一种低温恒温器，包含：用于容纳待测试的物体或在低温下操作的设备的低温冷却的内部容积，用于将内部容积的温度降低到低温的装置，位于内部容积内用于在内部容积中产生磁场以抵消环境磁场影响的至少一个线圈绕组，以及位于内部容积内但在至少一个线圈绕组外部的被动磁屏蔽。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对限定空间进行磁屏蔽。具体而言，本专利技术涉及用于低温恒温器的低温冷却环境的磁屏蔽。
技术介绍
1、低温恒温器是一种用于测试样品或操作设备的装置，样品或设备位于低温恒温器内维持在低温的体积内，因此样品或设备处于低温。环境磁场可能会对测试的准确性产生不利影响。环境磁场来自多个来源。环境磁场包括地球磁场、建筑物、公用设施基础设施和仪器设备的组合场。物理对象和组件也是环境磁场的潜在来源。地球磁场的磁场强度在22×10-6t和67×10-6t之间；本文使用的术语“环境磁场”是指强度小于100或200×10-6t的磁场。在需要消除环境磁场的环境中，例如进行敏感测量和测试程序的环境，使用某种形式的装置将区域或体积与外部磁场隔离。这种磁屏蔽可以是被动屏蔽，利用高磁导率金属合金将磁场拉入合金中，重新定向屏蔽体积周围的磁场线，并使屏蔽内部的封闭空间相对没有磁通量。这种方法称为磁通分流。通常，被动屏蔽需要完全封闭屏蔽体积以避免杂散场进入，并且受到材料磁导率及其有效屏蔽局部场强的能力的限制。
2、主动屏蔽可以用作低温恒温器中被动屏蔽的替代或补充。主动屏蔽通过创建与环境磁场基本相反的电磁抵消场来抵消屏蔽体积内的环境磁场，从而抵消它。主动磁屏蔽通常需要通过导电材料(例如铜)线圈激发电流。电磁学的楞次定律表明，与施加的电流成比例的磁场在与线圈平面成90°处感应。感应磁场的磁通密度可通过施加在线圈中的电流来控制，以抵消相等且相反的磁场。通常使用亥姆霍兹线圈或螺线管。或者，可以使用复杂的导线图案和布置来微调空间内的抵消要求。
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p>3、量子技术和粒子物理研究的进步导致在实验室和工业环境中低温恒温器内都需要磁屏蔽。通常使用针对低温温度优化的高磁导率材料构建被动屏蔽，以创建屏蔽体积。然而，屏蔽中通常需要孔和其他大开口，以允许电缆穿过并允许进入屏蔽空间。被动屏蔽中的此类间隙会降低屏蔽性能，导致屏蔽环境中出现不必要的磁场。在某些情况下，低温恒温器需要高度屏蔽，除了被动屏蔽外，还使用主动屏蔽，以进一步减少屏蔽外壳内的残余场。在低温恒温器中，这通常采用由铜或类似材料制成的电磁导电线圈的形式，以马鞍形或亥姆霍兹形式排列在屏蔽体积的外部周围，在低温恒温器外部。有必要将线圈放置在低温恒温器外部，因为线圈产生的热量会抵消内部的低温环境。但是，将主动屏蔽放置在被动屏蔽之外意味着其性能不是最佳的，因为其感应场将被被动屏蔽材料扭曲。此外，需要大电流，因为感应电磁场既要受到环境磁场的抵消，又要穿透被动屏蔽材料，这会增加电力成本并引发大电流安全问题。由于线圈距离关注的小区域较远，因此也更难对关注区域中的磁场梯度进行精确控制。
技术实现思路
1、需要一种能够克服与现有技术的低温恒温器主动屏蔽装置相关问题的装置。
2、因此，本专利技术提供
3、一种低温恒温器，包含：用于容纳待测试的物体或在低温下操作的设备的低温冷却的内部容积，用于将内部容积的温度降低到低温的冷却装置，位于低温冷却的内部容积内用于在内部容积中产生磁场以抵消环境磁场影响的至少一个线圈绕组，以及位于低温冷却的内部容积内但在至少一个线圈绕组外部的被动磁屏蔽。
4、优选地，至少一个线圈绕组提供主动磁屏蔽，以消除低温冷却内部体积内低于100×10-6t，更优选在约22×10-6t和67×10-6t之间的环境磁场的影响。
5、被动磁屏蔽理想地位于内部容积内，但位于至少一个线圈绕组的外部。这提供了额外的磁屏蔽程度，减少了至少一个线圈绕组要抵消的背景场，从而减少了电流需求。
6、可以提供电流源，该电流源位于内部体积的外部，用于向至少一个线圈绕组提供电流，并适于控制电流从而提供内部体积的主动磁屏蔽。这种控制系统本身从其他主动屏蔽领域工作中已知，并且可以应用于此。或者，可以控制至少一个线圈，以便在内部体积内建立所需的非零磁场，如上下文所要求的那样。
7、至少一个线圈绕组优选安装在尼龙线圈架上；这将使线圈绕组保持其所需的路线或图案。线圈架优选是pa12尼龙，更优选是玻璃增强材料体积占30％至50％的pa12尼龙。这提供了非磁性、非导电的线圈架，其热膨胀系数与铝制支架、支架或其他形式的支撑件的热膨胀系数足够接近，以允许冷却至低温而不会因热膨胀差异而导致结构损坏。
8、我们优选至少一个线圈绕组中的至少一个的导线以具有弧形部分的图案支撑在尼龙线圈架上，导线通过位于弧形部分附近的直立弧形脊保持在适当位置，位于弧的内侧。直立弧形脊理想地在其凸侧具有用于接收导线的细长通道。
9、优选至少有三个线圈绕组，以相互正交的方向定向。它们可以分别安装在三个尼龙线圈架中的一个上，这三个线圈架各自包括一个圆柱形部分，并且尺寸做成使得三个线圈架中的第二个线圈架同心地安装在三个线圈架中的第一个线圈架内，而三个线圈架中的第三个线圈架同心地安装在第二个线圈架内。这提供了一组紧凑的线圈绕组，这些线圈绕组可以在其中定义一个具有严格控制的磁场的区域，该磁场或者被主动屏蔽到接近零。
10、合适的超导导线是铌钛合金系列中的一种。
11、本专利技术还涉及上述线圈装置本身，例如作为低温恒温器的可拆卸或可改装部件，可以在需要时添加。
12、与低温恒温器外部的主动屏蔽线圈相比，上述系统受被动屏蔽材料引起的失真的影响明显较小。即使主动屏蔽线圈位于被动屏蔽内，也可能出现一些较小的失真，但由于磁场不必穿透被动屏蔽，因此失真程度要小得多。此外，由于主动屏蔽线圈工作的区域被屏蔽，线圈只需处理小得多的磁场，因此可以更精确。可以对感应磁场进行微调，以抵消屏蔽体积内的磁场梯度，或建立所需的背景场。此外，可以实现×、y和z轴上的精细场控制。
13、与布置在低温恒温器外部的主动线圈相比，本专利技术的线圈更小，因此制造成本更低、速度更快。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温恒温器，包含：用于容纳待测试的物体或在低温下操作的设备的低温冷却的内部容积，用于将内部容积的温度降低到低温的冷却装置，位于低温冷却的内部容积内用于在内部容积中产生磁场以抵消环境磁场影响的至少一个线圈绕组，以及位于低温冷却的内部容积内、在至少一个线圈绕组的外部的被动磁屏蔽。
2.根据权利要求2所述的低温恒温器，其中至少一个线圈绕组提供主动磁屏蔽，以消除低温冷却的内部体积内低于100×10-6T，优选在约22×10-6T和67×10-6T之间的环境磁场的影响。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的低温恒温器，其中至少一个线圈绕组中的至少一个的导线以具有弧形部分的图案支撑在尼龙线圈架上，导线通过位于弧形部分附近的直立弧形脊保持在适当位置，位于弧的内侧。
4.根据权利要求3所述的低温恒温器，其中直立弧形脊在其凸侧上具有用于接收导线的细长通道。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低温恒温器，其中至少有三个线圈绕组，它们以相互正交的方向定向。
6.根据权利要求5所述的低温恒温器，其中至少三个线圈绕组中的每一个都安装在三个尼龙线圈架中的一个上，这三个线圈架各自包括圆柱形部分，并且其尺寸做成使得三个线圈架中的第二个线圈架同心地安装在三个线圈架中的第一个线圈架内，并且三个线圈架中的第三个线圈架同心地安装在第二个线圈架内。
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【技术特征摘要】
1.一种低温恒温器，包含：用于容纳待测试的物体或在低温下操作的设备的低温冷却的内部容积，用于将内部容积的温度降低到低温的冷却装置，位于低温冷却的内部容积内用于在内部容积中产生磁场以抵消环境磁场影响的至少一个线圈绕组，以及位于低温冷却的内部容积内、在至少一个线圈绕组的外部的被动磁屏蔽。
2.根据权利要求2所述的低温恒温器，其中至少一个线圈绕组提供主动磁屏蔽，以消除低温冷却的内部体积内低于100×10-6t，优选在约22×10-6t和67×10-6t之间的环境磁场的影响。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的低温恒温器，其中至少一个线圈绕组中的至少一个的导线以具有弧形部分...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·马修·鲍斯，
申请(专利权)人：磁盾有限公司，
类型：发明
国别省市：
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