CN109298359A - 铁磁共振探头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁磁共振探头，包括平面波导，铁磁共振探头还包括：底座，平面波导设置在底座上；压载组件，压载组件设置在底座上，压载组件具有用于承载待测样品的承载平台，承载平台和平面波导相对可移动地设置，以将待测样品压合在平面波导上。本发明的铁磁共振探头解决了现有技术中的铁磁共振探头在检测过程中难以避免待测样品倾斜于平面波导的问题；本发明在待测样品和底座之间建立了高热导率通道，实现了样品温度的快速和准确控制。

Description

铁磁共振探头

技术领域

本发明涉及铁磁共振领域，具体而言，涉及一种铁磁共振探头。

背景技术

现有的平行磁场下宽频铁磁共振的典型设计示意图如图1至图3所示。基本部件为背面接地平面波导1、高频连接头2和电磁铁3。背面接地平面波导生成RF场来驱动和维持样品4磁矩的小角度进动。由于铁磁共振在原理上要求微波产生的磁场必须垂直于外部磁场，样品4下方的波导必须与外部磁场平行；一个电磁铁通常具有几英寸的磁极间隙，为了达到更高的磁场，需要进一步减小间隙，因此U型平面波导1为常用设计，和该平面波导1对应的样品4放置方式为翻转样品或用无残留胶带5固定，让薄膜膜面紧贴平面波导1但必须避免导通。

然而，现有的铁磁共振探头通常一次装载需要多次调整胶带5的位置来得到理想的响应曲线。在有限的空间中安装样品或安装样品于垂直于水平面的平面时，上述安装是困难的。该安装方法温度稳定性差，由于波导为低热导材料，当底座温度显著不同于环境温度时，样品和底座之间将存在较大温差。

此外，由于平面波导1作为特殊印刷电路板，表面偶有曲率和导电镀层导致的小凸起，而且胶带两端压力不一致，样品不可避免的发生小角度倾斜(约1度)，如图3所示，样品一侧紧贴波导，而另一侧被抬起。假设样品具有L＝5毫米的长度，那么在样品中部样品和波导的间隔d是：

以平面波导的典型中心导体宽度为S＝100微米计算，这会导致样品所处位置p2与波导有44μm的间隙，大致为中心导体宽度的一半。相比紧贴表面的P1位置，由安培定律可知，微波磁场有明面衰减；微波磁场垂直分量比重加大。同样测试条件下，这将导致较弱的信号和引入不同模式的共振响应。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁磁共振探头，以解决现有技术中的铁磁共振探头在检测过程中出现的待测样品倾斜于平面波导的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铁磁共振探头，包括平面波导，铁磁共振探头还包括：底座，平面波导设置在底座上；压载组件，压载组件设置在底座上，压载组件具有用于承载待测样品的承载平台，承载平台和平面波导相对可移动地设置，以将待测样品压合在平面波导上。

进一步地，压载组件包括：固定座，固定座设置在底座上，以使压载组件通过固定座设置在底座上；其中，承载平台的至少部分可移动地穿设在固定座内。

进一步地，承载平台包括：用于承载待测样品的承载台，承载台与平面波导相对设置，以使承载台上的待测样品与平面波导贴合；连接杆，连接杆可移动地穿设在固定座内，承载台设置在连接杆靠近平面波导的一端，以使承载台通过连接杆相对于平面波导可移动地设置。

进一步地，压载组件还包括：弹性件，弹性件套设在连接杆上，弹性件设置在固定座与承载台之间，以使承载台在弹性件的作用下沿靠近或远离平面波导的方向可伸缩地设置。

进一步地，固定座上设置有安装孔，连接杆穿设在安装孔内；安装孔包括第一孔段和第二孔段，弹性件的一端穿设在第二孔段内，弹性件的另一端与承载台抵接；其中，弹性件的外周面与第二孔段的内壁间隙配合。

进一步地，压载组件还包括：移动柄，连接杆的一端用于与承载台连接，连接杆的另一端穿过安装孔后与移动柄连接，以通过驱动移动柄以带动连接杆移动。

进一步地，移动柄上设置有内螺纹，连接杆具有与内螺纹相适配的外螺纹，以使移动柄与连接杆螺纹连接。

进一步地，固定座上设置有供紧固件穿过的紧固孔，紧固孔与第一孔段连通，以使紧固件穿过紧固孔后与连接杆抵接。

进一步地，底座包括支撑台和设置在支撑台上的支撑板，平面波导设置在支撑板上。

进一步地，支撑板具有用于与平面波导相贴合的第一贴合面，第一贴合面与竖直平面平行设置。

进一步地，支撑板具有用于与平面波导相贴合的第一贴合面，第一贴合面与水平平面平行设置。

进一步地，铁磁共振探头还包括：温度传感单元，温度传感单元设置在底座上，以通过监测底座的温度确定平面波导的温度；加热组件，加热组件设置在底座上，温度传感单元与加热组件信号连接，以通过温度传感单元控制加热组件通过加热底座改变平面波导的温度。

进一步地，铁磁共振探头还包括：接线柱，接线柱设置在底座上，接线柱具有用于与温度传感单元的连接线的第一接线端，以及用于与加热组件的连接线连接的第二接线端，以使温度传感单元和加热组件通过第一接线端和第二接线端与外部线路连通。

进一步地，底座和承载平台的制作材料均为导热金属材料，承载平台的外表面涂覆有导热胶。

本发明的铁磁共振探头通过底座和压载组件实现了待测样品与平面波导的平整贴合，其中，平面波导设置在底座上，压载组件设置在底座上，待测样品设置在压载组件的承载平台上。在具体安装过程中，将待测样品放置在承载平台上，考虑到承载平台与平面波导相对可移动地设置，通过移动承载平台使得待测样品靠近平面波导，直到待测样品与平面波导贴合，在满足二者压力需求时，停止移动承载平台。

相比现有技术中，需要通过胶带将待测样品稳定在平面波导上，从而导致待测样品相对平面波导会出现倾斜，影响后续测试结果，本发明的铁磁共振探头通过底座和压载组件实现了将待测样品快速压合到平面波导上，二者不会出现相对倾斜，从而解决了现有技术中的铁磁共振探头在检测过程中出现的待测样品倾斜于平面波导的问题。

此外，现有技术中，平面波导为印刷电路板，样品贴在平面波导上后和底座间导热差。本发明的压载组件同时建立了样品和底座间的快速传热通道，解决了现有技术中的导热问题，并在探头上设计了温度控制部件，适用于变温铁磁共振测试。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术的铁磁共振系统结构示意图；

图2示出了现有技术的样品与平面波导连接的结构示意图；

图3示出了图2的样品与平面波导的主视图；

图4示出了根据本发明的铁磁共振探头的第一个实施例的分解示意图；

图5示出了根据本发明的铁磁共振探头的第一个实施例的结构示意图；

图6示出了根据本发明的铁磁共振探头的第二个实施例的分解结构示意图；以及

图7示出了传统样品装载和使用本发明的铁磁共振探头装载的铁磁共振响应对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、平面波导；2、高频连接头；3、电磁铁；4、样品；5、胶带；10、平面波导；20、底座；21、支撑台；211、第二贴合面；22、支撑板；221、第一贴合面；30、压载组件；31、承载平台；311、承载台；312、连接杆；32、固定座；321、第一孔段；322、紧固孔；33、弹性件；34、移动柄；35、紧固件；40、待测样品；50、加热组件；60、接线柱；70、温度传感单元；80、高频接头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供了一种铁磁共振探头，请参考图4至图6，铁磁共振探头包括平面波导10，铁磁共振探头还包括：底座20，平面波导10设置在底座20上；压载组件30，压载组件30设置在底座20上，压载组件30具有用于承载待测样品40的承载平台31，承载平台31和平面波导10相对可移动地设置，以将待测样品40压合在平面波导10上。

本发明的铁磁共振探头通过底座20和压载组件30实现了待测样品40与平面波导10的平整贴合，其中，平面波导10设置在底座20上，压载组件30设置在底座20上，待测样品40设置在压载组件30的承载平台31上。在具体安装过程中，将待测样品40放置在承载平台31上，考虑到承载平台31与平面波导10相对可移动地设置，通过移动承载平台31使得待测样品40靠近平面波导10，直到待测样品40与平面波导10贴合，在满足二者压力需求时，停止移动承载平台31。

相比现有技术中，需要通过胶带将待测样品40稳定在平面波导10上，从而导致待测样品相对平面波导10会出现倾斜，影响后续测试结果，本发明的铁磁共振探头通过底座20和压载组件30实现了将待测样品40快速压合到平面波导10上，二者不会出现相对倾斜，从而解决了现有技术中的铁磁共振探头在检测过程中出现的待测样品倾斜于平面波导10的问题。

为了能够将压载组件30设置在底座20上，如图4所示，压载组件30包括：固定座32，固定座32设置在底座20上，以使压载组件30通过固定座32设置在底座20上；其中，承载平台31的至少部分可移动地穿设在固定座32内。

在本实施例中，通过在压载组件30上设置有固定座32，通过将固定座32设置在底座20上，从而使得压载组件30通过固定座32设置在底座20上，为了能够将待测样品40压合在平面波导10上，在本实施例中，承载平台31的至少部分可移动地穿设在固定座32内，从而可以通过移动承载平台31实现待测样品40余平面波导10的压合。

针对承载平台31的具体结构，如图4所示，承载平台31包括：用于承载待测样品的承载台311，承载台311与平面波导10相对设置，以使承载台311上的待测样品40与平面波导10贴合；连接杆312，连接杆312可移动地穿设在固定座32内，承载台311设置在连接杆312靠近平面波导10的一端，以使承载台311通过连接杆312相对于平面波导10可移动地设置。

在本实施例中，承载平台31由承载台311和连接杆312组成，其中，连接杆312可移动地穿设在固定座32内，承载台311设置在连接杆312靠近平面波导10的一端，待测样品40放置在承载台311上，通过将承载台311与平面波导10相对设置，从而可以通过移动连接杆312使承载台311上的待测样品40与平面波导10贴合。

为了能够实现连接杆312的自动移动，压载组件30还包括：弹性件33，弹性件33套设在连接杆312上，弹性件33设置在固定座32与承载台311之间，以使承载台311在弹性件33的作用下沿靠近或远离平面波导10的方向可伸缩地设置。通过在压载组件30上设置有弹性件33，其中，弹性件33套设在连接杆312上，弹性件33设置在固定座32与承载台311之间，从而可以通过弹性件33的伸缩使承载台311沿靠近或远离平面波导10的方向可伸缩地设置。

在本实施例中，弹性件33为铍铜弹簧，其外径为5毫米。

优选地，固定座32上设置有安装孔，连接杆312穿设在安装孔内；安装孔包括第一孔段321和第二孔段，弹性件33的一端穿设在第二孔段内，弹性件33的另一端与承载台311抵接；其中，弹性件33的外周面与第二孔段的内壁间隙配合。

在本实施例中，弹性件33的外周面与第二孔段的内壁间隙配合，由于用于安装弹簧的第二孔段直径比弹簧的外径稍大，所以弹簧将自适应地微调方位，从而能够与平面波导表面相匹配，有利于调整待测样品40和平面波导10的压合度。

为了能够方便操作，压载组件30还包括：移动柄34，连接杆312的一端用于与承载台311连接，连接杆312的另一端穿过安装孔后与移动柄34连接，以通过驱动移动柄34以带动连接杆312移动。

在本实施例中，通过在压载组件30上设置有移动柄34，其中，连接杆312的一端用于与承载台311连接，连接杆312的另一端穿过安装孔后与移动柄34连接，在需要安装待测样品40时，通过拉动移动柄34，从而使得弹性件33压缩，待测样品40远离平面波导10，在安装好待测样品40后，松开移动柄34，承载台311在弹性件33的作用下向靠近平面波导10的一侧移动，从而实现将待测样品40压合在平面波导10上。

为了保证安装稳定性，移动柄34上设置有内螺纹，连接杆312具有与内螺纹相适配的外螺纹，以使移动柄34与连接杆312螺纹连接。

为了能够在安装待测样品40时防止连接杆312移动，如图4所示，固定座32上设置有供紧固件35穿过的紧固孔322，紧固孔322与第一孔段321连通，以使紧固件35穿过紧固孔322后与连接杆312抵接。

为了能够方便平面波导10的安装以及方便测试，如图4至6所示，底座20包括支撑台21和设置在支撑台21上的支撑板22，平面波导10设置在支撑板22上。

针对压载组件30和平面波导10的安装方式的第一个应用实施例，如图4和图5所示，支撑板22具有用于与平面波导10相贴合的第一贴合面221，第一贴合面221与竖直平面平行设置。

在本实施例中，压载组件30设置在支撑台21上，平面波导10设置在支撑板22上，其中，支撑台21为圆形台，支撑台21水平设置，支撑板22垂直于水平面设置，其中，平面波导10贴合在支撑板22上，相对于水平面垂直设置，其中，支撑板22用于与平面波导10贴合的表面为第一贴合面221，支撑台21用于与支撑板22的第一贴合面连接的表面为第二贴合面211，第一贴合面221垂直于第二贴合面211，第一贴合面221垂直于水平面，第二贴合面211平行于水平面。

针对压载组件30和平面波导10的安装方式的第二个应用实施例，如图6，支撑板22具有用于与平面波导10相贴合的第一贴合面221，第一贴合面221与水平平面平行设置。

在本实施例中，压载组件30和平面波导10均设置在支撑板22上，其中，支撑台21为圆柱台，支撑板22用于与平面波导10贴合的表面为第一贴合面221，支撑台21用于与支撑板22的贴合的表面为第二贴合面211，第一贴合面221平行于第二贴合面211，其中，第一贴合面221和第二贴合面211均平行于水平面。

为了实现变温测试，如图4所示，铁磁共振探头还包括：温度传感单元70，温度传感单元70设置在底座20上，以通过监测底座20的温度确定平面波导10的温度；加热组件50，加热组件50设置在底座20上，温度传感单元70与加热组件50信号连接，以通过温度传感单元70控制加热组件50通过加热底座20改变平面波导10的温度。

优选地，铁磁共振探头还包括：接线柱60，接线柱60设置在底座20上，接线柱60具有用于与温度传感单元70的连接线的第一接线端，以及用于与加热组件50的连接线连接的第二接线端，以使温度传感单元70和加热组件50通过第一接线端和第二接线端与外部线路连通。

在本实施例中，平面波导10和底座20之间设置有绝缘氧化铝垫片。

为了能够提供待测样品40和底座20的热传导能力，底座20和承载平台31的制作材料均为导热金属材料，承载平台31的外表面涂覆有导热胶。

常用导热金属材料如铝、铜、金、银等，在本实施例中，底座20和承载平台31的制作材料均为镀金铜。

针对本发明的铁磁共振探头的具体结构以及使用过程进行说明：

本发明的铁磁共振探头的外围尺寸按照电磁体或低温恒温器相关尺寸设计，保障与外围设备相匹配。通过螺丝装载到外围设备或者选择台上，其中，探头底座20将用于固定波导组件，温度控制单元和样品装载(压载组件30)组件。

针对波导组件的平面波导10为U形，具有50欧姆的标称阻抗，由波导由罗杰斯(RT/6010，厚度为254μm)印刷电路板加工而成，中心导体为100μm宽，电路板上做通孔安装高频接头80，然后整体安装到探针底座上。

对于温度控制单元由温度传感器(温度传感单元70)、加热丝(加热组件50)和接线柱60组成。所有加工部件均采用镀金铜块，具高热传导系数k。因此具有小的温度控制的响应特征时间t＝C/k，其中C是系统热容量。当加热器处于工作状态时波导和传感器之间的温度差将被最小化。

如图7为本发明的的样品装载方式和传统样品装载方式的测试结果，其中，点化线为传统样品装载方式的测试结果，实线为本发明的的样品装载方式的测试结果。采用2纳米钴铁硼(CFB)薄膜样品，微波频率为20GHz，功率为0dBm(1mW)。采用本方案装载方式，其一次铁磁共振信号高度比六次普通装载测试的最大信号增加了20％。另外铁磁共振的特有非对称峰形在本设计中也更符合理论预期。

铁磁共振谱为固定频率下，微波透射系数S21随外磁场H(Oe)的相对变化曲线。在没有磁共振的情况下，微波透射系数S21不随外磁场变化。当共振条件满足时，铁磁共振导致微波吸收，微波透射能量降低，因而出现S21的降低。共振谱一般可以通过求解磁矩动力学方程拟合，在材料一定的情况下，共振谱信号越强，拟合越准确。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的铁磁共振探头通过底座20和压载组件30实现了待测样品40与平面波导10的平整贴合，其中，平面波导10设置在底座20上，压载组件30设置在底座20上，待测样品40设置在压载组件30的承载平台31上。在具体安装过程中，将待测样品40放置在承载平台31上，考虑到承载平台31与平面波导10相对可移动地设置，通过移动承载平台31使得待测样品40靠近平面波导10，直到待测样品与平面波导10贴合，在满足二者压力需求时，停止移动承载平台31。

相比现有技术中，需要通过胶带将待测样品40稳定在平面波导10上，从而导致待测样品相对平面波导10会出现倾斜，影响后续测试结果，本发明的铁磁共振探头通过底座20和压载组件30实现了将待测样品40快速压合到平面波导10上，二者不会出现相对倾斜，从而解决了现有技术中的铁磁共振探头在检测过程中出现的待测样品倾斜于平面波导10的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (14)

1.一种铁磁共振探头，包括平面波导(10)，其特征在于，所述铁磁共振探头还包括：

底座(20)，所述平面波导(10)设置在所述底座(20)上；

压载组件(30)，所述压载组件(30)设置在所述底座(20)上，所述压载组件(30)具有用于承载待测样品(40)的承载平台(31)，所述承载平台(31)和所述平面波导(10)相对可移动地设置，以将所述待测样品(40)压合在所述平面波导(10)上。

2.根据权利要求1所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述压载组件(30)包括：

固定座(32)，所述固定座(32)设置在所述底座(20)上，以使所述压载组件(30)通过所述固定座(32)设置在所述底座(20)上；其中，所述承载平台(31)的至少部分可移动地穿设在所述固定座(32)内。

3.根据权利要求2所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述承载平台(31)包括：

用于承载所述待测样品的承载台(311)，所述承载台(311)与所述平面波导(10)相对设置，以使所述承载台(311)上的待测样品(40)与所述平面波导(10)贴合；

连接杆(312)，所述连接杆(312)可移动地穿设在所述固定座(32)内，所述承载台(311)设置在所述连接杆(312)靠近所述平面波导(10)的一端，以使所述承载台(311)通过所述连接杆(312)相对于所述平面波导(10)可移动地设置。

4.根据权利要求3所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述压载组件(30)还包括：

弹性件(33)，所述弹性件(33)套设在所述连接杆(312)上，所述弹性件(33)设置在所述固定座(32)与所述承载台(311)之间，以使所述承载台(311)在弹性件(33)的作用下沿靠近或远离所述平面波导(10)的方向可伸缩地设置。

5.根据权利要求4所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述固定座(32)上设置有安装孔，所述连接杆(312)穿设在所述安装孔内；所述安装孔包括第一孔段(321)和第二孔段，所述弹性件(33)的一端穿设在所述第二孔段内，所述弹性件(33)的另一端与所述承载台(311)抵接；其中，所述弹性件(33)的外周面与所述第二孔段的内壁间隙配合。

6.根据权利要求5所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述压载组件(30)还包括：

移动柄(34)，所述连接杆(312)的一端用于与所述承载台(311)连接，所述连接杆(312)的另一端穿过所述安装孔后与所述移动柄(34)连接，以通过驱动所述移动柄(34)以带动所述连接杆(312)移动。

7.根据权利要求6所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述移动柄(34)上设置有内螺纹，所述连接杆(312)具有与所述内螺纹相适配的外螺纹，以使所述移动柄(34)与所述连接杆(312)螺纹连接。

8.根据权利要求6所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述固定座(32)上设置有供紧固件(35)穿过的紧固孔(322)，所述紧固孔(322)与所述第一孔段(321)连通，以使所述紧固件(35)穿过所述紧固孔(322)后与所述连接杆(312)抵接。

9.根据权利要求1所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述底座(20)包括支撑台(21)和设置在所述支撑台(21)上的支撑板(22)，所述平面波导(10)设置在所述支撑板(22)上。

10.根据权利要求9所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述支撑板(22)具有用于与所述平面波导(10)相贴合的第一贴合面(221)，所述第一贴合面(221)与竖直平面平行设置。

11.根据权利要求9所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述支撑板(22)具有用于与所述平面波导(10)相贴合的第一贴合面(221)，所述第一贴合面(221)与水平平面平行设置。

12.根据权利要求1所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述铁磁共振探头还包括：

温度传感单元(70)，所述温度传感单元(70)设置在所述底座(20)上，以通过监测所述底座(20)的温度确定所述平面波导(10)的温度；

加热组件(50)，所述加热组件(50)设置在所述底座(20)上，所述温度传感单元(70)与所述加热组件(50)信号连接，以通过所述温度传感单元(70)控制所述加热组件(50)通过加热所述底座(20)改变所述平面波导(10)的温度。

13.根据权利要求12所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述铁磁共振探头还包括：

接线柱(60)，所述接线柱(60)设置在所述底座(20)上，所述接线柱(60)具有用于与所述温度传感单元(70)的连接线的第一接线端，以及用于与所述加热组件(50)的连接线连接的第二接线端，以使所述温度传感单元(70)和所述加热组件(50)通过所述第一接线端和所述第二接线端与外部线路连通。

14.根据权利要求1所述的铁磁共振探头，其特征在于，所述底座(20)和所述承载平台(31)的制作材料均为导热金属材料，所述承载平台(31)的外表面涂覆有导热胶。