CN108630075B - 地磁防护作用实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地磁防护作用实验设备，包括中空模拟球、磁芯、单探针以及导线管，所述磁芯固定于模拟球内部的空腔中，所述单探针设置多个，分别固定于模拟球的探针安装孔中，所述导线管固定于模拟球上并将模拟球内部的空腔与外部连通，单探针及磁芯的引出线通过导线管引出至模拟球外，所述模拟球通过导线管支撑固定于真空室内，真空室内设置等离子体源，等离子体源产生吹向模拟球的等离子体，模拟太阳风对地磁场及地球表面的影响。本发明通过模拟球及磁芯产生偶极子磁极，从而模拟地磁场；通过等离子体源产生等离子体来模拟太阳风对磁场的作用效果，根据单探针来测量模拟球表面不同位置的等离子密度，从而得到磁场对模拟球的保护特性。
Description
技术领域
本发明属于电磁实验设备技术领域，具体涉及一种地磁防护作用实验设备。
背景技术
地球位于浩瀚的宇宙中，每时每刻都受到宇宙空间的各种活动及因素的影响，其中最主要的影响是来自太阳的太阳风(为等离子体状态)的作用，而正是地球磁场阻止了太阳风到达地面，起到了保护地球的作用。在保护地球的时候，地磁场也会因太阳风的作用而产生变形，假如没有太阳风的存在，地球的磁场形状与偶极子场相似，磁力线可以伸展到无限远处，而事实上，地球磁层每时每刻都受到太阳风的挤压，在向阳面，磁力线被太阳风压扁，呈椭球状，形成了磁顶层的结构；在背阳面，磁力线被太阳风拉伸，形成了圆筒状的磁尾，在磁顶层，磁尾及两者之间的磁场特性随着太阳风的变化而变化。
随着太阳活动黑子和耀斑等活动的不断变化，太阳风也呈现较大幅值的变化，严重的情况下会对地球外空间的卫星，地面通信，电网等造成较大的影响，因此研究地磁场对地球的防护作用具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种的模拟太阳风对地球磁场作用的地磁防护作用实验设备。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种地磁防护作用实验设备，包括中空模拟球、磁芯、单探针以及导线管，所述磁芯固定于模拟球内部的空腔中，所述单探针设置多个，分别固定于模拟球的探针安装孔中，所述导线管固定于模拟球上并将模拟球内部的空腔与外部连通，单探针及磁芯的引出线通过导线管引出至模拟球外，所述模拟球通过导线管支撑固定于真空室内，真空室内设置等离子体源，等离子体源产生吹向模拟球的等离子体，模拟太阳风对地磁场及地球表面的影响。
进一步的，所述模拟球由硬塑料材料的上球壳和下球壳构成，上球壳和下球壳通过螺纹连接，在上球壳顶部中心设置上部探针安装孔，在下球壳侧面均布若干侧面探针安装孔，下球壳底部中心设置导线管安装孔，所述侧面探针安装孔数量为4个。
进一步的，所述磁芯包括支撑板、导线轴以及线圈，支撑板为两块，分别固定于导线轴两端，用于将磁芯固定于模拟球内的固定位置，线圈缠绕在导线轴上，所述支撑板为十字结构，所述导线轴由导磁材料加工而成。
进一步的，所述单探针包括陶瓷套管和金属钨丝，所述金属钨丝一端插入陶瓷套管并与陶瓷套管端部齐平，金属钨丝另一端伸出陶瓷套管并连接探针引出线，金属钨丝连接探针引出线的一端与陶瓷套管固定连接。
优选的，金属钨丝与陶瓷套管通过玻璃胶粘结固定。
进一步的，所述导线管为圆柱形陶瓷套管，外壁是导管壁，内部是导线孔。
进一步的，所述等离子体源轴线与水平面呈23度夹角。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过模拟球及磁芯产生偶极子磁极，从而模拟地磁场；通过等离子体源产生等离子体来模拟太阳风对磁场的作用效果，根据单探针来测量模拟球表面不同位置的等离子密度，从而得到磁场对模拟球的保护特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2A、图2B是本发明模拟球的结构示意图；
图3A、图3B是本发明磁芯结构示意图；
图4A、图4B是本发明单探针结构示意图；
图5是本发明导线管结构示意图；
图6是本发明整体实验装置结构示意图；
图7是本发明单探针接线原理图；
附图标号说明：1、模拟球，2、磁芯，3、单探针，4、导线管，5、真空室，6、等离子体源，7、支架，1-1、上球壳，1-2、下球壳，1-3、上部探针安装孔，1-4、导线管安装孔，1-5、侧面探针安装孔，2-1、支撑板，2-2、导线轴，2-3、线圈，2-4、线圈引出线，3-1、陶瓷套管，3-2、金属钨丝，3-3、探针引出线，4-1、导管壁，4-2、导线孔。
具体实施方式
下面结合附图对发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明包括中空模拟球1、磁芯2、单探针3以及导线管4，所述磁芯固定于模拟球内部的空腔中，所述单探针设置多个，分别固定于模拟球的探针安装孔中，所述导线管4固定于模拟球上并将模拟球内部的空腔与外部连通，单探针及磁芯的引出线通过导线管引出至模拟球外。如图6所示，所述模拟球通过导线管支撑固定于真空室5内，真空室内设置等离子体源6，等离子体源产生吹向模拟球的等离子体，模拟太阳风对地磁场及地球表面的影响。
其中模拟球通过导线管固定于模拟球支架上，由导线管引出的磁芯以及单探针的引出线通过真空插头固定于真空室室壁上，通过真空插头与真空室外的测量设备和电源连接。在模拟球一侧设置等离子体源，等离子体源固定于支架7上，等离子体源可以采用霍尔等离子体源等形式，等离子体源轴线与水平面呈23°夹角。实验时首先通过真空泵给真空室抽气，将真空室内部气压降到0.01Pa以下，然后在磁芯的两条线圈引出线之间加上电压，从而产生近似地球磁场的磁场位型。在完成磁场加载后，对等离子体源点火，从而产生吹向实验设备的等离子体，进而模拟太阳风对地磁场及地球表面的影响。
如图2A、图2B所示，所述模拟球由硬塑料材料的上球壳1-1和下球壳1-2构成，当然，模拟球的材料也可以是其他非导电且不受静电影响的材料，其中上球壳和下球壳通过螺纹连接，在上球壳顶部中心设置上部探针安装孔1-3，在下球壳侧面均布若干侧面探针安装孔1-5，下球壳底部中心设置导线管安装孔1-4，所述侧面探针安装孔数量为4个。
如图3A、图3B所示，所述磁芯包括支撑板2-1、导线轴2-2以及线圈2-3，支撑板为两块，分别通过螺纹固定于导线轴两端，用于将磁芯固定于模拟球内的固定位置，线圈缠绕在导线轴上，所述支撑板为十字结构，留有空间以便于线圈引出线2-4的穿过，所述导线轴由导磁材料加工而成。
如图4A、图4B所示，所述单探针包括陶瓷套管3-1和金属钨丝3-2，所述金属钨丝一端插入陶瓷套管并与陶瓷套管端部齐平，金属钨丝另一端伸出陶瓷套管并连接探针引出线，金属钨丝连接探针引出线的一端与陶瓷套管固定连接。最佳固定方式为金属钨丝与陶瓷套管通过玻璃胶粘结固定。
如图5所示，所述导线管为圆柱形陶瓷套管，外壁是导管壁4-1，内部是导线孔4-2，用于模拟球内部导线的引出。
本发明考察等离子体对模拟球的影响主要通过安装在上球壳和下球壳中的单探针来完成的，单探针的接线如图7所示，探针引出线连接安培表的负极，安培表的正极连接电源标的正极，电压表的负极接地。工作过程中电压表给定电压1-3V，实验中通过测量各个探针的流过的电流可以得到相应位置的等离子体密度特性。从而体现了磁场对各个位置的保护情况。
在实验过程中，改变等离子体源中等离子体密度，从而考察不同太阳风强度，对模拟球表面各个位置的影响。进一步，改变加载在线圈上的电压值来改变模拟球外部磁场强度，从而考察磁场强度对模拟球表面各位置的保护作用。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种地磁防护作用实验设备，其特征在于：包括中空模拟球(1)、磁芯(2)、单探针(3)以及导线管(4)，所述磁芯固定于模拟球内部的空腔中，所述单探针设置多个，分别固定于模拟球的探针安装孔中，所述导线管固定于模拟球上并将模拟球内部的空腔与外部连通，单探针及磁芯的引出线通过导线管引出至模拟球外，所述模拟球通过导线管支撑固定于真空室(5)内，真空室内设置等离子体源(6)，等离子体源产生吹向模拟球的等离子体，模拟太阳风对地磁场及地球表面的影响。
2.根据权利要求1所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述模拟球由硬塑料材料的上球壳(1-1)和下球壳(1-2)构成，上球壳和下球壳通过螺纹连接，在上球壳顶部中心设置上部探针安装孔(1-3)，在下球壳侧面均布若干侧面探针安装孔(1-5)，下球壳底部中心设置导线管安装孔(1-4)。
3.根据权利要求2所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：侧面探针安装孔数量为4个。
4.根据权利要求3所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述磁芯包括支撑板(2-1)、导线轴(2-2)以及线圈(2-3)，支撑板(2-1)为两块，分别固定于导线轴两端，用于将磁芯固定于模拟球内的固定位置，线圈缠绕在导线轴上，所述支撑板为十字结构。
5.根据权利要求4所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述导线轴由导磁材料加工而成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述单探针包括陶瓷套管(3-1)和金属钨丝(3-2)，所述金属钨丝一端插入陶瓷套管并与陶瓷套管端部齐平，金属钨丝另一端伸出陶瓷套管并连接探针引出线(3-3)，金属钨丝连接探针引出线的一端与陶瓷套管固定连接。
7.根据权利要求6所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：金属钨丝与陶瓷套管通过玻璃胶粘结固定。
8.根据权利要求6所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述导线管为圆柱形陶瓷套管，外壁是导管壁(4-1)，内部是导线孔(4-2)。
9.根据权利要求1所述的地磁防护作用实验设备，其特征在于：所述等离子体源轴线与水平面呈23度夹角。
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