CN106871948A - 一种磁电子器件校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁电子器件校准装置，属于磁电子器件校准技术领域，它包括：磁场线圈、控制柜、液氮灌、无磁真空高低温管及无磁调节组件；磁场线圈安装在无磁调节组件上；通过工控机内设有的控制软件控制恒流源对磁场线圈进行供电，使得磁场线圈的内部空间形成的测量磁场与设定磁场相同；无磁真空高低温管同轴安装在磁场线圈的内部空间，其进气口通过气路分别与控制柜内的杜瓦瓶和液氮灌连接，控制柜内的加热器安装在所述气路上，实现在无磁真空高低温管的内部空间复现设定幅值的恒定高/低温环境；本发明能够复现‑70℃～+170℃的恒定温度环境、0.1mT～20mT的恒定磁场环境，并在设定空间内实现温度环境及磁场环境的均匀复合。
Description
技术领域
本发明属于磁电子器件校准技术领域，具体涉及一种磁电子器件校准装置。
背景技术
磁电子器件作为一种新兴的磁敏感器件，因具有小体积、高精度、宽探测范围、耐恶劣环境等特点，已广泛应用于国防领域和民生领域。如炮弹弹道修正、空间环境磁场测量、航空磁勘测、车辆识别等。
磁电子器件主要通过磁电转换来实现对外界磁场环境变化的精确测量，其测量结果的准确性受其磁场特性参数及温度特性参数的影响。但由于磁电子器件工作磁场范围及温度范围较宽，国内暂无相应设备满足其校准需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种磁电子器件校准装置，能够复现-70℃～+170℃的恒定温度环境、0.1mT～20mT的恒定磁场环境，并在设定空间内实现温度环境及磁场环境的均匀复合，满足新兴磁电子器件的磁场特性及温度特性参数的测试校准需求，对促进磁电子器件的蓬勃发展具有重要的意义。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种磁电子器件校准装置，包括：磁场线圈、控制柜、液氮灌、无磁真空高低温管及无磁调节组件；
所述磁场线圈采用加莱特厚壁磁场线圈；
所述控制柜内设有恒流源、电流采集模块、工控机、杜瓦瓶、加热器、真空泵、温控表、温度巡检仪及真空计；
所述无磁真空高低温管通过来自控制柜的杜瓦瓶的高/低温氮气的热辐射及热传导来间接改变无磁真空高低温管内安装的被测的磁电子器件所在空间的环境温度；
所述无磁调节组件用于磁场线圈和无磁真空高低温管的位置调节，所述位置调节包括沿磁场线圈的轴向移动、在水平面上的偏转及沿竖直方向的俯仰；
整体连接关系如下：磁场线圈安装在无磁调节组件上；磁场线圈通过电缆分别与控制柜内的恒流源、电流采集模块及工控机连接，通过工控机内设有的控制软件控制恒流源对磁场线圈进行供电，通过电流采集模块监测流入磁场线圈中的电流幅值，并通过调节恒流源对磁场线圈的供电，使得磁场线圈的内部空间形成的测量磁场与设定磁场相同；
无磁真空高低温管同轴安装在磁场线圈的内部空间，所述无磁真空高低温管的两端分别设有进气口和出气口，其出气口与外部大气相通，其进气口通过气路分别与控制柜内的杜瓦瓶和液氮灌连接，且所述杜瓦瓶与液氮灌连接，控制柜内的加热器安装在所述气路上，通过加热器对流入无磁真空高低温管内的氮气进行加热；控制柜内的温度巡检仪通过电缆与无磁真空高低温管电气连接，并对流入无磁真空高低温管内的气体温度进行监测的温度值发送给工控机，工控机内设的控制软件依据接收到的温度值通过控制温控表对加热器的加热温度进行控制调节，实现在无磁真空高低温管的内部空间复现设定幅值的恒定高/低温环境。
进一步的，所述无磁真空高低温管包括：外层保温套、外层石英管、内层石英管、石墨均热筒及样品台；
所述外层保温套采用铝酸棉材料；
外层保温套贴合套装在外层石英管外，内层石英管同轴安装在外层石英管内，且内层石英管与外层石英管之间的环形间隙通过控制柜内的真空泵抽为真空，并通过控制柜的真空计监测所述环形间隙的真空度；石墨均热筒同轴安装在内层石英管内部，石墨均热筒一端封闭，一端开口，且其封闭端与的进气口相对；石墨均热筒的内腔为石墨腔体，即温度复现空间，用于放置样品台；被测的磁电子器件安装在样品台上，并通过定位螺丝进行限位固定；被测的磁电子器件通过电缆与无磁航空接插件连接实现与外部监测系统的实时通讯。
进一步的，所述无磁调节组件包括：底架、调节平台、线圈框架、弧形连接板及螺杆；
所述底架上设有两条平行的导轨；调节平台通过滚轮与导轨配合，实现对磁场线圈在其轴向上的位置调节；调节平台上设有两条弧形安装槽，所述弧形安装槽的中轴线与导轨平行；线圈框架底部的滑轮与所述弧形安装槽配合，能够带动线圈框架进行相对于导轨的转动，实现对磁场线圈在水平面上的偏转调节；在线圈框架的两端各安装一个弧形连接板，用于安装磁场线圈；所述螺杆安装在调节平台上，通过其轴向移动能够抵触在其中一个弧形连接板的底面，并将该弧形连接板顶起，实现对磁场线圈的俯仰调节。
有益效果：(1)本发明的校准装置能够复现较大磁场幅值及温度幅值范围的恒定场，即复现-70℃～+170℃、0.1mT～20mT的恒定温度及磁场复合环境，实现磁场均匀区与温度均匀区的有效复合，提供磁电子器件测试校准所需求的背景环境，且在Φ50mm×60mm的空间区域内，温度环境波动小于±0.2℃，磁场环境波动小于0.03％，具有较好的温度稳定性、磁场稳定性、磁场均匀性的特点；该装置能够满足市面上所存在的绝大多数磁电子器件参数的测试校准需求，填补我国在该领域方面的空白，对促进磁电子器件在我国的发展及应用具有重要的作用。
(2)本发明通过采用加莱特厚壁磁场线圈，并配合高稳定度的恒流源共同复现所需要幅值、磁场稳定度、磁场均匀性的恒定磁场空间；磁场线圈与高稳定度恒流源配合使用可在Φ60mm×70mm的空间内，产生非均匀性优于0.05％，稳定性优于0.03％的恒定磁场。
(3)本发明的无磁真空高低温管为温度复现空间，与温度发生装置即液氮灌或杜瓦瓶相互独立；通过高/低温氮气的热辐射及热传导来间接改变目标空间内的环境温度，以减小温度发生装置对温度复现空间分布均匀性的影响；无磁真空高低温管通过双层真空石英管隔绝外界环境对温度复现空间的影响，通过石墨均热筒保证温度复现空间区域温度环境分布的均匀性；最终在Φ70mm×150mm的空间内产生温度均匀性优于±1℃，温度波动小于±0.2℃/10min的恒定高/低温环境。
(4)本发明的无磁调节组件采用纯机械结构来固定支撑磁场线圈与无磁真空高低温管；并能够实现磁场线圈与无磁真空高低温管的沿导轨水平±10°转动和轴向±50mm移动及±5°的俯仰运动，从而在Φ50mm×60mm空间区域内实现恒定磁场环境与恒定高/低温环境的均匀复合。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图。
图2为本发明的磁场线圈的结构示意图。
图3为本发明的无磁真空高低温管的结构示意图。
图4为本发明的无磁调节组件的结构示意图。
其中，1-磁场线圈，2-液氮灌，3-无磁真空高低温管，4-无磁调节组件，5-控制柜，6-外层保温套，7-外层石英管，8-内层石英管，9-样品台，10-石墨均热筒，12-石墨腔体，13-底架，14-导轨，15-调节平台，16-线圈框架，17-弧形连接板，18-滑轮，19-螺杆，20-滚轮，21-主线圈绕组，22-辅线圈绕组。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种磁电子器件校准装置，参见附图1，包括：磁场线圈1、控制柜5、液氮灌2、无磁真空高低温管3及无磁调节组件4；
参见附图2，所述磁场线圈1采用加莱特厚壁磁场线圈；该线圈在相对较小的尺寸下，能够达到较理想的磁场的均匀性及磁场强度要求；加莱特厚壁磁场线圈是六阶均匀磁场线圈，包括：骨架、主线圈绕组21和两个辅线圈绕组22；所述主线圈绕组21缠绕在整个骨架上，其最内层采用疏绕，其余4层采用密绕，用于复现0.1mT～20mT的恒定磁场；两个辅线圈绕组22分别位于骨架两端，均采用密绕，用于调节空间内部的磁场均匀性；
所述控制柜5内设有高稳定度的恒流源、电流采集模块、工控机、杜瓦瓶、加热器、真空泵、温控表、温度巡检仪及真空计；
所述无磁真空高低温管3通过来自控制柜5的杜瓦瓶的高/低温氮气的热辐射及热传导来间接改变无磁真空高低温管3内安装的被测的磁电子器件所在空间的环境温度；
参见附图4，所述无磁调节组件4包括：底架13、调节平台15、线圈框架16、弧形连接板17及螺杆19；所述底架13上设有两条平行的导轨14；调节平台15通过滚轮20与导轨14配合，进而安装在底架13上，调节平台15上设有两条弧形安装槽，所述弧形安装槽的中轴线与导轨14平行；线圈框架16底部的滑轮18与所述弧形安装槽配合，能够带动线圈框架16相对于导轨14的转动，实现对磁场线圈1在水平面上的偏转调节；通过调节平台15在导轨14上的移动实现磁场线圈1在其轴向上的调节；在线圈框架16的两端各安装一个弧形连接板17，用于安装磁场线圈1；螺杆19安装在调节平台15上，通过其轴向移动能够抵触在其中一个弧形连接板17的底面，并将该弧形连接板17顶起，实现对磁场线圈1的俯仰调节；
整体连接关系如下：磁场线圈1通过与弧形连接板17连接，而安装在无磁调节组件4的线圈框架16中；磁场线圈1通过电缆分别与控制柜5内的恒流源、电流采集模块及工控机连接，通过工控机内设有的控制软件控制恒流源对磁场线圈1进行供电，通过电流采集模块监测流入磁场线圈1中的电流幅值，并通过调节恒流源对磁场线圈1的供电，使得磁场线圈1的内部空间形成的测量磁场与设定磁场相同，从而在磁场线圈1的内部空间复现设定幅值的恒定磁场环境；
无磁真空高低温管3同轴安装在磁场线圈1的内部，所述无磁真空高低温管3的两端分别设有进气口和出气口，其出气口与外部大气相通，其进气口通过气路分别与控制柜5内的杜瓦瓶和液氮灌2连接，且所述杜瓦瓶与液氮灌2连接(通过电磁阀控制杜瓦瓶或液氮灌2之一工作)，控制柜5内的加热器安装在所述气路上，通过加热器对流入无磁真空高低温管3内的氮气进行加热；控制柜5内的温度巡检仪通过电缆与无磁真空高低温管3电气连接，并对流入无磁真空高低温管3内的气体温度进行监测的温度值发送给工控机，工控机内设的控制软件依据接收到的温度值通过控制温控表对加热器的加热温度进行控制调节，从而实现在无磁真空高低温管3的内部空间复现设定幅值的恒定高/低温环境(由于液氮温度极低，因此，恒定低温环境同样需对气路内的氮气进行加热)；
其中，参见附图3，所述无磁真空高低温管3包括：外层保温套6、外层石英管7、内层石英管8、石墨均热筒10及样品台9；
所述外层保温套6采用铝酸棉材料，具有柔韧性好、热导率低等特点，用于隔绝外界环境变化对温管内部温度的影响；
外层保温套6贴合套装在外层石英管7外，内层石英管8同轴安装在外层石英管7内，且内层石英管8与外层石英管7之间的环形间隙通过控制柜5内的真空泵抽为真空，并通过控制柜5的真空计监测所述环形间隙的真空度；利用高真空绝热的卓越性能，将辐射换热、层间管壁的导热和残余气体的导热降低到最低程度；石墨均热筒10同轴安装在内层石英管8内部，石墨均热筒10一端封闭，一端开口，且其封闭端与3的进气口相对；石墨均热筒10的内腔为石墨腔体12，即温度复现空间，用于放置样品台9；石墨均热筒10用于提高石墨腔体12内部空间的温度均匀性；被测的磁电子器件安装在样品台9上，并通过定位螺丝进行限位固定；被测的磁电子器件通过电缆与无磁航空接插件连接实现与外部监测系统的实时通讯；工作时，气体从无磁真空高低温管3的进气口进入内层石英管8的腔体后，受压力作用向无磁真空高低温管3的出气口运动；由于石墨均热筒10封闭端的阻断作用，仅少部分气体能通过内层石英管8与石墨均热筒10之间的缝隙流向出气口，大部分气体受阻后先返回到进气口端，并在进气口的压力作用下再折返流向出气口，能在一定程度上提高整个温度系统的温升温降速率，降低石墨腔体12内温度稳定所需要的时间。
工作原理：通过调节调节平台16底部的滚轮20，实现调节平台16沿导轨14方向的移动，使磁场线圈1和无磁真空高低温管3沿导轨14方向实现±50mm范围的相对移动；通过调节线圈框架16底部的滑轮18，实现磁场线圈1和无磁真空高低温管3沿相对于导轨14水平方位±10°范围内的转动；同时通过调节调节平台1上的螺杆19，实现磁场线圈1和无磁真空高低温管3在俯仰±5°范围内的移动；
对被测的磁电子器件进行校准时，通过控制柜5的工控机内设有的控制软件控制恒流源对磁场线圈1进行供电，通过电流采集模块监测流入磁场线圈1中的电流幅值，并通过调节恒流源对磁场线圈1的供电，使得磁场线圈1的内部空间形成的测量磁场与设定磁场相同，从而在磁场线圈1的内部空间复现0.1mT～20mT的恒定磁场环境；
通过控制柜5内的加热器对来自杜瓦瓶或液氮灌2内的氮气加热，控制柜5内的温度巡检仪对流入无磁真空高低温管3内的气体温度进行监测后，工控机内设有的控制软件通过控制温控表对加热器的加热温度进行控制调节，从而实现在无磁真空高低温管3的内部空间复现-70℃～+170℃的恒定高/低温环境；
在恒定磁场环境和恒定高/低温环境中，对被测的磁电子器件的磁场特性及温度特性参数进行测试校准。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种磁电子器件校准装置，其特征在于，包括：磁场线圈(1)、控制柜(5)、液氮灌(2)、无磁真空高低温管(3)及无磁调节组件(4)；
所述磁场线圈(1)采用加莱特厚壁磁场线圈；
所述控制柜(5)内设有恒流源、电流采集模块、工控机、杜瓦瓶、加热器、真空泵、温控表、温度巡检仪及真空计；
所述无磁真空高低温管(3)通过来自控制柜(5)的杜瓦瓶的高/低温氮气的热辐射及热传导来间接改变无磁真空高低温管(3)内安装的被测的磁电子器件所在空间的环境温度；
所述无磁调节组件(4)用于磁场线圈(1)和无磁真空高低温管(3)的位置调节，所述位置调节包括沿磁场线圈(1)的轴向移动、在水平面上的偏转及沿竖直方向的俯仰；
整体连接关系如下：磁场线圈(1)安装在无磁调节组件(4)上；磁场线圈(1)通过电缆分别与控制柜(5)内的恒流源、电流采集模块及工控机连接，通过工控机内设有的控制软件控制恒流源对磁场线圈(1)进行供电，通过电流采集模块监测流入磁场线圈(1)中的电流幅值，并通过调节恒流源对磁场线圈(1)的供电，使得磁场线圈(1)的内部空间形成的测量磁场与设定磁场相同；
无磁真空高低温管(3)同轴安装在磁场线圈(1)的内部空间，所述无磁真空高低温管(3)的两端分别设有进气口和出气口，其出气口与外部大气相通，其进气口通过气路分别与控制柜(5)内的杜瓦瓶和液氮灌(2)连接，且所述杜瓦瓶与液氮灌(2)连接，控制柜(5)内的加热器安装在所述气路上，通过加热器对流入无磁真空高低温管(3)内的氮气进行加热；控制柜(5)内的温度巡检仪通过电缆与无磁真空高低温管(3)电气连接，并对流入无磁真空高低温管(3)内的气体温度进行监测的温度值发送给工控机，工控机内设的控制软件依据接收到的温度值通过控制温控表对加热器的加热温度进行控制调节，实现在无磁真空高低温管(3)的内部空间复现设定幅值的恒定高/低温环境。
2.如权利要求1所述的一种磁电子器件校准装置，其特征在于，所述无磁真空高低温管(3)包括：外层保温套(6)、外层石英管(7)、内层石英管(8)、石墨均热筒(10)及样品台(9)；
所述外层保温套(6)采用铝酸棉材料；
外层保温套(6)贴合套装在外层石英管(7)外，内层石英管(8)同轴安装在外层石英管(7)内，且内层石英管(8)与外层石英管(7)之间的环形间隙通过控制柜(5)内的真空泵抽为真空，并通过控制柜(5)的真空计监测所述环形间隙的真空度；石墨均热筒(10)同轴安装在内层石英管(8)内部，石墨均热筒(10)一端封闭，一端开口，且其封闭端与(3)的进气口相对；石墨均热筒(10)的内腔为石墨腔体(12)，即温度复现空间，用于放置样品台(9)；被测的磁电子器件安装在样品台(9)上，并通过定位螺丝进行限位固定；被测的磁电子器件通过电缆与无磁航空接插件连接实现与外部监测系统的实时通讯。
3.如权利要求1所述的一种磁电子器件校准装置，其特征在于，所述无磁调节组件(4)包括：底架(13)、调节平台(15)、线圈框架(16)、弧形连接板(17)及螺杆(19)；
所述底架(13)上设有两条平行的导轨(14)；调节平台(15)通过滚轮(20)与导轨(14)配合，实现对磁场线圈(1)在其轴向上的位置调节；调节平台(15)上设有两条弧形安装槽，所述弧形安装槽的中轴线与导轨(14)平行；线圈框架(16)底部的滑轮(18)与所述弧形安装槽配合，能够带动线圈框架(16)进行相对于导轨(14)的转动，实现对磁场线圈(1)在水平面上的偏转调节；在线圈框架(16)的两端各安装一个弧形连接板(17)，用于安装磁场线圈(1)；所述螺杆(19)安装在调节平台(15)上，通过其轴向移动能够抵触在其中一个弧形连接板(17)的底面，并将该弧形连接板(17)顶起，实现对磁场线圈(1)的俯仰调节。
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|---|---|---|---|
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2016
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