專利名稱：高頻無磁液氮杜瓦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可保持低溫的無磁液氮杜瓦。特別是一種與高Tc SQUID測量元件相配套的高頻無磁液氮杜瓦。屬于低溫工程、超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)是一種能測量出微弱磁通變化的高靈敏儀表。這種儀表必須置于低溫和無磁環(huán)境中，低溫可以保證超導(dǎo)器件處于超導(dǎo)狀態(tài)，無磁則可以保證測量出微弱的磁通變化信號(hào)。SQUID可以分為液氦溫區(qū)SQUID(低Tc SQUID)和液氮溫區(qū)SQUID(高Tc SQUID)。液氦溫區(qū)SQUID靈敏度較高，但由于昂貴的液氦運(yùn)行費(fèi)用，使該技術(shù)的應(yīng)用范圍受到很大限制。而二十世紀(jì)八十年代后開發(fā)的液氮溫區(qū)SQUID則在地球物理、生物磁學(xué)和磁異常探測等領(lǐng)域顯示了強(qiáng)大的生命力，并得到迅速發(fā)展。隨著液氮溫區(qū)SQUID(高Tc SQUID)器件研究的深入，對與之配套的無磁液氮杜瓦的需求也日趨迫切。
在已有技術(shù)中，發(fā)表于《低溫工程》1996年第五期的“異形液氮無磁杜瓦的研制”一文，采用自行配制的低溫玻璃鋼材料，通過蠟?zāi)Ｒ淮纬尚头ㄖ谱鲀?nèi)膽和外殼，使液氮杜瓦封頭的力學(xué)性能較好、重量較輕。但迄今研制的無磁杜瓦只能測量頻寬為0-3KHz的電磁場，同時(shí)，絕熱層中吸氣劑配方單一，厚度為0.015mm的鋁箔及傳統(tǒng)纏繞方法無法減少渦流的產(chǎn)生，導(dǎo)致測量靈敏度較差。隨著高TcSQUID技術(shù)的不斷發(fā)展和對探測水平要求的不斷提高，這樣的無磁杜瓦不能滿足高頻電磁場和高靈敏度測量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足和缺陷，開發(fā)一種能滿足地球物理、生物磁學(xué)和磁異常探測要求的高頻無磁液氮杜瓦，本發(fā)明利用電磁屏蔽理論，從杜瓦的內(nèi)膽、外殼、內(nèi)膽上下蓋板、外殼上下蓋板及頸管材料，吸氣劑配方和特種多層絕熱體三個(gè)方面著手，研制出氣密性好、真空度高、渦流少，可以測量高頻電磁場并具有較高靈敏度的高頻無磁液氮杜瓦，以滿足高Tc SQUID在高頻、高靈敏度電磁測量中的應(yīng)用。
本高頻無磁液氮杜瓦由內(nèi)膽、外殼、內(nèi)膽上下蓋板、外殼上下蓋板、頸管、吸氣劑和特種多層絕熱體組成。所有組件均采用磁化率低于10-5Gs/Oe的無磁性材料—無磁玻璃鋼。該無磁玻璃鋼是將無磁玻璃纖維通過特種環(huán)氧粘接劑、聚氨酯固化劑及其他助劑粘合固化而成。首先按設(shè)計(jì)要求將無磁玻璃鋼車制成內(nèi)膽、外殼、內(nèi)膽上下蓋板、外殼上下蓋板和頸管，然后經(jīng)真空放氣預(yù)處理后，通過螺紋和低溫粘合劑配合總成。其特點(diǎn)為耐低溫氣密性好，飽和蒸汽壓低，故在低溫下氣密性好，并能保持高真空。待內(nèi)膽、內(nèi)膽上下蓋板和頸管裝配完成并檢漏合格后，再在內(nèi)膽外側(cè)纏繞多層絕熱體。而在纏繞多層絕熱體前，在內(nèi)膽上、下蓋板上安置5A分子篩和13X分子篩配成的吸氣劑，其配比為1∶2。其作用是吸附材料的漏放氣，維持高真空。為了降低多層絕熱體鋁箔的屏蔽作用，應(yīng)減少渦流引起的損耗。根據(jù)電磁屏蔽理論，電磁波的衰減量主要取決于金屬材料的導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率、電磁波的頻率以及金屬板的厚度。其中，電磁波的頻率越高，通過金屬板的衰減就越厲害。材料的導(dǎo)電率和磁導(dǎo)率越小，金屬層的厚度越薄，電磁波的衰減則越小。為此，在本無磁杜瓦的設(shè)計(jì)中，除了采用磁導(dǎo)率很小的無磁玻璃鋼作為殼體材料，還精心采取了多種措施，在不降低杜瓦絕熱性能的條件下，盡可能的減少多層絕熱體中產(chǎn)生的渦流。主要的措施有一，多層絕熱體材料選用極薄的單面噴鋁滌綸薄膜。薄膜厚度約為400～500(400*10-9m～500*10-9m)，為普通薄膜的2.35％，金屬層的厚度大大降低，大幅提高了通過杜瓦的電磁波最高頻率；二，使纏繞鋁箔的寬度盡可能小。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鋁箔表面所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢與鋁箔的寬度成正比。在其它條件相同的情況下，通過減少鋁箔的寬度，可以減少渦流產(chǎn)生的熱量，減少渦流引起的能量損耗，從而提高杜瓦對電磁波的通過能力，提高電磁波的最大通過頻率。因此，本發(fā)明將5層疊起的噴鋁薄膜剪成1cm見方，用尼龍細(xì)線連接成片，再纏繞在內(nèi)膽外壁上，以提高杜瓦對電磁波的通過能力；三，噴鋁薄膜的纏繞方式為對稱布置，相互交叉纏繞。根據(jù)電磁屏蔽理論，如果在垂直于電流方向上開縫，可以減小電流所產(chǎn)生的磁場，減少鋁箔對電磁波的屏蔽作用，提高通過的電磁波頻率。但是在實(shí)際情況中，電磁波所產(chǎn)生的方向并非完全固定的，有一定的隨機(jī)性。為了保證無磁杜瓦對各個(gè)方向上的電磁波均有較好的通過性能，采用了對稱纏繞的方式，可以保證對任意方向的電磁波均有鋁箔之間的縫隙與電流方向垂直，因而對電磁波有比較理想的通過能力。本發(fā)明采用的交叉對稱纏繞方式為將噴鋁薄膜疊5層后剪成1cm見方，用尼龍細(xì)線連接，附在杜瓦內(nèi)膽外壁，再疊5層，按同樣方法纏繞。每5層對稱交叉纏繞，到所需要的厚度為止。通過多層絕熱體以上三種措施可以減少絕熱體內(nèi)產(chǎn)生的渦流，大幅降低絕熱體對電磁波的屏蔽作用，從而使本無磁杜瓦可以通過更高頻率的電磁波。在完成多層絕熱體纏繞后，再裝上外殼，并安上抽氣咀(非金屬材料制或純鋁制)。采用氣體加熱置換方法抽空，達(dá)到所需真空度后封閉即可。
本發(fā)明通過對液氮杜瓦內(nèi)膽、內(nèi)膽上、下蓋板、外殼、外殼上、下蓋板及頸管材料的選擇；吸氣劑配方的制定和特種多層絕熱體的設(shè)計(jì)三個(gè)方面著手，研制出了氣密性好、真空度高、渦流損耗少，可以測量高頻電磁場并具有較高靈敏度的高頻無磁液氮杜瓦。實(shí)測表明，本高頻無磁杜瓦已可測量頻帶寬為0-200KHz的高頻電磁波，測量靈敏度為1.68db。可以滿足高Tc SQUID在高頻、高靈敏度電磁測量中的要求，將在地球物理、生物磁學(xué)和磁異常探測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。


及
具體實(shí)施例方式圖1為高頻無磁液氮杜瓦的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為多層絕熱體對稱交叉纏繞方法示意圖。
如圖1所示，該發(fā)明的具體實(shí)施是該高頻無磁液氮杜瓦包括抽氣咀1；頸管2；內(nèi)膽上蓋板3；外殼上蓋板4；外殼5；吸氣劑6；內(nèi)膽7；多層絕熱體8；內(nèi)膽下蓋板9；外殼下蓋板10等組成。
內(nèi)膽7、外殼5、內(nèi)膽上下蓋板3，9、外殼上下蓋板4，10和頸管2均采用磁化率低于10-5Gs/Oe的無磁玻璃鋼材料。該無磁玻璃鋼是將無磁玻璃纖維通過特種環(huán)氧粘接劑、聚氨酯固化劑及其他助劑粘合固化而成。首先按設(shè)計(jì)要求將該無磁玻璃鋼車制成頸管2、外殼5、內(nèi)膽7和內(nèi)膽上、下蓋板3，9、外殼上、下蓋板4，10，經(jīng)真空放氣預(yù)處理后，通過螺紋和低溫粘合劑配合總成。其特點(diǎn)為耐低溫氣密性好，飽和蒸汽壓低，故在低溫下氣密性好，并能保持高真空。待內(nèi)膽7、內(nèi)膽上、下蓋板3，9和頸管2裝配完成并檢漏合格后，再在內(nèi)膽7及內(nèi)膽上、下蓋板3，9的外側(cè)纏繞多層絕熱體8。而在纏繞多層絕熱體8前，在內(nèi)膽上、下蓋板3、9的外壁上安置5A分子篩和13X分子篩配制的吸氣劑6，其配比為1∶2。其作用是吸附材料的漏放氣，維持高真空。為了降低絕熱層鋁箔的屏蔽作用，減少渦流引起的損耗，多層絕熱體8選用厚度約為400～500(400*10-9m～500*10-9m)的單面噴鋁滌綸薄膜。為使纏繞的寬度盡可能小，將疊為5層的噴鋁薄膜再剪成1cm見方，并用尼龍細(xì)線連接，纏繞在內(nèi)膽7及內(nèi)膽上、下蓋板3，9的外側(cè)，以提高杜瓦對電磁波的通過能力。為了保證無磁杜瓦對各個(gè)方向上的電磁波均有較好的通過性能，采用了對稱交叉纏繞的方式，可以保證對任意方向的電磁波均有鋁箔之間的縫隙與電流方向垂直，因而對電磁波有比較理想的通過能力。如圖2所示，具體對稱交叉纏繞方式為將噴鋁薄膜疊5層后剪成1cm見方，并用尼龍細(xì)線連接，并附在內(nèi)膽外壁，再疊5層，按同樣方法纏繞。每5層對稱交叉纏繞，到所需要的厚度為止。在完成多層纏繞后，再裝上外殼5，并安上抽氣咀1(非金屬材料制或純鋁制)。采用氣體加熱置換方法抽空，達(dá)到所需真空度后封閉即可。
權(quán)利要求
1.一種高頻無磁液氮杜瓦主要包括抽氣咀(1)；頸管(2)；內(nèi)膽上蓋板(3)；外殼上蓋板(4)；外殼(5)；吸氣劑(6)；內(nèi)膽(7)； 多層絕熱體(8)；內(nèi)膽下蓋板(9)；外殼下蓋板(10)等組成，其特征在于內(nèi)膽(7)、外殼(5)、內(nèi)膽上、下蓋板(3，9)，外殼上、下蓋板(4，10)和頸管(2)均采用磁化率低于10-5Gs/Oe的無磁性材料—無磁玻璃鋼，該無磁玻璃鋼為無磁玻璃纖維通過特種環(huán)氧粘接劑、聚氨酯固化劑及其他助劑粘合固化而成，將該無磁玻璃鋼車制成頸管(2)、外殼(5)、內(nèi)膽(7)和內(nèi)膽上、下蓋板(3，9)、外殼上、下蓋板(4)，(10)，經(jīng)真空放氣預(yù)處理后，通過螺紋和低溫粘合劑配合總成。在內(nèi)膽上、下蓋板(3、9)的外壁上安置5A分子篩和13X分子篩配制的吸氣劑(6)，在內(nèi)膽(7)及內(nèi)膽上、下蓋板(3，9)的外側(cè)纏繞多層絕熱體(8)，多層絕熱體(8)選用厚度約為400～500(400*10-9m～500*10-9m)的單面噴鋁滌綸薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻無磁液氮杜瓦，其特征還在于多層絕熱體(8)是將單面噴鋁滌綸薄膜疊5層后剪成1cm見方，并用尼龍細(xì)線連接，纏繞在內(nèi)膽(7)及內(nèi)膽上、下蓋板(3，9)的外側(cè)，再疊(5)層用同樣方法纏繞每五層對稱交叉纏繞到所需厚度為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻無磁液氮杜瓦，其特征還在于吸氣劑(6)采用的5A分子篩和13X分子篩的配方比為1∶2。
全文摘要
高頻無磁液氮杜瓦是與高Tc SQUID測量元件相配套的液氮杜瓦,由內(nèi)膽、外殼、頸管、吸氣劑和特種多層絕熱體組成。所有材料均為磁化率低于10
文檔編號(hào)F17C3/00GK1356491SQ0114571
公開日2002年7月3日 申請日期2001年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月30日
發(fā)明者徐烈, 張潔 申請人:上海交通大學(xué)