[发明专利]基于电容加载同轴谐振腔的OVH磁传感器腔体

说明书

本发明公开了一种基于电容加载同轴谐振腔的OVH磁传感器腔体，包括：腔体导体、加载电容、可调电容和连接电容；腔体导体为同心圆柱体，包括内外导体；内导体为顶端封闭、底端不封闭的空心圆柱，外导体从低端至顶端设置有多个开孔，将外导体分割为多个条状，且在顶端均分成了四组，每相邻两组之间通过连接电容相连；内导体和外导体在底端直接相连形成短路；内导体和外导体在顶端通过加载电容相连形成开路；可调电容安置在内导体顶端的中心位置。本发明通过调节加载电容和可调电容可以改变腔体的谐振频率，以实现对不同激发频点的自由基溶液的有效激发；射频磁场在腔体导体内产生的涡流在外导体的条状结构下被抑制，减小了能量损耗，提高了激发效率。

技术领域

本发明涉及地磁场测量传感器技术领域，具体涉及一种基于电容加载同轴谐振腔的OVH磁传感器腔体。

背景技术

Overhauser(OVH)磁传感器是一种基于自由基物质动态核极化(Dynamic NuclearPolarisation，DNP)效应的弱磁测量传感器，具有高精度和高灵敏度的特点，在陆地磁测、海洋磁测、空间磁测、军事和各类工程领域已得到广泛应用。OVH磁传感器中自由基的动态核极化是传感器工作的关键，只有有效的激励自由基溶液，产生高质量的FID信号，才能准确测得地磁场的值。根据电子顺磁共振理论，不同自由基溶液动态核极化所需频率并不完全相同，为了使自由基有效激发，需要设计相应的激励电路来产生极化磁场。常规的激励方法为LC谐振电路，利用电感电容的串并联进行谐振，从而产生电磁波。但是OVH磁传感器需要高频激励，LC谐振电路在频率较高时有很大的缺点：高频谐振时LC元件的尺寸过小，不利于制作；电路的储能减少，品质因数显著降低，电路损耗大。利用微波谐振腔可以克服LC谐振电路的上述缺点。微波谐振腔在物理结构上与微波传输线相似，在储能和选频特性上与LC谐振电路相似，但品质因数远远高于LC谐振电路，在避免辐射损失和储能方面具有优势。然而一些典型的谐振腔(例如矩形、圆柱形谐振腔、同轴谐振腔等)又具有体积过大、不方便制作和携带等缺点。除了谐振腔之外，笼式线圈也可作为激励模块。笼式线圈结构简单、容易实现，但是线圈内功率损耗大，导致自由基的极化效率较低，并且笼式线圈的端环半径、横档长度、横档个数和匹配电容都对频点产生影响，结构一旦确定后，频点调节将会变得不太容易，在应对激发频点不同的自由基时操作难度将会大大增加。

因此，传统OVH磁传感器存在以下技术问题：(1)LC谐振电路在高频谐振时LC元件的尺寸过小，不利于制作，电路的储能减少，品质因数显著降低，电路损耗大；(2)典型谐振腔体积过大、不方便制作和携带；(3)笼式线圈品质因数低、功率损耗大、极化效率低，在面对不同激发频点的自由基时设计难度增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种电容加载同轴谐振腔结构，作为OVH磁传感器的腔体结构，从而得到一种基于电容加载同轴谐振腔的OVH磁传感器腔体，该OVH磁传感器腔体包括：腔体导体、加载电容、可调电容以及连接电容；

所述腔体导体为同心圆柱体，包括内导体和外导体两部分；

所述内导体为顶端封闭、底端不封闭的空心圆柱，所述外导体从低端至顶端设置有多个开孔，多个所述开孔将外导体分割为多个条状，多个所述条状在顶端均分成了四组，每相邻两组之间通过所述连接电容相连；

所述内导体和所述外导体在底端直接相连，形成短路；所述内导体和所述外导体在顶端通过所述加载电容相连，形成开路；

所述可调电容安置在所述内导体顶端的中心位置。

进一步地，所述加载电容共有八个，均匀安装在腔体顶端。

进一步地，所述电容加载同轴谐振腔能够存储特定频率的电磁能量，在所述内导体的顶端添加频率满足腔体谐振点的射频激励信号，所述电容加载同轴谐振腔发生谐振并产生射频磁场，所述射频磁场呈圆环状均匀分布且都集中在所述电容加载同轴谐振腔的内部，当所述电容加载同轴谐振腔内放置装有自由基溶液的杜瓦瓶时，所述电容加载同轴谐振腔内产生的射频磁场能够实现对所述OVH磁传感器腔体内自由基溶液的有效激发。