一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了属于电磁兼容技术领域的涉及一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，该磁场屏蔽装置由磁场探测线圈、磁场检测线圈、驱动电路，磁场调节线圈和相应配套的样品台构成；磁场探测线圈负责监测环境磁场变化，经过驱动电路功率放大后驱动磁场调节线圈对外磁场进行抵消，其中磁场探测线圈放在正上方，样品台置于磁场调节线圈中心，磁场检测线圈和磁场检测探头连接，并放在样品台面上，驱动电路放在磁场调节线圈外侧，被屏蔽磁场在驱动电路上方。本发明专利技术提供的全频段调节的磁场屏蔽装置更有利于工程实践。

An open full frequency magnetic field shielding device

The invention discloses a magnetic field shielding device which belongs to the field of electromagnetic compatibility technology and relates to an open full-band adjustable magnetic field shielding device. The magnetic field shielding device is composed of a magnetic field detecting coil, a magnetic field detecting coil, a driving circuit, a magnetic field adjusting coil and a corresponding matching sample table. After the power amplification of the driving circuit, the magnetic field regulating coil is driven to cancel the external magnetic field. The magnetic field detecting coil is placed directly above the magnetic field regulating coil, the sample table is placed in the center of the magnetic field regulating coil, the magnetic field detecting coil is connected with the magnetic field detecting probe, and is placed on the sample table. The driving circuit is placed outside the magnetic field regulating coil and shielded. The magnetic field is above the driving circuit. The magnetic field shielding device provided by the whole frequency band of the invention is more favorable for engineering practice.

【技术实现步骤摘要】
一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置
本专利技术涉及电磁兼容领域，特别涉及一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，具体涉及一种开放式交、直流全频段调节的磁场屏蔽装置。
技术介绍
随着人类文明的不断发展，电磁环境也日益恶化。在高压线，大型用电器，大型钢结构建筑周围，电磁噪音尤其严重，磁场抵消是许多精密科学的通用保障性技术，在一些极端测量环境：如高精密原子钟电子束成像装置，质谱仪，中微子探测中得到广泛引用。在某些生物磁测量中，待测信号多处于10pT(1×10-11)量级甚至更低。而环境噪音磁场要大3-6个数量级。去除噪音信号成为这类测量必不可少的环节。目前普遍采用的磁场屏蔽方式有两种：被动屏蔽式和主动抵消式。其中被动屏蔽式应用历史最为悠久，屏蔽系统采用高磁导率材料构建封闭腔体将被保护对象封闭其内，搭建屏蔽腔的材料的磁导率愈高，腔壁愈厚，屏蔽效果就愈显著。常用高磁导率材料如软铁、硅钢、坡莫合金等。这种屏蔽质量大，重量沉，屏蔽磁场方向光学不透明。其次，就是一些抵消式的屏蔽系统，比如，现有技术提供了一种基于闭合超导线圈组结构的屏蔽装置，其基本结构是由特定半径比和匝数比的超导线圈组电连接形成。如专利200910237483.6，201310318660.X，201310318686.4，201510128739.5。但这些专利设计的磁场调节器无法对直流磁场进行调节；其次，由于至少需要两个线圈，造成体积比大，不利于工程实践。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，该磁场屏蔽装置由磁场探测线圈、磁场检测线圈、驱动电路，磁场调节线圈和相应配套的样品台构成；磁场探测线圈负责监测环境磁场变化，经过驱动电路功率放大后驱动磁场调节线圈对外磁场进行抵消，但是，磁场调节线圈必须由超导线圈构成；其中磁场探测线圈1放在磁场调节线圈5的正上方，样品台6置于磁场调节线圈5中心，磁场检测线圈2放在样品台6面上，磁场检测探头3位于磁场检测线圈2附近，磁场探测线圈1接收磁场检测探头3的信号；驱动电路4放在磁场调节线圈5外侧，被屏蔽磁场7在驱动电路4上方。所述驱动电路由直流放大偏置模块8、功率放大模块9构成。所述磁场调节线圈为亥姆霍兹(Helmholtz)线圈，采用三组5X、5Y、5Z线圈正交的方式构成磁场调节线圈组；该磁场调节线圈组形成一个能够屏蔽三个方向磁场的开放式全频段磁场屏蔽装置。该开放式全频段调节的磁场屏蔽装置的基本原理是利用磁场探测线圈监测环境磁场变化，根据电磁感应定律，磁场检测线圈接收到磁场检测探头探测的信号，探磁场探测线圈会产生U＝dΦ/dt的电压信号,其中Φ是磁场探测线圈包含面积内的磁通；假设空间磁场是正弦磁场，由50Hz传输线产生的磁场，那么磁场探测线圈的电压信号U经过微分与空间磁场呈90°，磁场探测线圈产生的电压信号U输入驱动电路，由于驱动电路是由直流放大偏置模块、功率放大模块构成的，并且驱动电路设计成输入电压与输出电压无相位差；经过驱动电路放大之后的电压驱动磁场调节线圈工作；磁场调节线圈是采用超导线圈，磁场超导线圈电阻可视为0，呈现出纯电感性，则纯电感电路电流满足i＝-kdU/L,其中k为放大系数，是可调节的参量，发现当磁场调节线圈电流i与磁场探测线圈电压U信号相位呈90°时，与空间磁场恰好呈180°，相当于反相位，因此由磁场调节线圈产生的磁场与空间磁场可相互抵消；调节磁场调节线圈的放大系数k来实现对外界磁场同时减小，抵消或者放大；此处需要特别说明是，磁场调节线圈需要采用超导线圈，如果利用常规线圈搭建，因为有电阻，磁场调节线圈电流一定会产生相移，无法与空间磁场相位形成反相位；磁场检测线圈放置在磁场调节线圈5的正上方，磁场检测探头位于磁场检测线圈附近，通过观测磁场检测线圈电压值，调节磁场调节线圈的放大系数k，使磁场检测线圈无电压信号输出时，即达到最佳屏蔽效果；由此说明了这种开放式全频段磁场屏蔽装置对于动态特别是谐态外磁场的屏蔽能力。其次，对于直流型外磁场调节能力主要依靠驱动电路的直流偏置功能完成；首先通过磁场检测线圈探测直流磁场，再通过直流放大偏置模块加载直流偏置，经功率放大模块放大后驱动磁场调节线圈调节其放大系数k，使磁场检测线圈无电压信号输出，形成对直流磁场的抵消能力。本专利技术的有益效果是相对于现有技术，本专利技术提供的全频段调节的磁场屏蔽装置更有利于工程实践。附图说明图1为磁场屏蔽装置的结构示意图。图2为驱动电路结构示意图。图3为磁场屏蔽装置对噪音磁场屏蔽效果图。具体实施方式本专利技术提供一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，下面结合附图和实施例予以说明。图1所示为磁场屏蔽装置的结构示意图；该磁场屏蔽装置由磁场探测线圈、磁场检测线圈、驱动电路，磁场调节线圈和相应配套的样品台构成；磁场探测线圈负责监测环境磁场变化，经过驱动电路功率放大后驱动磁场调节线圈对外磁场进行抵消，但是，磁场调节线圈必须由超导线圈构成，超导线圈采用YBCO超导体绕制或采用Bi2223高温超导绕制。其中磁场探测线圈1放在磁场调节线圈5的正上方，样品台6置于磁场调节线圈5中心，磁场检测线圈2放在样品台6面上，磁场检测探头3位于磁场检测线圈2附近，驱动电路4放在磁场调节线圈5外侧，被屏蔽磁场7在驱动电路4上方。所述驱动电路由直流放大偏置模块8、功率放大模块9构成(如图2所示)；所述磁场调节线圈为亥姆霍兹(Helmholtz)线圈，采用三组5X、5Y、5Z线圈正交的方式构成磁场调节线圈组(如图3所示)；磁场调节线圈组形成一个可屏蔽三个方向磁场的开放式全频段磁场屏蔽装置。该开放式全频段调节的磁场屏蔽装置的基本原理是利用磁场探测线圈监测环境磁场变化，根据电磁感应定律，磁场检测线圈接收到磁场检测探头探测的信号，磁场探测线圈会产生U＝dΦ/dt的电压信号,其中Φ是磁场探测线圈包含面积内的磁通；假设空间磁场是正弦磁场，由50Hz传输线产生的磁场，那么磁场探测线圈的电压信号U经过微分与空间磁场呈90°，磁场探测线圈产生的电压信号U输入驱动电路，由于驱动电路是由直流放大偏置模块、功率放大模块构成的，并且驱动电路设计成输入电压与输出电压无相位差；经过驱动电路放大之后的电压驱动磁场调节线圈工作；磁场调节线圈是采用超导线圈，磁场超导线圈电阻可视为0，呈现出纯电感性，则纯电感电路电流满足i＝-kdU/L,其中k为放大系数，是可调节的参量，发现当磁场调节线圈电流i与磁场探测线圈电压U信号相位呈90°时，与空间磁场恰好呈180°，相当于反相位，因此由磁场调节线圈产生的磁场与空间磁场可相互抵消；调节磁场调节线圈的放大系数k来实现对外界磁场同时减小，抵消或者放大；此处需要特别说明是，磁场调节线圈需要采用超导线圈，如果利用常规线圈搭建，因为有电阻，磁场调节线圈电流一定会产生相移，无法与空间磁场相位形成反相位；磁场检测线圈放置在磁场调节线圈的正上方；通过观测磁场检测线圈电压值，调节磁场调节线圈的放大系数k，使磁场检测线圈无电压信号输出时，即达到最佳屏蔽效果；由此说明了这种开放式全频段磁场屏蔽装置对于动态特别是谐态外磁场的屏蔽能力。其次，对于直流型外磁场调节能力主要依靠驱动电路的直流偏置功能完成；首先通过磁场检测线圈探测直流磁场，再通过直流放大偏置模块加载直流偏置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，该磁场屏蔽装置主要由磁场探测线圈、磁场检测线圈、驱动电路，磁场调节线圈和相应配套的样品台构成；磁场探测线圈负责监测环境磁场变化，经过驱动电路功率放大后驱动磁场调节线圈对外磁场进行抵消，但是，磁场调节线圈必须由超导线圈构成；其中磁场探测线圈(1)放在磁场调节线圈(5)正上方，样品台(6)置于磁场调节线圈(5)中心，磁场检测线圈(2)放在样品台(6)面上，磁场检测探头(3)位于磁场检测线圈(2)附近，磁场探测线圈(1)接收磁场检测探头(3)的信号；驱动电路(4)放在磁场调节线圈(5)外侧，被屏蔽磁场(7)在驱动电路(4)上方。

【技术特征摘要】
1.一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，该磁场屏蔽装置主要由磁场探测线圈、磁场检测线圈、驱动电路，磁场调节线圈和相应配套的样品台构成；磁场探测线圈负责监测环境磁场变化，经过驱动电路功率放大后驱动磁场调节线圈对外磁场进行抵消，但是，磁场调节线圈必须由超导线圈构成；其中磁场探测线圈(1)放在磁场调节线圈(5)正上方，样品台(6)置于磁场调节线圈(5)中心，磁场检测线圈(2)放在样品台(6)面上，磁场检测探头(3)位于磁场检测线圈(2)附近，磁场探测线圈(1)接收磁场检测探头(3)的信号；驱动电路(4)放在磁场调节线圈(5)外侧，被屏蔽磁场(7)在驱动电路(4)上方。2.根据权利要求1所述一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，所述驱动电路由直流放大偏置模块(8)、功率放大模块(9)构成。3.根据权利要求1所述一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，所述磁场调节线圈为亥姆霍兹(Helmholtz)线圈，采用三组5X、5Y、5Z线圈正交的方式构成磁场调节线圈组；该磁场调节线圈组形成一个能够屏蔽三个方向磁场的开放式全频段磁场屏蔽装置。4.根据权利要求1所述一种开放式全频段调节的磁场屏蔽装置，其特征在于，超导线圈采用YBCO超导体绕制或采用Bi2223高温超导导线绕制。5.一种权利要求1所述开放式全频段调节的磁场屏蔽装置的磁场屏蔽方法，其特征在于，利用磁场探测线圈监测环境磁场变化，根据电磁感应定律，磁场探测线圈接收到磁场检测探头探测的信号，探磁场探测线圈会产生U＝dΦ/dt的电压信号,其中Φ是磁场探测线圈包含面积内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾晨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11