[发明专利]基于闭合超导线圈组的磁场屏蔽系统及磁场屏蔽设备

说明书

本发明提供一种磁场屏蔽系统，包括两个第一级超导线圈及两个第二级超导线圈围绕一中心对称轴共轴设置，所述第一级超导线圈的尺寸不同于所述第二级超导线圈的尺寸，其中一第一级超导线圈与一第二级超导线圈构成一第一线圈组，另一个第一级超导线圈与另一第二级超导线圈构成一第二线圈组，所述第一线圈组与第二线圈组绝缘且镜像对称设置，每一线圈组中所述第一级超导线圈与所述第二级超导线圈串联形成一闭合回路。本发明进一步提供一种磁场屏蔽设备。本发明所述磁场屏蔽系统工艺实现路线简单，有利于工程实践。

技术领域

本发明属于超导电工学领域，特别涉及一种基于闭合超导线圈组的被动抵消式磁场屏蔽系统及其应用。

背景技术

磁场屏蔽是许多精密科学的通用保障性技术，在一些极端测量环境：如高精密原子钟电子束成像装置，质谱仪，中微子探测中得到广泛引用。除了这些极端测量应用，最为贴近日常生活，并为人类健康带来福祉的测量技术是生物磁学测量。心磁，脑磁测量已经开始逐步从实验室走向临床。随着电磁环境的日益复杂，磁屏蔽技术在生物磁测量技术领域扮演了重要的角色。在生物磁测量中，待测信号多处于10pT(1×10^-11)量级甚至更低。而环境噪音磁场要大3-6 个数量级。去除噪音信号成为这类测量必不可少的环节。除了利用滤波，信号处理等软件方式消除噪音磁场，硬件屏蔽是最直接的方式，基本上已经成为生物磁测量不可或缺的配套装置。

目前普遍采用的磁场屏蔽方式有两种：被动式屏蔽和主动抵消式。其中被动屏蔽式应用历史最为悠久，屏蔽系统采用高磁导率材料构建封闭腔体将被保护对象封闭其内，搭建屏蔽腔的材料的磁导率愈高，筒壁愈厚，屏蔽效果就愈显著。常用高磁导率材料如软铁、硅钢、坡莫合金等。例如，现有技术提供了一种基于闭合超导亥姆霍兹(Helmholtz)线圈组结构的屏蔽装置。其基本结构是由特定半径比和匝数比的亥姆霍兹超导线圈组电连接形成。该屏蔽系统工作特点类似有源补偿式，都是利用线圈产生磁场对外加磁场抵消实现的。

然而，该屏蔽装置必须要基于亥姆霍兹线圈组结构，需要四个线圈连接才能实现，并且可提供磁屏蔽的空间拓扑结构形式单一，仅仅是对需要近乎球形匀场区的保护。另外，获得该屏蔽装置中线圈半径比与匝数比的过程十分繁琐，并且四个线圈之间连接的工艺实现路线十分复杂，不利于工程实践。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够提供不同空间拓扑结构形式的屏蔽、连接结构和组合方式、并且有利于工程实践的磁场屏蔽系统。

一种磁场屏蔽系统，包括两个第一级超导线圈及两个第二级超导线圈围绕一中心对称轴共轴设置，所述第一级超导线圈的尺寸不同于所述第二级超导线圈的尺寸，四个线圈分别位于不同且相互平行的平面，其中一第一级超导线圈与一第二级超导线圈构成一第一线圈组，另一个第一级超导线圈与另一第二级超导线圈构成一第二线圈组，所述第一线圈组与第二线圈组绝缘且镜像对称设置，每一线圈组中所述第一级超导线圈与所述第二级超导线圈通过连接线串联形成一闭合回路。

一种磁场屏蔽系统，包括多个第一级超导线圈及多个第二级超导线圈围绕一中心对称轴共轴设置，每个超导线圈分别位于不同且相互平行的平面，所述多个第一级超导线圈及多个第二级超导线圈构成一第一线圈组和一第二线圈组，所述第一线圈组与第二线圈组绝缘且镜像对称设置，每一线圈组中的多个超导线圈通过连接线串联形成一闭合回路。