阅读说明：本技术 一种用于serf原子磁强计的无磁性电烤箱结构 (A nonmagnetic electric oven structure for SERF atomic magnetometer ) 是由 安宁 丁铭 张宁 郭强 李梓文 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构,该电烤箱是构成SERF原子磁强计的重要组成部分,原子磁强计是一种利用原子自旋效应实现精密磁场测量的量子仪器,其中无自旋交换弛豫原子磁强计是灵敏度最高的一种,在SERF原子磁强计中,电烤箱需要将碱金属原子气室加热到一定的温度使其达到SERF状态,电烤箱是SERF原子磁强计内部距离碱金属原子气室最近的部件,它对磁场噪声极其敏感；与此同时,电烤箱还需要有较高的加热功率,较高的温度控制精度,较小的体积,不同的方向上加热功率差别较小以保证碱金属原子气室受热均匀,气室内部碱金属浓度差较小,以保证在SERF原子磁强计具有较高的测量精度,测量稳定性和可靠性。(The invention discloses a nonmagnetic electric oven structure for an SERF atomic magnetometer, which is an important component of the SERF atomic magnetometer, wherein the atomic magnetometer is a quantum instrument for realizing precise magnetic field measurement by utilizing an atomic spin effect, a spin exchange-free relaxation atomic magnetometer is the most sensitive one, in the SERF atomic magnetometer, an alkali metal atom air chamber needs to be heated to a certain temperature by the electric oven so as to reach an SERF state, and the electric oven is a part which is closest to the alkali metal atom air chamber in the SERF atomic magnetometer and is extremely sensitive to magnetic field noise; meanwhile, the electric oven also needs higher heating power, higher temperature control precision and smaller volume, the heating power difference in different directions is smaller to ensure that the alkali metal atom air chamber is heated uniformly, and the alkali metal concentration difference in the air chamber is smaller to ensure that the SERF atom magnetometer has higher measurement precision, measurement stability and reliability.)

一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构

【技术领域】

本发明属于量子精密测量仪器技术领域，具体涉及一种碱金属气室加热的无磁电烤箱。

【背景技术】

随着量子技术的发展，基于量子效应的各种科学仪器正不断地、大幅度突破传统仪器的测量极限。原子磁强计作为一种利用原子自旋效应实现精密磁场测量的量子仪器，相比其它种类的磁强计在性能指标上具有无可比拟的优势，是新一代超高灵敏度磁强计的重要发展方向。其中无自旋交换弛豫原子磁强计是灵敏度最高的一种，使人类的磁场测量灵敏度水平由fT/Hz^1/2级进入亚fT/Hz^1/2级。

无磁性电烤箱是SERF原子磁强计中重要的组成部分，SERF原子磁强计的碱金属气室需要通过电烤箱进行加热，使得其进入SERF状态之后才可以正常工作。电烤箱的结构是否简单可靠，体积是否足够小，电烤箱加热碱金属气室是否均匀都会对SERF原子磁强计的测量精度和测量稳定性产生较大的影响。

本发明公开了一种用于SERF原子磁强计的无磁电烤箱结构。这里“无磁”指的是构成电烤箱的每一个零件均由无磁性材料加工制造而成的。

无磁电烤箱零件使用的材料主要有氮化硼陶瓷和聚醚醚酮Peek，它们均没有磁性。其中聚醚醚酮Peek的机械加工性能较好，导热率较低，可以在机床上加工出复杂的机械结构并有较高的尺寸精度。与聚醚醚酮Peek相反，氮化硼陶瓷的机械加工性能较差，较难加工出复杂的机械结构，在机床上加工时容易出现裂纹进而导致零件报废，尤其是螺纹结构，公称尺寸较小的氮化硼螺纹孔极难加工，螺纹极容易磨损，连接的可靠性很差。

因此设计一款体积小，结构简单，零部件之间连接可靠的无磁电烤箱结构对提高SERF原子磁强计的测量精度，测量稳定性和可靠性具有重要的实际意义。

【

发明内容

】

本发明的目的在于提供一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构，包括氮化硼烤箱组件、烤箱支承组件和氮化硼烤箱连接固定件，所述氮化硼烤箱组件与烤箱支承组件之间通过氮化硼烤箱连接固定件相连接，所述氮化硼烤箱组件包括烤箱箱体、双层对绕电阻丝加热膜、碱金属气室和碱金属气室支撑螺柱，所述烤箱箱体的内部设有碱金属气室，所述碱金属气室与碱金属气室支撑螺柱相连接，所述烤箱箱体的外侧表面上设有双层对绕电阻丝加热膜。

作为优选，所述烤箱箱体由1个上烤箱盖板、1个下烤箱盖板和2个侧烤箱盖板组成，所述侧烤箱盖板的外形呈“L”型结构，所述2个侧烤箱盖板首尾连接拼接成同心方管结构，所述2个侧烤箱盖板的上下两侧分别设有上烤箱盖板和下烤箱盖板。

作为优选，所述氮化硼烤箱连接固定件包括螺柱和螺母，所述烤箱支撑座靠近氮化硼烤箱组件的一侧上设有四个支承台，所述支承台的端面上加工有螺纹孔，所述上烤箱盖板与下烤箱盖板的四个角上设有4个通孔，所述每个侧烤箱盖板的侧面设有2个通孔，所述螺柱的一端穿过依次穿过上烤箱盖板、侧烤箱盖板和下烤箱盖板上的通孔与螺纹孔相连接，所述螺柱的另一端采用螺母紧固。

作为优选，所述上烤箱盖板、下烤箱盖板和侧烤箱盖板采用厚度相同的陶瓷板。

作为优选，所述双层对绕电阻丝加热膜的数量为6片，所述上烤箱盖板、下烤箱盖板的外侧表面上各粘贴有1片，所述侧烤箱盖板上粘贴有2片，分别位于侧烤箱盖板的“L”型结构的两个外侧表面上，所述上烤箱盖板、下烤箱盖板和侧烤箱盖板上设有一个用于容纳双层对绕电阻丝加热膜的输出导线接头的缺口。

作为优选，所述支承座与氮化硼烤箱组件之间设有绝热垫片，所述绝热垫片的中心处加工有便于螺柱穿过的通孔。

作为优选，所述氮化硼烤箱组件与烤箱支承组件之间呈上下分布或左右分布。

作为优选，所述支承座、螺柱和螺母均使用聚醚醚酮Peek材料加工制造。

本发明的有益效果：

(1)氮化硼烤箱组件的烤箱箱体的6个面陶瓷片厚度和截面尺寸完全相同，当粘贴在其外表面上的双层对绕电阻丝加热膜工作时，在6个方向上热量传递路径的热阻基本相同，传递到碱金属气室的热量基本相同，进而包证了碱金属气室受热均匀，温度分布均匀，气室内部碱金属浓度差较小，进而提高SERF原子磁强计的测量精度，测量稳定性和可靠性；

(2)绝热垫片放置在支承座和氮化硼烤箱组件之间，用以减小氮化硼烤箱组件在加热时从四个支承台上散失的热量，进而减小下烤箱盖板与其他5个表面的氮化硼陶瓷盖板在工作时热量传递和温度分布的不均匀性，使碱金属气室受热均匀，气室内部碱金属浓度差较小，进而提高SERF原子磁强计的测量精度，测量稳定性和可靠性；

(3)烤箱支承座、螺柱和螺母均使用机械加工工艺性较好的聚醚醚酮Peek材料加工制造，在其上加工螺纹特征以连接固定氮化硼烤箱组件，将螺纹特征从难加工的氮化硼陶瓷转移到较容易加工的聚醚醚酮Peek上，以实现提高加工工艺性，降低成本，实现连接可靠性；

(4)上烤箱盖板、侧烤箱盖板和下烤箱盖板上加工有通孔，使用螺柱和螺母使他们连接构成一个整体，降低了氮化硼电烤箱盖板的加工难度，使得其可靠性增强，加工容易，成本更低；

(5)氮化硼烤箱组件与烤箱支承组件可以根据环境空间的需要，选择上下分布或左右分布，提高了适用性；

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本发明一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构的整体结构示意图；

图2是本发明一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构的整体剖视图；

图3是本发明一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构的整体爆炸图；

图中：1-氮化硼烤箱组件、11-上烤箱盖板、12-侧烤箱盖板、13-下烤箱盖板、14-双层对绕电阻丝加热膜、15-碱金属气室、16-碱金属气室支撑螺柱、17-缺口、2-烤箱支承组件、21-支承座、22-绝热垫片、3-氮化硼烤箱连接固定件、31-螺柱、32-螺母。

【

具体实施方式

】

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参阅图1至图3，一种用于SERF原子磁强计的无磁性电烤箱结构，包括氮化硼烤箱组件1、烤箱支承组件2和氮化硼烤箱连接固定件3，所述氮化硼烤箱组件1与烤箱支承组件2之间通过氮化硼烤箱连接固定件3相连接，所述氮化硼烤箱组件1包括烤箱箱体、双层对绕电阻丝加热膜14、碱金属气室15和碱金属气室支撑螺柱16，所述烤箱箱体的内部设有碱金属气室15，所述碱金属气室15与碱金属气室支撑螺柱16相连接，所述烤箱箱体的外侧表面上设有双层对绕电阻丝加热膜14。所述烤箱箱体由1个上烤箱盖板11、1个下烤箱盖板13和2个侧烤箱盖板12组成，所述侧烤箱盖板12的外形呈“L”型结构，所述2个侧烤箱盖板12首尾连接拼接成同心方管结构，所述2个侧烤箱盖板12的上下两侧分别设有上烤箱盖板11和下烤箱盖板13。所述氮化硼烤箱连接固定件3包括螺柱31和螺母32，所述支撑座21靠近氮化硼烤箱组件1的一侧上设有四个支承台，所述支承台的端面上加工有螺纹孔，所述上烤箱盖板11与下烤箱盖板13的四个角上设有4个通孔，所述每个侧烤箱盖板12的侧面设有2个通孔，所述螺柱31的一端穿过依次穿过上烤箱盖板11、侧烤箱盖板12和下烤箱盖板13上的通孔与螺纹孔相连接，所述螺柱31的另一端采用螺母32紧固。所述上烤箱盖板11、下烤箱盖板13和侧烤箱盖板12采用厚度相同的陶瓷板。所述双层对绕电阻丝加热膜14的数量为6片，所述上烤箱盖板11、下烤箱盖板13的外侧表面上各粘贴有1片，所述侧烤箱盖板12上粘贴有2片，分别位于侧烤箱盖板12的“L”型结构的两个外侧表面上，所述上烤箱盖板11、下烤箱盖板13和侧烤箱盖板12上设有一个用于容纳双层对绕电阻丝加热膜14的输出导线接头的缺口。所述支承座21与氮化硼烤箱组件1之间设有绝热垫片22，所述绝热垫片22的中心处加工有便于螺柱31穿过的通孔。所述支承座21、螺柱31和螺母32均使用聚醚醚酮Peek材料加工制造。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。