一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置制造方法及图纸

一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，由实验舱、温度调控箱和冷却压缩机组成。冷却压缩机将冷液在开关阀的控制下，将冷液流入安置于温度调控箱上下两侧的两个环形冷却管中，对温度调控箱内的循环液体进行冷却，加热网安装于两个环形冷却管之间由箱体内部两侧的固定块来进行固定，使用固定于箱体内部下方的两个潜水泵对温度调控箱内部液体进行循环，并由PT100热电阻实时检测温度调控箱内部的温度；由潜水泵将调配好温度的液体经过入液管进入安置于磁屏蔽筒中的恒温实验台，恒温实验台采用无磁导热铜块组合而成，进行高效温度传递，并由安置于恒温实验台上的无磁PT100热电阻实时检测，保证了实验台的温度恒定，采用温度动态平衡提高控制精度。

A high precision non magnetic temperature control device based on NV electron spin of diamond

A high precision non magnetic temperature control device based on NV electron spin of diamond is made up of an experimental module, a temperature control box and a cooling compressor. The cooling liquid in the cooling compressor valve under the control of the cooling liquid inflow temperature control box placed on both sides of the two circular cooling pipe, circulating liquid of temperature control box for cooling, heating network is arranged between the two annular cooling pipe by the inside of the box on both sides of the fixed block to fix, two the use of a submersible pump is fixed on the inside of the box below the cycle of internal liquid temperature control box, and the internal thermal resistance by PT100 real-time detection of temperature control box temperature; by the submersible pump to prepare the temperature of the liquid through the liquid inlet pipe into the constant temperature experiment is arranged on the magnetic shielding tube in the constant temperature experiment platform with no magnetic conductive copper blocks together, efficient delivery temperature, and real-time detection of magnetic PT100 thermal resistance is composed of constant temperature experimental table, ensure the constant temperature experiment, the dynamic temperature The state balance improves the control precision.

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置
本专利技术属于量子无磁温控领域，涉及一种高精度无磁温控装置，更具体是涉及一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置。
技术介绍
随着科技的不断前进，精密磁测量已经成为了现阶段的一个研究热点。为了得到更高灵敏度的磁信息，我们需要对各个可以实现磁信息测量的工具进行研究、对比，以得到最优化的精密测量工具并应用于各研究领域中。而现阶段，为了得到高灵敏度的磁信息检测，研究者们已经将重心转移到了利用电子自旋进行的磁信息检测的研究和控制。目前针对各种类型精密磁信息测量系统中存在的使用环境要求高，系统稳定性不高等问题，开展了利用金刚石NV色心电子自旋进行磁信息测量的基础研究，期望为未来的基于NV色心电子自旋的高灵敏度原子磁强计的应用奠定基础。目前针对于温度对金刚石NV色心电子自旋的影响的研究也在不断推进的过程中，但温度对金刚石NV色心电子自旋的研究与无磁环境分割开了，目前针对于无磁环境下温度对金刚石NV色心的研究仍有许多空白需要补充。对于无磁高精度温度调控下金刚石NV色心电子自旋的研究受到实验条件及实验设备的限制无法做到较为精准的实验。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了实现无磁并且温度可调控条件下金刚石NV色心电子自旋的研究而设计的一个专用实验台，提供了一个进行磁屏蔽并且在不引入磁干扰的情况下对金刚石周围温度进行精准调控的实验装置。本专利技术巧妙的采用了多层坡莫合金制作而成的磁屏蔽筒、无磁导热铜块和无磁PT100热电阻结合的无磁温度反馈调节机制，在磁屏蔽的条件下对温度进行感知和调节；另一方面进行温度调节采用了间接动态调温配合外置的加热与制冷机制，在避免引入磁干扰的情况下对温度进行高精度的调控，在量子实现无磁温控领域具有开创性突破。为了达到上述目的，本专利技术实现目的所采用的技术方案为：一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，包括实验舱、温度调控箱和冷却压缩机；所述实验舱包括2个端盖，磁屏蔽筒，实验座，舱体固定架，恒温实验台，入液管和出液管；其中所述磁屏蔽筒采用两端的端盖进行封装，并安装于其下方的2个舱体固定架的环形槽中，磁屏蔽筒由多层圆柱形坡莫合金叠加而成，实验座固定于磁屏蔽筒内层中央，恒温实验台安置于实验座中心的方形槽内；恒温实验台包括2个无磁导热铜块，密封接口，密封条和无磁PT100热电阻；所述无磁导热铜块由无磁铜块加工而成，其中心有让液体流通的槽，在槽两侧留有让密封条进行密封固定的条形槽，上下两块无磁导热铜块通过螺栓进行固定并由密封条进行密封，无磁导热铜块的两端连接密封接口，并由密封接口分别连接入液管和出液管；所述温度调控箱包括主冷却管，环形冷却管，加热网，PT100热电阻，潜水泵，开关阀和箱体；所述主冷却管与冷却压缩机相连，并由开关阀控制冷液流入两个环形冷却管，两个环形冷却管分别安装在箱体内部上下两侧，加热网固定于两个环形冷却管之间，箱体内还固定有潜水泵用于进行箱体内部的液体循环，箱体内安装的PT100热电阻保持其箱体内部液体温度恒定，箱体外一端还安装有潜水泵，用于控制箱体内液体流入入液管进行温度调控，出液管连接在箱体上。本专利技术的基于热传导与热对流的高效无磁温控装置的工作方法，具体是：所述冷却压缩机将冷液传入开关阀，控制其流入安置于温度调控箱上下两侧的两个环形冷却管中，对温度调控箱内的循环液体进行冷却，加热网安装于两个环形冷却管之间，使用固定于箱体内部下方的潜水泵对温度调控箱内部液体进行循环，并由PT100热电阻实时检测温度调控箱内部的温度，使得其温度达到设定温度+补偿温度，以对磁屏蔽筒内的温度进行补偿并保持其恒定。再由箱体一端潜水泵将调配好温度的液体经过入液管进入安置于磁屏蔽筒中的恒温实验台，恒温实验台采用无磁导热铜块组合而成，进行高效温度传递，并由安置于恒温实验台上的无磁PT100热电阻实时检测，以此实现温度动态平衡调控，控制温度调控箱内的加热网的加热量保持流经恒温实验台的温度恒定，对其进行温度补偿以实现高精度和高稳定性的动态平衡。上述的一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，恒温实验台通过安装于其两侧的4个角铁来进行螺栓固定。上述的一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，在密封接口与无磁导热铜块连接处分别安装有密封垫圈。上述的一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，加热网由箱体内部两侧的固定块固定。上述的一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，箱体上安装有单向阀，用于控制出液管与箱体内液体流动方向。本专利技术较现有技术所具有的特点和有益效果主要是：1、本专利技术巧妙的将加热与制冷外置于磁屏蔽筒，避免了加热与制冷在其内部引入的磁干扰，影响设备的磁屏蔽效果。2、本专利技术采用无磁导热铜块配合温度动态平衡技术，实现了实验舱内温度的动态平衡，并在磁屏蔽筒内部仅仅是热传递进行了磁屏蔽和温度高精度调控。3、本专利技术采用了温度调控箱间接温度调控技术，采用了箱体内温度循环以及实验舱内部温度补偿技术，并采用加热补偿制冷平衡方式，实现了温度控制的智能化与高精度化。4、本专利技术是为金刚石NV电子自旋测量实验系统所设计的一种高精度无磁温控装置，营造的无磁环境保障了实验的顺利进行，并确保了实验温度的稳定性，为金刚石NV电子自旋测量奠定了基础，并对相类似的需要无磁温控的实验提供了参考。附图说明图1为本专利技术一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置整体示意图。图2为本专利技术一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置主视图。图3为本专利技术一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置俯视图。图4为本专利技术所设计的流体管道系统图。图5为本专利技术所设计的恒温实验台示意图。图6为本专利技术所设计的温度调控箱主视图。图7为本专利技术所设计的温度调控箱俯视图。图中：1-实验舱；2-温度调控箱；3-冷却压缩机。1-1-端盖；1-2-磁屏蔽筒；1-3-实验座；1-4-舱体固定座；1-5-角铁；1-6-恒温实验台；1-7-入液管；1-8-出液管。1-6-1-无磁导热铜块；1-6-2-密封接口；1-6-3-密封条；1-6-4-密封垫圈；1-6-5-无磁PT100热电阻。2-1-主冷却管；2-2-环形冷却管；2-3-加热网；2-4-PT100热电阻；2-5-固定块；2-6-潜水泵；2-7-单向阀；2-8-开关阀；2-9-箱体。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不限于下述实施例，凡采用等同替换或等效变换形式获得的技术方案，均在本专利技术保护范围之内。如附图1到图4所示，为本专利技术的一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置及其流体管道系统，主要由实验舱1、温度调控箱2和冷却压缩机3构成。所述实验舱1，由2个端盖1-1，磁屏蔽筒1-2，实验座1-3，2个舱体固定架1-4,4个角铁1-5，恒温实验台1-6，入液管1-7，出液管1-8组成。其中所述磁屏蔽筒1-2采用两端的端盖1-1进行封装，并安装于其下方的2个舱体固定架1-4的环形槽中，磁屏蔽筒1-2由多层圆柱形坡莫合金叠加而成，实验座1-3固定于磁屏蔽筒1-2内层中央，恒温实验台1-6安置于实验座1-3中心的方形槽内，通过安装于其两侧的4个角铁1-5来进行螺栓固定，恒温实验台1-6两侧分别连接有入液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，其特征在于包括实验舱（1）、温度调控箱（2）和冷却压缩机（3）；所述实验舱（1）包括2个端盖（1‑1），磁屏蔽筒（1‑2），实验座（1‑3），2个舱体固定架（1‑4），恒温实验台（1‑6），入液管（1‑7）和出液管（1‑8）；其中所述磁屏蔽筒（1‑2）采用两端的端盖（1‑1）进行封装，并安装于其下方的舱体固定架（1‑4）的环形槽中，磁屏蔽筒（1‑2）由多层圆柱形坡莫合金叠加而成，实验座（1‑3）固定于磁屏蔽筒（1‑2）内层中央，恒温实验台（1‑6）安置于实验座（1‑3）中心的方形槽内；恒温实验台（1‑6）包括2个无磁导热铜块（1‑6‑1），密封接口（1‑6‑2），密封条（1‑6‑3）和无磁PT100热电阻（1‑6‑5）；所述无磁导热铜块（1‑6‑1）由无磁铜块加工而成，其中心有让液体流过的槽，在槽两侧留有让密封条（1‑6‑3）进行密封固定的条形槽，上下两块无磁导热铜块（1‑6‑1）通过螺栓进行固定并由密封条（1‑6‑3）进行密封，无磁导热铜块（1‑6‑1）的两端连接密封接口（1‑6‑2），并由密封接口（1‑6‑2）分别连接入液管（1‑7）和出液管（1‑8）；所述温度调控箱（2）包括主冷却管（2‑1），环形冷却管（2‑2），加热网（2‑3），PT100热电阻（2‑4），潜水泵（2‑6），单向阀（2‑7），开关阀（2‑8）和箱体（2‑9）；所述主冷却管（2‑1）与冷却压缩机（3）相连，并由开关阀（2‑8）控制冷液流入两个环形冷却管（2‑2），两个环形冷却管（2‑2）分别安装在箱体（2‑9）内部上下两侧，加热网（2‑3）固定于两个环形冷却管（2‑2）之间，箱体（2‑9）内还固定有潜水泵（2‑6）用于进行箱体（2‑9）内部的液体循环，箱体（2‑9）内安装的PT100热电阻（2‑4）保持其箱体（2‑9）内部液体温度恒定，箱体（2‑9）外一端还安装有潜水泵（2‑6），用于控制箱体内液体流入入液管（1‑7）进行温度调控，出液管（1‑8）连接在箱体（2‑9）上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，其特征在于包括实验舱（1）、温度调控箱（2）和冷却压缩机（3）；所述实验舱（1）包括2个端盖（1-1），磁屏蔽筒（1-2），实验座（1-3），2个舱体固定架（1-4），恒温实验台（1-6），入液管（1-7）和出液管（1-8）；其中所述磁屏蔽筒（1-2）采用两端的端盖（1-1）进行封装，并安装于其下方的舱体固定架（1-4）的环形槽中，磁屏蔽筒（1-2）由多层圆柱形坡莫合金叠加而成，实验座（1-3）固定于磁屏蔽筒（1-2）内层中央，恒温实验台（1-6）安置于实验座（1-3）中心的方形槽内；恒温实验台（1-6）包括2个无磁导热铜块（1-6-1），密封接口（1-6-2），密封条（1-6-3）和无磁PT100热电阻（1-6-5）；所述无磁导热铜块（1-6-1）由无磁铜块加工而成，其中心有让液体流过的槽，在槽两侧留有让密封条（1-6-3）进行密封固定的条形槽，上下两块无磁导热铜块（1-6-1）通过螺栓进行固定并由密封条（1-6-3）进行密封，无磁导热铜块（1-6-1）的两端连接密封接口（1-6-2），并由密封接口（1-6-2）分别连接入液管（1-7）和出液管（1-8）；所述温度调控箱（2）包括主冷却管（2-1），环形冷却管（2-2），加热网（2-3），PT100热电阻（2-4），潜水泵（2-6），单向阀（2-7），开关阀（2-8）和...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宗敏，魏久焱，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14