一种用于电输运测量的转角样品杆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于电输运测量的转角样品杆，包括角度调节旋钮、角度调节刻度盘、垂直滑块、水平滑槽、斜滑槽、传动杆和样品台固定轴；角度调节旋钮用于通过控制垂直滑块移动，实现手动调节样品杆转角；角度调节刻度盘用于显示旋钮量程；水平滑槽位于垂直滑块中央，用于对传动杆的上端螺钉进行横向限位；斜滑槽设置在样品杆外壳上，用于对传动杆的上端螺钉进行纵向限位；传动杆的下端螺钉通过样品台背面转轴孔与样品台联接，用于对样品台进行翻转；样品台固定轴用于固定样品台；当通过样品台固定轴旋转样品台时，传动杆的上端螺钉被限制在水平滑槽与斜滑槽的交叉点处。本实用新型专利技术解决了现有样品杆空间利用率不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电输运测量的转角样品杆
本技术属于测量
，更具体地，涉及一种用于电输运测量的转角样品杆。
技术介绍
近年来，通过改变外加磁场角度来探索物质特征，逐渐成为测量拓扑材料电输运性质的一种重要手段。由此衍生出的转角测量方法，为强磁场下研究物质的各类奇异性质开拓了一个新的视角，相关课题在费米面特性、超导电性、二维拓扑表面态行为等研究中都取得了阶段性成果。在此基础上，进一步提高磁场强度，将材料的电输运研究扩展至量子极限区域，是发现更加丰富的物理现象和效应的重要途径。转角电输运测量系统中，样品杆是一个关键部件，它用于深入磁体孔径内搭载极小样品并进行微弱电信号采集，科学实验中针对不同类型的样品，杆件的机械及搭建的电路结构也不相同。因此，设计出能够满足极端环境下各种测量要求的旋转样品杆，对转角电输运测量实验的顺利开展具有重要意义。目前在强磁场环境下开展的电输运实验中，大多采用PPMS物性综合测量系统(PhysicalPropertyMeasurementSystem)中的配套测量杆，或国内外脉冲强磁场实验室自用的信号探测杆，若需在现有基础上进一步提高实验中的外界磁场强度，将会存在以下几个问题：(1)现有商用PPMS物性综合测量系统能承受的外界最大磁场强度不够。PPMS样品探测杆整体框架和齿轮结构均由金属材料制成，仅在稳态场中使用，而稳态场能达到的场强有限，例如目前运用得最广泛的美国QuantumDesign公司生产的PPMS，最高仅能在磁场强度±16T的稳态场内使用，远远达不到量子极限输运状态的相关研究要求。脉冲放电方式可以大大提高磁场强度，但由于产生脉冲场的脉冲电流会在金属材料中感应出涡流而影响产生电磁干扰，因此稳态场样品探测杆适应磁场强度有限，不能用于脉冲强磁场。(2)国外现有脉冲场环境下使用的拉绳牵引滑轮的结构稳定性欠佳，且空间利用率不高，还存在角度控制精度较差、摩擦力不足导致回拉易打滑等问题。同时，由于脉冲磁体孔径空间小，严格限制了样品杆宽度必须小于9mm，而传统滑轮结构会占用大量样品台空间，导致这种测量杆空间利用率低，样品尺寸较大时，难以满足测量需求。(3)现有大部分商用旋转测量杆在角度控制上没有角度值的实时反馈，不能对样品翻转状态进行实时监测，在使用过程中仅根据实验需求旋转杆件顶部角度控制旋钮，使样品台转过一个粗略的角度，这一角度通常为一个估计值，系统误差无法避免。转角估值的精确度不够，直接影响物理效应的测量效果。国内相关研究中，我单位曾经发表了技术专利CN201420018936，基于细杆的传动结构获得了较高的空间利用率和角度调节精度，但是该结构仅能在0～90°内旋转，随着各类新奇物质三维费米面结构的探索不断深入，对相关电输运实验研究的样品转角范围提出了更高的要求，传统的传动结构已经无法满足要求。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种用于电输运测量的转角样品杆，旨在解决目前大多数电输运实验系统中样品台空间利用率低下的问题。本技术提供了一种用于电输运测量的转角样品杆，包括角度调节旋钮、角度调节刻度盘、垂直滑块、水平滑槽、斜滑槽、传动杆和样品台固定轴；角度调节旋钮、角度调节刻度盘、垂直滑块、水平滑槽、斜滑槽与传动杆共同构成双槽拉杆结构，角度调节旋钮用于通过控制垂直滑块移动，实现手动调节样品杆转角；角度调节刻度盘用于显示旋钮量程；水平滑槽位于垂直滑块中央，用于对传动杆的上端螺钉进行横向限位；斜滑槽设置在样品杆外壳上，用于对传动杆的上端螺钉进行纵向限位；传动杆的下端螺钉通过样品台背面转轴孔与样品台联接，用于对样品台进行翻转；样品台固定轴用于固定样品台，以杆件中轴线为轴心旋转，且作为所述双槽拉杆结构的旋转轴；当通过样品台固定轴旋转样品台时，传动杆的上端螺钉被限制在水平滑槽与斜滑槽的交叉点处。更进一步地，斜滑槽呈包裹圆周的曲线状，其槽宽度与传动杆上端螺钉直径相匹配。更进一步地，角度调节刻度盘上刻有角度值，角度范围-5°～185°，精度为0.1°。更进一步地，转角样品杆还包括：探测杆主轴，其设置在整个探测杆内部中心，上部带螺纹结构，首、尾分别连接所述角度调节旋钮与所述垂直滑块，用于根据水平面上的所述角度调节旋钮的旋转角度带动所述垂直滑块纵向移动。更进一步地，转角样品杆还包括：样品杆导管，样品杆导管为狭长的圆管体，其一端连接样品杆头部调节控制模块，另一端连接样品杆尾部样品搭载模块；样品杆导管的材料均为聚醚醚铜。其中，转角样品杆还包括：样品台和样品台外框架；样品台用于搭载样品；样品台外框架用于保护所述样品台。样品台和样品台外框架的材料均为聚醚醚铜。更进一步地，还包括：角度标定线圈，角度标定线圈用于实时采集电磁感应信号，根据空间映射原理标定样品台旋转角度，并反馈样品台翻转角度信息至上位机终端。更进一步地，旋转角度θ根据以下公式获得，其中，U是角度线圈的感应电压，S0是感应线圈的固有面积，U0是样品台垂直磁场方向、通过磁通量最大时刻的感应电压值；S’是转过某个角度时线圈感应电压的有效投影面积，U’是此刻测得的角度标定线圈的感应电压值。通过本技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本技术具有如下技术优点：(1)本技术采用双槽拉杆结构，通过水平限位槽与斜滑槽同时对传动杆支点进行限位，此种设计在保证样品台精准稳定旋转的同时，由于机械结构不占用样品台空间，解决了现有样品杆空间利用率不足的问题，使得转角样品杆的外壳工装可以做的尽可能小，从而适应更小的磁体孔径，而磁体孔径越小，感应磁场强度越高，为所述转角样品杆在更高场强下开展电输运测量实验提供了条件。(2)针对稳态场样品杆金属结构不适用于脉冲场测量的问题，本技术采用聚醚醚铜(PEEK)作为转角样品杆主体框架结构材料，其作为一种工程塑料，消除了金属材料感应涡流的干扰，实现了传动杆的轻量化，且耐温性良好，具有较低的热膨胀系数，减小了由于材料温升形变带来的角度控制误差；绝缘性能优异，保证了所述样品杆能够在脉冲强磁场下正常工作而不受到电磁干扰。(3)针对现有脉冲场样品杆技术结构稳定性不足的问题，本技术设计了双槽拉杆结构，通过水平限位槽与斜滑槽同时对传动杆支点进行限位，装配容易，较易满足力矩要求和开启角度要求，保证了所述传动杆运动轨迹的唯一性，防止了上下推拉垂直滑块时出现位移偏差，加强了样品台旋转结构的运动稳定性，减小了转角操作中由机械运动带来的随机误差。(4)针对现有样品杆转角精确度不足的问题，本技术中的样品杆基于空间投影原理通过角度感应线圈对转角进行实时监测，与手动操作的转角估值进行对比，根据差值的溢出量及时调节控制样品台旋转的顶部旋钮，从而构成闭环进行反馈控制，这种双重角度标定方法保证了样品杆的角度旋转调节过程的严谨性。综上所述，对比商用稳态场下的PPMS金属齿轮结构测量杆和传统脉冲场下的拉绳滑轮结构测量杆，本技术提出的样品杆在实现了较小空间孔径中样品台空间利用率最大化的基础之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电输运测量的转角样品杆，其特征在于，包括角度调节旋钮(1)、角度调节刻度盘(2)、垂直滑块(11)、水平滑槽(12)、斜滑槽(13)、传动杆(14)和样品台固定轴(15)；/n所述角度调节旋钮(1)、所述角度调节刻度盘(2)、所述垂直滑块(11)、水平滑槽(12)、斜滑槽(13)与所述传动杆(14)共同构成双槽拉杆结构；/n所述角度调节旋钮(1)用于通过控制所述垂直滑块(11)移动，实现手动调节样品杆转角；/n所述角度调节刻度盘(2)用于显示旋钮量程；/n所述水平滑槽(12)位于所述垂直滑块(11)中央，用于对所述传动杆(14)的上端螺钉进行横向限位；/n所述斜滑槽(13)设置在样品杆外壳上，用于对所述传动杆(14)的上端螺钉进行纵向限位；/n所述传动杆(14)的下端螺钉通过样品台背面转轴孔与样品台联接，用于对样品台进行翻转；/n所述样品台固定轴(15)用于固定样品台，以杆件中轴线为轴心旋转，且作为所述双槽拉杆结构的旋转轴；/n当通过所述样品台固定轴(15)旋转样品台时，所述传动杆(14)的上端螺钉被限制在所述水平滑槽(12)与所述斜滑槽(13)的交叉点处。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于电输运测量的转角样品杆，其特征在于，包括角度调节旋钮(1)、角度调节刻度盘(2)、垂直滑块(11)、水平滑槽(12)、斜滑槽(13)、传动杆(14)和样品台固定轴(15)；
所述角度调节旋钮(1)、所述角度调节刻度盘(2)、所述垂直滑块(11)、水平滑槽(12)、斜滑槽(13)与所述传动杆(14)共同构成双槽拉杆结构；
所述角度调节旋钮(1)用于通过控制所述垂直滑块(11)移动，实现手动调节样品杆转角；
所述角度调节刻度盘(2)用于显示旋钮量程；
所述水平滑槽(12)位于所述垂直滑块(11)中央，用于对所述传动杆(14)的上端螺钉进行横向限位；
所述斜滑槽(13)设置在样品杆外壳上，用于对所述传动杆(14)的上端螺钉进行纵向限位；
所述传动杆(14)的下端螺钉通过样品台背面转轴孔与样品台联接，用于对样品台进行翻转；
所述样品台固定轴(15)用于固定样品台，以杆件中轴线为轴心旋转，且作为所述双槽拉杆结构的旋转轴；
当通过所述样品台固定轴(15)旋转样品台时，所述传动杆(14)的上端螺钉被限制在所述水平滑槽(12)与所述斜滑槽(13)的交叉点处。


2.如权利要求1所述的转角样品杆，其特征在于，所述斜滑槽(13)呈包裹圆周的曲线状，其槽宽度与所述传动杆(14)上端螺钉直径相匹配。


3.如权利要求1所述的转角样品杆，其特征在于，所述角度调节刻度盘(2)上刻有角度值，角度范围-5°～185°，精度为0.1°。


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【专利技术属性】
技术研发人员：左华坤，刘沁莹，韩小涛，李亮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42