一種微小型螺繞環(huán)式電加熱片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電加熱裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠抑制加熱電流產(chǎn)生磁場的微 小型螺繞環(huán)式電加熱片。
【背景技術(shù)】
[0002] 在很多應(yīng)用情況下需要保持微小磁場環(huán)境下進行高精度溫度控制，并且在空間有 限制的情況下，對電加熱過程中的降低加熱電流產(chǎn)生磁場。核磁共振(NMR)通過檢測原子系 綜內(nèi)的一種或幾種原子核信息，來獲取載體轉(zhuǎn)動或環(huán)境磁場等目標(biāo)信息的新興探測技術(shù)。 在核磁共振中所用敏感原子的原子核至少存在一個質(zhì)子或中子的不成對（即原子量為奇 數(shù)，如 129Xe、131Xe、21Ne等）。這類原子核具有的不對稱性使得原子核對磁場的影響特別敏感。 因此，核磁共振陀螺儀對磁場的影響特別敏感，外來的無關(guān)磁場的變化會影響核磁共振陀 螺儀的精度。而核磁共振陀螺儀為了提高敏感核心堿金屬氣室內(nèi)部的堿金屬原子的密度， 需要對氣室進行電加熱。電加熱就成為了外來的無關(guān)磁場的主要來源，如何降低電加熱過 程中帶來的外來磁場就顯得尤為重要。
[0003] 此外，原子陀螺、原子磁強計、原子鐘等等對磁場環(huán)境要求特別嚴(yán)格的量子傳感器 件，對外來的磁場變化也非常敏感，同樣在電加熱過程中，需要抑制外來磁場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制加熱電流產(chǎn)生磁場的微 小型螺繞環(huán)式電加熱片，為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0005] -種微小型螺繞環(huán)式電加熱片，該電加熱片是將電加熱導(dǎo)體以螺繞環(huán)式繞制成中 心對稱結(jié)構(gòu)，構(gòu)造閉合磁路，將通過電加熱導(dǎo)體的加熱電流產(chǎn)生的磁場約束在螺繞環(huán)內(nèi)部， 使電加熱片外部不出現(xiàn)加熱電流產(chǎn)生的磁場。
[0006] 電加熱導(dǎo)體繞制的螺繞環(huán)結(jié)構(gòu)橫截面為矩形、多邊形或其他任意中心對稱形狀； 電加熱片整體結(jié)構(gòu)橫截面為圓形、圓角矩形、圓角多邊形或其他中心對稱結(jié)構(gòu)。
[0007] 所述電加熱導(dǎo)體以密繞螺繞環(huán)形式繞制在圓環(huán)形繞芯上。
[0008] -種微小型螺繞環(huán)式電加熱片加工方法，該方法為剛性骨架繞制法，在剛性骨架 上刻繞絲定位槽，將帶有絕緣薄層的加熱導(dǎo)體線繞在剛性骨架上，然后對電加熱導(dǎo)體繞環(huán) 涂膠壓制或者黏貼保護膜層的方式加工成形。
[0009] -種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環(huán)電加熱片，該電加熱片包括上層導(dǎo)體條和下 層導(dǎo)體條，該電加熱片結(jié)構(gòu)基本形式為雙層結(jié)構(gòu)，橫截面呈中心對稱，上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo) 體條傾斜旋進，上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條首尾相接，連成螺繞環(huán)式結(jié)構(gòu)。
[0010] -種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環(huán)電加熱片，該電加熱片還包括導(dǎo)體條焊盤和 和過孔;上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條端部加工過孔，過孔鍍銅方式連通上層導(dǎo)體條與下層導(dǎo) 體條，上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條引出線焊接在導(dǎo)體條焊盤上，與外部連接。
[0011] -種利用柔性PCB工藝加工電加熱片的加工方法，所述方法為柔性電加熱片加工 法，利用多層柔性PCB加工制成;具體步驟如下：
[0012] 1)依據(jù)電加熱片幾何模型，設(shè)計上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條刻蝕版圖；
[0013] 2)利用濕法刻蝕法或激光刻蝕法，對上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條金屬箱進行刻蝕；
[0014] 3)將刻蝕后的上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條兩層導(dǎo)體層進行貼合，貼合方式為耐高溫 貼合方式，或耐高溫雙面膠貼合方式；
[0015] 4)將上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條首尾相接；
[0016] 5)將上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條的引出線與外部連接，連接方式選擇點焊或錫焊工 藝焊接上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條的引出線；
[0017] 6)對上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條表面進行覆膜保護。
[0018] 所述的利用柔性PCB工藝加工電加熱片的加工方法，上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條連 接方式為，在上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條端部連接處加工通孔，利用電鍍工藝對通孔鍍銅進 行上層導(dǎo)體條和下層導(dǎo)體條的連接。
[0019] 一種螺繞環(huán)電加熱片結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法，該方法包括以下步驟：
[0020] 1)將電加熱導(dǎo)體假設(shè)為沿導(dǎo)體條中心流動的理想電流，對于電加熱導(dǎo)體整體結(jié)構(gòu) 的橫截面為圓形結(jié)構(gòu)的電加熱片，建立電加熱導(dǎo)體空間分布的函數(shù)表達式：
[0022] 式中：繞線圓環(huán)半徑R，單位m;圓環(huán)中心線半徑R〇，單位m;繞線匝數(shù)N，參變量t，t取 值范圍為〇到2π; Xf，Yf，Zf為電加熱導(dǎo)體電流空間分布位置，單位m;對于電加熱導(dǎo)體整體結(jié) 構(gòu)的橫截面非圓形結(jié)構(gòu)，函數(shù)表達式為分段式函數(shù)；
[0023] 2)利用畢奧薩伐爾定理，求解計算空間中的磁感應(yīng)強度分布，以磁感應(yīng)強度大小 或磁場空間分布均勻性為目標(biāo)，優(yōu)化參數(shù)Ro、R和N;
[0024] 3)根據(jù)電加熱片的加熱強度、加熱頻率與目標(biāo)加熱溫度的預(yù)設(shè)目標(biāo)值，修正參數(shù) 1?〇、財剛。
[0025] 所述電加熱片的加熱強度、加熱頻率與目標(biāo)加熱溫度分別與電加熱片螺繞環(huán)內(nèi)部 的磁場強度、加熱片的電感和加熱片的熱值這三個量相對應(yīng)，修正參數(shù)Ro、R和N時，可通過 改變電加熱片螺繞環(huán)內(nèi)部的磁場強度、加熱片的電感和加熱片的熱值的方式實現(xiàn)電加熱片 的加熱強度、加熱頻率與目標(biāo)加熱溫度的調(diào)整。
[0026] 本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0027] 本發(fā)明利用螺繞環(huán)式電流分布構(gòu)造閉合的磁路，約束加熱電流產(chǎn)生的磁場分布于 繞線環(huán)內(nèi)部，從而達到外部無磁場的效果。
[0028] 本發(fā)明可以降低磁場對核磁共振陀螺儀的影響，提高核磁共振陀螺儀的精度。
[0029] 本發(fā)明還可以用于極低磁場環(huán)境要求下的加熱，如航天、醫(yī)療等對磁場有特殊要 求的情況，特別是可以應(yīng)用于原子陀螺、原子磁強計、原子鐘等對磁場環(huán)境要求特別嚴(yán)格的 量子傳感器件，其作用是在將其敏感核心堿金屬氣室加熱到特定溫度并抑制加熱電流的帶 來的磁場。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明一種基本的螺繞環(huán)式電加熱片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明螺繞環(huán)電加熱片軸向中心截面的磁場分布示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明一種繞線環(huán)橫截面為矩形的電加熱片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明一種繞線環(huán)為圓角矩形的螺繞環(huán)電加熱片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明一種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環(huán)電加熱片結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035]圖中：1_上層導(dǎo)體條、2-導(dǎo)體條焊盤、3-下層導(dǎo)體條、4-過孔。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明一種微小型螺繞環(huán)式電加熱片作詳細說 明。
[0037] 本發(fā)明一種微小型螺繞環(huán)式電加熱片，將電加熱導(dǎo)體以螺繞環(huán)式繞制成中心對稱 結(jié)構(gòu)，構(gòu)造閉合磁路，將通過電加熱導(dǎo)體的加熱電流產(chǎn)生的磁場約束在螺繞環(huán)內(nèi)部，使得電 加熱片外部不出現(xiàn)加熱電流產(chǎn)生的磁場。
[0038] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種基本的螺繞環(huán)式電加熱片結(jié)構(gòu)，為密繞螺繞環(huán)的形 式。圓環(huán)形的芯子上均勻而緊密地繞有N匝線圈，若線圈中通以電流I，因為線圈的幾何形狀 為中心對稱，螺繞環(huán)線圈內(nèi)部的磁力線都是一些同心圓，而且在同一條磁力線上磁場強度 都相等，并與磁力線的方向一致，構(gòu)成閉合的磁力線，這就構(gòu)成了一個閉合的磁路，磁場會 集中分布在線圈的內(nèi)部，而線圈的外部磁場為零。在如圖2所示的坐標(biāo)系內(nèi)，磁場強度空間 分布為：
[0040] 式中：霧為磁感強度，單位Τ;μ〇為空氣的磁導(dǎo)率，以〇 = 431\1〇1/!11』為線圈匝數(shù)；1 為電流強度，單位A，r為環(huán)形封閉磁力線的半徑，單位m。
[0041] 當(dāng)利用本發(fā)明加熱對象時，如核磁共振陀螺儀用的堿金屬氣室，置于繞線環(huán)外部 時將不會感受到電加熱片加熱電流產(chǎn)生的磁場。
[0042] 本發(fā)明電加熱導(dǎo)體繞制的螺繞環(huán)結(jié)構(gòu)的橫截面為中心對稱結(jié)構(gòu)，并不限于圓形截 面，可以根據(jù)實際使用需要，設(shè)置為矩形、多邊形或其他任意中心對稱形狀，螺繞環(huán)結(jié)構(gòu)的 截面形狀并不會對閉合磁路的構(gòu)造產(chǎn)生影響，因此，也不會對加熱電流產(chǎn)生的磁場分布產(chǎn) 生影響。圖3給出了一種繞線環(huán)橫截面為矩形的電加熱片結(jié)構(gòu)。
[0043] 本發(fā)明電加熱片結(jié)構(gòu)的橫截面為中心對稱結(jié)構(gòu)，但當(dāng)電加熱片結(jié)構(gòu)的橫截面不是 圓形時，其會在拐角或者曲率發(fā)生變化的局部產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，會導(dǎo)致加熱電流產(chǎn)生的磁場 無法全部約束在螺繞環(huán)內(nèi)部，對于磁場環(huán)境要求較低的使用環(huán)境，這種漏磁現(xiàn)象是可以忽 略的，但對于磁場環(huán)境要求較高的使用環(huán)境，為了減弱漏磁現(xiàn)象，電加熱片結(jié)構(gòu)的橫截面最 好為圓形，也可以是中心對稱的多邊