CN104640426A - 磁屏蔽装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁屏蔽装置，包括磁屏蔽壳体，所述磁屏蔽壳体包括超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层，所述增强屏蔽层由包含高磁导率合金材料的材料制作。本发明提供的磁屏蔽装置与现有技术中的磁屏蔽装置相比，屏蔽能力大幅提升。

Description

磁屏蔽装置

技术领域

本发明涉及电工学技术领域，尤其涉及一种磁屏蔽装置。

背景技术

磁场屏蔽是许多精密测量科学的通用保障性技术，在一些极端测量环境比如高精密原子钟，电子束成像装置，陀螺仪，质谱仪，中微子探测中具有广泛引用。在这些应用环境中，对于微弱的地磁场都必须尽量抑制，通常地磁场需要被抑制3-6个数量级。

超导材料具有很好的抗磁特性，原理上使用超导材料制作的磁屏蔽装置可以达到非常好的抗磁效果。但是在实际应用中，由于工艺条件和使用环境的限制，超导材料的性能有限，利用超导材料所制作的磁屏蔽装置屏蔽效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提升磁屏蔽装置的屏蔽能力。

为了达到上述目的，本发明提供了一种新型磁屏蔽装置，该装置包括：包括磁屏蔽壳体，所述磁屏蔽壳体包括超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层，所述增强屏蔽层由包含高磁导率合金材料的材料制作。

进一步的，所述磁屏蔽壳体为筒状。

进一步的，筒状磁屏蔽壳体还包括支撑筒，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层包括环绕在所述支撑筒外侧的环形部分。

进一步的，所述超导屏蔽的环形部分由超导带在所述支撑筒上环绕形成；和/或，

所述增强屏蔽层的环形部分高磁导率合金材料带在所述支撑筒上环绕形成。

进一步的，环绕在所述支撑筒上的带材包括缠绕在所述支撑筒上的第一部分和沿轴向贴附在支撑筒上的第二部分。

进一步的，所述第一部分缠绕在第二部分的外侧。

进一步的，所述支撑筒为圆形，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层的环形部分同轴环绕在圆形支撑筒的外侧。

进一步的，所述支撑筒的筒壁中设置有真空夹层。

进一步的，筒状磁屏蔽壳体还包括圆形金属筒，所述超导屏蔽层涂覆在所述圆形金属筒上，所述增强屏蔽层包括环绕在所述超导屏蔽层的外侧且与所述圆形金属筒同轴的环形部分。

进一步的，所述超导屏蔽层为由超导材料制作的圆形筒状结构，所述增强屏蔽层包括环绕在所述圆形筒状结构的外侧且与所述圆形筒状结构同轴的环形部分。

进一步的，筒状磁屏蔽壳体包括盖体，所述盖体位于所述长筒状磁屏蔽壳体的端部，用于屏蔽轴向上的磁场。

进一步的，筒状磁屏蔽壳体的数目为两个，其中第一筒状磁屏蔽壳体位于第二个筒状磁屏蔽壳体形成的腔体内，且第一筒状磁屏蔽壳体的轴向与第二第二个筒状磁屏蔽壳体的轴向垂直。

进一步的，还包括：设置在磁屏蔽壳体上的导线过孔。

进一步的，所述磁屏蔽壳体还包括位于所述增强屏蔽层外侧的制冷层；所述制冷层为具有真空夹层的无磁不锈钢结构。

进一步的，所述超导屏蔽层由钇系YBCO、铋系BSCCO和NbTi合金中的一种或多种制作。

进一步的，所述磁屏蔽壳体包括至少两个屏蔽层组合，每一个超导屏蔽层组合包括一层超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层。

本发明提供的磁屏蔽装置中，在超导屏蔽层之外还设置一层由包含高磁导率合金材料的材料制作的增强屏蔽层。本发明提供的磁屏蔽装置与现有技术中的磁屏蔽装置相比，屏蔽能力大幅提升。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种磁屏蔽装置的正视图；

图2为图1中的结构100的俯视图；

图3为图1中的结构100的正视图；

图4a-图4c为图1中的结构120的可选结构的正视图；

图5为本发明实施例一提供的一种优选的磁屏蔽装置的侧视图；

图6为图1中的结构200的一种可选结构的俯视图；

图7为图1中的结构220的一种可选结构的正视图；

图8为本发明实施例二提供的一种磁屏蔽装置的侧视图；

图9为本发明实施例三提供的一种磁屏蔽装置的侧视图；

图10为本发明实施例四提供的一种磁屏蔽装置的俯视图；

图11为本发明实施例五提供的一种磁屏蔽装置中结构100的正视图。

主要元件符号说明

100                    主腔体

200                    盖体

300                    被保护元器件

400                    基座

110                    支撑筒

210                    支撑板

120、220               超导屏蔽层

120a、220a             超导带

130、230               增强屏蔽层

140、240               制冷层

250                    导线过孔

260                    导线

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1、2和3所示，为本发明实施例一提供的一种磁屏蔽装置的结构示意图，该磁屏蔽装置主体为一圆筒状的壳体，该圆筒状的壳体包括主腔体100和盖体200两部分，其中，主腔体100包括圆形支撑筒110、位于该圆形支撑筒110外侧的超导层120、位于超导层120外侧的增强屏蔽层130、位于增强屏蔽层130外侧的制冷层140；盖体200包括一贯穿盖体主体的导线过孔250。

其中，增强屏蔽层130采用包含有高磁导率合金材料的材料制作。这里所指的高磁导率合金材料可以是指相对磁导率高于100的合金材料，比如可以为MnZn铁氧体、埃莫合金等材料。在主腔体100中，超导层120和增强屏蔽层130环绕在圆形支撑筒110的外侧，且与圆形支撑筒110同轴。

在具体实施时，可以将需要保护的元器件300放置在圆形支撑筒110内部的空腔中。对于需要与外部连接的元器件300，可以使用导线260(比如金属线、光纤等)经导线过孔250连接到外部。

经过仿真实验发现，0.2mm厚的超导屏蔽层对超导屏蔽层的磁场的屏蔽能力不超过30dB，1mm厚的高磁导率增强屏蔽层(由高磁导率合金材料制作的屏蔽层)对穿过该增强屏蔽层的磁场的屏蔽能力一般为20dB左右。而同时设置0.2mm的超导屏蔽层和1mm的增强屏蔽层时对穿过两个屏蔽层的磁场屏蔽能力达80dB以上，远远超过两个屏蔽层的屏蔽效果的线性叠加。本发明提供的磁屏蔽装置相比与现有技术中单独采用超导屏蔽层作为屏蔽层或者单独采用高磁导率合金材料作为屏蔽层的磁屏蔽装置相比，屏蔽能力大大提升。

如图4a、图4b或图4c所示，在一种可选的实施例中，主腔体100中的超导层120可以由超导带120a在圆形支撑筒110环绕而成。在具体实施时，可以如图4a所示，将超导带120a缠绕在圆形支撑筒110上，或者也可以如图4b所示，将超导带120a沿圆形支撑筒110的轴线方向贴附在圆形支撑筒110上。或者，为了达到更好的屏蔽效果，也可以在圆形支撑筒110缠绕超导带并且沿轴线方向贴附超导带。更进一步的，可以首先在将超导带120a沿圆形支撑筒110的轴线方向贴附在圆形支撑筒110上，之后再使用超导带120a将贴附了的超导带材120a的圆形支撑筒110缠绕，这样可以很好的固定沿轴线方向贴附在圆形支撑筒110上的超导带120a，制作工艺简单。

在具体实施时，主腔体100中的增强屏蔽层130也可以按照如图4a-图4c所示的方法采用相应的高磁导率合金带材在形成了超导屏蔽层120的圆形支撑筒110上环绕而成。在此不再详细说明。利用带材环绕制作超导屏蔽层和增强屏蔽层的好处是，由于带材可以很好的被弯曲，不需要圆形支撑筒的外部轮廓非常规则。这样就允许圆形支撑筒通过拼接的方式制作，从而允许圆形支撑筒足够的大，适于对较大的空间进行屏蔽。如图5所示，本发明优选的实施例提供的磁屏蔽装置可以允许操作人员进入其中，在无磁环境下进行相应的实验或者测试。此时，该磁屏蔽装置还可以包括用于固定上述壳体的基座400。另一方面，这样的制作方式对于圆形支撑筒的材质也没有太高的要求，比如可以采用非金属的玻璃钢制作，制作工艺相对较为简单。

在另外一种可选的实施方式中，也可以通过覆涂或者镀膜的方式将超导材料涂覆在所述圆形支撑筒形成超导屏蔽层。此时，可以将高磁导率合金材料覆涂或者镀膜形成在形成有超导屏蔽层的圆形支撑筒上，或者按照上述图4a-图4c的方式，将高磁导率合金带材缠绕在形成有超导屏蔽层的圆形支撑筒。这样制作的壳体尺寸更加均匀，精度高，屏蔽效果更好，适用于对较小的元器件进行屏蔽。经过仿真实验发现，这样的结构屏蔽能力在100dB以上。

作为一种可选的实施方式，这里的圆形支撑筒110的筒壁中设置有真空层。这样做的好处是，可以对超导层120进行隔热，提高对超导屏蔽层的制冷效果。当然在实际应用中，也可以采用其他方式实现对超导屏蔽层120的隔热，上述的实施方式不能理解为对本发明保护范围的限定。在具体实施时，这里的圆形支撑筒110可以由非金属玻璃钢制作，也可以由不绣钢制作。

具体的，如图6所示，这里的盖体200的结构可以与主腔体100一致，包括：支撑板210、超导屏蔽层220、增强屏蔽层230、制冷层240。这里的支撑板210可以为如图6所示的碗状，也可以为平板状。支撑板210以及盖体的具体形状并不影响本发明的保护范围。

具体的，超导屏蔽层220的结构可以与上述的超导屏蔽层120一致。如图7所示，在支撑板210上沿相互垂直的两个方向贴附超导带220a以形成超导屏蔽层220，同样的可以贴附高磁导率合金带材形成增强屏蔽层230。或者也可以在一体形成的支撑物上涂覆超导材料和高磁导率合金材料。

作为一种可选的方式，这里的制冷层可以为具有真空夹层的无磁不锈钢结构。这样一方面可以实现隔热，保证对超导屏蔽层的制冷效果，另一方面无磁的不锈钢结构也可以进一步减少对被保护元器件的干扰。

在具体实施时，可以使用液氮对制冷层进行浸泡，实现制冷。此时这里的可以为由钇系YBCO或铋系BSCCO等高温超导材料制作。

实施例二

如图8所示，为本发明实施例二提供的磁屏蔽装置的结构示意图。与实施例一不同，本发明实施例二中超导屏蔽层120本身是由超导材料制作的圆形筒状结构，不单独设置一个圆形支撑筒。具体的，该圆形筒状结构可以是对整块的超导块材进行挖洞形成的。更进一步的，这里的超导块材可以为YBCO，Bi2212等高温超导块材。另外，还可以采用超低温的超导材料作为屏蔽层，如NbTi，NbTi的延展性好，适于进行机械加工，可以降低制作的难度。在具体实施时，在采用高温超导块材时可以使用液氮对制冷层进行浸泡，实现制冷，在采用低温超导材料时可以采用液氦进行浸泡，实现制冷。经仿真实验发现，这样的磁屏蔽装置的屏蔽能力可达140dB以上。

本发明实施例二提供的磁屏蔽装置的其他结构可以与实施例一中的磁屏蔽装置中的相应结构一致。

实施例三

如图9所示，为本发明实施例三提供的磁屏蔽装置的结构示意图。该磁屏蔽装置包括两个如图1所示的磁屏蔽壳体，且第一磁屏蔽壳体位于第二磁屏蔽壳体的内部，且两个筒状磁屏蔽壳体的轴向相互垂直。此时，各个磁屏蔽壳体可以不包含盖体。这样的结构能够进一步提升屏蔽能力。

本发明实施例三提供的磁屏蔽装置的其他结构可以与实施例一中的磁屏蔽装置中的相应结构一致。

实施例四

如图10所示，为本发明实施例四提供的磁屏蔽装置的结构示意图，与实施例一中的磁屏蔽装置不同的是，这里的磁屏蔽装置包括两层的超导屏蔽层102，以及两层的增强屏蔽层103。内层的增强屏蔽层103位于内层的超导屏蔽层102的外侧，且位于外层的超导屏蔽层102的内侧，外层的增强屏蔽层103位于外层的超导屏蔽层102的外侧。通过这样的结构，能够进一步增强屏蔽效果。当然在实际应用中，为了增强屏蔽效果，也可以设置多余两组的屏蔽层组合(每一个超导屏蔽层组合包括一层超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层)。

本发明实施例四提供的磁屏蔽装置的其他结构可以与实施例一中的磁屏蔽装置中的相应结构一致。

实施例五

如图11所示，为本发明实施例五提供的磁屏蔽装置的结构示意图，与实施例一、二、三、四的磁屏蔽装置不同的是，本发明实施例五提供的磁屏蔽装置为方筒形。如图11所示，为该屏蔽装置的主腔体100的结构示意图。此时，可以设置同为方形盖体200，也可以不设置盖体200。

本发明实施例五提供的磁屏蔽装置的其他结构可以与实施例一中的磁屏蔽装置中的相应结构一致。

综合上述各个实施例五可以看出，磁屏蔽装置可以为方筒形或者圆筒形，或者也可以为其他形状的筒结构。并且，本发明提供的磁屏蔽壳体也不必然设置为筒状，将本发明提供的磁屏蔽壳体制设置为其他形状(比如碗状等)同样能够达到提高屏蔽效果的效果。本发明中磁屏蔽装置的具体形状并不做限制。另外，本发明提供的磁屏蔽壳体并不必然的需要设置盖体。

另一方面，本发明还提供了：

A1，一种磁屏蔽装置，包括磁屏蔽壳体，所述磁屏蔽壳体包括超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层，所述增强屏蔽层由包含高磁导率合金材料的材料制作。

A2、如A1所述的磁屏蔽装置，所述磁屏蔽壳体为筒状。

A3、如A2所述的磁屏蔽装置，其特征在于，筒状磁屏蔽壳体还包括支撑筒，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层包括环绕在所述支撑筒外侧的环形部分。

A4、如A3所述的磁屏蔽装置，所述超导屏蔽的环形部分由超导带在所述支撑筒上环绕形成；和/或，

所述增强屏蔽层的环形部分高磁导率合金材料带在所述支撑筒上环绕形成。

A5、如A4所述的磁屏蔽装置，环绕在所述支撑筒上的带材包括缠绕在所述支撑筒上的第一部分和沿轴向贴附在支撑筒上的第二部分。

A6、如A5所述的磁屏蔽装置，所述第一部分缠绕在第二部分的外侧。

A7、如A3所述的磁屏蔽装置，所述支撑筒为圆形，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层的环形部分同轴环绕在圆形支撑筒的外侧。

A8、如A3所述的磁屏蔽装置，所述支撑筒的筒壁中设置有真空层。

A9、如A2所述的磁屏蔽装置，筒状磁屏蔽壳体还包括圆形金属筒，所述超导屏蔽层涂覆在所述圆形金属筒上，所述增强屏蔽层包括环绕在所述超导屏蔽层的外侧且与所述圆形金属筒同轴的环形部分。

A10、如A2所述的磁屏蔽装置，所述超导屏蔽层为由超导材料制作的圆形筒状结构，所述增强屏蔽层包括环绕在所述圆形筒状结构的外侧且与所述圆形筒状结构同轴的环形部分。

A11、如A2-10任一项所述的磁屏蔽装置，筒状磁屏蔽壳体包括盖体，所述盖体位于所述长筒状磁屏蔽壳体的端部，用于屏蔽轴向上的磁场。

A12、如A2-10任一项所述的磁屏蔽装置，筒状磁屏蔽壳体的数目为两个，其中第一筒状磁屏蔽壳体位于第二个筒状磁屏蔽壳体形成的腔体内，且第一筒状磁屏蔽壳体的轴向与第二第二个筒状磁屏蔽壳体的轴向垂直。

A13、如A1所述的磁屏蔽装置，还包括：设置在磁屏蔽壳体上的导线过孔。

A14、如A1所述的磁屏蔽装置，所述磁屏蔽壳体还包括位于所述增强屏蔽层外侧的制冷层；所述制冷层为具有真空层的无磁不锈钢结构。

A15、如A1所述的磁屏蔽装置，所述超导屏蔽层由钇系YBCO、铋系BSCCO和NbTi合金中的一种或多种制作。

A16、如A1所述的磁屏蔽装置，所述磁屏蔽壳体包括至少两个屏蔽层组合，每一个屏蔽层组合包括一层超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁屏蔽装置，其特征在于，包括磁屏蔽壳体，所述磁屏蔽壳体包括超导屏蔽层以及位于所述超导屏蔽层外侧的增强屏蔽层，所述增强屏蔽层由包含高磁导率合金材料的材料制作。

2.如权利要求1所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述磁屏蔽壳体为筒状。

3.如权利要求2所述的磁屏蔽装置，其特征在于，筒状磁屏蔽壳体还包括支撑筒，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层包括环绕在所述支撑筒外侧的环形部分。

4.如权利要求3所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述超导屏蔽的环形部分由超导带在所述支撑筒上环绕形成；和/或，

所述增强屏蔽层的环形部分高磁导率合金材料带在所述支撑筒上环绕形成。

5.如权利要求4所述的磁屏蔽装置，其特征在于，环绕在所述支撑筒上的带材包括缠绕在所述支撑筒上的第一部分和沿轴向贴附在支撑筒上的第二部分。

6.如权利要求5所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述第一部分缠绕在第二部分的外侧。

7.如权利要求3所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述支撑筒为圆形，所述超导屏蔽层和所述增强屏蔽层的环形部分同轴环绕在圆形支撑筒的外侧。

8.如权利要求3所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述支撑筒的筒壁中设置有真空层。

9.如权利要求2所述的磁屏蔽装置，其特征在于，筒状磁屏蔽壳体还包括圆形金属筒，所述超导屏蔽层涂覆在所述圆形金属筒上，所述增强屏蔽层包括环绕在所述超导屏蔽层的外侧且与所述圆形金属筒同轴的环形部分。

10.如权利要求2所述的磁屏蔽装置，其特征在于，所述超导屏蔽层为由超导材料制作的圆形筒状结构，所述增强屏蔽层包括环绕在所述圆形筒状结构的外侧且与所述圆形筒状结构同轴的环形部分。