一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，该装置加热体、加热丝、绝热骨架和磁补偿线圈；加热体使用无磁高导热材料，并采用中空结构，将原子气室放入加热体内部均匀加热；加热体外侧四个面上开有加热槽，镍铬合金无磁加热丝可以正反向放入加热槽内，在加热槽的约束下构成了空间对称无磁加热结构；加热体和加热丝装配固定后，固定在聚四氟乙烯的绝热骨架内，该绝热骨架上开有三组绕线槽绕制漆包线，构成三组正交的亥姆赫兹磁补偿线圈，用于补偿剩余磁场；本发明与现有技术相比结构紧凑，易于装配，易实现工程化，加热均匀性好，加热效率高，加热磁场抵消能力强。
【专利说明】一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核磁共振陀螺仪的加热【技术领域】，特别涉及一种用于核磁共振陀螺仪 的无磁加热装置，该装置主要用于战略、战术武器装备、微小型空间飞行器等领域。
【背景技术】
[0002] 微型核磁共振陀螺具有小体积、低功耗、高性能、大动态范围等特性，已成为新型 惯性器件的研宄重点和热点。核磁共振陀螺的性能受原子核自旋宏观磁矩的影响，且直接 与碱金属原子密度相关。为提高陀螺信噪比，需要将原子气室加热到100°c以上，从而获得 高密度碱金属蒸汽，并通过优化加热结构抑制加热磁场给陀螺带来的负面影响。
[0003] 热风加热是较好的无磁加热手段，但存在体积大、功耗高等无法克服的缺点，无法 用于微型核磁共振陀螺。美国加州大学欧文分校A. Shkel课题组利用铜棒底部加热原子气 室，加热温度达到130°C，但直导线引入的非均匀磁场使惰性气体宏观磁矩的横向弛豫时间 减小，热均匀性差导致陀螺性变差。美国诺?格公司等人采用双向电流方式在底部加热玻 璃气室，获得了高密度碱金属原子蒸汽，但仍存在气室横向磁场梯度过大的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于核磁共振陀螺仪的 无磁加热装置，该装置采用高阶空间对称结构绕制加热线圈，并结合亥姆赫兹补偿线圈实 现原子气室的无磁加热，该无磁加热装置通过优化加热结构实现原子气室的无磁加热，使 得结构更紧凑，更易于装配，加热均匀性更好，加热磁场抵消能力更强。
[0005] 本发明的上述目的通过下述技术方案予以实现：
[0006] 一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，包括加热体1、加热丝2、绝热骨架3和 磁补偿线圈4,其中；
[0007] 加热体1为中心开设有中空腔体的立方体，并且所述立方体的一侧开设有方孔 101，待加热原子气室5通过所述方孔101放入加热体1的中空腔体内；所述加热体1的一 组或两组彼此对称的外表面上开设有连续分布的加热槽102,加热丝2固定放置在所述加 热槽102内；在所述加热体1的外表面上选取两组平行且对称平面，并在所述每组平行对称 的平面之间开设一个透光孔103,且所述两个透光孔形成的光路彼此垂直相交，且交点与待 加热原子气室的中心重合；
[0008] 绝热骨架3包括绝热骨架壳体301、绝热骨架上盖302和气室压盖303,其中，加热 体1上固定放置加热丝2后放入绝热骨架壳体301内，并使用绝热骨架上盖302固定，绝热 骨架壳体301的一侧开有骨架方孔304,待加热原子气室5依次通过所述骨架方孔304和方 孔101放入在加热体1的中空腔体中心处；所述气室压盖303将待加热原子气室5固定在 加热体1内；
[0009] 绝热骨架3的外表面上开设有绕线槽305,磁补偿线圈4绕制在所述绕线槽305 内，可用于补偿剩余磁场。
[0010] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述加热丝2经过绝缘处理且首尾 两端并放在一起后，在所述加热槽102内进行走线，即并放在一起的加热丝内的加热电流 方向相反。
[0011] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述加热体1采用无磁高导热率材 料。
[0012] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的无磁高导热率材料选取为紫 铜。
[0013] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的加热体（1)外表面上开设的 加热槽（102)为交替分布的凹凸结构，其中，在所述凹凸结构中，连接一起的凹进部分和凸 起部分的深度相等，且加热丝（2)在所述加热槽（102)的交替分布的凹凸结构约束下走线。 这种走线方式可以起到消磁效果，从而有助于实现无磁加热效果。
[0014] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的加热丝2采用无磁材料。
[0015] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述无磁材料选取为镍铬合金。
[0016] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的绝热骨架3采用聚四氟乙烯 绝热材料。
[0017] 上述的用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，所述的磁补偿线圈4为三组正交的 亥姆赫兹线圈。
[0018] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0019] (1)、本发明中加热体采用紫铜高导热率材料，并采用中空式加热结构，因此采用 本发明装置可以实现热原子气室的5个面同时加热，使气室加热效率更高，加热更均匀；
[0020] (2)、本发明中首尾并放在加热槽中的加热丝内的电流方向相反，即可以提高提高 加热效率，而且双向电流可抵消大部分的加热磁场，此外加热槽采用凹凸交替分布的结构 可以进一步地抵消双向电流的剩余磁场，从而有助于实现无磁加热；
[0021] (3)、本发明的绝热骨架采用聚四氟乙烯材料，其绝热性能好，可有效降低保温过 程的功耗；
[0022] (4)、本发明采用三组亥姆赫兹磁补偿线圈绕制在绝热骨架上，可以提供均匀的补 偿磁场，从而提高陀螺仪的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明的无磁加热装置的爆炸图；
[0024] 图2为本发明的无磁加热装置中加热体的结构示意图；
[0025] 图3为本发明的无磁加热装置中绝热骨架的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0027] 如图1所示的无磁加热装置的爆炸图，本发明提供的用于核磁共振陀螺仪的无磁 加热装置包括加热体1、加热丝2、绝热骨架3和磁补偿线圈4。
[0028] 其中，如图2所示的加热体的结构示意图，加热体1为中心开设有中空腔体的立方 体，并且所述立方体的一侧开设有方孔101，待加热原子气室5通过所述方孔101放入加热 体1的中空腔体内，加热时可以实现对原子气室5的5个面同时加热，使的气室加热效率更 高。并且加热体1采用紫铜材料，根据材料热阻A的计算公式可知，本发明中由于加热体 采用了导热率高的材料，产生的热阻小，因此温度分布梯度小，热均匀性好。其中，材料热阻 的计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：包括加热体（1)、加热丝 (2)、绝热骨架（3)和磁补偿线圈（4)，其中； 加热体（1)为中心开设有中空腔体的立方体，并且所述立方体的一侧开设有方孔 (101)，待加热原子气室（5)通过所述方孔（101)放入加热体（1)的中空腔体内；所述加热 体（1)的一组或两组彼此对称的外表面上开设有连续分布的加热槽（102)，加热丝（2)固定 放置在所述加热槽（102)内；在所述加热体（1)的外表面上选取两组平行且对称的平面，并 在所述每组平行对称平面之间开设一个透光孔（103)，且所述两个透光孔形成的光路彼此 垂直相交，且交点与待加热原子气室的中心重合； 绝热骨架（3)包括绝热骨架壳体（301)、绝热骨架上盖（302)和气室压盖（303)，其 中，加热体（1)上固定放置加热丝（2)后放入绝热骨架壳体（301)内，并使用绝热骨架上盖 (302) 固定，绝热骨架壳体（301)的一侧开有骨架方孔（304)，待加热原子气室（5)依次通 过所述骨架方孔（304)和方孔（101)放入在加热体（1)的中空腔体中心处；所述气室压盖 (303) 将待加热原子气室（5)固定在加热体（1)内； 绝热骨架（3)的外表面上开设有绕线槽（305)，磁补偿线圈（4)绕制在所述绕线槽 (305)内。
2. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述加热丝（2)经过绝缘处理且首尾两端并放在一起后，在所述加热槽（102)内进行走线，即 并放在一起的加热丝内的加热电流方向相反。
3. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述加热体（1)采用无磁高导热率材料。
4. 根据权利要求4所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述的无磁高导热率材料选取为紫铜。
5. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述的加热体（1)外表面上开设的加热槽（102)为交替分布的凹凸结构，其中，在所述凹凸结 构中，连接一起的凹进部分和凸起部分的深度相等，且加热丝（2)在所述加热槽（102)的交 替分布的凹凸结构约束下走线。
6. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述的加热丝（2)采用无磁材料。
7. 根据权利要求6所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述无磁材料选取为镍络合金。
8. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述的绝热骨架（3)采用聚四氟乙烯绝热材料。
9. 根据权利要求1所述的一种用于核磁共振陀螺仪的无磁加热装置，其特征在于：所 述的磁补偿线圈（4)为三组正交的亥姆赫兹线圈。
【文档编号】H01H3/18GK104505273SQ201410783778
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】王巍, 王学锋, 何哲玺, 刘院省 申请人:北京航天控制仪器研究所