CN112649769A - 一种降低引线回路杂散面积的磁探针 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低引线回路杂散面积的磁探针，包括陶瓷电路板、铜条、电感、插孔、插针，所述陶瓷电路板由上下两个圆形陶瓷电路板和中间的一个长方形陶瓷电路板组成磁探针骨架，上部圆形陶瓷电路板通过铜条固定在中间长方形陶瓷电路板的一端，长方形陶瓷电路板的另一端通过铜条固定在底部圆形陶瓷电路板上，并在其上安装具有三个不同测量方向的高、低频电感六个，中间长方形陶瓷电路板的每一对引线均通过并联第三根导线降低了引线回路带来的杂散面积，电感为贴片式电感，贴装在陶瓷电路板表面，所述插孔和插针固定在底部圆形陶瓷电路板上并与引线相连。本发明集成度高，方便插拔，降低了引线回路所带来的干扰，提高了测量精度。

Description

一种降低引线回路杂散面积的磁探针

技术领域

本发明涉及等离子体诊断技术领域，特别涉及一种降低引线回路杂散面积的磁探针。

背景技术

在磁约束聚变实验装置中，紧凑环注入系统是目前最有希望在大型托卡马克上实现芯部加料的方案，聚变等离子体中的磁场直接影响了紧凑环产生的高速高密度自组织等离子体团的消融，要深入的分析该等离子体团的注入深度和消融过程，就首先需要测量其中磁场的空间分布及其随时间的变化，因此磁探针诊断显得尤为重要。

利用磁探针诊断系统可以测量所在位置处的磁场及其瞬时变化规律，同时可以计算得到紧凑环系统发射的等离子体团的速度随时间的变化等参数。磁探针诊断系统是由若干匝导线缠绕在一骨架上制作而成的，通过电磁感应的原理，用来测量磁探针所在位置处某一方向上的磁场随时间的变化率。紧凑环系统出射的等离子体团具有高速、高密度的特点，通过磁探针测量其所在空间内的磁场及其随时间的变化，这对磁探针提出了要求：(1)磁探针的频率响应要快，这就要求线圈的匝数要少且应尽量较小杂散面积；(2)磁探针要具有较高的灵敏度，这就要求线圈的匝数要多；(3)磁探针的空间分辨率高以及对周围磁场影响小，这要求磁探针的几何尺寸尽量小；(4)磁探针系统要方便安装、拆卸以及更换。这几点要求之间是存在冲突的，所以应根据放电的实际情况来决定磁探针的大小、绕制圈数、安装位置等。现在常见的磁探针多为在骨架上绕制铜线圈，通过双绞线将信号引出。所以，在绕制多维磁探针骨架的情况下，绕线复杂，耗费人力。

发明内容

本发明的目的是设计了一种便于批量化生产，封装在陶瓷电路板上的可用于同时测量磁场三维分布的磁探针，同时通过引入第三根导线的方法，进而降低了导线回路的杂散面积，提高了测量精度。

为了实现上述目标，本发明的技术方案是：一种降低引线回路杂散面积的磁探针，包括陶瓷电路板、铜条、电感、插孔和插针，所述陶瓷电路板由上下两个圆形陶瓷电路板和中间的一个长方形陶瓷电路板组成磁探针骨架，上部圆形陶瓷电路板通过铜条固定在中间长方形陶瓷电路板的一端，中间长方形陶瓷电路板的另一端通过铜条固定在底部圆形陶瓷电路板上，并在其上安装具有三个不同测量方向的高、低频电感六个，中间长方形陶瓷电路板的每一对引线均通过并联第三根导线降低了引线回路带来的杂散面积，电感为贴片式电感，贴装在上部圆形陶瓷电路板和中间长方形陶瓷电路板表面，所述插孔和插针固定在底部圆形陶瓷电路板上并与引线相连。本发明集成度高，方便插拔，降低了引线回路所带来的干扰，提高了测量精度。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述上部圆形陶瓷电路板开有六个焊孔，利用铜条穿过焊孔并用锡焊将其与中间长方形陶瓷电路板的一端相固定，同时将两块陶瓷电路板导线相连。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述长方形陶瓷电路板，每一对引线回路旁均开有4个过孔，通过引入的第三根导线利用过孔在背面与其中的一根引线相并联。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述底部圆形陶瓷电路板中间位置开有十三个焊孔，利用铜条穿过各个焊孔并用锡焊将其与中间长方形陶瓷电路板的另一端相固定，同时将两块陶瓷电路板引线相连。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述底部圆形陶瓷电路板中间外围位置设置有十三个焊孔，铜插孔固定在焊孔上。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述陶瓷电路板采用氧化铝陶瓷制成。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述陶瓷电路板表面覆铜，并通过陶瓷电路板上的引线将信号引出。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述铜插孔内部为爪簧结构，铜插针插入铜插孔内。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述电感为绕线式陶瓷晶片电感，锡焊焊接在陶瓷电路板表面铜贴片上，并于电路板上引线相连。

所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，所述第三陶瓷电路板边缘位置设置有四个开孔，固定整个陶瓷骨架。

本发明与现有技术相比的优点有：

(1)本发明磁探针的引线回路通过并联第三根导线降低了引线回路带来的杂散面积。

(2)本发明磁探针上的电感分沿着r、θ和z三个方向，可同时测量径向、极向、和轴向的磁场。

(3)本发明磁探针体积小，位置灵活，对等离子体的干扰小。

(4)本发明磁探针骨架搭建在陶瓷板上，确保它能在高温、高真空环境下正常工作。

(5)本发明磁探针通过在陶瓷电路板上插针的方式将信号引出，方便磁探针插拔和更换。

附图说明

图1是本发明一种降低引线回路杂散面积的磁探针的结构示意图，其中，1为上部圆形陶瓷电路板，2为第一铜条，3为第一电感，4为第二电感，5为第三电感，6为中间长方形陶瓷电路板，7为第二铜条，8为插孔，9为插针，10为底部圆形陶瓷电路板；

图2是本发明一种降低引线回路杂散面积的磁探针的左侧结构示意图，其中，1为上部圆形陶瓷电路板，2为第一铜条，301为第一高频电感，401为第二高频电感，402为第二低频电感，601为第一过孔，602为第二过孔，603为第三过孔，6为中间长方形陶瓷电路板，7为第二铜条，8为插孔，9为插针，10为底部圆形陶瓷电路板；

图3是本发明一种降低引线回路杂散面积的磁探针的右侧结构示意图，其中，1为上部圆形陶瓷电路板，2为第一铜条，302为第一低频电感，501为第三高频电感，502为第三低频电感，604为第四过孔，605为第五过孔，606为第六过孔，6为中间长方形陶瓷电路板，7为第二铜条，8为插孔，9为插针，10为底部圆形陶瓷电路板；

图4是本发明一种降低引线回路杂散面积的磁探针的俯视结构示意图，其中，1为上部圆形陶瓷电路板，101为第一焊孔，102为第二焊孔，301为第一高频电感，302为第一低频电感，10为底部圆形陶瓷电路板；

图5是本发明一种降低引线回路杂散面积的磁探针的测试波形图。

具体实施方式

现在结合实施例和附图，对本技术方案作进一步的详细说明。

如图1所示，一种降低引线回路杂散面积的磁探针，包括上部圆形陶瓷电路板1、第一铜条2、第一电感3、插孔8、插针9，所述第一电感3是贴片式电感，贴装在上部圆形陶瓷电路板1表面，所述陶瓷电路板包括上部圆形陶瓷电路板1、中间长方形陶瓷电路板6和底部圆形陶瓷电路板10组成磁探针骨架，所述上部圆形陶瓷电路板1通过第一铜条2固定在中间长方形陶瓷电路板6的一端，所述中间长方形陶瓷电路板6的另一端通过第二铜条7固定在底部圆形陶瓷电路板10上，第一电感3、第二电感4、第三电感5摆放在相应位置，组成可同时测量r、θ和z三个方向磁场的阵列。上部圆形陶瓷电路板1上导线一端与第一电感3相连，另一端与第一铜条2相连，所述插孔8和插针9固定在底部圆形陶瓷电路板10上并与导线相连。

如图2所示，本发明包括上部圆形陶瓷电路板1、底部圆形陶瓷电路板10和中间长方形陶瓷电路板6，其中上部圆形陶瓷电路板1通过第一铜条2垂直固定在中间长方形陶瓷电路板6上，同时将上部圆形陶瓷电路板1的引线与中间长方形陶瓷电路板6相连，在中间长方形陶瓷电路板6正面上开第一过孔601放置并联引线在中间长方形陶瓷电路板6背面相连。第二高频电感401和第二低频电感402贴装在中间长方形陶瓷电路板6上，正面开第二过孔602和第三过孔603放置并联引线在中间长方形陶瓷电路板6背面相连，测量r方向的磁场。

如图3所示，本发明包括包括上部圆形陶瓷电路板1、底部圆形陶瓷电路板10和中间长方形陶瓷电路板6，其中上部圆形陶瓷电路板1通过第一铜条2垂直固定在中间长方形陶瓷电路板6上，同时将上部圆形陶瓷电路板1的引线与中间长方形陶瓷电路板6相连，在中间长方形陶瓷电路板6背面上开第四过孔604放置并联引线在中间长方形陶瓷电路板6正面相连。第三高频电感501和第三低频电感502贴装在中间长方形陶瓷电路板6上，背面开第五过孔605和第六过孔606放置并联引线在中间长方形陶瓷电路板6正面相连，测量z方向的磁场。

如图4所示，本发明包括上部圆形陶瓷电路板1上贴装有第一高频电感301和第一低频电感302，经上部圆形陶瓷电路板上引线与第一铜条2相连，测量θ方向的磁场，同时在上部圆形陶瓷电路板1上开第一焊孔101和第二焊孔102，焊接第一铜条2用于两块陶瓷电路板之间的固定与接地。

为验证中间长方形陶瓷电路板6上电路的可行性，搭建了测试平台。将信号发生器和亥姆霍兹线圈相连，以产生磁场，同时将信号发生器与示波器相连，显示信号发生器产生的波形，测试电路固定亥姆霍兹线圈的中心位置，同时将测试电路通过双绞线与示波器相连，显示测试电路产生的波形。如图5所示，在信号发生器工作频率为500kHz时，第一波形为直接测量电感引出引线两端得到的波形，第二波形为并联引线于电感引出引线两端得到的波形，可以看出在并联引线后有幅值有明显的降低，约10倍左右，可以认为并联一根引线对于降低引线回路杂散面积有较好的效果。

所述的上部圆形陶瓷电路板1直径20mm、厚度1mm；中间长方形陶瓷电路板6长50mm、宽20mm、厚度1mm；底部圆形陶瓷电路板10直径50mm、厚度1mm。

高频电感的工作频段大于1MHz，低频电感的工作频段小于1MHz。

为方便第一铜条2、第一电感3的固定及信号的引出，在上部圆形陶瓷电路板1上覆有铜贴片。

为屏蔽引线之间的干扰，在所有陶瓷板表面覆铜。

本实施例中采用的是Coilcraft公司的陶瓷晶片式电感，第一电感3、第二电感4、第三电感5六个电感分为高低频电感，高频电感型号为1812CS-103XJEC，低频电感型号为1812CS-333XJEC，尺寸为4.95mm×3.81mm×3.43mm。

上述参照实施例对该降低引线回路杂散面积的磁探针进行详细的描述，是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：包括陶瓷电路板、铜条、电感、插孔、插针，所述陶瓷电路板由上下两个圆形陶瓷电路板和中间的一个长方形陶瓷电路板组成磁探针骨架，上部圆形陶瓷电路板通过铜条固定在中间长方形陶瓷电路板的一端，中间长方形陶瓷电路板的另一端通过铜条固定在底部圆形陶瓷电路板上，并在其上安装具有三个不同测量方向的高、低频电感六个，中间长方形陶瓷电路板的每一对引线均通过并联第三根导线降低了引线回路带来的杂散面积，电感为贴片式电感，贴装在上部圆形陶瓷电路板和中间长方形陶瓷电路板表面，所述插孔和插针固定在底部圆形陶瓷电路板上并与引线相连。

2.根据权利要求1所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述上部圆形陶瓷电路板开有六个焊孔，利用铜条穿过焊孔并用锡焊将其与中间长方形陶瓷电路板的一端相固定，同时将两块陶瓷电路板引线相连。

3.根据权利要求1所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述中间长方形陶瓷电路板，每一对引线回路旁均开有4个过孔，通过引入的第三根导线利用过孔在背面与其中的一根引线相并联。

4.根据权利要求1所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述底部圆形陶瓷电路板中间位置开有十三个焊孔，利用铜条穿过各个焊孔并用锡焊将其与中间长方形陶瓷电路板的另一端相固定，同时将两块陶瓷电路板引线相连。

5.根据权利要求4所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述底部圆形陶瓷电路板中间外围位置设置有十三个焊孔，铜插孔固定在焊孔上。

6.根据权利要求1所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述陶瓷电路板采用氧化铝陶瓷制成。

7.根据权利要求6所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述陶瓷电路板表面覆铜，并通过陶瓷电路板上的引线将信号引出。

8.根据权利要求5所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述铜插孔内部为爪簧结构，铜插针插入铜插孔内。

9.根据权利要求1所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述电感为绕线式陶瓷晶片电感，锡焊焊接在陶瓷电路板表面铜贴片上，并于电路板上引线相连。

10.根据权利要求5所述的一种降低引线回路杂散面积的磁探针，其特征在于：所述底部圆形陶瓷电路板边缘位置对称开有四个开孔，用于固定整个陶瓷骨架。

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