低温热声振荡抑制装置及低温恒温器

本发明涉及热声振荡抑制，具体涉及一种低温热声振荡抑制装置及低温恒温器。

背景技术：

1、低温恒温装置是开展低温相关研究的核心基础设备，用来为前沿科学、空间探测、量子科技、大科学装置等领域提供高稳定的低温环境，对科学发现、新原理探索等具有重要支撑作用。

2、对于一端开口一端封闭的气体管路，如果存在温差，高温端管内的气体受热后膨胀致使气流开始运动，在气流运动过程中，靠近管壁的气团一直与管壁接触换热。因为气流的急速运动和传热边界层的粘滞效应，气团与管壁不完全换热，导致管路中存在径向的温度梯度，压力波和温度波之间存在相位差，从而激发了气体的热声振荡。

3、从热力学角度而言，热声振荡是由于介质中存在温度梯度而产生的。当介质的一部分受热升温，而另一部分冷却降温时，就会形成温度梯度。这种温度梯度会导致介质中的分子或原子发生热运动，从而产生热声振荡。

4、热声振荡会造成大量漏热，严重影响低温恒温器运行，因此需要抑制系统中的热声振荡。如何能够有效抑制系统中的热声振荡是本领域技术人员所需解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种低温热声振荡抑制装置及低温恒温器，其能够有效抑制低温恒温器系统中的热声振荡。

2、本发明的第一方面提供一种低温热声振荡抑制装置，用于抑制低温恒温器的试样腔内的热声振荡，包括：

3、微波信号监测装置，包括谐振器和信号分析模块，其中，所述信号分析模块适于向所述谐振器的谐振腔内输入微波信号，所述谐振器的谐振腔与所述试样腔相连通，所述谐振器适于使所述微波信号产生谐振，所述信号分析模块还适于接收所述微波信号，并基于所述微波信号分析确定所述试样腔内的热声振荡信息；

4、控制旁路，包括气库和调节阀，所述气库与所述试样腔的供气干路相连，所述调节阀适于调节所述气库与所述供气干路之间的气体流量，所述气库的容积可调；

5、控制模块，适于根据所述试样腔内的热声振荡信息，调节所述气库的容积以及所述调节阀的开度。

6、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述气库包括波纹管和驱动装置；

7、其中，所述波纹管与所述供气干路相连；

8、所述驱动装置与所述波纹管传动连接，适于驱动所述波纹管伸缩，所述控制模块与所述驱动装置通信连接。

9、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述气库包括位移计，所述位移计适于感应所述波纹管的伸缩距离，所述位移计与所述控制模块通信连接。

10、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述驱动装置包括电机和丝杠螺母装置，所述电机与所述丝杠螺母装置的丝杠传动连接，所述丝杠螺母装置的螺母与所述波纹管固定连接。

11、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述波纹管的端部设置有端盖，所述丝杠螺母装置为多个，并且沿所述波纹管的周向均匀分布，所述丝杠螺母装置的螺母设置在所述端盖上。

12、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述波纹管包括至少两个，且至少两个所述波纹管相并联或相串联设置。

13、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，微波信号监测装置还包括微波信号发射天线和微波信号接收天线，所述微波信号发射天线和微波信号接收天线均设置在所述谐振器上，且二者均与所述信号分析模块通信连接。

14、根据本发明提供的低温热声振荡抑制装置，所述微波信号监测装置还包括时间标准仪，所述时间标准仪与所述信号分析模块通信连接。

15、本发明的第二方面提供一种低温恒温器，包括：

16、试样腔；

17、供气装置，所述供气装置与所述试样腔通过供气干路相连；

18、低温热声振荡抑制装置，设置为如上任一项所述的低温热声振荡抑制装置。

19、根据本发明提供的低温恒温器，所述供气干路上设置有压力控制器，适于控制供气压力。

20、本发明提供的技术方案中，低温热声振荡抑制装置，用于抑制低温恒温器的试样腔内的热声振荡，包括微波信号监测装置、控制旁路和控制模块，其中，微波信号监测装置包括谐振器和信号分析模块，信号分析模块适于向所述谐振器的谐振腔内输入微波信号，谐振器的谐振腔与试样腔相连通，谐振器适于使微波信号产生谐振，信号分析模块还适于接收微波信号，并基于微波信号分析确定试样腔内的热声振荡信息。具体地，微波信号监测装置，可通过如下过程探测热声振荡信息。

21、根据预设扫频频率带信息，信号分析模块向谐振器的谐振腔逐点发射第一微波信号；

22、信号分析模块根据接收到的第一微波信号，确定第一散射参数s21；

23、根据第一散射参数s21，确定微波谐振频率信息，进而确定单一扫频频率信息；

24、根据单一扫频频率信息，信号分析模块向谐振器的谐振腔重复发射第二微波信号；

25、信号分析模块基于接收到的第二微波信号，确定第二散射参数s21；

26、根据第二散射参数s21进行傅里叶分析，获取热声振荡信息。

27、控制旁路包括气库和调节阀，气库与所述试样腔的供气干路相连，调节阀适于调节气库与所述供气干路之间的气体流量，气库的容积可调。控制模块适于根据试样腔内的热声振荡信息，调节气库的容积以及调节阀的开度。如此设置，本发明提供的技术方案，使用微波测频技术对系统内的热声振荡进行实时监测。控制模块可根据热声振荡信息的分析结果控制气库的容积，由于气库与试样腔连通，调节气库的容积可对热声振荡进行粗调，通过控制调节阀的开度可以对热声振荡进行精调，进而通过粗调和精调能够有效抑制热声振荡，避免低温恒温器的漏热问题。

技术特征：

1.一种低温热声振荡抑制装置，其特征在于，用于抑制低温恒温器的试样腔(7)内的热声振荡，包括：

2.根据权利要求1所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述气库(14)包括波纹管和驱动装置；

3.根据权利要求2所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述气库(14)包括位移计(15)，所述位移计(15)适于感应所述波纹管的伸缩距离，所述位移计(15)与所述控制模块通信连接。

4.根据权利要求2所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述驱动装置包括电机和丝杠螺母装置，所述电机与所述丝杠螺母装置的丝杠(22)传动连接，所述丝杠螺母装置的螺母(23)与所述波纹管固定连接。

5.根据权利要求4所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述波纹管的端部设置有端盖，所述丝杠螺母装置为多个，并且沿所述波纹管的周向均匀分布，所述丝杠螺母装置的螺母(23)设置在所述端盖上。

6.根据权利要求2所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述波纹管包括至少两个，且至少两个所述波纹管相并联或相串联设置。

7.根据权利要求1所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，微波信号监测装置还包括微波信号发射天线(4)和微波信号接收天线(6)，所述微波信号发射天线(4)和微波信号接收天线(6)均设置在所述谐振器(5)上，且二者均与所述信号分析模块(2)通信连接。

8.根据权利要求1所述的低温热声振荡抑制装置，其特征在于，所述微波信号监测装置还包括时间标准仪(1)，所述时间标准仪(1)与所述信号分析模块(2)通信连接。

9.一种低温恒温器，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的低温恒温器，其特征在于，所述供气干路上设置有压力控制器(12)，适于控制供气压力。

技术总结
本发明涉及热声振荡抑制技术领域，具体涉及一种低温热声振荡抑制装置及低温恒温器。本发明提供的低温热声振荡抑制装置，用于抑制低温恒温器的试样腔内的热声振荡，包括：微波信号监测装置，包括谐振器和信号分析模块，其中，信号分析模块适于发射和接收微波信号，并基于微波信号分析试样腔内的热声振荡信息；控制旁路，包括气库和调节阀，气库与试样腔的供气干路相连，调节阀适于调节气库与供气干路之间的气体流量，气库的容积可调；控制模块，适于根据试样腔内的热声振荡信息，调节气库的容积以及调节阀的开度。本发明提供的低温热声振荡抑制装置及低温恒温器，其能够有效抑制低温恒温器系统中的热声振荡。

技术研发人员：高波,张海洋,李国欣,张震
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24