CN113176525B - 一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪支撑架和温控方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，包括机械连接的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板；所述支撑架顶盖板带有液氦注入口。所述顶盖板包含凸起的雷蒙头安装平台，用于安装多个雷蒙头；所述顶盖板还带有出气口阀门。所述支撑架主体内部靠近顶盖板的至少一部分空间内，填充绝热泡沫。本申请还包含使用所述支撑架实现控温的方法。本申请解决热漏导致的可靠性不足的问题。

Description

一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪支撑架和温控方法

技术领域

本申请涉及航空技术领域，尤其涉及一种低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架结构和控制温度的方法。

背景技术

航空磁测量技术通过从航空搭载磁测量设备测量磁性矿产资源引起的地磁场微弱变化，借助于信息处理技术实现对地下矿体的空间分布成像，来了解和评价探测区域的磁性矿产资源及其分布概况，具有探测效率高，单位面积运行成本低等特点，是进行资源普查和筛选找矿靶区的重要手段之一。国际上，航空磁测量技术的发展经历了三个阶段。航空超导全张量磁梯度测量装置是新一代(第三代)的航空磁测系统，它的核心传感器是超导磁传感器(超导量子干涉器件：SQUID)，它是灵敏度极高的磁传感器，能够测量非常微弱的磁信号，所以可以感知地球深度矿藏在空中产生的微弱磁信号，大幅度提高对地球深度矿产资源的探测水平。而且全张量磁梯度测量系统能够测量地磁场的所有信息(各矢量和各梯度分量变化)，对这些磁场和磁梯度信息进行数据处理，可实现对地下磁性地质体和矿体地高效率、高精度的三维定位，获取它们的空间分布信息。

本发明是组成航空低温超导全张量磁力仪的核心组件。现有技术的问题是系统工作时间短，2-3个小时，影响系统的实用性。同时在作业过程中，保温性不好，热漏严重，支撑架的顶盖板结霜，使得雷蒙头会有缓霜形成的水，容易造成电路的短路，可能造成芯片的损坏的严重问题。本发明针对以上问题进行了改进。

发明内容

本申请实施例提供一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架和温控方法，解决现有技术因热漏导致的可靠性不足的问题。

本申请实施例提出一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，包括机械连接的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板；所述支撑架顶盖板带有液氦注入口。所述顶盖板包含凸起的雷蒙头安装平台，用于安装多个雷蒙头；所述顶盖板还带有出气口阀门。所述支撑架主体内部靠近顶盖板的至少一部分空间内，填充绝热泡沫。

优选的，所述雷蒙头安装平台为圆柱形中空台体，与所述顶盖板气密连接；台体顶面用于安装三个6芯雷蒙头。

优选的，所述出气孔阀门大小为0.5PSI。

优选的，所述支撑架主体内包含8层叠放的圆柱形绝热泡沫。

优选的，所述支撑架主体部分分为上下2段；所述绝热泡沫填充于上段。所述支撑架主体部分的每一段，包含支撑杆和链接板，上下2段的支撑杆通过链接板连接。

优选的，所述超导芯片搭载平台包括全张量六棱台体，六棱台顶部用于安装三轴磁强计，六棱台的6个侧面分别用于安装梯度计，六棱台的底部用于固定超导芯片。

优选的，所述顶盖板上部有提拉把手。

优选的，所述支撑架主体下部的链接板，通过支撑杆与底盖板固定连接；底盖板上部固定连接所述超导芯片搭载平台。

优选的，所述支撑架的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板均由无磁环氧材料制成。

本申请还提出一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪温度控制方法，使用本申请任意一项实施例所述的支撑架，支撑架主体的长度与无磁杜瓦匹配，消除所述支撑架在无磁杜瓦内部上下抖动空间；将所述支撑架放置于无磁杜瓦中，顶盖板、底盖板与无磁杜瓦真空密闭连接；用绝热泡沫控制无磁杜瓦内的温度稳定性；用出气口阀门控制液氦汽化耗散速度。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明针对低温超导全张量梯度磁力仪，整个支撑架的尺寸与无磁杜瓦匹配性好，尺寸公差小，适应性强；

支撑架主体采用环氧复合材料，用以减少磁性干扰，最大化的减少支撑架对载荷磁测的影响；

支撑架的六层绝热泡沫加上出气孔阀门的共同设计，绝热和密闭性能好。相比于现有技术使得顶盖板不再有结霜的现象。

在作业过程中保持液氦住满后，静态能工作5天左右，动态如飞行等能工作3天以上；相比于现有技术的工作2-3个小时，大幅度提升了工作实用性。

支撑架的六棱台安装平台，设计了芯片安装槽，尺寸适配，并且有尼龙螺丝固定芯片的设计，使得芯片在工作中能非常稳定的固定，不用担心压坏低温超导平面梯度计芯片；相比于现有技术不但使得芯片固定稳定，而且减少了芯片的坏损率。

支撑架主体采用环氧材料，抗腐蚀，高低温适用性好，使得工作环境液氦的温度4.2k，不对载荷造成影响，热膨胀系数低，环境适应能力强。

附图说明

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

图1为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架整体结构示意图；

图2为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架分解结构示意图；

图3为顶盖板及组件结构示意图；

图4为超导芯片搭载平台及组件结构示意图；

图5为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架与无磁杜瓦装配后的整体示意图。

图中：

1为提拉把手，2为雷蒙头，3为雷蒙头安装平台顶板，4为雷蒙头安装平台台体，5为出气口阀门，6为顶盖板，7为液氦注入口，8为顶盖板固定螺纹孔，9为绝热泡沫，10为第一组支撑杆，11，13，16为连接部位环氧螺丝，12为第一链接板，14为第二组支撑杆，15为第二链接板，17～18为第三组支撑杆，19为三轴磁强计，20为低温超导平面梯度计，21为六棱台，22为底盖板，23为无磁杜瓦，100为支撑架主体，200为超导芯片搭载平台。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

针对现有技术的缺陷，本发明的创新性主要体现在：顶盖板有0.5PSI的出气孔阀门，液氦注入时和液氦保存时，控制无磁杜瓦能的压强，减少液氦的耗散，使得系统工作时间大幅度提升，静态能工作5天左右，动态如飞行等能工作3天以上；支撑架主体有8层绝热泡沫和磁屏蔽薄膜，绝热泡沫为了保证无磁杜瓦内部的温度稳定，减少系统的热漏，不至于顶盖板结霜，同时磁屏蔽薄膜为了提升系统顶部的磁屏蔽效果；支撑架顶盖板有三个6芯雷蒙头安装平台，使得雷蒙头不会结霜，降低系统电路短路的可能性。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架整体结构示意图。

本申请实施例提出一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，包括机械连接的顶盖板6及组件、支撑架主体100、超导芯片搭载平台200、底盖板22；所述顶盖板包含凸起的雷蒙头安装平台4，用于安装多个雷蒙头；所述顶盖板还带有出气口阀门。所述支撑架主体内部靠近顶盖板的至少一部分空间内，填充绝热泡沫9。优选的，所述支撑架主体部分分为上下2段；所述绝热泡沫填充于上段。

优选的，所述支撑架的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板均由无磁环氧材料制成。本例中，低温超导全张量磁力仪支撑架采用环氧材料，抗腐蚀，高低温适用性好，使得工作环境液氦的温度4.2k，不对载荷造成影响，热膨胀系数低，环境适应能力强，完全没有磁性体，用以减少磁性干扰，最大化的减少支撑架对低温超导磁力仪芯片测量的影响。

图2为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架分解结构示意图。

优选的，所述支撑架主体内包含8层叠放的圆柱形绝热泡沫；所述支撑架主体部分的每一段，包含支撑杆和链接板，上下2段的支撑杆通过链接板连接。

例如，所述支撑架主体内填充的绝热泡沫9分为8层，每层绝热泡沫之间覆盖有磁屏蔽薄膜，即8层绝热泡沫，包夹7层屏蔽薄膜，磁屏蔽薄膜为单面镀铝的薄膜，保证一面镀铝层导电，另一面不导电，来形成电磁屏蔽的效果。绝热泡沫为了保证无磁杜瓦内部的温度稳定，磁屏蔽薄膜为了提升系统顶部的磁屏蔽效果。

支撑杆包括上下两层，共6根支撑杆，其用于保证支撑的长度与无磁杜瓦匹配，并且保证支撑架有足够的强度。支撑架主体设计两层链接平台，保证支撑架的结构强度，以及稳定性。

具体结构是：第一组支撑杆10用于连接顶盖板和第一链接板，第一组支撑杆和第一链接板之间通过连接部位环氧螺丝11紧固；第二组支撑杆14用于连接第一链接板和第二链接板；第二组支撑杆和第一链接板之间通过连接部位环氧螺丝13紧固；第二组支撑杆和第二链接板之间固定连接。

在第二链接板和底盖板之间，通过第三组支撑杆固定连接，其中第三组支撑杆17,18和第二链接板之间通过连接部位环氧螺丝紧固；第三组支撑杆和底盖板之间固定连接。

本例中，支撑架的8层绝热泡沫加上出气孔阀门的共同设计，绝热和密闭性能好，在作业过程中保持液氦住满后，静态能工作5天左右，动态如飞行等能工作3天以上。

图3为顶盖板及组件结构示意图。

优选的，所述雷蒙头安装平台为圆柱形中空台体，与所述顶盖板气密连接；台体顶面用于安装三个6芯雷蒙头。所述支撑架安装平台上有雷蒙头安装平台4，包括3个6芯雷蒙头2；雷蒙头安装平台上为圆柱体，其上有雷蒙头安装平台顶盖板3；并且与顶盖板平台链接处有O圈，密闭等级为真空级别。

所述支撑架顶盖板带有液氦注入口7；并附有一个环氧塞子，减少液氦的耗散

优选的，所述顶盖板上部有提拉把手。支撑架安装平台上部设有提拉把手1，方便支撑架系统的移动搬运，尤其是加上无磁杜瓦后，重量大，要求提拉把手强度高。

所述支撑架安装平台上有出气口控制阀门，出气孔阀门5的大小为0.5PSI。液氦注入时和液氦保存时，控制无磁杜瓦能的压强，减少液氦的耗散。

顶盖板固定螺纹孔8，用于连接第一组支撑杆。

图4为超导芯片搭载平台及组件结构示意图。

所述超导芯片搭载平台包括全张量六棱台体，六棱台顶部用于安装三轴磁强计，六棱台的6个侧面分别用于安装梯度计，六棱台的底部用于固定超导芯片。所述支撑架主体下部的链接板(第二链接板)，通过支撑杆与底盖板固定连接；底盖板22上部固定连接所述超导芯片搭载平台。

例如，三轴磁强计通过螺丝固定于六棱台：在六棱台顶部，有螺纹孔用于安装三轴磁强计。

6个低温超导平面梯度计20安装于六棱台侧面的低温超导梯度计安装平台21。本例中，支撑架的六棱台安装平台，设计了芯片安装槽，尺寸适配，并且有尼龙螺丝固定芯片的设计。六个梯度计安装平面，根据芯片的尺寸有六个安装槽，并且有螺纹孔，保证芯片能够稳定固定。使得芯片在工作中能非常稳定的固定，不用担心压坏低温超导平面梯度计芯片。

图5为本申请实施例的航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架与无磁杜瓦装配后的整体示意图。

无磁杜瓦23用于装载支撑架系统，无磁杜瓦有真空夹层，为低温超导保温。支撑架放置于无磁杜瓦中，作为超导磁梯度全张量磁力仪的安装平台。

本申请还提出一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪温度控制方法，使用本申请任意一项实施例所述的支撑架。

支撑架主体的长度与无磁杜瓦匹配，消除所述支撑架在无磁杜瓦内部上下抖动空间；将所述支撑架放置于无磁杜瓦中，顶盖板6与无磁杜瓦真空密闭连接，底盖板22与无磁杜瓦底部贴合。用绝热泡沫控制无磁杜瓦内的温度稳定性；用出气口阀门控制液氦汽化耗散速度。

本申请的装置和方法，针对低温超导全张量磁梯度仪，适应低温超导全张量磁梯度测量要求，能够在我国航磁找矿事业中发挥重大作用，而且不仅可用于我国的航磁测量领域，在军事及环境、考古等民用领域的很多方面也有广阔的应用前景。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，包括机械连接的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板；所述支撑架顶盖板带有液氦注入口；其特征在于，

所述顶盖板包含凸起的雷蒙头安装平台，用于安装多个雷蒙头；所述顶盖板还带有出气口阀门；

所述支撑架主体内部靠近顶盖板的至少一部分空间内，填充绝热泡沫；

所述支撑架主体采用环氧复合材料；所述支撑架主体内包含8层叠放的圆柱形绝热泡沫；每层绝热泡沫之间覆盖有磁屏蔽薄膜。

2.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，

所述雷蒙头安装平台为圆柱形中空台体，与所述顶盖板气密连接；台体顶面用于安装三个6芯雷蒙头。

3.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，

所述出气口 阀门大小为0.5PSI。

4.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，

所述支撑架主体部分分为上下2段；所述绝热泡沫填充于上段；

所述支撑架主体部分的每一段，包含支撑杆和链接板，上下2段的支撑杆通过链接板连接。

5.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，

所述超导芯片搭载平台包括全张量六棱台体，六棱台顶部用于安装三轴磁强计，六棱台的6个侧面分别用于安装梯度计，六棱台的底部用于固定超导芯片。

6.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，所述顶盖板上部有提拉把手。

7.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，所述支撑架主体下部的链接板，通过支撑杆与底盖板固定连接；底盖板上部固定连接所述超导芯片搭载平台。

8.如权利要求1所述航空低温超导磁梯度全张量磁力仪的支撑架，其特征在于，所述支撑架的顶盖板、支撑架主体、超导芯片搭载平台、底盖板均由无磁环氧材料制成。

9.一种航空低温超导磁梯度全张量磁力仪温度控制方法，使用权利要求1～8任意一项所述的支撑架，其特征在于，

支撑架主体的长度与无磁杜瓦匹配，消除所述支撑架在无磁杜瓦内部上下抖动空间；

将所述支撑架放置于无磁杜瓦中，顶盖板、底盖板与无磁杜瓦真空密闭连接；

用绝热泡沫控制无磁杜瓦内的温度稳定性；

用出气口阀门控制液氦汽化耗散速度。

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