CN117233670B - 一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置及方法，本发明针对弱电磁屏蔽环境内样品进行高精度检测的位移和定位需求，通过引入套筒式无磁转轴即传动轴和套筒，利用弱电磁屏蔽环境内器件无磁化设计等方法，增加了弱电磁屏蔽系统内样品的位移轴，减小了弱电磁屏蔽系统上的开口大小并降低了弱电磁屏蔽环境内的磁噪声干扰；并基于传动轴以及套装在传动轴上的套筒和内部无磁平动位移模块的引入，实现了弱电磁屏蔽环境内检测样品的多轴高精度位移和定位，提升了弱电磁屏蔽环境内检测样品的扫描范围。本发明为弱电磁屏蔽内样品的检测研究提供使用便捷、精度高、普适性强的高精度多轴位移装置。
Description
技术领域
本发明属于无磁精确位移和定位、无磁多轴位移领域，尤其涉及一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置及方法。
背景技术
对抗环境电磁噪声是科学技术发展中的一个重要命题，而良好的电磁屏蔽环境是科学仪器实现更高精度测量的重要条件之一。超低电磁场环境是超精密磁测量实验的基础，如超灵敏原子磁力仪、玻色爱因斯坦凝聚干涉实验、第五种力检测和中子电偶极矩检测等等，都需要利用弱电磁屏蔽装置。具有多层高电导性材料和高磁导率材料的电磁屏蔽系统，已经应用在关键设备防护、军事领域、医疗领域等领域。电场屏蔽层，例如铜、铝、镍、铁等合金金属板，能够将电场阻挡在电场屏蔽层外，达到完全屏蔽外部电场的作用。磁场屏蔽层，例如坡莫合金磁屏蔽装置，可以屏蔽外部磁场并产生接近零的残余磁环境，达到纳米特斯拉（nT）甚至更低的水平。然而，除了外部磁场和准静态磁场波动外，低电阻率磁屏蔽材料的涡流噪声也需要抑制，坡莫合金的固有噪声范围为1-10fT/Hz1/2。为了满足要求，通常使用具有高磁导率和低磁噪声的铁素体屏蔽作为磁屏蔽系统的最内层，这可以有效地将磁噪声降低到亚fT/Hz1/2水平。随着不同类型磁屏蔽材料的制备和应用，弱电磁屏蔽的选择变得更加多样化，在生活和生产中的应用也更加广泛。
高精密位移装置常用于空间分辨率较高的精密测量、半导体制造、材料检测等领域。例如在计量领域，高精度位移装置用于计量实验室，用于校准和测量各种物体的长度、厚度和尺寸精度，这对于确保工业制造和科学研究的准确标准至关重要。例如在显微成像领域，在显微镜系统中使用高精度位移装置来精确定位样品台和聚焦机构，能够实现精确的样本扫描和移动，能够促进材料科学、生物学和纳米技术等领域的精准成像和分析。伺服电机、步进电机和压电陶瓷位移是常用的三种高精密位移装置，伺服电机在旋转运动中提供高扭矩和精确定位，步进电机通过离散步骤提供精确的位置控制，压电陶瓷位移能够基于施加在陶瓷上的电场实现纳米级和精确定位。
因此，弱电磁屏蔽和高精密位移装置对精密测量具有极其重要的意义。但是，研究表明在弱电磁屏蔽内，电磁噪声的主要来源为高精密位移装置。伺服电机和步进电机分别是高扭矩旋转执行器和精确旋转致动器，它们都是通过将电信号转换为准确的机械运动来提供精确的定位和位移控制的，而电机旋转则是通过永磁体与通电转子来实现的，在电机运动过程中，势必会产生较大的电磁干扰。压电陶瓷移位装置是指通过向压电陶瓷施加电场实现的纳米级精确移动，所以在压电陶瓷移位装置的运动过程中，势必会产生电磁场干扰。
随着科学的发展，仪器科学发展迅速，精密测量水平不断提高，例如商用原子无自旋弛豫交换磁场检测装置，其检测精度能够实现优于15fT/Hz-1/2的磁场检测灵敏度，在这一检测水平下，其对环境电磁噪声和振动是非常敏感的，所以弱电磁屏蔽是必要条件之一。但随着对精密测量要求的不断提高，在弱电磁屏蔽下的平面扫描测量也成为了一个难题，如何在不破坏电磁屏蔽性能的同时实现高精度的平面扫描测量需求变得越发重要。例如冷原子芯片是一种制备冷原子磁场势阱的二维芯片，需要高精度检测其产生的磁场信号和准确标定磁场势阱中心位置，这是冷原子芯片磁场信号检测领域面临的挑战之一。例如生物细胞在弱磁环境下的生长特性测量一直是生物学领域的顶级难题之一。
目前，弱电磁屏蔽装置普遍采用开小孔的方式进行将位移装置引入，从而实现在弱磁屏蔽装置内测试样品的位移。虽然这一方法能够使得弱电磁屏蔽环境内的测试样品能够实现精密位移，但因为开孔尺寸的限制，目前只能实现单轴的移动，故目前只能实现对测试样品的单一方向上的测量。如果要实现扫描，只能重新打开电磁屏蔽环境，重新放置测试样品，在这提过程中，测试样品的位移难以控制，且电磁屏蔽环境被破坏，无法实现与之前相同情况下的弱电磁屏蔽条件。这也就为弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描测量提出了较高的要求，实现弱电磁屏蔽内的测试样品多轴位移必须满足在不破坏原有弱电磁屏蔽条件的情况下高精度无磁多轴运动的技术特点。在弱电磁屏蔽内的结构和组件都需做到无磁和紧凑，这也为弱电磁屏蔽内的位移和标定方法的精确度提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中弱电磁屏蔽内的位移装置位移精度低、电磁噪声干扰大、平面扫描位移难的问题，提供一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置及方法。本发明的平面扫描装置具有弱电磁屏蔽环境下位移精度高、对弱电磁屏蔽环境噪声影响小、对弱电磁屏蔽内的测试样品定位准确、弱电磁屏蔽内样品测量扫描范围大、使用便捷等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明实施例第一方面提供了一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，包括：
内部无磁平动位移模块，包括外壳结构、样品载物片、多个限位结构、齿轮、传动轴、套筒和无磁垫高台，所述外壳结构固定在所述无磁垫高台上，多个所述限位结构分别设置在所述外壳结构的两侧，所述样品载物片和所述齿轮设置在所述外壳结构的内部，所述样品载物片的两端分别由所述限位结构固定和限位，所述齿轮通过齿轮咬合于所述样品载物片的底部，所述外壳结构的侧壁设置有第一开孔，所述套筒套装在所述传动轴上，所述传动轴穿过所述第一开孔安装在所述齿轮上，所述套筒穿过所述第一开孔与所述样品载物片的外表面相抵接；
弱电磁屏蔽系统，其顶部设置有第二开孔，其侧面设置有第三开孔；其中所述内部无磁平动位移模块设置在所述弱电磁屏蔽系统的内部；
测量探头，通过所述第二开孔安装在所述弱电磁屏蔽系统上；
外部平动位移模块，包括旋转电机模块、模块结构固定件和平动位移模块，所述旋转电机模块和所述平动位移模块固定在所述模块结构固定件上；其中所述传动轴穿过所述第三开孔安装在所述旋转电机模块上，所述套筒穿过所述第三开孔固定在所述模块结构固定件上；和
支撑结构件；
其中，所述弱电磁屏蔽系统固定在所述支撑结构件上，所述平动位移模块安装在所述支撑结构件上。
进一步地，所述样品载物片用于固定测试样品。
进一步地，所述样品载物片包括主体部以及设置在所述主体部两端的安装部，所述安装部安装在所述限位结构处，所述主体部的底部设置有齿轮槽，所述齿轮位于所述齿轮槽中，且所述齿轮与所述齿轮槽中的齿轮咬合。
进一步地，所述安装部的上下两端均设置有限位结构。
进一步地，所述旋转电机模块固定在所述模块结构固定件的上表面，所述平动位移模块固定在所述模块结构固定件的下表面。
进一步地，所述旋转电机模块用于向所述内部无磁平动位移模块提供垂直于传动轴位移所需动力。
进一步地，所述平动位移模块用于向所述内部无磁平动位移模块提供平行于传动轴位移所需动力。
进一步地，所述旋转电机模块的旋转中心、所述齿轮的旋转中心、所述传动轴的轴心以及所述套筒的轴心位于同一高度。
进一步地，所述外壳结构、所述样品载物片和多个所述限位结构采用光敏树脂和环氧树脂无磁材料制成；
所述传动轴采用钛金属材料制成，所述套筒采用聚氯乙烯无磁材料制成；
所述无磁垫高台采用环氧树脂无磁材料制成；
所述弱电磁屏蔽系统采用高磁导率和高电导性的材料制成。
本发明实施例第二方面提供了一种基于上述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置的信号平面扫描方法，包括以下步骤：
S1、打开弱电磁屏蔽系统，将测试样品固定在内部无磁平动位移模块的样品载物片上；
S2、根据测试样品选取测量探头，并将测量探头安装在弱电磁屏蔽系统上，密封弱电磁屏蔽系统；
S3、调节旋转电机模块和平动位移模块的位置，对其位置进行初始化，使得测量探头位于测试样品的测试起点位置的正上方；
S4、开始测量，利用旋转电机模块和平动位移模块产生位移，进行测试样品的平面扫描，完成对整个测试样品的信号平面扫描测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明综合考虑各器件的功能和工作需求，通过引入套筒式无磁转轴，在弱电磁屏蔽系统小尺寸开口条件下实现了弱电磁屏蔽内部测试样品的平面扫描位移和定位，大大增加了弱电磁屏蔽内的测试样品测试范围。
（2）本发明对弱电磁屏蔽系统内的所有器件进行无磁设计，将磁噪声较大的旋转电机模块和平动位移模块设置在弱电磁屏蔽系统外，在实现高精度位移的同时避免引入了多余的电磁噪声，提高了测量探头的测试精度。
（3）本发明利用内部无磁平动位移模块外壳结构限位结构的引入，使样品载物片能够在同一平面内实现平动扫描，减小了竖直方向上的测量误差，可以使得测试样品在同一平面内精确定位。
（4）本发明安装方便，结构紧凑，操作简单，适应不同大小尺寸的样品检测。
（5）本发明能够降低弱电磁屏蔽内位移装置产生电磁场信号的噪声，精准移动和定位测试样品在弱电磁屏蔽内的位置，缩减测试样品在弱电磁屏蔽内的位移装置上的调试时间，增强弱电磁屏蔽内测试样品和测量探头之间的配合度和稳定性，提升弱电磁屏蔽内的测量探头的实验和测试效率，为弱电磁屏蔽内的平面扫描实验测量提供一种高精度无磁位移方案，实现范围更大、速度更快、效率更高、使用更方便的平面扫描。
附图说明
图1是本发明的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置的总体结构正剖面示意图；
图2是本发明中的无磁平动位移模块的俯剖面视图；
图3是本发明中的无磁平动位移模块的正剖面视图；
图4是本发明中的无磁平动位移模块的侧剖面视图；
图5是本发明中的样品载物片的三视图；其中，图5中的（a）为样品载物片的俯视图，图5中的（b）为样品载物片的正剖面视图，图5中的（c）为样品载物片的仰视图，图5中的（d）为样品载物片的侧视图。
图中，内部无磁平动位移模块1、外壳结构11、第一开孔111、样品载物片12、主体部121、安装部122、齿轮槽123、限位结构13、齿轮14、传动轴15、套筒16、无磁垫高台17；
弱电磁屏蔽系统2、第二开孔21、第三开孔22；
测试样品3；
测量探头4；
外部平动位移模块5、旋转电机模块51、模块结构固定件52、平动位移模块53；
支撑结构件6。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
参见图1，本发明的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置对弱电磁屏蔽环境噪声影响小，对弱电磁屏蔽内的测试样品定位准确，具有弱电磁屏蔽内样品测量扫描范围大、使用便捷等优点，该平面扫描装置包括内部无磁平动位移模块1、弱电磁屏蔽系统2、测量探头4、外部平动位移模块5和支撑结构件6。其中，内部无磁平动位移模块1设置在弱电磁屏蔽系统2的内部，弱电磁屏蔽系统2固定在支撑结构件8上，测量探头4安装在弱电磁屏蔽系统2上，外部平动位移模块5安装在支撑结构件6上。
进一步地，支撑结构件6为强度较大、剩磁较小的铝合金材料制成，其结构强度大，产生的电磁噪声可忽略不计。
本实施例中，内部无磁平动位移模块1包括外壳结构11、样品载物片12、多个限位结构13、齿轮14、传动轴15、套筒16和无磁垫高台17，如图1-图4所示。其中，外壳结构11固定在无磁垫高台17上，使得传动轴15和套筒16的轴心位于同一高度；多个限位结构13分别设置在外壳结构11的两侧，样品载物片12和齿轮14设置在外壳结构11的内部，样品载物片12的两端分别由限位结构13固定和限位，齿轮14通过齿轮咬合于样品载物片12的底部，样品载物片12设置在齿轮14的上方，如图4所示，外壳结构11的侧壁设置有第一开孔111，套筒16套装在传动轴15上，传动轴15穿过第一开孔111安装在齿轮14上，套筒16穿过第一开孔111与样品载物片12的外表面相抵接，如图2所示。
进一步地，如图5所示，样品载物片12包括主体部121以及设置在主体部121两端的安装部122，如图5中的（a）所示，其中安装部122安装在限位结构13处，主体部121的底部设置有齿轮槽123，如图5中的（b）和图5中的（c）所示，齿轮14位于齿轮槽123中，且与齿轮槽123中的齿轮咬合，如图3所示。当对测试样品3进行平面扫描时，如图5中的（d）所示，测试样品3被固定在样品载物片12的顶面上。
进一步地，安装部122的上下两端均设置有限位结构13，如图3所示。很容易理解的是，安装部122穿插在上下两个限位结构13之间，通过外壳结构11两侧设置的上下两个限位结构13，使得样品载物片12很好的固定；主体部121和下端设置的限位结构13相配合，能够起到限位的作用。
进一步地，外壳结构11、样品载物片12和多个限位结构13采用光敏树脂和环氧树脂无磁材料制成。传动轴15采用钛金属材料制成，套筒16采用聚氯乙烯无磁材料制成。无磁垫高台17采用环氧树脂无磁材料制成。
本实施例中，弱电磁屏蔽系统2用于消除和抑制环境中的电磁噪声波动。弱电磁屏蔽系统2的顶部设置有第二开孔21，弱电磁屏蔽系统2的侧面设置有第三开孔22，其中，测量探头4通过第二开孔21安装在弱电磁屏蔽系统2上，如图1所示，仅仅利用一个固定的空间尺寸有限的第三开孔22，通过传动轴15和套筒16，实现平面扫描，在保证弱电磁屏蔽系统2内实现样品二维平面扫描实验的同时，最大限度的减小第三开孔22对弱电磁屏蔽系统2的影响。
进一步地，弱电磁屏蔽系统2采用高磁导率和高电导性的材料制成。
进一步地，测量探头4能够进行弱电磁屏蔽系统2内信号的高精度检测。
本实施例中，外部平动位移模块5包括旋转电机模块51、模块结构固定件52和平动位移模块53，其中，旋转电机模块51和平动位移模块53固定在模块结构固定件52上，平动位移模块53安装在支撑结构件6上，如图1所示。
进一步地，旋转电机模块51固定在模块结构固定件52的上表面，平动位移模块53固定在模块结构固定件52的下表面。
进一步地，传动轴15穿过第三开孔22安装在旋转电机模块51上，套筒16穿过第三开孔22固定在模块结构固定件52上。
如图1所示，内部无磁平动位移模块1设置在弱电磁屏蔽系统2的内部，外部平动位移模块5设置在弱电磁屏蔽系统2的外侧，其中的旋转电机模块51通过传动轴15与设置在弱电磁屏蔽系统2内的样品载物片12相连接。套筒16套装在传动轴15上，套筒16和传动轴15穿过弱电磁屏蔽系统2侧面设置的第三开孔22，使得套筒16和传动轴15的一部分位于弱电磁屏蔽系统2的内部，另一部分位于弱电磁屏蔽系统2的外部，其中，传动轴15位于弱电磁屏蔽系统2内部的一端安装在外壳结构11内部设置的齿轮14上，传动轴15位于弱电磁屏蔽系统2外部的另一端安装在旋转电机模块51上；套筒16位于弱电磁屏蔽系统2内部的一端与样品载物片12的外表面相抵接，套筒16位于弱电磁屏蔽系统2外部的另一端固定在模块结构固定件52上。
进一步地，旋转电机模块51用于向内部无磁平动位移模块1提供垂直于传动轴15位移所需动力。具体地，旋转电机模块51转动时带动传动轴15转动，传动轴15转动时带动齿轮14转动，齿轮14通过齿轮咬合带动设置于其上方的样品载物片12沿齿轮14转动方向的切线方向进行平动，同时由外壳结构11两侧设置的限位结构13实现样品载物片12的限位功能。通过调整旋转电机模块51的旋转速率，以实现不同精度的垂直于传动轴15的位移。
进一步地，平动位移模块53用于向内部无磁平动位移模块1提供平行于传动轴15位移所需动力。具体地，平动位移模块53平动时带动模块结构固定件52平动，模块结构固定件52平动时带动旋转电机模块51平动，旋转电机模块51平动时带动传动轴15和套筒16同时平动，套筒16平动时推动与其相抵接的样品载物片12进行平动，且由外壳结构11两侧设置的限位结构13实现样品载物片12的限位功能。应当理解的是，由于套筒16与样品载物片12的外表面相抵接，因此，在套筒16平动时，可以带动样品载物片12进行平动，由于限位结构13的限制，使得样品载物片12只能沿着限位结构13的限定位置进行平动。
可选地，平动位移模块53通过丝杆传动进行平动。应当理解的是，平动位移模块53也可以采用其它方式进行平动，具体可以根据实际需要进行选择，例如，还可以采用传送带，实现平动位移模块53的平动功能。
进一步地，旋转电机模块51的旋转中心、齿轮14的旋转中心、传动轴15的轴心以及套筒16的轴心位于同一高度。
值得一提的是，本发明实施例还提供了一种信号平面扫描方法，该方法基于上述实施例中的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置实现。
具体地，该信号平面扫描方法包括以下步骤：
S1、打开弱电磁屏蔽系统2，将测试样品3固定在内部无磁平动位移模块1的样品载物片12上。
S2、根据测试样品3选取测量探头4，并将测量探头4安装在弱电磁屏蔽系统2上，密封弱电磁屏蔽系统2。
需要说明的是，由于不同的测试样品3会有不同的测量精度要求，因此，需要根据测试样品3选取合适的测量探头4进行平面扫描，如测试样品3有较高的测量精度时，就需要选择测量精度较大的测量探头4。
S3、调节旋转电机模块51和平动位移模块53的位置，对其位置进行初始化，使得测量探头4位于测试样品3的测试起点位置的正上方。
S4、开始测量，利用旋转电机模块51和平动位移模块53产生位移，进行测试样品3的平面扫描，完成对整个测试样品3的信号平面扫描测试。
本发明实施例基于一种用于弱电磁屏蔽系统内的高精度无磁平面扫描装置，基于该装置的内部无磁平动位移模块1、弱电磁屏蔽系统2、测试样品3、测量探头4、旋转电机模块51、模块结构固定件52、平动位移模块53和支撑结构件6，实现了弱电磁屏蔽系统2内的信号扫描检测和定位，能够完成对测试样品3的信号平面扫描检测，同时有助于平面扫描的提高精度。
下面根据实施例详细描述本发明的用于弱电磁屏蔽系统内的高精度无磁平面扫描装置及方法，本发明的目的和效果将变得更加明显。
本实施例阐述了将一片2cm×5cm的橄榄岩岩片样品作为测试样品3，扫描检测橄榄岩岩片样品的磁场信号分布情况。
如图1所示，该平面扫描装置主要包括内部无磁平动位移模块1、弱电磁屏蔽系统2、测试样品3、测量探头4、外部平动位移模块5和支撑结构件6，其中，内部无磁平动位移模块1包括外壳结构11、样品载物片12、限位结构13、齿轮14、传动轴15、套筒16和无磁垫高台17，外部平动位移模块5包括旋转电机模块51、模块结构固定件52和平动位移模块53。
具体地，内部无磁平动位移模块1固定在弱电磁屏蔽系统2的内部，该平面扫描装置在具体实施时，测量探头4安装在弱电磁屏蔽系统2上，将测试样品3橄榄岩岩片样品固定在样品载物片12上，并利用限位结构13进行限位，使得齿轮14与样品载物片12齿轮咬合。工作时利用弱电磁屏蔽系统2将环境中的电磁噪声波动抑制和消除，减少环境电磁噪声对橄榄岩岩片测试样品3的磁场测量产生影响。旋转电机模块51和平动位移模块53设置在弱电磁屏蔽系统2的外部，通过传动轴15和套筒16连接内部无磁平动位移模块1。
进一步地，利用上述的平面扫描装置扫描检测橄榄岩岩片样品的磁场信号分布情况，具体包括以下步骤：
步骤1：打开弱电磁屏蔽系统2，将橄榄岩岩片作为测试样品3放置在内部无磁平动位移模块1的样品载物片12上。
步骤2：选取检测精度优于15fT/Hz-1/2的磁测量探头作为测量探头4，并将测量探头4安装在弱电磁屏蔽系统2上，关闭弱电磁屏蔽系统2的盖子并进行密封消磁和接地等操作。
步骤3：调节旋转电机模块51和平动位移模块53的位置，对二者的位置进行初始化，使得测量探头4贴近橄榄岩岩片测试样品3的测量起始点位置正上方。
步骤4：开始测量，利用旋转电机模块51和平动位移模块53产生2cm×5cm范围的位移，进行测试样品3的全面扫描，最终获得橄榄岩岩片2cm×5cm范围的扫描磁信号测量结果。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，其特征在于，包括：
内部无磁平动位移模块(1)，包括外壳结构(11)、样品载物片(12)、多个限位结构(13)、齿轮(14)、传动轴(15)、套筒(16)和无磁垫高台(17)，所述外壳结构(11)固定在所述无磁垫高台(17)上，多个所述限位结构(13)分别设置在所述外壳结构(11)的两侧，所述样品载物片(12)和所述齿轮(14)设置在所述外壳结构(11)的内部，所述样品载物片(12)的两端分别由所述限位结构(13)固定和限位，所述齿轮(14)通过齿轮咬合于所述样品载物片(12)的底部，所述外壳结构(11)的侧壁设置有第一开孔(111)，所述套筒(16)套装在所述传动轴(15)上，所述传动轴(15)穿过所述第一开孔(111)安装在所述齿轮(14)上，所述套筒(16)穿过所述第一开孔(111)与所述样品载物片(12)的外表面相抵接；
弱电磁屏蔽系统(2)，其顶部设置有第二开孔(21)，其侧面设置有第三开孔(22)；其中所述内部无磁平动位移模块(1)设置在所述弱电磁屏蔽系统(2)的内部；
测量探头(4)，通过所述第二开孔(21)安装在所述弱电磁屏蔽系统(2)上；
外部平动位移模块(5)，包括旋转电机模块(51)、模块结构固定件(52)和平动位移模块(53)，所述旋转电机模块(51)和所述平动位移模块(53)固定在所述模块结构固定件(52)上；其中所述传动轴(15)穿过所述第三开孔(22)安装在所述旋转电机模块(51)上，所述套筒(16)穿过所述第三开孔(22)固定在所述模块结构固定件(52)上；和
支撑结构件(6)；
其中，所述弱电磁屏蔽系统(2)固定在所述支撑结构件(6)上，所述平动位移模块(53)安装在所述支撑结构件(6)上；所述样品载物片(12)包括主体部(121)以及设置在所述主体部(121)两端的安装部(122)，所述安装部(122)安装在所述限位结构(13)处，所述安装部(122)的上下两端均设置有限位结构(13)，所述主体部(121)的底部设置有齿轮槽(123)，所述齿轮(14)位于所述齿轮槽(123)中，且所述齿轮(14)与所述齿轮槽(123)中的齿轮咬合；所述旋转电机模块(51)用于向所述内部无磁平动位移模块(1)提供垂直于传动轴(15)位移所需动力；所述平动位移模块(53)用于向所述内部无磁平动位移模块(1)提供平行于传动轴(15)位移所需动力。
2.根据权利要求1所述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，其特征在于，所述样品载物片(12)用于固定测试样品(3)。
3.根据权利要求1所述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，其特征在于，所述旋转电机模块(51)固定在所述模块结构固定件(52)的上表面，所述平动位移模块(53)固定在所述模块结构固定件(52)的下表面。
4.根据权利要求1所述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，其特征在于，所述旋转电机模块(51)的旋转中心、所述齿轮(14)的旋转中心、所述传动轴(15)的轴心以及所述套筒(16)的轴心位于同一高度。
5.根据权利要求1所述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置，其特征在于，所述外壳结构(11)、所述样品载物片(12)和多个所述限位结构(13)采用光敏树脂和环氧树脂无磁材料制成；
所述传动轴(15)采用钛金属材料制成，所述套筒(16)采用聚氯乙烯无磁材料制成；
所述无磁垫高台(17)采用环氧树脂无磁材料制成；
所述弱电磁屏蔽系统(2)采用高磁导率和高电导性的材料制成。
6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的用于弱电磁屏蔽内的高精度无磁平面扫描装置的信号平面扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、打开弱电磁屏蔽系统(2)，将测试样品(3)固定在内部无磁平动位移模块(1)的样品载物片(12)上；
S2、根据测试样品(3)选取测量探头(4)，并将测量探头(4)安装在弱电磁屏蔽系统(2)上，密封弱电磁屏蔽系统(2)；
S3、调节旋转电机模块(51)和平动位移模块(53)的位置，对其位置进行初始化，使得测量探头(4)位于测试样品(3)的测试起点位置的正上方；
S4、开始测量，利用旋转电机模块(51)和平动位移模块(53)产生位移，进行测试样品(3)的平面扫描，完成对整个测试样品(3)的信号平面扫描测试。
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