[发明专利]一种磁屏蔽系统以及提高原子频标磁屏蔽性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种屏蔽系统，具体涉及一种磁屏蔽系统，还涉及一种提高原子频标磁屏蔽性能的方法。

背景技术

目前，国内的磁屏蔽材料可以分为许多牌号。在原子频标领域，用于屏蔽外磁场所采用的磁屏蔽层的材料是高初始磁导率坡莫合金，牌号是1J79与1J85。

根据各类原子频标的结构尺寸的不同，磁屏蔽系统的具体尺寸也会不同。原子频标所采用的磁屏蔽系统大多是由多层闭合的圆筒形磁屏蔽层嵌套形成，从而起到对外界磁场的屏蔽作用，由于该在各屏蔽层的两极端面上的开口面积较小，所以基本认为每层磁屏蔽还是闭合的。图1A中的20示出了这类结构。个别较考究的设计中可能还会采用圆筒的上下两级端面为凸锥面的结构，如图1B中的30所示。具体结构参数根据实际情况会有所不同。现有的原子频标采用的磁屏蔽系统的层数一般为4层。根据加工工艺、系统本身抗震性、重量和性能等综合考虑各屏蔽层的厚度的要求：由内到外依次为：0.6mm、0.6mm、0.6mm、1mm。由于加工工艺的偏差，各层的厚度允许有±0.1mm的偏差。

目前采用的工艺方法是用牌号为1J85（部分采用1J79）的磁屏蔽材料按结构尺寸要求加工成型。利用氢保护高温炉进行磁屏蔽的热处理，冷却后取出，并在原子频标上集成，最终采用相应的方法进行退磁。各热处理厂家的处理工艺基本相同，高温峰值在1100-1150℃。

严格意义上磁屏蔽系数定义为磁屏蔽系统外界磁场与内部空间磁场的比值，磁屏蔽系数越大，磁屏蔽效果则越好；系数越小，则屏蔽效果越差。Gn＝H_内H_外

即：

其中：Gn代表n层磁屏蔽系统的磁屏蔽系数；

H_外代表n层磁屏蔽系统外部空间附近的磁场强度（Gs）；

H_内代表n层磁屏蔽系统内部空间的磁场强度（Gs）；

由原子频标原理可知，在工作的过程中，其对客户给出的频率输出稳定度是会受到环境磁场的影响的。通常可以用磁敏感系数δv/v来说明环境磁场的影响程度，δv/v——指的是因为外界环境磁场的变化而引起的原子频标的输出频率的相对变化。相应根据公式G_N=H_外/H_内，可知因环境磁场相应变化引起的磁屏蔽系统内的磁场变化ΔH，原子钟的磁敏感系数δv/v=3.9×10^-6H²(ΔH/H)。

然而，现有技术中的磁屏蔽系统并不能满足上海天文台被动型氢原子频标的体积和重量限制这一要求，而且现有的磁屏蔽系统的热处理工艺也不能满足性能上的需求，同时氢原子频标对空间环境磁场强度要求较为苛刻，因此，有必要研究出一种能够解决这些问题的磁屏蔽系统，以及提高原子频标磁屏蔽性能的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题就是提供一种磁屏蔽系统以及提高原子频标磁屏蔽性能的方法，解决现有技术中的磁屏蔽系统体积大、重量重的问题，同时保证良好的磁屏蔽性能，并且降低氢原子频标对空间环境磁场要求的苛刻程度。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种磁屏蔽系统，包括：原子储存泡；容置所述原子储存泡的由微波腔上盖、微波腔筒和微波腔下盖首尾相连围成的微波腔；围绕所述微波腔的外壁设置的工作磁场线圈；该磁屏蔽系统还包括：由内向外以嵌套式结构彼此间隔开设置的经过真空高温热处理的第一磁屏蔽层、第二磁屏蔽层和第三磁屏蔽层；其中，所述第一磁屏蔽层位于所述工作磁场线圈和所述第二磁屏蔽层之间。

该磁屏蔽系统还包括设置在所述第二磁屏蔽层和第三磁屏蔽层之间的真空钟罩，以及设置在所述钟罩的底板下方的真空泵，所述微波腔通过连接支撑件固定在所述真空钟罩的钟罩的底板上。

所述第一磁屏蔽层的圆柱形侧面的壁厚为1mm，所述第二磁屏蔽层和第三磁屏蔽层的圆柱形侧面的壁厚分别为0.6mm。

各所述磁屏蔽层的顶部与底部端面分别呈平面或凸锥面。

各所述磁屏蔽层的顶部与底部端面的壁厚分别各加厚一倍。

本发明还提供一种提高原子频标磁屏蔽性能的方法，包括：提供原子储存泡；将所述原子储存泡容置于微波腔中，该微波腔包括微波腔上盖、微波腔筒和微波腔下盖；围绕所述微波腔的外壁设置工作磁场线圈；该方法进一步包括：由内向外以嵌套式结构彼此间隔开地设置经过真空高温热处理的第一磁屏蔽层、第二磁屏蔽层和第三磁屏蔽层；其中，所述第一磁屏蔽层位于所述工作磁场线圈和所述第二磁屏蔽层之间。