[发明专利]极弱磁极低频时的铁氧体虚部起始磁导率测试装置及方法

说明书

本发明公开了一种极弱磁极低频时的铁氧体虚部起始磁导率测试装置及方法，结构简单，测量方便，尤其适用于量子精密测量装置中使用的铁氧体复数磁导率测试，有助于提高铁氧体虚部起始磁导率的测量精度、降低屏蔽桶磁噪声测算误差。采用匀线圈外壳确保测量线圈绕制均匀，最大限度排除干扰因素；采用L型架体将所述铁氧体待测盒放入磁屏蔽桶中心位置保证了实际使用过程中的极弱磁环境；采用约旦分离的方式可确保分离出极低频条件下的剩余损耗，最后利用推导出的虚部磁导率与所述剩余损耗的关系得出铁氧体环的虚部起始磁导率。

技术领域

本发明涉及磁导率测量技术领域，具体涉及一种极弱磁极低频时的铁氧体虚部起始磁导率测量装置及方法，特别适用于量子精密测量装置中使用的铁氧体磁性材料的低频复数磁导率测量。

背景技术

弱磁环境是目前量子精密测量装置实现超高灵敏度的一个必要条件，用高导磁材料制成磁屏蔽体是实现弱磁环境的一个有效途径，因此一般采用3-5层坡莫合金桶对地磁环境进行屏蔽。另外，噪声的抑制对实现量子精密测量装置的超高灵敏度具有关键作用，尽管坡莫合金具有较高的磁导率，但其电阻率极低，极易产生约翰逊电流噪声进而降低装置灵敏度。

为了降低坡莫合金磁屏蔽桶的约翰逊电流噪声，一般会采用内嵌一层电阻率极高的铁氧体桶的方式对约翰逊电流噪声进行屏蔽，这样就只需考虑单层铁氧体桶的磁噪声。由于铁氧体材料属于软磁材料，利用软磁材料的低频虚部起始磁导率可以对磁屏蔽桶的磁噪声进行评估。起始磁导率是当磁场强度趋于无穷小时振幅磁导率的极限值，对于软磁材料来说，其起始磁导率的定义为：处于退磁状态的材料，受到振幅趋近于零的磁场磁化时的磁导率。但是通常无法产生振幅趋近于零的磁场，真正的起始磁导率只能结合瑞利公式，采用外推法来估定，这种估定方法对于起始磁导率的实部来讲相对准确，但对于起始磁导率的虚部来讲却没有相应理论支撑，因此现有方法测得的虚部磁导率不够严谨准确，进而对量子精密测量装置的噪声评估产生很大影响。由此可知，软磁材料的低频虚部起始磁导率是一项对评估屏蔽桶性能非常重要的参数，对其进行准确测量十分重要，这将促进量子精密测量装置相关科学问题的探索。

发明内容

本发明提供一种极弱磁极低频时的虚部起始磁导率测试装置及方法，有助于提高极弱磁、极低频条件下的虚部磁导率测量精度，进而降低磁屏蔽桶的磁噪声测算误差。

本发明技术方案如下：

一种极弱磁极低频时的铁氧体虚部磁导率测试装置，包括LCR表、磁屏蔽桶和置于所述磁屏蔽桶中心位置的铁氧体待测盒，所述磁屏蔽桶中心位置的磁场强度不高于1纳特(10^-5高斯)，所述铁氧体待测盒包括匀线圈外壳、放置于所述匀线圈外壳内部的待测铁氧体环和均匀缠绕在所述匀线圈外壳外部的测量线圈；所述LCR表的测量端口穿过所述磁屏蔽桶与所述测量线圈相连接，并在恒定温度下测量不同磁场频率f和不同弱磁感应强度B下所述待测铁氧体环的磁损耗电阻R和电感L；其中，所述磁场频率f不大于100Hz，所述弱磁感应强度B不大于100高斯。所述磁屏蔽桶中心位置是指磁屏蔽桶内磁场最弱的位置，一般所述在磁屏蔽桶轴线上下正负3-5cm处的磁场相对均匀位置。

作为优选，所述匀线圈外壳为外表面均匀设有线圈缠绕槽的环状圆柱体。

作为优选，所述匀线圈外壳包括绝缘材料制成的上壳体和下壳体，所述上壳体的上表面和下壳体的下表面均匀设有所述线圈缠绕槽，所述线圈缠绕槽为倾斜设置，以保证所述测量项圈能够均匀无断裂地缠绕在所述线圈缠绕槽内；所述待测铁氧体环放置于相互嵌合的所述上壳体和下壳体之内。

作为优选，所述磁屏蔽桶包括单层或多层坡莫合金桶，所述磁屏蔽桶的桶壁中间位置沿其周向均匀开有多个径向通光孔，且所述磁屏蔽桶的两端盖中心开有轴向通光孔。