[发明专利]氢原子频标退磁装置及退磁方法

说明书

技术领域

本发明涉及退磁设备领域，尤其涉及一种氢原子频标退磁装置及退磁方法。

背景技术

随着国内氢原子钟技术的日益发展，对系统各个部件的性能要求也更加严格。其中氢原子钟磁屏蔽系统是重要的一环，它采用坡莫合金制造，对外界环境磁场的干扰予以衰减或屏蔽，减少外界磁场对原子能级的扰动，使得氢原子钟的物理系统给出相对稳定的跃迁信号。

氢原子频率标准作为满足我国自主导航应用的一项关键技术与设备，其输出频率的稳定性与准确度是用于衡量该产品性能的关键因素。为满足相应的高性能与高可靠性的需求，因而在生产制作过程中对精度、工艺等相关方面的性能要求相比一般产品更高。其中，因原子频标的工作原理，想得到相对理想且稳定原子跃迁频率输出信号，对磁场的幅值与均匀性提出了极高要求，为满足相应要求，我们通常采用高磁导率的磁屏蔽材料用于特殊的结构设计，建立满足氢原子频标性能需求的特殊磁屏蔽系统。实际使用之前还需对其进行一系列的相关工艺处理，以确保其性能达到最佳。其中的一项工艺就包括对磁屏蔽系统整机退磁。

现有对于磁性材料退磁的方法大致可分为四种，即交流电退磁通过法、衰减法、直流电退磁法、加热法。其中交流电退磁通过法适用于对中小型工件的批量退磁，将工件放在装有轨道和拖板的退磁机上，线圈通电时，将工件沿着轨道缓慢的从线圈中通过并远离线圈。对于不能放在退磁机上退磁的大型工件，可将线圈套在工件上，通电时缓慢的将线圈通过并远离工件。衰减法利用了交流电不断换向的特点，通过自动衰减退磁器或调压器逐渐降低电流为零件进行退磁。直流电磁化过的工件用直流电退磁，可采用直流换向衰减或超低频电流自动退磁。而加热退磁法通过加热提高工件温度至居里点以上，是最有效的退磁方法，但这种方法由于条件比较苛刻，不经济且实施中受到诸多限制。

另外，现有的一种采用衰减法与加热法结合的退磁方法：首先将加工好的材料加热到居里点进行第一次退磁，在装配完成后再采用衰减法进行第二次退磁。第二次退磁过程简要原理为在氢原子钟谐振腔6上外加一个工频下的大电流，该电流由一组经过处理的变压器组产生，此时谐振腔6相当于一个导体，在周围产生一个交变的磁场，该磁场作用到磁屏蔽系统，利用变压器的调节功能改变输出电流的幅值，逐渐降低直至为零，退磁结束。该过程中调节变压器采用手动控制，离散性较大，不同人员在实施该项工艺过程时的引入的误差不同，并且退磁曲线单一。因此，如何提供一种自动的、满足氢钟退磁工艺的设备是本领域技术人员需要解决的问题。

目前，市面上的退磁机、消磁器，型号、规格多种多样，退磁的对象、效果有所不同。

请参阅图1，一种现有的退磁装置包括第一变压器1和第二变压器2，其中第一变压器1和第二变压器2串联连接，第一变压器1连接市电，第二变压2器连接外部谐振腔6，该装置通过人工调节旋钮11来调节第一变压器1的输出，从而实现对输出电流幅值的调节，具有离散性较大，不同人员在实施该项工艺过程时的引入的误差不同，并且退磁曲线单一的问题。且现有设备在系统初始化阶段就有电流输出，被动型氢钟薄弱环节将有较大的能量积累，氢钟薄弱环节将受到较大的电流冲击。

而现有的一种退磁方法，将第一变压器1和第二变压器2的输出输入窜连，在第二变压器2上外绕粗铜导线接入谐振腔6的相应连接点，通过手动调节第一变压器1的有效线圈匝数将220v市电转换为相应最大电流100A左右的退磁电流加至谐振腔6，以相对均匀的速率缓慢下降至0A。但这种方法通常会遇到退磁效果不理想的情况，需要反复，甚至提高相应最高电流值，需要改变电流值得下降速度等。因此需要根据实际情况对相应的工艺参数进行调整。而氢原子频标对电流值的控制要求中的最大电流值以及下降速度很苛刻，当电流通过负载时会产生明显的发热，当热量达到某一值时会造成谐振腔6的损坏。另外，原退磁设备最先在主动型氢原子频标上应用，该频标体积大，结构稳定，退磁效果较好。随着原子频标领域的逐渐发展，之后研制出了体积较小的被动型氢原子频标，其尺寸和结构与主动型氢钟相比不尽相同。并且结构较为精细，需要考虑的细节较多，因此被动型氢钟不应该直接沿用主动型氢钟的退磁设备与方法。被动型氢钟采用主动型氢钟的退磁方法会产生明显的发热现象，所以通常适用于主动型氢原子频标的退磁工艺很可能不能在被动型氢原子频标上应用，甚至会对动型氢原子频标造成破坏。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种氢原子频标退磁装置及退磁方法，可实现对变压器进行自动调节，自动完成整个退磁工艺过程，具有输出频率可自动调节、稳定性强、精确度高和对外部连接物理系统电流冲击小的优点。