一种双轴旋转低温样品杆的制作方法

1.本实用新型属于低温物理实验装置技术领域，具体涉及一种双轴旋转低温样品杆。


背景技术：

2.各项异性是材料和介质中常见的性质，其测试数值会随着方向的改变而有所变化，从而在不同的方向上呈现出差异的特性。低维材料，尤其是二维材料其中的一个重要参量就是各向异性。对于各向异性的低维磁材料在磁场环境中与磁场方向夹角不同，则表现出的性质也不尽相同。并且这类材料在原子级厚度下依然在磁学、电学、力学、光学等方面保持独特的物理和化学性质，在国防、航空航天、医疗设备、交通领域有着广泛的应用。
3.在低温物理实验领域，尤其是在1.6k～400k之间，研究材料的各向异性一般需要对样品进行旋转，测试不同角度下样品的一些电输运和磁学性质，例如电阻率、霍尔效应、磁各向异性等。目前低温样品杆尤其是在磁场环境中普遍只能实现一个维度的转动，或者转动时存在较大的回程差，导致测试误差偏大。
4.基于以上情况，亟需一种可以实现双轴旋转的低温样品杆来满足相关实验测试需求。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种双轴旋转低温样品杆。
6.本实用新型采用如下的技术方案：
7.一种双轴旋转低温样品杆，其包括：连杆以及位于连杆下端的样品托，所述连杆的顶部设置有用于驱动样品旋转的马达驱动电机；所述样品托包括固定架，所述固定架内部设置有第一旋转单元以及第二旋转单元，所述第一旋转单元能够完成对样品的竖向旋转，第二旋转单元能够完成对样品的水平向旋转。
8.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述第一旋转单元包括驱动齿轮、固定轴、旋转轴以及传动齿轮。
9.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述驱动齿轮包括两个锥形齿轮，其中一个锥形齿轮的大端与连杆连接，另一个锥形齿轮套接在固定轴上，固定轴通过传动齿轮与旋转轴连接。
10.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述第二旋转单元包括旋转位移台。
11.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述旋转位移台设置在旋转轴上，所述旋转位移台与旋转轴垂直设置，样品座设置在旋转位移台上。
12.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述驱动齿轮的两个锥形齿轮相配合，在马达驱动电机的驱动下旋转，两个锥形齿轮安装位置成直角结构。
13.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述固定轴的两端分别设置在固定架
上，且固定轴能够在固定架上旋转。
14.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述固定轴上远离驱动齿轮的一端设置有传动齿轮。
15.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述传动齿轮包括至少三个齿轮，其中第一齿轮设置在固定轴上，第二齿轮设置在旋转轴上，第三齿轮设置在固定卡簧上。
16.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述旋转轴的两端分别设置在固定架上，其与固定轴平行，且旋转轴能够在固定架上跟随第二齿轮旋转。
17.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述固定卡簧的其中一端与第三齿轮连接，其另一端与固定架连接，所述固定卡簧能够跟随第三齿轮转动。
18.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述旋转位移台的固定框架上还设置有加热器以及温度计。
19.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述连杆的顶部设置有马达驱动电机、刻度盘、仪表群以及密封法兰。
20.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述马达驱动电机的输出端与连杆固定连接，其输出端的下端设置有刻度盘，刻度盘套接于连杆上，所述仪表群套接于连杆上，其上端与刻度盘相连，下端与密封法兰固定。
21.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述连杆上还套接有套管，所述套管设置在密封法兰以及样品托之间。
22.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述套管上设置有防热辐射挡板以及定位器。
23.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述仪表群上设置有电学接头以及备用盲板口。
24.作为本实用新型的一种优选实施例方式，所述电学接头与样品托上的旋转位移台、样品座、加热器以及温度计通过电学引线相连。
25.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，
26.本实用新型采用多组齿轮与旋转位移台相结合的方式，实现低维磁性材料在1.6k～400k之间、强磁场环境下进行可变温、控温的高精度两轴旋转，即样品的转轴方向为横向和纵向方向。其中，横向方向依靠马达驱动电机，旋转范围为-10
°
到370
°
，分辨率0.03
°
/步，转动回差《1
°
；纵向方向依靠旋转位移台，旋转范围为-5
°
到95
°
，分辨率0.01
°
/步。始终保持弹力的固定卡簧设计，有效解决了电控齿轮反向转动时产生的转动回差。
附图说明
27.图1是本实用新型的一种双轴旋转低温样品杆的示意图；
28.图2是本实用新型的一种双轴旋转低温样品杆中样品托的示意图；
29.图中：
30.1-马达驱动电机；2-刻度盘；3-仪表群；4-电学接头；5-备用盲板口；6-密封法兰；7-套管；8-防热辐射挡板；9-定位器；10-样品托；11-固定架；12-驱动齿轮；13-固定轴；14-旋转位移台；15-旋转轴；16-样品座；17-传动齿轮；18-加热器；19-温度计；20-固定卡簧。
具体实施方式
31.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
32.图1是本实用新型的一种双轴旋转低温样品杆的示意图，如图1所示，本实用新型的一种双轴旋转低温样品杆包括连杆以及位于连杆下端的样品托10。
33.连杆的顶部设置有用于驱动样品旋转的马达驱动电机1，样品托10包括固定架11，固定架11内部设置有第一旋转单元以及第二旋转单元，第一旋转单元能够完成对样品的竖向旋转，第二旋转单元能够完成对样品的水平向旋转。
34.如图2所示，第一旋转单元包括驱动齿轮12、固定轴13、旋转轴15以及传动齿轮17，驱动齿轮12包括两个锥形齿轮，其中一个锥形齿轮的大端与连杆连接，另一个锥形齿轮套接在固定轴13上，固定轴13通过传动齿轮17与旋转轴15连接。
35.驱动齿轮12的两个锥形齿轮相配合，在马达驱动电机1的驱动下旋转，两个锥形齿轮安装位置成直角结构。
36.固定轴13的两端分别设置在固定架11上，且固定轴13能够在固定架11上旋转，固定轴13上远离驱动齿轮12的一端设置有传动齿轮17。
37.传动齿轮17包括至少三个齿轮，其中第一齿轮设置在固定轴13上，第二齿轮设置在旋转轴15上，第三齿轮设置在固定卡簧20上，旋转轴15的两端分别设置在固定架11上，其与固定轴13平行，且旋转轴15能够在固定架11上跟随第二齿轮旋转，固定卡簧20的其中一端与第三齿轮连接，其另一端与固定架11连接，固定卡簧20能够跟随第三齿轮转动。
38.固定轴13、旋转轴15、传动齿轮17和固定卡簧20均为镀金无氧铜，具有良好的导热性。
39.固定卡簧20始终保持有弹力，左端直接固定在所述固定架11上，右端连接传动齿轮17，并可随传动齿轮17转动。
40.第二旋转单元包括旋转位移台14，旋转位移台14设置在旋转轴15上，更优选地，旋转位移台14通过固定框架固定在旋转轴15上，旋转位移台14与旋转轴15垂直设置，样品座16设置在旋转位移台14上。
41.旋转位移台14自身采用压电陶瓷方式驱动，带动其顶部的样品座16自转，转动方向始终与旋转轴15垂直。其旋转范围为-5
°
到95
°
，分辨率可达0.001
°
/步。
42.旋转位移台14的固定框架上还设置有加热器18以及温度计19。
43.连杆的顶部设置有马达驱动电机1、刻度盘2、仪表群3以及密封法兰6。马达驱动电机1的输出端与连杆固定连接，其输出端的下端设置有刻度盘2，刻度盘2套接于连杆上，仪表群3套接于连杆上，其上端与刻度盘2相连，下端与密封法兰6固定。密封法兰6通过“o”型圈与试验设备的样品管管口端通过卡箍固定密封，“o”型圈上涂有低温脂。
44.马达驱动电机1与外部直流电源连接，并采用程控编码驱动。马达驱动电机1的旋转范围为-10
°
到370
°
，分辨率0.03
°
/步，可根据实验需要设定样品沿横向方向转动的角度。
45.连杆上还套接有套管7，套管7设置在密封法兰6以及样品托10之间，套管7上设置有防热辐射挡板8以及定位器9。
46.套管7为中空结构，采用不锈钢材质，内部设有实心不锈钢连杆，上端连接马达驱动电机1，下端连接驱动齿轮12，将马达驱动电机1的驱动力传递到齿轮上。
47.防热辐射挡板8为圆形高抛光不锈钢材质，等间距的安装在套管7上，可以有效隔绝样品管上部的热辐射，降低对底部样品温度的影响。
48.定位器9安装于套管7底部，其材质为不锈钢，形状可为圆形或十字形，与实验设备的样品管管壁接触。由于套管7尺寸一般较长，为防止尾部产生形变，会在下部安装定位器9以保证样品托10处的样品位于样品管中心，方便样品定位。
49.仪表群3上设置有电学接头4以及备用盲板口5，备用盲板口5可以更换为电学接头4。电学接头4与样品托10上的旋转位移台14、样品座16、加热器18以及温度计19通过电学引线相连。加热器18和温度计19还和外部温控仪通过电学引线连接，对样品进行精准的变温和控温，温度稳定性好于
±
50mk。
50.本实用新型采用多组齿轮与旋转位移台14相结合的方式，实现待测样品在低温、强磁场环境下进行可变温、控温的高精度两轴旋转，横向方向采用电控齿轮转动，纵向方向依靠旋转位移台14进行转动，有效解决了低温强磁场环境中样品单一维度转动的问题。此外，弹力式固定卡簧20设计，使固定卡簧20与传动齿轮17之间始终有力的存在，解决了因齿轮间隙的存在导致电控齿轮改变转动方向后产生回程差的问题。
51.双轴旋转低温样品杆工作时，首先将待测样品固定在旋转位移台14上，初步调试样品可沿横向、纵向方向转动。其次将整个低温样品杆放入实验设备的样品管内，通过密封法兰6与样品管固定、密封。实验设备对样品管内进行抽真空、降温，达到样品测试环境要求后，根据实验要求进行样品位置的改变，即开始进行二维旋转，具体为，通过程控界面改变马达驱动电机1的转动，同时可通过刻度盘2进行观察，从而改变样品沿横向方向转动的位置；通过旋转位移台14的控制端口改变样品沿纵向方向转动的位置，以此实现样品在测试过程中进行二维旋转。
52.本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，
53.本实用新型采用多组齿轮与旋转位移台相结合的方式，实现低维磁性材料在1.6k～400k之间、强磁场环境下进行可变温、控温的高精度两轴旋转，即样品的转轴方向为横向和纵向方向。其中，横向方向依靠马达驱动电机，旋转范围为-10
°
到370
°
，分辨率0.03
°
/步，转动回差《1
°
；纵向方向依靠旋转位移台，旋转范围为-5
°
到95
°
，分辨率0.01
°
/步。始终保持弹力的固定卡簧设计，有效解决了电控齿轮反向转动时产生的转动回差。
54.在本实用新型的描述中，需要理解的是术语“横向”、“纵向”等指示方向的术语为基于附图所示的方向，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
55.本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的实用新型精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。