一种磁屏蔽装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种磁屏蔽装置，包括同轴的N(N为大于2的整数)层磁屏蔽筒，其中，最内层的所述磁屏蔽筒的半径为R1，第i(1≤i≤N)层所述磁屏蔽筒的半径为：本发明专利技术设计简单，易于实现，可以广泛应用于电磁领域来制造弱磁环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电磁领域，具体涉及一种磁屏蔽装置。
技术介绍
碱金属原子SERF磁强计在2002年首创于美国普林斯顿大学Romalis小组，因其超高的理论灵敏度而备受各国关注。这种原子磁强计是一种需要工作在极弱磁环境下(10nT以内)的测量装置，因此需要一种非常高效能的磁屏蔽筒来制造这样的弱磁环境。由于原子磁强计的理论灵敏度已经远远小于一般的背景磁场噪声(如地磁等)，并且实验上，SERF原子磁强计的实际噪声水平往往都是受限于背景磁场噪声。所以开发高屏蔽效能的磁屏蔽装置成为弱磁探测技术的一个核心工艺。在高效能的磁屏蔽材料中，坡莫合金(μ-metal)是磁导率最高的材料。同时也是一种造价最昂贵的磁屏蔽材料。如果单层坡莫合金足够厚，就可以达到高效能的磁屏蔽的目的，但是材料消耗极其巨大，成本极高。AlanK.Thomas.,《MagneticShieldedEnclosureDesignintheDCandVLFRegion》IEEETransactionsonElectromagneticCompatibility,March(1968)提供了一种优化结构，其指出，在使用材料总体积不变的情况下，第一层和第二层的半径比为时，磁屏蔽效能可以达到最大。但是，该文献只给出了使用两层磁屏蔽罩时数值模拟的最优解，并没有给出屏蔽效能更高的多层磁屏蔽筒的普适的优化结构
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种磁屏蔽装置，包括同轴的N(N为大于2的整数)层磁屏蔽筒，其中，最内层的所述磁屏蔽筒的半径为R1，第i(1≤i≤N)层所述磁屏蔽筒的半径为：R1NN+1-i.]]>根据本专利技术的磁屏蔽装置，优选地，还包括覆盖所述N层磁屏蔽筒的每一个的两端的盖。根据本专利技术的磁屏蔽装置，优选地，所述磁屏蔽筒的最内层筒的长度大于等于最内层筒直径的三倍。根据本专利技术的磁屏蔽装置，优选地，所述N层磁屏蔽筒的长度相等。根据本专利技术的磁屏蔽装置，优选地，所述磁屏蔽筒的材料为坡莫合金。根据本专利技术的磁屏蔽装置，优选地，所述N小于等于5。。本专利技术的磁屏蔽装置能够在使用相同材料的情况下达到最优化的磁屏蔽效能，或者能够在实现相同磁屏蔽效能的情况下最大化地节约材料，本专利技术设计简单，易于实现，可以广泛应用于电磁领域来制造弱磁环境。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1为根据本专利技术实施例的五层磁屏蔽装置的结构示意图；图2为根据本专利技术实施例的五层磁屏蔽装置的实物照片；图3为图2所示的五层磁屏蔽装置内部的磁场强度的测量值；图4为图2所示的五层磁屏蔽装置内部的磁场噪声水平的测量值。具体实施方式为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了达到高效能的磁屏蔽的目的，以及最大化的降低材料的使用量，最佳的办法是制造多层薄层的磁屏蔽材料，组成套筒逐级地屏蔽磁场。针对如何选择多层磁屏蔽材料的尺寸，专利技术人从麦克斯韦方程组出发，推导出一套设计方案，只要给定需要屏蔽的工作空间，就可以快速得到最优化的多层磁屏蔽罩各层的尺寸，从而得到一种磁屏蔽装置，其能够在高效能磁屏蔽的同时最大化地节约成本。以下详细描述其推导过程。已知：横向磁屏蔽效能其中，H0为磁屏蔽装置外的磁场强度，H1为磁屏蔽装置内部中心位置的磁场强度。根据AlanK.Thomas.,《MagneticShieldedEnclosureDesignintheDCandVLFRegion》IEEETransactionsonElectromagneticCompatibility,March(1968)，单层磁屏蔽装置的屏蔽效能为：Si=12μitiRi.---(1),]]>其中，μi为材料磁导率，ti为材料厚度，Ri为材料半径；多层磁屏蔽装置的屏蔽效能为：S=1+S1+S2+S3+...+SN+S1·S2(1-V1V2)·S3(1-V2V3)...SN(1-VN-1VN)---(2),]]>其中，Vi为第i层材料的外表面包围的体积，N为磁屏蔽装置的层数。1、双层磁屏蔽装置的最优化结构推演：专利技术人以上述公式(1)和(2)为基础进一步推演，得出双层磁屏蔽装置的最优化结构。在双层材料时，只考虑横向屏蔽效能，并假设各层材料等长，公式(2)简化为：S=1+S1+S2+S1S2(1-A1A2)=1+μrt12R1+μrt22R2+μrt12R1μrt22R2(1-A1A2)]]>其中，Ai为磁屏蔽装置的第i层筒的横截面积。当各层筒的长度相等时，V1/V2＝A1/A2。令：A1A2=x,]]>即R1R2=x,]]>第一层筒材料体积为T1＝2πR1t1L，第二层筒材料体积为T2＝2πR2t2L，则：t1R1=T12πLR12,t2R2=T2x2πLR12,]]>S=1+μrT14πLR12+μrT2x4πLR12+(μr4πLR12)2T1T2x(1-x),]]>T1为常数，当我们使用材料总体积不变时，T2也是常数，令：∂S∂x=μrT24πLR12+(μr4πLR12)2T1T2(1-2x)=0,]]>可以得到极值条件为：2x-1=4πLR12μrT1=2R1μ1t1=1S1,]]>等式右边是已知常数，对于理想情况，屏蔽效能无限大，则等式右端约等于0，即可得到且∂2S∂x2=-2T1T2(μr4πLR12)2<0]]>即双层时，内外层半径比为时，S达到极大值。这是一个近似的解析解，说明了为什么半径为时，磁屏蔽效能达到最优，以及它能成立的条件。由此，专利技术人得到如下结论：(1)、当使用两层磁屏蔽筒，且用料总体积为一固定值时，内外半径比为时，横向屏蔽效能可以达到最大。(与现有技术的结论相同)。(2)、该结论成立是因为在该点，S的一阶导数近似为零，出现极值。且二阶偏导小于零，说明该极值为极大值。(3)、一阶导数近似为零成立的条件为：内层屏蔽效能S的倒数可以约等于0。2、N层(N为大于2的整数)磁屏蔽装置的最优化结构的推演专利技术人仍然以上述公式(1)和(2)为基础进一步推演，得出N层(N为大于2的整数)磁屏蔽装置的最优化结构。使用三层屏蔽筒时，S=1+S1+S2+S3+S1S2S3(1-A1A2)(1-A2A3)=1+μrt12R1+μrt22R2+μrt32R3+μrt12R1μrt22R2μrt32R3(1-A1A2)(1-A2A3)]]>令A1A2=x,A2A3=y]]>第一层筒的材料体积为T1＝2πR1t1L，第二层筒的材料体积为T2＝2πR2t2L，第三层筒的材料体积为T3＝2πR3t3L，则t1R1=T12πLR12,t2R2=T2x2πLR12,t3R3=T3xy2πLR12]]>S=1+μrT14πLR12+μrT2x4πLR12+μrT3xy4πL本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁屏蔽装置，包括同轴的N(N为大于2的整数)层磁屏蔽筒，其中，最内层的所述磁屏蔽筒的半径为R1，第i(1≤i≤N)层所述磁屏蔽筒的半径为：Ri=R1NN+1-i.]]>

【技术特征摘要】
1.一种磁屏蔽装置，包括同轴的N(N为大于2的整数)层磁屏蔽筒，其中，最内层的所述磁屏蔽筒的半径为R1，第i(1≤i≤N)层所述磁屏蔽筒的半径为：Ri=R1NN+1-i.]]>2.根据权利要求1所述的磁屏蔽装置，还包括覆盖所述N层磁屏蔽筒的每一个的两端的盖。3.根据权利要求1或2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏吉庆，王如泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11