一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法制造方法及图纸

一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法，至少解决相关技术中无法对低温环境下的高导磁材料的磁特性进行测试的问题，有利于探究低温环境中不同温度下材料磁特性的变化规律，对探索高导磁材料磁学特性，减少磁屏蔽装置磁噪声具有重要意义，其特征在于，包括具有真空腔的低温恒温器，所述真空腔内设置有用于高导磁材料闭合磁路样件的样品固定架，用于连接真空机组的抽气接头，用于通过冷头整体中的输液管连接自增压液氮罐的冷头主体，和用于通过航空插头连接温控系统的电热元件和温度传感元件，所述高导磁材料闭合磁路样件上的磁化线圈和测量线圈分别连接软磁材料特性测试仪。试仪。试仪。

【技术实现步骤摘要】
一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法


[0001]本专利技术涉及磁性材料磁特性测量
，特别是一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法。

技术介绍

[0002]近年来，量子精密测量技术快速发展使得对极弱磁场测量的方法更加多元化，其中根据原子自旋效应实现高灵敏度的磁场测量已经成为目前最新的研究方向。在新型超高灵敏磁场测量装置中，以在无自旋交换弛豫状态下运行的原子磁强计最为突出，理论上可达到aT(10
‑
18
T)量级的灵敏度。但要实现无自旋交换弛豫状态需要满足的条件之一便是接近于零的弱磁环境，通常选用高磁导率的材料(铁氧体材料、坡莫合金材料等，均为高导磁材料)制作高屏蔽性能的磁屏蔽桶从而实现对环境磁场的有效隔离，然而磁场测量装置的灵敏度受限于磁噪声，其磁噪声的来源之一便是磁屏蔽桶本身的噪声。一般情况下由于铁磁材料存在磁滞损耗和涡流损耗，磁屏蔽桶会产生热磁化噪声和约翰逊电流噪声，例如，铁氧体材料具有较高的磁导率和高电阻率，可用于制作低噪声磁屏蔽桶，其噪声主要来源于热磁化噪声，无限长磁屏蔽桶的噪声δB
magn
为：
[0003][0004]式中，μ
′
(T)和μ
″
(T)分别为复数磁导率实部和虚部，μ0为真空中磁导率，k为玻尔兹曼常数，r
L
为屏蔽桶内径，t为屏蔽桶厚度，T为温度，ω＝2πf，f为频率。坡莫合金材料具有较高磁导率，是磁屏蔽桶的首选材料之一，但坡莫合金电阻率较低，由于电子的无规则热运动会产生约翰逊电流噪声，对于无限长圆柱磁屏蔽桶，其磁噪声δB
eddy
为：
[0005][0006]式中，r
L
为屏蔽桶内径，k为玻尔兹曼常数，T为温度，t为屏蔽桶厚度，σ是坡莫合金电导率，μ'(T)为复数磁导率的实部，C(μ'(T))为常数。根据上述磁屏蔽桶磁噪声计算公式可知，磁屏蔽桶的磁噪声、复数磁导率的实部和虚部均与温度有关，因此为了进一步提高磁屏蔽桶的屏蔽性能，进而提高极弱磁场测量灵敏度，测试不同温度下铁磁材料的磁特性变化十分必要。但目前磁材料生产厂家和磁特性测试仪器均只能对常温及高于常温环境下的磁材料特性进行测试，因此需要设计一种低温环境下高导磁材料特性测试装置及方法来对不同高导磁材料在低温环境下的磁特性进行测试。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术的缺陷或不足，提供一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法，至少解决相关技术中无法对低温环境下的高导磁材料的磁特性进行测试的问题，有利于探究低温环境中不同温度下材料磁特性的变化规律，对探索高导磁材料磁学特
性，减少磁屏蔽装置磁噪声具有重要意义。
[0008]本专利技术的技术解决方案如下：
[0009]一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，包括具有真空腔的低温恒温器，所述真空腔内设置有用于高导磁材料闭合磁路样件的样品固定架，用于连接真空机组的抽气接头，用于通过冷头整体中的输液管连接自增压液氮罐的冷头主体，和用于通过航空插头连接温控系统的电热元件和温度传感元件，所述高导磁材料闭合磁路样件上的磁化线圈和测量线圈分别连接软磁材料特性测试仪。
[0010]所述航空插头为12芯航空插头，所述电热元件为铜电阻加热丝，所述铜电阻加热丝分布在所述冷头主体上，所述温度传感元件为铂电阻PT1000。
[0011]所述高导磁材料闭合磁路样件呈圆环形、矩形、EE形、EI形或U形，所述冷头主体向真空腔内输送液氮所提供的真空腔低温环境最低至
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196℃，在不同低温温度下所述软磁材料特性测试仪通过对所述磁化线圈施加励磁电流后测量所述测量线圈的感应电动势以确定低温环境下高导磁材料磁特性。
[0012]所述软磁材料特性测试仪内部将磁化线圈回路串接无感电阻，通过测量无感电阻压降确定磁化电流以得到磁场强度；通过对测量线圈的电压进行数字积分得到磁感应强度；所述导磁材料磁特性包括以下参数：磁滞回线，磁化曲线，磁导率，和磁噪声。
[0013]所述真空机组包括与低温恒温器真空腔相连接的真空泵和复合真空计，用于实现真空环境并对真空环境进行实时监测。
[0014]所述复合真空计由电阻计和电离计组成。
[0015]所述自增压液氮罐包括增压阀，进液阀，排液阀，排气阀，安全阀，和液位计。
[0016][0017][0018]其中δB(T)是低温环境下高导磁材料随温度T变化的磁噪声，其中δB(T)是低温环境下高导磁材料随温度T变化的磁噪声，"
hyst
和"
eddy
均为中间变量，ω＝2πf，σ是电导率，μ"是复数磁导率虚部，V是电压，H是磁滞回线参数，E是涡流参数，A为激励线圈表面积，I为激励电流，f为激励电流的频率，T为温度，k为玻尔兹曼常数，通过推算出磁噪声的大小，得到低温环境下，磁噪声随温度的变化结果。
[0019]一种低温环境下高导磁材料磁特性测试方法，其特征在于，采用上述低温环境下高导磁材料磁特性测试装置。
[0020]包括：将不同规格的磁材料制成环形、矩形、EE形、EI形或U形的闭合磁路样件，并用线圈组在测试样件上均匀缠绕磁化线圈和测量线圈；
[0021]将缠有线圈的被测样件放置于低温恒温器的真空腔室内，将磁化线圈和测量线圈接线端分别通过测试线连接到所述软磁材料特性测试仪；
[0022]将真空泵连接至低温恒温器，实现真空腔内真空环境；
[0023]将液氮输液管两端分别接入自增压液氮罐和低温恒温器冷头主体，向真空腔内输送液氮提供低温环境；
[0024]将温度控制及温控仪表通过低温导线与12芯航空插头与设备相连接，监控并调节真空腔内温度；
[0025]启动软磁材料特性测试仪，测出被测样件的磁特性数据结果，改变温度，在多个温度下进行测试，得到不同低温温度下磁特性测试数据，通过对比得到低温环境下高导磁材料特性的变化结果。
[0026]本专利技术的技术效果如下：本专利技术一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置和方法，包括真空机组、自增压液氮罐、低温恒温器、软磁材料特性测试仪、线圈组，被测样件放置在低温恒温器的真空腔内且样件上缠绕的线圈组与软磁材料特性测试仪相连，低温恒温器的温控模块控制温度可至
‑
196℃，利用该装置对被测样件在低温环境的不同温度下的磁特性进行测试，本专利技术的技术方案探究低温环境中不同温度下材料磁特性的变化规律，对探索高导磁材料磁学特性，减少磁屏蔽装置磁噪声具有重要意义。
附图说明
[0027]图1是实施本专利技术一种低温环境下导磁材料磁特性测试装置结构示意图。
[0028]图2是图1中低温恒温器结构示意图。
[0029]图3是图1中低温恒温器的剖视结构示意图。
[0030]附图标记列示如下：1
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自增压液氮罐；2
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真空机组；3
‑
温控系统；4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，包括具有真空腔的低温恒温器，所述真空腔内设置有用于高导磁材料闭合磁路样件的样品固定架，用于连接真空机组的抽气接头，用于通过冷头整体中的输液管连接自增压液氮罐的冷头主体，和用于通过航空插头连接温控系统的电热元件和温度传感元件，所述高导磁材料闭合磁路样件上的磁化线圈和测量线圈分别连接软磁材料特性测试仪。2.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，所述航空插头为12芯航空插头，所述电热元件为铜电阻加热丝，所述铜电阻加热丝分布在所述冷头主体上，所述温度传感元件为铂电阻PT1000。3.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，所述高导磁材料闭合磁路样件呈圆环形、矩形、EE形、EI形或U形，所述冷头主体向真空腔内输送液氮所提供的真空腔低温环境最低至
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196℃，在不同低温温度下所述软磁材料特性测试仪通过对所述磁化线圈施加励磁电流后测量所述测量线圈的感应电动势以确定低温环境下高导磁材料磁特性。4.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，所述软磁材料特性测试仪内部将磁化线圈回路串接无感电阻，通过测量无感电阻压降确定磁化电流以得到磁场强度；通过对测量线圈的电压进行数字积分得到磁感应强度；所述导磁材料磁特性包括以下参数：磁滞回线，磁化曲线，磁导率，和磁噪声。5.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，所述真空机组包括与低温恒温器真空腔相连接的真空泵和复合真空计，用于实现真空环境并对真空环境进行实时监测。6.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置，其特征在于，所述复合真空计由电阻计和电离计组成。7.根据权利要求1所述的低温环境下高导磁材料磁特性测试装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丹跃，窦瑶，陆吉玺，王坤，全伟，韩邦成，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：