一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，包括激光器、线偏振光束、格兰‑汤姆森偏振器、电磁屏蔽罩、射频屏蔽盒、磁屏蔽筒、轴向扫场线圈、加热保温模块、原子蒸气泡、光放大探测模块、传送管封块、传送管、螺线管线圈、定位架和带槽装载仓。还公开了一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的方法。本发明专利技术结构一体化、操作方便，通过非线性磁光共振色散信号获得材料铁磁性及磁化性能的检测，在原子频标、原子磁力计、激光探测磁共振仪等的选材中，具有超高灵敏度测磁特点和实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光泵浦和光探测
，更具体涉及一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，还涉及一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的方法，具体适用于原子频标、原子磁力计、激光探测磁共振仪等仪器的选材，甄别材料，消除由于材料的铁磁性或者磁化造成的仪器系统磁场不均匀性。
技术介绍
随着科技的发展，要求原子频标、原子磁力计、激光探测磁共振仪等精度更高、更加微小型化、性能更加优良，因此，材料的性能对设备的特性影响就变得愈发显著。无磁不锈钢、铜材、铝材、钛合金等通常被称为无磁金属材料，是不具有磁性的材料。但是，由于原材料的不纯、制作过程或者加工工艺的影响，一些“无磁”金属材料中会或多或少地含有不同成分的铁磁性杂质，使得它们用于仪器和设备中呈铁磁性或者微弱磁性，材料的磁导率会对仪器和设备的高精密性能等产生非常明显的影响，我们怎样对所选材料的性能进行快速测试？如何准确地检测材料铁磁性及磁化的性能？目前，已有磁天平和多种不同原理的磁强计等检测材料磁性的方法。磁天平方法是通过非均匀磁场作用在材料上的力进行测量，待测材料可以是圆棒、板材或者粉末，但是，要求的待测材料尺寸比较大，不适用于器件或者不规则尺寸的待测材料的检测。相对于磁场强度，不同类型的磁强计具有不同的测磁范围。例如，基于电磁感应原理的振动样品磁强计,线圈的感应电势与待测材料的磁化强度成正比，对待测材料的形状有着比较严苛的规定，要求为圆形或是片状，而且重量不能超过~g，因此限制了待测材料磁性的测试范围；磁通门磁强计通常用来检测材料的剩磁，它的灵敏度比较高，可达到~nT，但是，不能探测到低于nT的磁性，不适用于材料的超弱磁检测，且没有测试磁化的功能。因此，对于原子频标、原子磁力计、激光探测磁共振谱仪等仪器的选材，甄别“无磁”金属材料位于使用环境中是否无磁？检测它们的铁磁性和磁化性能，如何更为简便、快速、准确选择无磁材料？迫切地需要发展材料铁磁性及磁化性能检测的新方法和新技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种用于材料铁磁性及磁化性能的检测装置，还提供了一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，包括激光器，还包括电磁屏蔽罩、设置在电磁屏蔽罩内的射频屏蔽盒、设置在射频屏蔽盒内的磁屏蔽筒、设置在磁屏蔽筒内的加热保温模块以及设置在加热保温模块内的原子蒸汽泡，激光器出射的线偏振光束经偏振器入射到原子蒸汽泡后由光放大探测模块检测，磁屏蔽筒内设置有用于产生与线偏振光束传输方向相同的轴向扫描磁场的轴向扫场线圈，传送管一端依次穿过电磁屏蔽罩、射频屏蔽盒、磁屏蔽筒和加热保温模块设置在靠近原子蒸汽泡的区域，传送管另一端设置有传送管封块且与气动控制模块连接，传送管内设置有带槽装载仓，传送管上套设有螺线管线圈，螺线管线圈与第一电源连接，轴向扫场线圈与第二电源连接。如上所述的加热保温模块包括加热炉和保温腔，原子蒸汽泡设置在保温腔内，加热炉设置在原子蒸汽泡和保温腔之间。如上所述的加热炉的材质为氧化锆，保温腔的材质为聚酰亚胺泡沫。一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，还包括定位架，定位架包括横向支架和与横向支架连接的立柱，横向支架一端依次穿过电磁屏蔽罩、射频屏蔽盒、磁屏蔽筒和加热保温模块设置在靠近原子蒸汽泡的区域，横向支架上设置有刻度，传送管设置在横向支架上。如上所述的原子蒸气泡内壁设置有石蜡涂层。如上所述的传送管封块材质为聚四氟乙烯，传送管封块）上开设有导气孔，所述的传送管材质为有机玻璃。如上所述的螺线管线圈的磁场强度范围为0～0.5Tesla。一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的方法，包括以下步骤：步骤1、待测材料铁磁性检测，具体如下：步骤1.1、初始非线性磁光共振信号采集：将待测材料放置在带槽装载仓里，带槽装载仓位于传送管的入口端，在磁屏蔽筒内接近原子蒸气泡的区域内没有待测材料，利用激光器产生的894nm线偏振光束照射到原子蒸气泡，轴向扫场线圈产生扫场，894nm线偏振光束经原子蒸气泡后由光放大探测模块测量到偏振信号光的变化而获得非线性磁光共振原始信号；步骤1.2、初始材料的信号采集：使用气动控制模块将带槽装载仓沿传送管定向送到磁屏蔽筒内接近原子蒸气泡的区域，轴向扫场线圈一直处于工作状态产生扫场，记录次待测材料影响下的非线性磁光共振信号；步骤2、材料磁化性能检测：步骤2.1、待测材料的磁化：使用气动控制模块驱动带槽装载仓把待测材料沿传送管传送到位于螺线管线圈的区域，开启第一电源给螺线管线圈通电产生磁场，对待测材料进行磁化；步骤2.2、磁化材料的信号采集：关闭第一电源，再次通过气动控制模块驱动带槽装载仓运送到磁屏蔽筒内接近原子蒸气泡的区域，记录磁化的待测材料在磁屏蔽筒内产生的磁场变化对非线性磁光共振信号的影响。本专利技术提供一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的方法。利用原子与激光相互作用产生的磁致旋光现象（即：非线性磁光效应）作为一种探测微弱磁场的方法。极化的原子在外磁场作用下，与外磁场方向成一定夹角的原子极矩围绕磁场进动，从线偏振光的偏振变化可以探测这一进动。具体描述为：当线偏振光通过处于一定外磁场中的原子蒸气后，由于原子蒸气对线偏振光中左、右圆偏振成分具有不同的吸收和色散，即原子蒸气对两种圆偏振光的折射率不同，使得左、右旋圆偏振光各自以不同的速度传播，导致线偏振光的偏振面发生与磁场相关的转动。由于产生的非线性磁光效应信号具有极窄的线宽，且对磁场非常敏感，因此，这种方法具有高灵敏度的磁场检测能力。在外加扫场情况下，可以利用非线性磁光共振作为鉴别信号，检测材料的铁磁性及磁化性能。另外，线偏振光的偏振面转动的角度与外磁场大小在一定区间内成正比，因而，可被用来反推计算出外磁场大小，从而实现高灵敏度的磁测量（pT~fT量级）。通过光探测方式实现高灵敏度材料铁磁性及磁化性能的检测，方法精确、易行。与现有检测方案不同，基于非线性磁光效应的材料铁磁性及磁化性能检测方法，不仅能够检测到材料的初始铁磁性，也可以检测材料在较高磁场中是否会被磁化，因而，扩展了材料甄别的功能，具有更广泛的应用领域。本专利技术提供一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，物理部分是原子蒸气泡，原子蒸气泡外依次装有加热保温模块、轴向扫场线圈、磁屏蔽筒、电磁屏蔽罩、射频屏蔽盒；原子蒸气泡内的原子作为磁光旋转的工作介质；轴向扫场线圈工作时，由激光器产生的线偏振光束通过格兰-汤姆森偏振器保证偏振，然后通过原子蒸气泡，入射到光放大探测模块进行探测，获得由于原子与线偏振束相互作用而产生非线性磁光共振的色散信号；将待测材料放置在带槽装载仓里，通过传送管送入到磁屏蔽筒内、接近原子蒸气泡区域，再次记录色散信号，对比两次测量的色散信号幅度和线型，可以检测到材料是否具有铁磁性以及磁性的相对强度。本专利技术分模块设计，功能一体化、操作方便，有超高灵敏度等特点，可同时实现材料的铁磁性检测和磁化检测，更具有实用性，已经用于研制原子磁力计等仪器实施例里进行选材。本专利技术相对于现有技术具有以下优点：（1）利用轴向扫场线圈产生扫场，极化的原子在扫场作用下，导致光的偏振方向产生与磁场相关的转动，呈现非线性磁光共振，非线性磁光共振的色散信号具有极窄的线宽，且对磁场敏感，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，包括激光器（1），其特征在于，还包括电磁屏蔽罩（4）、设置在电磁屏蔽罩（4）内的射频屏蔽盒（5）、设置在射频屏蔽盒（5）内的磁屏蔽筒（6）、设置在磁屏蔽筒（6）内的加热保温模块（8）以及设置在加热保温模块（8）内的原子蒸汽泡（9），激光器（1）出射的线偏振光束（2）经偏振器入射到原子蒸汽泡（9）后由光放大探测模块（10）检测，磁屏蔽筒（6）内设置有用于产生与线偏振光束（2）传输方向相同的轴向扫描磁场的轴向扫场线圈（7），传送管（12）一端依次穿过电磁屏蔽罩（4）、射频屏蔽盒（5）、磁屏蔽筒（6）和加热保温模块（8）设置在靠近原子蒸汽泡（9）的区域，传送管（12）另一端设置有传送管封块（11）且与气动控制模块（16）连接，传送管（12）内设置有带槽装载仓（15），传送管（12）上套设有螺线管线圈（13），螺线管线圈（13）与第一电源（17）连接，轴向扫场线圈（7）与第二电源（20）连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，包括激光器（1），其特征在于，还包括电磁屏蔽罩（4）、设置在电磁屏蔽罩（4）内的射频屏蔽盒（5）、设置在射频屏蔽盒（5）内的磁屏蔽筒（6）、设置在磁屏蔽筒（6）内的加热保温模块（8）以及设置在加热保温模块（8）内的原子蒸汽泡（9），激光器（1）出射的线偏振光束（2）经偏振器入射到原子蒸汽泡（9）后由光放大探测模块（10）检测，磁屏蔽筒（6）内设置有用于产生与线偏振光束（2）传输方向相同的轴向扫描磁场的轴向扫场线圈（7），传送管（12）一端依次穿过电磁屏蔽罩（4）、射频屏蔽盒（5）、磁屏蔽筒（6）和加热保温模块（8）设置在靠近原子蒸汽泡（9）的区域，传送管（12）另一端设置有传送管封块（11）且与气动控制模块（16）连接，传送管（12）内设置有带槽装载仓（15），传送管（12）上套设有螺线管线圈（13），螺线管线圈（13）与第一电源（17）连接，轴向扫场线圈（7）与第二电源（20）连接。2.根据权利要求1所述的一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，其特征在于，所述的加热保温模块（8）包括加热炉和保温腔，原子蒸汽泡（9）设置在保温腔内，加热炉设置在原子蒸汽泡（9）和保温腔之间。3.根据权利要求2所述的一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，其特征在于，所述的加热炉的材质为氧化锆，保温腔的材质为聚酰亚胺泡沫。4.根据权利要求1所述的一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，其特征在于，还包括定位架（14），定位架（14）包括横向支架和与横向支架连接的立柱，横向支架一端依次穿过电磁屏蔽罩（4）、射频屏蔽盒（5）、磁屏蔽筒（6）和加热保温模块（8）设置在靠近原子蒸汽泡（9）的区域，横向支架上设置有刻度，传送管（12）设置在横向支架上。5.根据权利要求1所述的一种用于材料铁磁性及磁化性能检测的装置，其特征在于，所述的原子蒸气泡（9）内壁设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：周欣，王晓飞，孙献平，赵修超，朱茂华，刘买利，叶朝辉，
申请(专利权)人：中国科学院武汉物理与数学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42