的线圈在电流的作用下能够在补偿线圈系统4的中心区域产生上下、左右、前后三个正交方向的磁场，通过调整三个方向的磁场的大小可以补偿地磁场，使得补偿线圈中心区域的地磁场的强度小于500nT。由于在地球上任何地方，本地磁场的大小与方向在几十年内都是相对稳定的，且本发明的宽温无磁试验系统无需将外界的磁场完全抵消，因此本发明的宽温无磁试验系统在某地安装之初对本地磁场进行一次测量就可以确定补偿线圈系统内的线圈应该用多大的电流进行补偿，在未来的使用过程中都可以用这样的电流参数。也就是说，前述的调整三个方向的磁场的大小只要在初始安装时执行一次即可，在后续的使用过程中无需重复执行。

补偿线圈系统4中的线圈可采用矩形和圆形两种形式。在一个实施例中，所述补偿线圈系统4中的六面体框架的长、宽、高分别为1.5m、1.5m、2m，安装在六个面上的线圈成圆形，每一个线圈直径为1.5m，匝数为500，采用铜芯漆包线绕制。

所述的螺线管线圈9用于提供单一方向的标准磁场，可以通过控制电流的方式来控制螺线管线圈9所提供的标准磁场的大小。

所述的屏蔽筒5用于对残余的地磁场和低频磁场扰动进行屏蔽抑制。在本实施例中，所述屏蔽筒为中空的圆筒形，它由三层坡莫合金加工而成，在所述三层坡莫合金的外侧与内侧分别有用铝合金制成的内外壳。在其他实施例中，所述坡莫合金的层数可根据需要加以调整。在本实施例中，所述屏蔽筒内部为直径80cm的柱状空间，在其他实施例中，该柱状空间的直径大小可根据所要测试的设备的大小加以调整。在所述补偿线圈4与螺线管线圈9的共同作用下，在地磁场环境中，屏蔽筒5可以为内部待测试区域提供近似的磁场强度为0nT，低频扰动为0nT的理想磁测试环境。

所述的无磁杜瓦瓶10用于安放待测的部件，其为顶端有开口的密封瓶，其瓶壁内部中空并被抽成真空态，在其顶端包括有液氮喷嘴、热气口、排气口以及磁强计传感器的安装接口。所述无磁杜瓦瓶10可采用铝合金、铜和非金属材料等不具有铁磁性的材料实现，在一个实施例中，采用铝合金材料制成。这一由铝合金材料制成的无磁杜瓦瓶10的外部直径为60cm，高度为1m，内部空间的直径为30cm，高度为50cm。在其他实施例中，所述无磁杜瓦瓶的尺寸可根据需要变化。

所述电流源6用于为补偿线圈系统4和螺线管线圈9提供电流。

所述液氮储存罐1用于存储液氮，它的出口连接到带有电磁阀的真空保温管道上，而所述真空保温管道又连接到连接管上，由所述连接管连接到无磁杜瓦瓶10。当测得无磁杜瓦瓶10的温度高于某一预定的值时，液氮储存罐1通过真空保温管道、连接管向无磁杜瓦瓶10喷淋液氮，从而达到降温的目的。所述液氮储存罐1在安装时，应当保证其与补偿线圈系统4之间的距离至少有3米，避免其对补偿线圈系统4中的磁场产生影响。作为一种优选实现方式，用于与无磁杜瓦瓶10直接相连的连接管采用无磁材料制成，如铜、铝等。在本实施例中，采用液氮作为降温材料，在其他实施例中，也采用诸如液氦的降温材料，此时的储存罐即为液氦储存罐。

所述吹风机2和加热器3用于提供热量。当测得无磁杜瓦瓶10的温度低于某一预定的值时，所述吹风机2加快空气的流动速度，空气在流经所述加热器3时被加热，加热后的空气通过连接管道传输所述无磁杜瓦瓶10，从而达到升温的目的。所述吹风机2和加热器3在安装时，应当保证其与补偿线圈系统4之间的距离至少有3米，避免其对补偿线圈系统4中的磁场产生影响。作为一种优选实现方式，所述加热器3连接到无磁杜瓦瓶10的管线在接近无磁杜瓦瓶10的一端采用无磁材料加工。

所述程控箱7和控制终端8用于实现对宽温无磁试验系统的温度控制。所述程控箱7连接无磁杜瓦瓶10内部的1～2个温度探点，并进行标准的温度PID控制，而控制终端8则通过控制加热器3的加热功率、吹风机2的风速和液氮储存罐1的电磁阀的闭合与断开，实现对无磁杜瓦瓶10内待测区域的温度控制。

在工作过程中，将磁强计传感器安放在无磁杜瓦瓶10内，然后由所述电流源6向补偿线圈系统4和螺线管线圈9提供电流，补偿线圈系统4与螺线管线圈9所产生的磁场补偿本地磁场，接着由程控箱7监控无磁杜瓦瓶10内部的温度，并由控制终端8根据无磁杜瓦瓶10内部的当前温度控制加热器3或液氮储存罐1对进行无磁杜瓦瓶10冷热调节，从而完成温度标定。

在上述实施例中，本发明的宽温无磁试验系统能够为磁强计传感器实现温度标定，但该系统并不限于针对磁强计传感器，也不限于针对温度标定试验，所有对磁场敏感，需要无磁环境或者可控磁场环境，并要求较宽温度范围(-180～+150℃以内)的试验，均可利用本发明的宽温无磁试验系统进行试验。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种宽温无磁试验系统，其特征在于，包括冷却材料储存罐(1)、吹风机(2)、加热器(3)、补偿线圈系统(4)、屏蔽筒(5)、电流源(6)、程控箱(7)、控制终端(8)、螺线管线圈(9)以及无磁杜瓦瓶(10)；其中，

所述的无磁杜瓦瓶(10)包含在所述螺线管线圈(9)内，在所述螺线管线圈(9)外嵌套有所述屏蔽筒(5)，而所述屏蔽筒(5)则位于所述补偿线圈系统(4)内，所述螺线管线圈(9)与所述屏蔽筒(5)之间利用隔温材料隔离；所述电流源(6)分别为所述补偿线圈系统(4)以及所述螺线管线圈(9)供电；所述的冷却材料储存罐(1)、加热器(3)分别通过相应的管路连接到所述无磁杜瓦瓶(10)，所述程控箱(7)对所述无磁杜瓦瓶(10)内的温度进行监控，并由控制终端(8)通过对所述冷却材料储存罐(1)、吹风机(2)、加热器(3)的控制实现对所述无磁杜瓦瓶(10)内的温度控制。

2.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述的补偿线圈系统(4)包括一六面体框架，所述六面体框架的至少一个面能够开合，在所述六面体框架的每一面上安装有一线圈，六个面上的线圈在电流的作用下在补偿线圈系统的中心区域产生上下、左右、前后三个正交方向的磁场。

3.根据权利要求2所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述的补偿线圈系统(4)中的线圈为矩形或圆形。

4.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述冷却材料储存罐(1)中储存有液氮或液氦。

5.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述冷却材料储存罐(1)的出口连接到带有电磁阀的真空保温管道上，而所述真空保温管道又连接到连接管上，由所述连接管连接到无磁杜瓦瓶(10)；其中，所述连接管采用无磁性材料制成。

6.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述的屏蔽筒(5)为中空的圆筒形，它包括多层坡莫合金，在所述多层坡莫合金的外侧与内侧分别有用铝合金制成的内外壳。

7.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述的无磁杜瓦瓶(10)为顶端有开口的密封瓶，其瓶壁内部中空并被抽成真空态，在其顶端包括有冷却材料喷嘴、热气口、排气口以及被测设备的安装接口；所述无磁杜瓦瓶(10)采用无磁性材料制成。

8.根据权利要求1所述的宽温无磁试验系统，其特征在于，所述冷却材料储存罐(1)、吹风机(2)以及加热器(3)分别与所述补偿线圈系统(4)相距至少3米。

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