CN112505596A - 一种基于黑体辐射定律的serf原子磁强计磁噪声抑制装置 - Google Patents

一种基于黑体辐射定律的serf原子磁强计磁噪声抑制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，包括低红外透射薄膜层、低红外发射材料涂层、氮化硼烤箱壁、氮化硼真空腔壁、低红外发射材料涂层、高电阻材料薄层、高磁导率铁磁材料层，所述氮化硼烤箱壁与氮化硼真空腔壁之间放置低红外透射薄膜层和低红外发射材料涂层，所述氮化硼真空腔壁与高磁导率铁磁材料层之间放置低红外发射材料涂层和高电阻材料薄层，本发明中，低红外透射薄膜层和低红外发射材料涂层反射由真空烤箱发射的热辐射，减少烤箱热量损失；低红外发射材料涂层和高电阻材料薄层抑制真空腔与铁磁材料层之间的辐射热传导，降低高磁导率铁磁材料层中的热磁化噪声，提高SERF原子磁强计的磁测量灵敏度。

Description

一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置
技术领域
本发明涉及SERF原子磁强计的技术领域，具体涉及一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置。
背景技术
SERF陀螺仪是利用电子自旋敏感载体转动信息，其核心器件为碱金属原子气室。碱金属原子在室温下处于固态，通过加热使其气化与激光及惰性气体原子相互作用，SERF陀螺仪工作时需要运用氮化硼烤箱将原子气室温度稳定在180℃附近，使得碱金属原子密度保持稳定。SERF陀螺仪在工作时需要将原子气室置于无磁环境中，任何微弱的磁场都会对SERF陀螺仪信号产生干扰，因此采用高磁导率铁磁材料（包含，但不仅限于锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等）与高磁导率合金（包含，但不仅限于坡莫合金等）组合牵引磁导线的方式屏蔽环境磁场。
辐射是氮化硼烤箱产生的热量在真空腔内的唯一传导方式，热辐射导致烤箱内热量大量流失，不利于烤箱的保温，同时，热辐射入射软磁材料表面，辐射引起的热搅动导致高磁导率铁磁材料内部的电子扰动，使得高磁导率铁磁材料在达到平衡状态时会产生热磁化噪声，从而对SERF陀螺仪信号产生干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋SERF陀螺仪等仪器中的烤箱保温和磁噪声抑制。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，包括低红外透射薄膜层、低红外发射材料涂层、氮化硼烤箱壁、氮化硼真空腔壁、低红外发射材料涂层、高电阻材料薄层、高磁导率铁磁材料层；
所述氮化硼烤箱壁与氮化硼真空腔壁之间真空中放置低红外透射薄膜层和低红外发射材料涂层复合层，且低红外发射材料涂层均匀覆盖在低红外透射薄膜层内侧；所述氮化硼真空腔壁与高磁导率铁磁材料层之间真空中放置低红外发射材料涂层和高电阻材料薄层复合层，且低红外发射材料涂层均匀覆盖在高电阻材料薄层内侧。
优选地，所述低红外透射薄膜层为透明导电薄膜材料ITO、AZO、FTO、ATO中的一种或两种以上混合物。
优选地，所述低红外发射材料涂层为金、银、铜或铝中的一种或几种的合金。
优选地，所述高电阻材料薄层为氮化硼高电阻率材料薄层。
优选地，所述低红外发射材料涂层为金、银、铜或铝中的一种或几种的合金。
一种基于黑体辐射定律的磁噪声抑制装置，其特征在于低红外发射材料涂层，低红外发射材料涂层和低红外透射薄膜层之间热辐射传导机制为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为氮化硼烤箱表面温度,
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为铁磁材料表面温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为低红外发射材料涂层的红外发射率，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
为低红外发射材料涂层的红外发射率，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为低红外透射薄膜层的红外透射率。
一种基于黑体辐射定律的磁噪声抑制装置，其特征在于磁噪声来源于热磁化噪声。
本发明有益效果为：
本发明提出一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其中，所述低红外透射薄膜层和低红外发射材料涂层的复合层反射由真空烤箱发射的热辐射，减少烤箱热量损失，有利于烤箱的保温，节能能源消耗；低红外发射材料涂层和高电阻材料薄层的复合层抑制真空腔与铁磁材料层之间的辐射热传导，有效降低高磁导率铁磁材料层中的热磁化噪声，提高SERF原子磁强计的磁测量灵敏度。
本装置可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋SERF陀螺仪等仪器中的烤箱保温和磁噪声抑制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实现方式：
本发明的目的是提供一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，可应用于基于混合光抽运的原子磁强计、原子自旋SERF陀螺仪等仪器中的烤箱保温和磁噪声抑制。
为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，包括低红外透射薄膜层1、低红外发射材料涂层2、氮化硼烤箱壁3、氮化硼真空腔壁4、低红外发射材料涂层5、高电阻材料薄层6、高磁导率铁磁材料层7；
所述氮化硼烤箱壁3与氮化硼真空腔壁4之间真空中放置低红外透射薄膜层1和低红外发射材料涂层2复合层，且低红外发射材料涂层2均匀覆盖在低红外透射薄膜层1内侧；所述氮化硼真空腔壁4与高磁导率铁磁材料层7之间真空中放置低红外发射材料涂层5和高电阻材料薄层6复合层，且低红外发射材料涂层5均匀覆盖在高电阻材料薄层6内侧。
其中，所述低红外透射薄膜层1为透明导电薄膜材料ITO、AZO、FTO、ATO中的一种或两种以上混合物。
其中，所述低红外发射材料涂层2为金、银、铜或铝中的一种或几种的合金。
其中，所述高电阻材料薄层6为氮化硼高电阻率材料薄层。
其中，所述低红外发射材料涂层5为金、银、铜或铝中的一种或几种的合金。
本发明低红外发射材料涂层2，低红外发射材料涂层5和低红外透射薄膜层1之间热辐射传导机制为：
Figure 715832DEST_PATH_IMAGE001
其中
Figure 960868DEST_PATH_IMAGE002
为烤箱表面温度，
Figure 209447DEST_PATH_IMAGE003
为铁磁材料表面温度，
Figure 683285DEST_PATH_IMAGE004
为低红外发射材料涂层2的红外发射率，
Figure 825553DEST_PATH_IMAGE005
为低红外发射材料涂层5的红外发射率，
Figure 851278DEST_PATH_IMAGE006
为低红外透射薄膜层1的红外透射率。
实际使用时，由氮化硼烤箱壁3散发的红外热辐射在入射至低红外发射材料涂层2时，近90%的红外线辐射能量将被反射回烤箱氮化硼壁3，近10%的红外线辐射能量将通过低红外透射薄膜层1入射至氮化硼真空腔壁4，由氮化硼真空腔壁4散发的红外热辐射在入射至低红外发射材料涂层5时，近90%的红外线辐射能量将被反射回氮化硼真空腔壁4，近10%的红外线辐射能量将通过高电阻材料薄层6入射至高磁导率铁磁材料层7，经过两次红外反射，由氮化硼烤箱壁3散发的99%红外线热辐射功率将被有效保留在氮化硼真空腔壁4内，因此，通过本装置能够减少烤箱热量损失，有利于烤箱的保温，节能能源消耗，并有效降低由红外热辐射引起的软磁材料表面热磁化噪声，提高SERF原子磁强计的磁测量灵敏度。
经过试验我们得到如下表1的数据：
表1 不同涂层组合下的热辐射传导功率 （波长2um-18um）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
上述试验中，红外氮化硼，气室玻璃以及低红外发射材料涂层在2um-18um波长范围内的发射率为：气室玻璃0.94，氮化硼0.7
Figure DEST_PATH_IMAGE009
0.84，金0.05
Figure 990748DEST_PATH_IMAGE009
0.1，银0.01，铜0.04
Figure 268277DEST_PATH_IMAGE009
0.05，铝0.02
Figure 530631DEST_PATH_IMAGE009
0.1；低红外透射薄膜层1在2um-18um波长范围内的透射率为：ITO 0.1
Figure 727257DEST_PATH_IMAGE009
0.2，AZO 0.1
Figure 560215DEST_PATH_IMAGE009
0.3, FTO 0.1
Figure 625123DEST_PATH_IMAGE009
0.3, ATO 0.1
Figure 617350DEST_PATH_IMAGE009
0.3。
从表1中我们可以看出，99%的由氮化硼烤箱散发的红外热辐射经低红外发射材料涂层2和低红外发射材料涂层5反射后，会被保留在氮化硼真空腔4内，对烤箱实现保温作用，仅有1%氮化硼烤箱散发的红外热辐射将入射至软磁材料表面，表面热搅动被显著抑制，由电子扰动产生的铁磁材料热磁化噪声可以被有效抑制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于包括：低红外透射薄膜层（1）、低红外发射材料涂层（2）、氮化硼烤箱壁（3）、氮化硼真空腔壁（4）、低红外发射材料涂层（5）、高电阻材料薄层（6）、高磁导率铁磁材料层（7）；
所述氮化硼烤箱壁（3）与氮化硼真空腔壁（4）之间放置低红外透射薄膜层（1）和低红外发射材料涂层（2）的复合层，且低红外发射材料涂层（2）均匀覆盖在低红外透射薄膜层（1）内侧；所述氮化硼真空腔壁（4）与高磁导率铁磁材料层（7）之间真空中放置低红外发射材料涂层（5）和高电阻材料薄层（6）的复合层，且低红外发射材料涂层（5）均匀覆盖在高电阻材料薄层（6）内侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于：所述低红外透射薄膜层（1）为透明导电薄膜材料ITO、AZO、FTO、ATO中的一种或两种以上混合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于：所述低红外发射材料涂层（2）为金、银、铜、铝中的一种或几种的合金。
4.根据权利要求1所述的一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于：所述高电阻材料薄层（6）为氮化硼高电阻率材料薄层。
5.根据权利要求1所述的一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于：所述低红外发射材料涂层（5）为金、银、铜或铝中的一种或几种的合金。
6.根据权利要求1所述的一种基于黑体辐射定律的SERF原子磁强计磁噪声抑制装置，其特征在于：所述低红外发射材料涂层（2）、低红外发射材料涂层（5）和低红外透射薄膜层（1）之间热辐射传导机制为：
Figure 847897DEST_PATH_IMAGE002
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为烤箱表面温度，
Figure 371894DEST_PATH_IMAGE004
为铁磁材料表面温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为低红外发射材料涂层（2）的红外发射率，
Figure 495839DEST_PATH_IMAGE006
为低红外发射材料涂层（5）的红外发射率，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为低红外透射薄膜层（1）的红外透射率。
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