CN108565089A - 原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置 - Google Patents

Abstract

一种原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，载波信号源的输出端连接受控电流环路输入端，受控电流环路的输出端连接退磁电流环路，所述的受控电流环路由驱动电路、直流电源、变压器的输入端串联构成，驱动电路的输入端接载波信号源的输出端，所述的退磁电流环路由变压器输出端、闸刀开关、退磁线圈串联构成，退磁线圈缠绕在磁屏蔽筒上。本发明具有结构简单、安全可靠、操作方便的优点。

Description

原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置

技术领域

本发明属于去磁设备技术领域，具体涉及到一种原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置。

背景技术

原子钟研究需要在原子作用区添加一均匀弱磁场(C场)用于解除原子基态的能级简并及提供原子跃迁的量子化轴。磁场的大小和均匀性直接影响原子钟的性能。典型原子钟(铯束钟、喷泉钟、氢钟、星载钟)的C场强度为百纳特量级，原子作用区的磁场起伏要求为纳特量级。实验上如果要在原子钟装置周围产生这样弱的磁场环境需要首先屏蔽地磁场。通常采用在原子钟物理系统外围设计屏蔽筒的方法屏蔽地磁场，磁屏蔽筒的材料通常选用坡莫合金，磁屏蔽的层数设计为2～4层。

设计加工完成后的磁屏蔽筒需要退磁处理后才能使用，常用的退磁方法包括热处理退磁法和交流电退磁法。热处理法就是将磁屏蔽材料加热到居里点温度以上，然后在无外场条件下缓慢冷却到室温。热退磁法的优点是能获得完全退磁的效果，其缺点是操作过程复杂，处理不好还可能会引起磁屏蔽筒的氧化、组织结构变化等不可逆损失。热处理多在磁屏蔽材料机械加工完毕后使用，可大幅度提高磁屏蔽的性能。实际热处理完成后，在磁屏蔽筒的运输及安装过程中由于不可避免的磕碰及机械应力还会使磁屏蔽筒带上一部分磁场，这部分磁场需要磁屏蔽筒在实验系统上安装完毕后退掉，这就需要交流电退磁法。交流电退磁的原理即通过在磁屏蔽筒周围设置方向交替变化，强度逐渐降低的电场从而在屏蔽材料内建立方向不断变化的磁场并逐渐均匀降低为零，使得磁体的磁状态回复到零。为获得良好的退磁效果，要求磁屏蔽材料内部磁场的改变要均匀而缓慢。市场上销售的退磁机可以进行小工件的退磁，将需要退磁的部件放在退磁机的传送带上由远及近接近并穿过磁场线圈。然而对于已经安装于物理系统上的中、大型磁屏蔽筒，应用退磁机退磁是不可能的。

实验上通常将退磁线圈缠绕于磁屏蔽上，给退磁线圈通一交流电，缓慢降低交流电的强度至零将磁屏蔽筒的剩余磁场退掉。典型的实验装置是将两个大功率的调压器串联使用，第一调压器输入220V市电，第二调压器的输出端连接多匝穿过磁屏蔽筒中心的线圈。退磁装置的电源是220V、50Hz的市电，调压器的作用只改变退磁电流的强度而无法改变频率，这样单一的频率针对不同材质、厚度及形状的磁屏蔽可能无法取得最好的退磁结果，退磁电流的强度是通过第二调压器的电刷在线圈上滑动实现的，一般调压器的线圈圈数有限，退磁电流的强度不可能调整太细，电刷与线圈的偶尔接触不良会引起退磁电流的大幅变化，对磁屏蔽产生冲击。由于整个退磁过程完全由人工操作完成，退磁结果受人为因素影响较大，不同的人甚至同一个人在不同的时间退磁的结果会有不同，有时需要反复退磁；而且退磁线圈通过调压器与市电相连，退磁线圈与地间的电压为220V，如果退磁过程中发生短路，会引起退磁电流的瞬间增大，对磁屏蔽产生不可逆的损伤，严重时甚至造成人身伤害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有退磁装置的缺点，提供一种设计合理、结构简单、安全可靠、操作方便的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，载波信号源的输出端连接受控电流环路输入端，受控电流环路的输出端连接退磁电流环路，所述的受控电流环路由驱动电路、直流电源、变压器的输入端串联构成，驱动电路的输入端接载波信号源的输出端，所述的退磁电流环路由变压器输出端、闸刀开关、退磁线圈串联构成，退磁线圈缠绕在磁屏蔽筒上。

作为一种优选的技术方案，所述的驱动电路由运算放大器和场效应管以及取样电阻连接构成的跟随电路。

作为一种优选的技术方案，所述的变压器输入线圈至少承受2A的电流，输出线圈至少承受10A的电流。

作为一种优选的技术方案，所述的调制信号源输出频率为0.002～0.02Hz的正弦信号或三角波信号。

作为一种优选的技术方案，所述的载波信号源输出频率为20～200Hz的正弦信号。

本发明的有益效果如下：

本发明采用直流电源输出电流，并通过变压器的磁环隔离退磁电流环路与受控电流环路，使退磁过程安全可靠；退磁电流受调制信号源和载波信号源控制，电流变化平滑细腻，没有突变的情况；本发明根据不同的磁屏蔽筒对调制信号源和载波信号源的频率和波形进行设置，调制信号源和载波信号源的频率和波形一经设定，对同一批次相同尺寸的磁屏蔽筒会产生相同的退磁效果，完全排除了人为因素的影响。本发明具有结构简单、操作方便、退磁效果好、安全可靠的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

实施例1

在图1中，本实施例的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置由调制信号源、载波信号源、运算放大器、场效应管、电阻R1、直流电源、变压器、闸刀开关K、电阻R2、电阻R3、电流表A、退磁线圈连接构成。

调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，调制信号源输出频率为0.005Hz的正弦信号，用于调制载波信号的幅度，载波信号源输出调制后频率为50Hz的正弦信号，载波信号源的输出端接运算放大器的3脚，运算放大器的2脚接场效应管的S端并通过电阻R1接地，运算放大器的6脚接场效应管的G端，场效应管的D端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接直流电源的正极，直流电源的负极接地，直流电源的电压为60V、电流值为2A，变压器的输入线圈的一端接电阻R2的一端、另一端接电阻R2的另一端，变压器输入线圈承受2A的电流、输出线圈承受10A的电流，变压器的输出线圈的一端接通过电流表A接电阻R3的一端并接闸刀开关K的输入端1脚、另一端接电阻R3的另一端并接闸刀开关K的输入端2脚，闸刀开关K的输出端接退磁线圈，退磁线圈缠绕在磁屏蔽筒上。运算放大器和场效应管以及电阻R1构成驱动电路，驱动电路使输入变压器的电流按照载波信号源输出的波形变化，驱动电路、直流电源、变压器的输入端构成受控电流环路，变压器用于隔离受控电流环路中的直流偏置以及将较小的受控电流变换为较大的退磁电流，变压器输出端、闸刀开关K、退磁线圈构成退磁电流环路，闸刀开关K用于打开和切断退磁电流环路的电流。

实施例2

在本实施例中调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，调制信号源输出频率为0.002Hz的正弦信号，用于调制载波信号源的幅度，载波信号源输出调制后频率为20Hz的正弦信号。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例3

在本实施例中调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，调制信号源输出频率为0.02Hz的正弦信号，用于调制载波信号源的幅度，载波信号源输出调制后频率为200Hz的正弦信号。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。

实施例4

在上述实施例1～3中，调制信号源输出三角波信号、输出频率与相应的实施例相同，其他零部件及零部件的连接关系与相应的实施例相同。

Claims (5)

1.一种原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，其特征在于：调制信号源的输出端连接载波信号源的调制端，载波信号源的输出端连接受控电流环路输入端，受控电流环路的输出端连接退磁电流环路，所述的受控电流环路由驱动电路、直流电源、变压器的输入端串联构成，驱动电路的输入端接载波信号源的输出端，所述的退磁电流环路由变压器输出端、闸刀开关、退磁线圈串联构成，退磁线圈缠绕在磁屏蔽筒上。

2.根据权利要求1所述的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，其特征在于：所述的驱动电路由运算放大器和场效应管以及取样电阻连接构成的跟随电路。

3.根据权利要求1所述的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，其特征在于：所述的变压器输入线圈至少承受2A的电流，输出线圈至少承受10A的电流。

4.根据权利要求1所述的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，其特征在于：所述的调制信号源输出频率为0.002～0.02Hz的正弦信号或三角波信号。

5.根据权利要求1所述的原子钟筒状磁屏蔽自动退磁装置，其特征在于：所述的载波信号源输出频率为20～200Hz的正弦信号。