[发明专利]一种用于激光探测核磁共振的加热与温控装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光探测核磁共振加热领域，具体涉及一种用于激光探测核磁共振的加热与温控装置，本发明也适用于所有类似需要对原子蒸气泡进行加热与温控的装置。

背景技术

之前我们公布了一种基于激光原子磁力计的核磁共振装置（中国发明专利申请号：201210291150.3），为了使磁力计达到要求的灵敏度，需要对原子蒸气泡进行加热并需要精密温控，加热与温控装置在整个原子磁力计系统中是必不可少的。在公开的磁力计专利中，使用到的加热方式主要有电流加热（美国专利号：US20130015850）、激光照射加热（美国专利号：US8334690）、热流体（空气或水）加热（美国专利号：WO2008127720）。每种加热方式都有各自的优缺点，可根据磁力计的结构特点决定最合适的加热方式。电流加热装置结构简单容易实现，但是其在加热时加热电流会产生较大的电磁噪声干扰，影响到磁力计的灵敏度，所以需要采取必要的屏蔽措施。激光照射加热方式，加热效率较高，占用空间最小，但装置较复杂，对光学镜片等元件要求高。热流体加热方式虽然会占用部分磁屏蔽件内空间，但它可以完全消除电磁噪声干扰，且装置相对简单易于实现，所以非常适用于磁力计中原子蒸气泡的加热。热流体加热方式中以空气为传热介质较为常见，因为空气中自旋密度比水小很多，所以引入的背景噪声更小，且空气使用起来更加方便。

I.Kominis等人在他们的磁力计(I.Kominis et al.,Nature(London)422,596(2003))中通过向包围在原子蒸气泡周围的空腔中通入热空气的方式进行加热，这是磁力计中常用的气体加热方式。这种方式需要专门定做一个散热空腔，保证热空气和原子蒸气泡的良好隔离，空腔会占用磁屏蔽件内较多的空间，不利于磁屏蔽件内其它部件（如线圈）的安放，且散热面积小，散热效率低。空腔中进气口端的气体温度大于出气口端，这样就会沿着进气口到出气口间产生一个温差，这对磁力计的信号稳定性是不利的，再者气流从气管进入空腔过程中，气体体积变化导致气压波动，会给磁力计带入噪声。本发明的散热环则消除了这种波动影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于激光探测核磁共振的加热与温控装置，解决了原有加热装置结构笨重、散热效率低、有电磁干扰、存在温差、气流波动大等问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于激光探测核磁共振的加热与温控装置，包括圆筒和磁屏蔽件，还包括缠绕在圆筒上的散热环和包覆于散热环上的隔热罩，散热环一端通过加热管与空气泵连通，另一端与大气连通，还包括用于检测设置在圆筒中心的原子蒸汽泡温度的第一温度传感器和用于检测加热管温度的第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器均与控制器连接。

如上所述的散热环由气管缠绕在圆筒上形成，整体呈螺线管型，散热环以圆筒中心横截面为界分为进气口一侧和出气口一侧，散热环进气口一侧气管缠绕密度小于出气口一侧缠绕密度。

如上所述的第一传感器为无磁的铂电阻，第二传感器为热电偶，第一温度传感器设置在圆筒中心，第二温度传感器贴放在加热管的管壁。

如上所述的控制器若检测到圆筒中心处的原子蒸气泡温度和加热管外壁温度均分别低于设定值时，控制器输出加热电流使加热管处于加热状态；控制器若检测到当原子蒸气泡温度和加热管外壁温度中任一或都高于其设定值时，控制器不输出加热电流使加热管处于不加热状态。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、利用热空气传热方式间接加热，消除了直接电加热给原子磁力计所带来的电磁干扰。

2、空气热量通过散热环散发使得热空气不与原子蒸气泡直接接触，从而消除了气流对原子蒸气泡的干扰。

3、散热环两侧气管缠绕密度不同补偿了温差的影响，使处于圆筒中心的原子蒸气泡受热更均匀。

4、散热环采用气管缠绕的整体设计，使其占用空间小，气流更加平稳，从而减小了磁力计的外部噪声。

5、采用双温度传感器串联控制方案，对加热管过温保护的同时也使加热过程更平稳，温度波动更小。

6、经计算，同体积条件下散热环散热效果远好于散热空腔，散热环效率高。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中：1-空气泵；2-加热管；3-散热环；4-第一温度传感器；5-第二温度传感器；6-控制器；7-隔热罩；8-圆筒；9-磁屏蔽件；10-原子蒸气泡。

具体实施方式