CN109003777B - 一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置 - Google Patents
一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种针对铁氧体‑坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，是一种尤其适用于超高灵敏原子磁强计、原子陀螺仪等量子精密测量领域使用的低噪声磁屏蔽桶的消磁线圈结构。本发明针对两种不同磁性材料磁屏蔽桶组成的复合磁屏蔽桶，将两种不同材料屏蔽层分开进行单独地消磁线圈布置，再将各消磁线串联在一起，铁氧体位于坡莫合金磁屏蔽层内，同步消磁，代替常用的螺线管式消磁线圈或环形绕线消磁线圈。其中针对低磁导率不易退磁的内层铁氧体屏蔽层进行周向、轴向的组合布线，增强了对其的消磁效果，解决了铁氧体磁屏蔽桶不易退磁的问题。该线圈结构提供了更好的退磁效果，降低了复合磁屏蔽桶消磁后剩磁，减小了磁屏蔽桶内部由剩磁引起的磁场梯度。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，属于消磁装置技术领域，特别适用于由坡莫合金屏蔽层和铁氧体屏蔽层组成的低噪声磁屏蔽桶的消磁。
背景技术
超高灵敏原子磁强计、原子陀螺仪等量子精密测量领域高度依赖测量所处磁场环境，需要高性能磁屏蔽桶隔离外界磁场干扰提供一个稳定的磁场环境，因此为了实现更高的灵敏度，提出了复合磁屏蔽桶的结构，在常用的坡莫合金磁屏蔽桶内部加入一层铁氧体磁屏蔽层作为最内层，由此构成铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶。而用于制造磁屏蔽桶的软磁材料在加工、装配、使用过程中都将不可避免产生剩磁，磁屏蔽桶的剩磁会对桶内磁场环境产生影响。较大的材料剩磁将加大主动磁补偿的难度，而较大的主动磁补偿磁场也会引入磁场噪声，并且较大的材料剩磁还会是内部磁场产生磁场梯度，这些都制约着测量灵敏度的提升，因此需要对磁屏蔽桶消磁，尽可能降低磁屏蔽桶的剩磁及其带来的磁场梯度。不同于目前常用的单一材料磁屏蔽桶，由于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶中包含两种不同的磁性材料，而坡莫合金材料磁导率比铁氧体材料的磁导率高大约两个量级，磁导率差异较大。传统的消磁线圈将多层磁屏蔽桶看作一个整体，采用螺线管式绕线，或者中心穿线，或者内外缠绕。而铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶包含两种磁导率差异较大的磁性材料，如果采用传统的消磁线圈，由于铁氧体磁导率较低，线圈产生的磁力线将分布不平均，且只有极少部分磁力线会通过位于复合磁屏蔽桶内层的铁氧体屏蔽层，而且铁氧体的矫顽力较大，所以采用传统的消磁线圈进行消磁，消磁效果不好，铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶消磁后剩磁较大，并且内部剩余磁场梯度较大，传统的消磁方法已经不适用于包含坡莫合金和铁氧体两种不同磁性材料组成的复合磁屏蔽桶。
目前相关专利有国内专利“一种磁屏蔽桶的整体消磁装置”(专利公告号：CN105225791 B)，该专利中介绍了的螺线管式的绕线方式，其仅适用于单一坡莫合金材料制成的屏蔽桶，使用该消磁线圈对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶进行消磁，消磁后剩磁和剩磁梯度均较大，因此该专利所提到的并不适用于包含坡莫合金和铁氧体两种不同材料组成的复合磁屏蔽桶。
发明内容
本发明解决的问题是：克服现有常规的消磁线圈绕线对于在两种材料组成的复合磁屏蔽桶消磁后剩磁和剩磁梯度大的问题，提供一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，从而提高对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁效果，降低消磁后的剩磁及剩磁引起的屏蔽桶内部磁场梯度。
本发明一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶消磁线圈装置，该装置包括消磁线圈组1；消磁线圈组1包括磁屏蔽桶外层消磁线圈11、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12、磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13；而铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶包括磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶内层02；磁屏蔽桶外层01位于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶外层，其材料是坡莫合金，可以是一层或者多层结构；磁屏蔽桶内层02位于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶最内层，其材料是锰锌铁氧体，单层结构，其与外层的坡莫合金屏蔽层共同组成铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶，中间有支撑座2进行连接固定相对位置；分别在坡莫合金屏蔽层01和磁屏蔽桶内层02进行独立的消磁线圈绕制，磁屏蔽桶外层消磁线圈11通过磁屏蔽桶外层01上下盖上的开孔内外缠绕在坡莫合金屏蔽层01周向上，磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12通过磁屏蔽桶内层02上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层02周向上，磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13螺线管式紧密缠绕在磁屏蔽桶内层02外壁上；磁屏蔽桶外层消磁线圈11、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12和磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13三个线圈串联起来，组成消磁线圈组1，以使通过它们的交流退磁电流的大小和相位完全一致。
所述的磁屏蔽桶外层消磁线圈11紧贴磁屏蔽桶外层01最内层内壁和最外层外壁，通过磁屏蔽桶外层01上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶外层01周向上，开孔位置可位于上下盖中心或边缘，需满足磁屏蔽桶外层消磁线圈11能完全包裹整个磁屏蔽桶外层01，从而使磁屏蔽桶外层消磁线圈11产生的磁场在磁屏蔽桶外层01的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，在4到16匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶外层01磁化强度达到饱和即可。
所述的磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12紧贴磁屏蔽桶内层02内壁和外壁，通过磁屏蔽桶内层02上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层02周向上，开孔位置可位于上下盖中心或边缘，需满足磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12能完全包裹整个磁屏蔽桶内层02，从而使磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12产生的磁场在磁屏蔽桶内层02的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，在4到16匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层02磁化强度达到饱和即可。
所述的磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13紧贴磁屏蔽桶内层02外壁，螺线管式紧密缠绕在其外壁上，从而在磁屏蔽桶内层02的轴向上产生退磁场，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，在5到40匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层02磁化强度达到饱和即可。
上述的针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈中，所述的磁屏蔽桶外层消磁线圈21、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12和磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13三个线圈之间相互串联，组成消磁线圈组1，以使通过它们的交流退磁电流大小和相位完全一致，串联点在磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶内层02之间，不能影响线圈构造，需保证串联的屏蔽桶外层消磁线圈11的内侧线和磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12的外侧线中同一时刻的电流流向相同，从而避免两个线圈产生的磁场在磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶外层02处相互抵消。
本发明与现有技术相比的优点在于：常规的消磁线圈绕线方式是采用单组线圈将多层磁屏蔽桶内外看作一体，中心穿线或者内外缠绕绕制在磁屏蔽桶上，而对于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶，没有针对不同材料的屏蔽层进行单独绕线，因此对其中磁导率低、不易消磁的铁氧体屏蔽层消磁效果不佳，从而导致最终铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶整体消磁后剩磁较大且剩磁梯度也较大，本发明涉及的针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈是针对由两种不同材料组成的复合磁屏蔽桶，对不同材料的屏蔽层分开进行单独绕线，并且对其中材料磁导率低、不易消磁的铁氧体屏蔽层进行组合布线，轴向和周向均有线圈绕组，增加对其的消磁磁场，然后将各组线圈串联起来，铁氧体位于坡莫合金屏蔽层内部，进行同步消磁，使消磁过程中它们中通过的电流大小和相位保持一致，以保证整个消磁过程中退磁场变化的一致性，以替代常规的消磁线圈。相比常规方法可以提高对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶中不易消磁的铁氧体屏蔽层的消磁效果，从而提高对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶整体的消磁效果，降低消磁后的剩磁以及减小剩磁梯度。
附图说明
图1为本发明的铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置的结构沿轴向的剖面图。
图2为本发明的铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置的结构沿径向的剖面图。
图中：01磁屏蔽桶外层；02磁屏蔽桶内层；11磁屏蔽桶外层消磁线圈；12磁屏蔽桶内层周向消磁线圈；13磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈；2支撑座。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明
如图1、2所示，本发明一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置包括：消磁线圈组1；消磁线圈组1包括磁屏蔽桶外层消磁线圈11、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12、磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13；而铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶包括磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶内层02；磁屏蔽桶外层01位于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶外层，其材料是坡莫合金，可以是一层或者多层结构；磁屏蔽桶内层02位于铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶最内层，其材料是锰锌铁氧体，单层结构，其与外层的坡莫合金屏蔽层共同组成铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶，中间有支撑座2进行连接固定相对位置；分别在坡莫合金屏蔽层01和磁屏蔽桶内层02进行独立的消磁线圈绕制，磁屏蔽桶外层消磁线圈11通过磁屏蔽桶外层01上下盖上的开孔内外缠绕在坡莫合金屏蔽层01周向上，磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12通过磁屏蔽桶内层02上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层02周向上，磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13螺线管式紧密缠绕在磁屏蔽桶内层02外壁上；磁屏蔽桶外层消磁线圈11、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12和磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13三个线圈串联起来，组成消磁线圈组1，以使通过它们的交流退磁电流的大小和相位完全一致。
磁屏蔽桶外层消磁线圈11紧贴磁屏蔽桶外层01最内层内壁和最外层外壁，通过磁屏蔽桶外层01上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶外层01周向上，开孔位置可位于上下盖中心或边缘，需满足磁屏蔽桶外层消磁线圈11能完全包裹整个磁屏蔽桶外层01，从而使磁屏蔽桶外层消磁线圈11产生的磁场在磁屏蔽桶外层01的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，经过大量反复试验在4到16匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶外层01磁化强度达到饱和即可。
磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12紧贴磁屏蔽桶内层02内壁和外壁，通过磁屏蔽桶内层02上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层02周向上，开孔位置可位于上下盖中心或边缘，需满足磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12能完全包裹整个磁屏蔽桶内层02，从而使磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12产生的磁场在磁屏蔽桶内层02的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，在4到16匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层02磁化强度达到饱和即可。
磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13紧贴磁屏蔽桶内层02外壁，螺线管式紧密缠绕在其外壁上，从而在磁屏蔽桶内层02的轴向上产生退磁场，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，在5到40匝范围，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层02磁化强度达到饱和即可。
磁屏蔽桶外层消磁线圈21、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12和磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈13三个线圈之间相互串联，组成消磁线圈组1，以使通过它们的交流退磁电流大小和相位完全一致，串联点在磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶内层02之间，不能影响线圈构造，需保证串联的屏蔽桶外层消磁线圈11的内侧线和磁屏蔽桶内层周向消磁线圈12的外侧线中同一时刻通过的电流流向相同，从而避免两个线圈产生的磁场在磁屏蔽桶外层01和磁屏蔽桶外层02处相互抵消。
总之，本发明是一种尤其适用于超高灵敏原子磁强计、原子陀螺仪等量子精密测量领域使用的低噪声磁屏蔽桶的消磁线圈结构。本发明针对两种不同磁性材料磁屏蔽桶组成的复合磁屏蔽桶，将两种不同材料屏蔽层分开进行单独地消磁线圈布置，再将各消磁线串联在一起，铁氧体位于坡莫合金磁屏蔽层内，同步消磁，代替常用的螺线管式消磁线圈或环形绕线消磁线圈。其中针对低磁导率不易退磁的内层铁氧体屏蔽层进行周向、轴向的组合布线，增强了对其的消磁效果，解决了铁氧体磁屏蔽桶不易退磁的问题。该线圈结构提供了更好的退磁效果，降低了复合磁屏蔽桶消磁后剩磁，减小了磁屏蔽桶内部由剩磁引起的磁场梯度。
本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，其特征在于：所述装置包括：消磁线圈组（1）；所述消磁线圈组（1）包括：磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）、磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈（13）；所述磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）通过磁屏蔽桶外层（01）上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶外层（01）周向上，磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）通过磁屏蔽桶内层（02）上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层（02）周向上，磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈（13）螺线管式沿磁屏蔽桶内层的轴向紧密缠绕在磁屏蔽桶内层（02）外壁上；磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）、磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）和磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈（13）三组线圈串联起来，组成消磁线圈组（1）；磁屏蔽桶外层（01）材料为坡莫合金；磁屏蔽桶内层（02）材料为锰锌铁氧体。
2.根据权利要求1所述的一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，其特征在于：所述磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）紧贴磁屏蔽桶外层（01）的最内层内壁和最外层外壁，通过磁屏蔽桶外层（01）上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶外层（01）周向上，开孔位置位于上下盖中心或边缘，满足磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）能完全包裹整个磁屏蔽桶外层（01），使磁屏蔽桶外层消磁线圈（11）产生的磁场在磁屏蔽桶外层（01）的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，通常在4到16匝之间，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶外层（01）磁化强度达到饱和即可。
3.根据权利要求1所述的一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，其特征在于：所述磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）紧贴磁屏蔽桶内层（02）的内壁和外壁，通过磁屏蔽桶内层（02）上下盖上的开孔内外缠绕在磁屏蔽桶内层（02）周向上，开孔位置位于上下盖中心或边缘，满足磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）能完全包裹整个磁屏蔽桶内层（02），使磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）产生的磁场在磁屏蔽桶内层（02）的周向上形成闭合回路，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层（02）磁化强度达到饱和即可。
4.根据权利要求1所述的一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，其特征在于：所述磁屏蔽桶内层轴向消磁线圈（13）紧贴磁屏蔽桶内层（02）的外壁，螺线管式沿磁屏蔽桶内层的轴向紧密缠绕在其外壁上，在磁屏蔽桶内层（02）的轴向上产生退磁场，线圈匝数根据实际使用时通入的交流退磁电流大小而定，满足在最大电流时线圈产生的磁场强度能使磁屏蔽桶内层（02）磁化强度达到饱和。
5.根据权利要求1所述的一种针对铁氧体-坡莫合金复合磁屏蔽桶的消磁线圈装置，其特征在于：上述三组线圈串联组成消磁线圈组（1），以使通过它们的交流退磁电流大小和相位完全一致，串联点在各线圈任意位置，不影响线圈构造，保证串联的屏蔽桶外层消磁线圈（11）的内侧线和磁屏蔽桶内层周向消磁线圈（12）的外侧线中同一时刻的电流流向相同，避免两个线圈产生的磁场在磁屏蔽桶外层（01）和磁屏蔽桶内层（02）处相互抵消。
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