一种应用于SERF原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构

一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构
技术领域
1.本发明涉及serf原子磁强计实验装置气室加热技术，特别是一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，通过设置将外层中空圆柱体与内层中空圆柱体同轴套装在加热底盖与加热顶盖之间的双层圆柱体结构，在所述外层中空圆柱体与内层中空圆柱体之间的空隙层填充纳米多孔二氧化硅隔热材料，在所述内层中空圆柱体的圆柱形中空内壁贴满加热膜使得位于所述圆柱形中空内serf原子磁强计实验装置球形气室的敏感轴到所述加热膜的距离具有中心对称，能够使得球形碱金属气室内温度场分布更加均匀，从而有利于保障梯度差分检测的共模噪声抑制能力。


背景技术：

2.梯度差分检测方法因其具有较好的共模噪声抑制能力被广泛应用于serf原子磁强计实验装置中，其中原子数密度的分布均匀性是梯度差分检测实现共模噪声抑制的关键因素之一，原子数密度分布不均匀影响相邻通道信号的刻度因数一致性，从而导致对共模噪声的抑制能力降低，进而影响梯度测量灵敏度。碱金属气室内部的原子数密度分布与温度直接相关，因此，提高碱金属气室的加热均匀性对提高serf原子磁强计实验装置的检测灵敏度具有重要意义。加热烤箱作为serf原子磁强计实验装置的重要组成部分，主要用于serf原子磁强计实验装置中碱金属气室的加热，为了降低泡壁碰撞弛豫，增大气室压强，一般采用球形气室。但是，一种目前常用的碱金属气室加热烤箱所采用的结构如下，该烤箱为六面体结构，每片烤箱片上均有开孔，其缺陷在于：1、在使用过程中仅靠抽真空来隔绝空气避免与外界对流换热，不能完全避免热量散失；2、六面拼接的结构十分复杂，不便于拆装，同时也不利于碱金属气室的更换；3、六片加热膜分别贴于正方体六面烤箱上的设计，使得球形气室到加热膜上每一点距离不同，易导致碱金属气室受热不均匀，使得碱金属气室内部产生温度梯度，降低梯度差分检测的共模噪声抑制能力。本发明人认为，如果设置将外层中空圆柱体与内层中空圆柱体同轴套装在加热底盖与加热顶盖之间的双层圆柱体结构，在所述内层中空圆柱体的圆柱形中空内壁贴满加热膜使得位于所述圆柱形中空内serf原子磁强计实验装置球形气室的敏感轴到所述加热膜的距离具有中心对称，则能够使得球形碱金属气室内温度场分布更加均匀，从而有利于保障梯度差分检测的共模噪声抑制能力，对提高serf原子磁强计实验装置的检测灵敏度具有重要意义。有鉴于此，本发明人完成了本发明。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的缺陷或不足，提供一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，通过设置将外层中空圆柱体与内层中空圆柱体同轴套装在加热底盖与加热顶盖之间的双层圆柱体结构，在所述外层中空圆柱体与内层中空圆柱体之间的空隙层填充隔热材料—纳米多孔二氧化硅，在所述内层中空圆柱体的圆柱形中空内壁
贴满加热膜使得位于所述圆柱形中空内serf原子磁强计实验装置球形气室的敏感轴到所述加热膜的距离具有中心对称，能够使得球形碱金属气室内温度场分布更加均匀，从而有利于保障梯度差分检测的共模噪声抑制能力，对提高serf原子磁强计实验装置的检测灵敏度具有重要意义。
4.本发明的技术解决方案如下：
5.一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，其特征在于，包括将外层中空圆柱体与内层中空圆柱体同轴套装在加热底盖与加热顶盖之间的双层圆柱体结构，在所述外层中空圆柱体与内层中空圆柱体之间的空隙层填充纳米多孔二氧化硅隔热材料，在所述内层中空圆柱体的圆柱形中空内壁贴满加热膜使得位于所述圆柱形中空内serf原子磁强计实验装置球形气室的敏感轴y到所述加热膜的距离在xz平面内具有中心对称。
6.所述x为所述serf原子磁强计实验装置球形气室的检测轴x，所述z为所述serf原子磁强计实验装置球形气室的抽运轴z，所述x、所述y和所述z构成所述serf原子磁强计实验装置测量的直角坐标系。
7.所述加热底盖的中心设置有底孔，所述底孔用于安放所述serf原子磁强计实验装置球形气室的气室泡柄。
8.所述双层圆柱体结构的侧面开设有用于形成检测轴x的第一对穿的检测光通光孔，和用于形成抽运轴z的第二对穿的抽运光通光孔。
9.所述加热底盖与加热顶盖上均设置有外层连接螺栓阵列和内层连接螺栓阵列，所述外层连接螺栓连接所述外层中空圆柱体的端面，所述内层连接螺栓连接所述内层中空圆柱体的端面。
10.所述加热底盖与加热顶盖均包括嵌入圆台和从所述嵌入圆台周面径向外延而成的圆环边，所述圆环边覆盖所述外层中空圆柱体的端面，所述嵌入圆台覆盖所述圆柱形中空的端面和所述空隙层的端面。
11.本发明的技术效果如下：与现有加热结构相比，本发明所设计的一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构简单，易于装配安装，便于碱金属气室的更换；双层圆柱间的间隙填充高效隔热复合材料多孔二氧化硅，可以有效减少碱金属气室与外界对流换热；圆柱烤箱结构的设计，使得球形碱金属气室内温度场分布更加均匀，对提高serf原子磁强计实验装置的检测灵敏度具有重要意义。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、烤箱的圆柱主体中间间隙填充高效隔热复合材料多孔二氧化硅，可以有效降低热传导，有一定的抑制对流效果；2、结构简单，易于装配安装，便于碱金属气室的更换；3、圆柱烤箱结构的设计，使得球形碱金属气室受热更加均匀，提高相邻通道信号的刻度因数一致性，保证了共模噪声抑制能力，从而提高serf原子磁强计实验装置梯度测量灵敏度。
附图说明
13.图1是实施本发明一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构的结构示意图。
14.图2是图1中双层圆柱体结构示意图。
15.图3是实施本发明一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱的外形结构示意图。
16.附图标记列示如下：1
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外层中空圆柱体；2
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内层中空圆柱体；3
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气室泡柄；4
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加热顶盖；5
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加热底盖；6
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嵌入圆台；7
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圆环边；8
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空隙层；9
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x轴通光孔或检测光通光孔；10
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z轴通光孔或抽运光通光孔；11
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底孔；12
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serf原子磁强计实验装置球形气室；13
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外层连接螺栓；14
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内层连接螺栓。
具体实施方式
17.下面结合附图(图1
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图3)和实施例对本发明进行说明。
18.图1是实施本发明一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构的结构示意图。图2是图1中双层圆柱体结构示意图。图3是实施本发明一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱的外形结构示意图。参考图1至图3所示，一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，包括将外层中空圆柱体1与内层中空圆柱体2同轴套装在加热底盖5与加热顶盖4之间的双层圆柱体结构，在所述外层中空圆柱体1与内层中空圆柱体2之间的空隙层8填充纳米多孔二氧化硅隔热材料，在所述内层中空圆柱体2的圆柱形中空内壁贴满加热膜使得位于所述圆柱形中空内serf原子磁强计实验装置球形气室12的敏感轴y到所述加热膜的距离在xz平面内具有中心对称。所述x为所述serf原子磁强计实验装置球形气室12的检测轴x，所述z为所述serf原子磁强计实验装置球形气室12的抽运轴z，所述x、所述y和所述z构成所述serf原子磁强计实验装置测量的直角坐标系。所述加热底盖5的中心设置有底孔11，所述底孔11用于安放所述serf原子磁强计实验装置球形气室12的气室泡柄3。所述双层圆柱体结构的侧面开设有用于形成检测轴x的第一对穿的检测光通光孔9，和用于形成抽运轴z的第二对穿的抽运光通光孔10。所述抽运光通光孔10大于所述检测光通光孔9。所述加热底盖5与加热顶盖4上均设置有外层连接螺栓13阵列和内层连接螺栓14阵列，所述外层连接螺栓13连接所述外层中空圆柱体1的端面，所述内层连接螺栓14连接所述内层中空圆柱体2的端面。所述加热底盖5与加热顶盖4均包括嵌入圆台6和从所述嵌入圆台6周面径向外延而成的圆环边7，所述圆环边7覆盖所述外层中空圆柱体1的端面，所述嵌入圆台6覆盖所述圆柱形中空的端面和所述空隙层8的端面。
19.一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，包括：均匀加热烤箱外圆柱结构、均匀加热烤箱内圆柱加热结构、均匀加热烤箱顶部加热结构、均匀加热烤箱底部加热结构、所述均匀加热烤箱外圆柱结构与均匀加热烤箱内圆柱加热结构同轴心配合构成圆柱主体，均匀加热烤箱顶部加热结构、均匀加热烤箱底部加热结构与圆柱主体同轴心紧贴设置，通过螺栓进行固定连接。
20.进一步而言，均匀加热烤箱外圆柱结构与均匀加热烤箱内圆柱加热结构同轴心配合构成圆柱主体，圆柱主体侧面开有四个对称通光孔，顶面和底面开有八个螺纹孔，圆柱主体内部中空结构用于安放碱金属气室，均匀加热烤箱外圆柱结构与均匀加热烤箱内圆柱加热结构中间间隙用于填充高效隔热复合材料纳米多孔二氧化硅，烤箱材料为高导热率的非金属材料氮化硼。
21.进一步而言，均匀加热烤箱顶部加热结构和均匀加热烤箱底部加热结构与圆柱主
体同轴心紧贴设置构成烤箱主体，均匀加热烤箱底部加热结构开孔用于安放碱金属气室泡柄，均匀加热烤箱顶部加热结构和均匀加热烤箱底部加热结构均开有八个螺纹通孔，烤箱材料为高导热率的非金属材料氮化硼。
22.如图1所示，提供了一种应用于serf原子磁强计实验装置的双层圆柱体均匀加热烤箱结构，包括均匀加热烤箱外层中空圆柱体1、均匀加热烤箱内层中空圆柱体2、serf原子磁强计实验装置球形气室12、均匀加热烤箱顶部加热结构(加热顶盖4)、均匀加热烤箱底部加热结构(加热底盖5)。双层圆柱体均匀加热烤箱是针对直径为25mm的serf原子磁强计实验装置球形气室12设计，烤箱是外围尺寸为直径89mm，高57mm的圆柱体，四个侧面开有通光孔，用于对serf原子磁强计实验装置球形气室12内部原子源进行抽运与检测，其中用于通过检测光方向的通光孔直径为17mm，用于通过抽运光方向的通光孔直径为30mm。均匀加热烤箱外圆柱结构与均匀加热烤箱内圆柱加热结构同轴心配合构成圆柱主体，均匀加热烤箱外圆柱结构与均匀加热烤箱内圆柱加热结构中间的空隙留有5mm，用于填充高效隔热复合材料纳米多孔二氧化硅，均匀加热烤箱顶部加热结构与均匀加热烤箱底部加热结构与圆柱主体同轴心紧贴设置，均匀加热烤箱整体装配结构如图3所示。
23.所述均匀加热烤箱外圆柱结构(外层中空圆柱体1)为直径89mm，高51mm，厚7mm的空心圆柱，外圆柱的侧面开有四个通光孔用于对碱金属气室(serf原子磁强计实验装置球形气室12)内部原子源进行抽运与检测，其中用于通过检测光方向的通光孔直径为17mm，用于通过抽运光方向的通光孔直径为30mm，外圆柱结构顶面和底面均开有四个m4
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10mm的螺纹孔，用于与均匀加热烤箱顶部结构(加热顶盖4)和均匀加热烤箱底部加热结构(加热底盖5)通过螺栓固定连接，螺栓选择为无磁材料peek，均匀加热烤箱外圆柱结构(外层中空圆柱体1)材料选择为高导热率的非金属材料氮化硼。
24.所述均匀加热烤箱内圆柱加热结构(内层中空圆柱体2)为直径65mm，高43mm，厚7mm的空心圆柱，内圆柱的侧面开有四个通光孔用于对碱金属气室3内部原子源进行抽运与检测，其中用于通过检测光方向的通光孔直径为17mm，用于通过抽运光方向的通光孔直径为30mm，内圆柱加热结构顶面和底面均开有四个m4
×
10mm的螺纹孔，用于与均匀加热烤箱顶部结构(加热顶盖4)和均匀加热烤箱底部加热结构(加热底盖5)通过螺栓固定连接，螺栓选择为无磁材料peek，均匀加热烤箱内圆柱结构(内层中空圆柱体2)材料选择为高导热率的非金属材料氮化硼。
25.所述均匀加热烤箱顶部加热结构(加热顶盖4)为双层圆盘结构，上层直径为89mm，厚度为3mm，下层直径为51mm，厚度为4mm，表面开有八个m4的螺纹通孔，用于与均匀加热烤箱圆柱主体通过螺栓固定连接，螺栓选择为无磁材料peek，均匀加热烤箱顶部加热结构(加热顶盖4)材料选择为高导热率的非金属材料氮化硼。
26.所述均匀加热烤箱底部加热结构(加热底盖5)为双层圆盘结构，上层直径为89mm，厚度为3mm，下层直径为51mm，厚度为4mm，圆盘开有直径17mm的螺纹孔，用于与碱金属气室泡柄结构(气室泡柄3)连接配合，同时还开有八个m4的螺纹通孔，用于与均匀加热烤箱圆柱主体通过螺栓固定连接，螺栓选择为无磁材料peek，均匀加热烤箱顶部加热结构(加热底盖5)材料选择为高导热率的非金属材料氮化硼。
27.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保
护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。