CN113358940B - 磁屏蔽性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁屏蔽性能测试技术领域，公开了磁屏蔽性能测试装置。该测试装置包括外层屏蔽筒、磁场产生线圈、液氦杜瓦、测试样品和磁场探测器；所述液氦杜瓦设于所述外层屏蔽筒内，所述磁场产生线圈绕设在所述液氦杜瓦的外周，所述测试样品设于所述液氦杜瓦内的液氦中；其中，所述液氦杜瓦的顶端构造有向下延伸至所述液氦杜瓦内的探测通道，所述探测通道位于所述液氦杜瓦内的一端封闭，所述探测通道位于所述液氦杜瓦顶端的一端敞口，且所述探测通道穿至所述测试样品的内部，所述磁场探测器从所述探测通道的敞口端设于所述探测通道内，以测量所述测试样品的内部磁场。本发明操作方便，测量精度高，并能有效减少液氦使用量，降低测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及低温磁屏蔽性能测试技术领域，特别是涉及一种磁屏蔽性能测试装置。
背景技术
超导电子元器件在测试过程中为了避免环境磁场对测试结果干扰，需要利用低温磁屏蔽罩来屏蔽环境磁场。低温磁屏蔽罩性能的好坏会影响超导元器件的测试和使用效果。
为了评估低温磁屏蔽罩的屏蔽性能，目前主要利用超导量子干涉器(SQUID)来进行测试。超导量子干涉器是利用约瑟夫效应，能高精度测量微弱磁信号的仪器，需要在液氦环境下完成测量。它可以测量0.1T以下的恒定磁场和交变磁场，具有极高的灵敏度和分辨率。当外界环境加载交变磁场的饱和激励后，SQUID可以测量屏蔽罩内的交变磁场，从而可以计算出屏蔽罩的屏蔽系数。但是，SQUID测量时需要使用大量液氦，操作复杂，成本较高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例提出一种磁屏蔽性能测试装置，操作方便，测量精度高，并能有效减少液氦使用量，降低测试成本。
根据本发明实施例的一种磁屏蔽性能测试装置，包括外层屏蔽筒、磁场产生线圈、液氦杜瓦、测试样品和磁场探测器；所述液氦杜瓦设于所述外层屏蔽筒内，所述磁场产生线圈绕设在所述液氦杜瓦的外周，所述测试样品设于所述液氦杜瓦内的液氦中；
其中，所述液氦杜瓦的顶端构造有向下延伸至所述液氦杜瓦内的探测通道，所述探测通道位于所述液氦杜瓦内的一端封闭，所述探测通道位于所述液氦杜瓦顶端的一端敞口，且所述探测通道穿至所述测试样品的内部，所述磁场探测器从所述探测通道的敞口端设于所述探测通道内，以测量所述测试样品的内部磁场。
根据本发明的一个实施例，所述探测通道呈圆筒形，所述探测通道外依次形成有真空绝热夹层和辐射冷却屏。
根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒的顶端开口，所述开口与所述探测通道的敞口端连通。
根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒由多层磁屏蔽材料层组成。
根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒采用高频磁场屏蔽筒和低频磁场屏蔽筒组合形成，所述高频磁场屏蔽筒采用铜或铝制成，所述低频磁场屏蔽筒采用坡莫合金或镍铁合金制成。
根据本发明的一个实施例，所述液氦杜瓦内设有用于固定所述测试样品的安装接口，所述安装接口采用无磁材料制成；
所述磁场产生线圈采用直流螺线管线圈，所述磁场探测器采用磁通门探测器。
根据本发明的一个实施例，所述液氦杜瓦的顶部设有抽真空口以及延伸至所述液氦杜瓦内底部的充液管，所述充液管的上端设有充液口；所述液氦杜瓦包括内胆以及设于所述内胆外的真空罩，所述真空罩与所述内胆之间设有冷屏。
根据本发明的一个实施例，所述内胆与所述冷屏之间设有第一绝热层，所述冷屏与所述真空罩之间设有第二绝热层。
根据本发明的一个实施例，所述第一绝热层与所述第二绝热层为单面镀铝涤纶薄膜或者双面镀铝涤纶薄膜之间夹设尼龙网间隔物；所述真空罩的材料和所述内胆的材料均采用无磁不锈钢，所述冷屏的材料采用铜或铝合金；所述探测通道材料采用紫铜或铝合金。
根据本发明的一个实施例，所述真空罩的顶端设有外端盖，所述抽真空口设于所述外端盖，所述充液管由所述外端盖延伸至所述内胆内；所述内胆的顶部设有内端盖；
所述探测通道形成在所述外端盖上，所述内端盖设有供所述探测通道穿过的过孔。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案至少具有以下有益效果：
本发明实施例的磁屏蔽性能测试装置，采用外层屏蔽筒、磁场产生线圈、液氦杜瓦、测试样品和磁场探测器；所述液氦杜瓦设于所述外层屏蔽筒内，外层屏蔽筒用来屏蔽地磁场、周围环境的工频磁场及其他干扰磁场，所述磁场产生线圈绕设在所述液氦杜瓦的外周，所述测试样品设于所述液氦杜瓦内的液氦中；所述液氦杜瓦的顶端构造有向下延伸至所述液氦杜瓦内的探测通道，所述探测通道位于所述液氦杜瓦内的一端封闭，所述探测通道位于所述液氦杜瓦顶端的一端敞口，且所述探测通道穿至所述测试样品的内部，所述磁场探测器从所述探测通道的敞口端设于所述探测通道内，以测量所述测试样品的内部磁场。利用该探测通道可以将常温状态下的磁场探测器深入到液氦杜瓦内的测试样品区域，获得测试样品内部的磁场，探测器无需浸没在液氦环境中，可以直接在室温环境使用，具有测量精度高，操作方便等优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例磁屏蔽性能测试装置的剖视示意图；
图2为本发明实施例磁屏蔽性能测试装置中液氦杜瓦的剖视示意图。
附图标记：
1、外层屏蔽筒；2、磁场产生线圈；3、液氦杜瓦；4、测试样品；5、磁通门探测器；6、充液口；7、抽真空口；8、探测通道；9、真空罩；10、冷屏；11、安装接口；12、内胆；13、第一绝热层；14、第二绝热层；15、液氦。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1与图2所示，为本发明实施例提供的磁屏蔽性能测试装置，主要包括外层屏蔽筒1、磁场产生线圈2、液氦杜瓦3、测试样品4和磁场探测器。
具体地，所述液氦杜瓦3设于所述外层屏蔽筒1内，外层屏蔽筒1用来屏蔽地磁场、周围环境的工频磁场及其他干扰磁场，确保后续测试结果的准确性；所述磁场产生线圈2绕设在所述液氦杜瓦3的外周，用于在液氦杜瓦3外产生均匀的磁场，所述测试样品4设于所述液氦杜瓦3内的液氦15中，液氦15没过测试样品4，也就是说测试样品4完全位于液氦15中，液氦杜瓦3主要用来给测试样品4提供液氦15环境；
其中，所述液氦杜瓦3的顶端构造有向下延伸至所述液氦杜瓦3内的探测通道8，所述探测通道8位于所述液氦杜瓦3内的一端封闭，所述探测通道8位于所述液氦杜瓦3顶端的一端敞口与外界环境直接连通，且所述探测通道8穿至所述测试样品4的内部，也就是说，探测通道8并不与液氦杜瓦3内的液氦15连通，仅形成一个下端封闭的通道伸入液氦15中，所述磁场探测器从所述探测通道8的敞口端设于所述探测通道8内，以测量所述测试样品4的内部磁场，在使用时，可以将磁场探测器的探头通过探测通道8插入到测试样品4内部，测量测试样品4内部的磁场强度。利用该探测通道8可以将常温状态下的磁场探测器深入到测试样品4区域，获得测试样品4内部的磁场，探测器无需浸没在液氦15环境中，可以直接在室温环境使用，具有测量精度高，操作方便等优点。
在已知磁场产生线圈2产生的磁场强度下，可以通过测量测试样品4内部的磁场强度，计算得到测试样品4的磁屏蔽系数。
根据本发明的一个实施例，为了便于加工及设置，所述探测通道8呈圆筒形。进一步地，所述探测通道8外依次形成有真空绝热夹层和辐射冷却屏，以减少漏热，减少液氦15使用量，防止探测通道8壁面结霜，减少内胆12漏热和液氦15蒸发量，保证探测通道8内温度处于室温温度(高于-45℃)。此外，真空绝热夹层和辐射冷却屏可以与探测通道8一体成型。
为了便于磁场探测器穿过外层屏蔽筒1进入探测通道8，根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒1的顶端开口，所述开口与所述探测通道8的敞口端连通，进一步，为了结构优化，所述开口的形状、大小与所述敞口端形状、大小相匹配。
根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒1由多层磁屏蔽材料层组成，用来屏蔽地磁场和周围环境的工频磁场及其他干扰磁场。
进一步地，根据本发明的一个实施例，所述外层屏蔽筒1采用高频磁场屏蔽筒和低频磁场屏蔽筒组合形成，所述高频磁场屏蔽筒可以采用铜或铝等电导率高的材料制成，所述低频磁场屏蔽筒可以采用坡莫合金或镍铁合金等磁导率高的导磁材料制成。
根据本发明的一个实施例，所述液氦杜瓦3内设有用于固定所述测试样品4的安装接口11，方便测试样品4安装，所述安装接口11采用无磁材料制成，如环氧玻璃钢等，避免对磁场产生干扰。测试样品4主要是低温磁屏蔽材料，如超导合金、低温坡莫合金等。
一个具体实施例，所述磁场产生线圈2采用直流螺线管线圈，可以在液氦杜瓦3内产生一个稳定的直流磁场。磁场的强度和方向可以通过改变线圈电流大小和方向来进行调节。
一个具体实施例，所述磁场探测器采用磁通门探测器5，采用磁通门探测器5测量测试样品4内部磁场，具有较高的分辨率和测试精度，磁通门探测器5是利用高导磁铁芯，在交变激励下，将直流磁场转变为交流电压信号，从而测量弱直流磁场。利用该装置，在测试样品4处于液氦15环境时，磁通门探测器5无需浸没在液氦15环境中，可以直接在室温环境使用，具有测量精度高，操作方便等优点。
根据本发明的一个实施例，所述液氦杜瓦3的顶部设有抽真空口7以及延伸至所述液氦杜瓦3内底部的充液管，所述充液管的上端设有充液口6；所述液氦杜瓦3包括内胆12以及设于所述内胆12外的真空罩9，所述真空罩9与所述内胆12之间设有冷屏10，冷屏10呈壳状，起绝热作用，减少辐射漏热。抽真空口7连接真空泵，在充液氦15之前需要将液氦杜瓦3夹层抽至10-2Pa以上量级，此处液氦杜瓦3夹层是指内胆12与真空罩9之间的夹层。当液氦杜瓦3夹层达到一定真空度后，可以使用充液口6来充装液氦15，液氦15充装到最内层的内胆12内，并浸没测试样品4，液氦15充装完毕后关闭充液口6。
根据本发明的一个实施例，所述内胆12与所述冷屏10之间设有第一绝热层13，所述冷屏10与所述真空罩9之间设有第二绝热层14，通过形成多层绝热层来形成辐射隔热层，减小系统漏热。
需要说明的是，第一绝热层13与第二绝热层14均呈壳状。
根据本发明的一个实施例，所述第一绝热层13与所述第二绝热层14具体可以采用单面镀铝涤纶薄膜或者双面镀铝涤纶薄膜之间夹设尼龙网间隔物；所述真空罩9的材料和所述内胆12的材料均可以采用无磁不锈钢，所述冷屏10的材料采用铜或铝合金等热导率较高的材料；所述探测通道8材料采用紫铜或铝合金。
为了便于将内胆12置于真空罩9内，根据本发明的一个实施例，所述真空罩9的顶端设有外端盖，当然，外端盖与真空罩9采用密封连接，以确保抽真空后不会泄漏；具体地，所述抽真空口7设于所述外端盖，所述充液管由所述外端盖延伸至所述内胆12内，方便设置。
为了便于测试样品4设于内胆12中，所述内胆12的顶部设有内端盖，通过打开内端盖将测试样品4放入内胆12内，然后将内端盖密封盖设于内胆12上；
所述探测通道8形成在所述外端盖上，也就是说，探测通道8与外端盖一体成型，所述内端盖设有供所述探测通道8穿过的过孔，便于探测通道8从该过孔延伸进内胆12内。
本发明的具体操作过程为：首先，将测试样品4固定在液氦杜瓦3内部专用的安装接口11上，将整个系统安装完毕。然后，对液氦杜瓦3夹层抽真空，当真空度达到10-2Pa量级后，将液氦15充装到液氦杜瓦3内胆12，冷却测试样品4。通过称重法，保证液氦15充装量能浸没测试样品4。当真空度达到10-4Pa时，可以关闭抽真空系统。当液氦15充装完毕后，打开磁场产生线圈2，在液氦杜瓦3中部产生均匀磁场。最后，待系统稳定后，将磁通门探测器5插入到探测通道8底部，测量测试样品4内部的磁场强度。要获得某个位置的磁场强度，需要在该位置测量三个相互垂直方向的磁场强度，通过计算得到此位置的绝对磁场强度。如果要计算屏蔽罩的屏蔽系数，需要去掉屏蔽罩，然后采用同样方法测量相同位置的磁场强度。通过测量相同位置处有无屏蔽罩条件下的磁场强度的比值，可以获得屏蔽罩的屏蔽系数。
本实施例磁屏蔽性能测试装置克服了常温磁场测量手段不能应用于低温环境的瓶颈，既可以测量屏蔽罩的屏蔽系数，也可以测量屏蔽罩内剩余绝对磁场。利用该测试装置，采用磁通门探测器测量低温下测试样品的性能，操作方便，测量精度高，并能有效减少液氦使用量，降低测试成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (2)
1.一种磁屏蔽性能测试装置，其特征在于，包括外层屏蔽筒、磁场产生线圈、液氦杜瓦、测试样品和磁场探测器；所述液氦杜瓦设于所述外层屏蔽筒内，所述磁场产生线圈绕设在所述液氦杜瓦的外周，所述测试样品设于所述液氦杜瓦内的液氦中；
其中，所述液氦杜瓦的顶端构造有向下延伸至所述液氦杜瓦内的探测通道，所述探测通道位于所述液氦杜瓦内的一端封闭，所述探测通道位于所述液氦杜瓦顶端的一端敞口，且所述探测通道穿至所述测试样品的内部，所述磁场探测器从所述探测通道的敞口端设于所述探测通道内，以测量所述测试样品的内部磁场；
所述探测通道呈圆筒形，所述探测通道外依次形成有真空绝热夹层和辐射冷却屏；
所述外层屏蔽筒的顶端开口，所述开口与所述探测通道的敞口端连通；
所述外层屏蔽筒由多层磁屏蔽材料层组成；所述外层屏蔽筒采用高频磁场屏蔽筒和低频磁场屏蔽筒组合形成，所述高频磁场屏蔽筒采用铜或铝制成，所述低频磁场屏蔽筒采用坡莫合金或镍铁合金制成；
所述液氦杜瓦内设有用于固定所述测试样品的安装接口，所述安装接口采用无磁材料制成；所述磁场产生线圈采用直流螺线管线圈；所述磁场探测器采用磁通门探测器；
所述液氦杜瓦的顶部设有抽真空口以及延伸至所述液氦杜瓦内底部的充液管，所述充液管的上端设有充液口；所述液氦杜瓦包括内胆以及设于所述内胆外的真空罩，所述真空罩与所述内胆之间设有冷屏；所述内胆与所述冷屏之间设有第一绝热层，所述冷屏与所述真空罩之间设有第二绝热层；
所述真空罩的顶端设有外端盖，所述抽真空口设于所述外端盖，所述充液管由所述外端盖延伸至所述内胆内；所述内胆的顶部设有内端盖；所述探测通道形成在所述外端盖上，所述内端盖设有供所述探测通道穿过的过孔。
2.根据权利要求1所述的磁屏蔽性能测试装置，其特征在于，所述第一绝热层与所述第二绝热层为单面镀铝涤纶薄膜或者双面镀铝涤纶薄膜之间夹设尼龙网间隔物；所述真空罩的材料和所述内胆的材料均采用无磁不锈钢，所述冷屏的材料采用铜或铝合金；所述探测通道材料采用紫铜或铝合金。
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