可调节探测器件位置的低温测量容器 【技术领域】
本发明涉及一种低温测量容器，特别涉及可调节探测器件位置的低温测量容器。
背景技术
普通低温测量容器的主要组成部分包括：低温储罐、绝热结构、探测窗口及冷指等。但是，当测量对象不能放入低温储罐内时，由于低温储罐的器壁一般较厚，且中间还带有真空夹层或者填以绝热材料，使得探测器件和测量对象无法靠近，导致探测系统的灵敏度和空间分辨率受到影响。
【发明内容】
本发明的目的在于：解决探测器件和测量对象之间的距离造成的探测系统的灵敏度和空间分辨率降低的难题，从而提供一种可调节探测器件位置的低温测量容器。
本发明的目的是这样实现地：本发明一种可调节探测器件位置的低温测量容器，如图1所示，该容器包括：低温容器主体、冷指和由探测窗口法兰盘和探测窗口密封片构成的探测窗口，所述的低温容器主体包括内壁、外壁和由内壁与外壁形成的真空夹层，该真空夹层中还设有绝热结构，其特征在于，所述的低温容器主体的外壁上设置有可伸缩的结构，该可伸缩的结构为密封连接在低温容器的外壁上的波纹管，波纹管四周还设有伸缩调节机构，该伸缩调节机构的一端固定在低温容器主体的外壁上，另一端固定连接波纹管底端和探测窗口；所述的冷指位于探测窗口上方的真空夹层内，其一端固定在低温容器主体内壁，以获取冷量，另一端靠近低温容器主体外壁，是一可伸近探测窗口的柱状圆台，该柱状圆台的底面上固定有探测器件，该探测器件的引线经柱状圆台侧面的凹槽引出后，从真空夹层中引出低温容器。
所述冷指开有与低温容器主体相通的空腔，该空腔内部刻有螺纹。
所述低温测量容器还包括一由准直杆、准直螺母和准直螺纹构成的准直机构，其中，准直杆通过位于其一端的准直螺纹固定在冷指上，通过其另一端的准直螺纹将准直螺母固定在低温容器的顶端。
所述冷指四周裹有反辐射屏。
所述冷指外表面镀金。
所述的探测窗口和伸缩调节机构之间还安装一密封圈。
所述伸缩调节机构为单螺纹微位移调节装置，该装置由轴承固定环、调节环和位移环组成，其中，轴承固定环固定连接在低温容器外壁上，位于波纹管的四周，调节环通过滚珠轴承结构与轴承固定环连接，位移环通过螺纹啮合在调节环内，与波纹管底端及探测窗口法兰盘密封连接。
所述伸缩调节机构为双螺纹微位移调节装置，该装置由固定环、调节环和位移环组成，其中，固定环固定在低温容器外壁上，位于波纹管的四周，调节环内外两侧刻有同向螺纹，其外侧螺纹与固定环啮合，内侧螺纹与位移环啮合，位移环的一端与波纹管底端及探测窗口法兰盘密封连接。
所述可伸缩的低温容器由无磁金属材料或玻璃纤维制成。
所述探测窗口法兰盘是由无磁材料制成的中心开孔的窗口，所述探测窗口密封片是由铱、铼、钨、氮化硅或白宝石制成的超薄片材，该探测窗口的口径为法兰盘中心孔孔径，探测窗口厚度W为探测窗口密封片的厚度t与由于压差产生的窗口弯曲带来的附加高度b之和，即W＝t+b。
所述探测窗口呈直径为2a的圆形窗口，b和t之间的关系表达式为：(1+0.488b2/t2)b/t＝0.188P(1-v2)a4/Et4，式中，P为窗口两边的压差，n是泊松比，E是杨氏模量，b2项为弯曲的探测窗口密封片沿其表面的拉伸能量。
所述的准直杆的顶部还设有吊钩，用于必要时吊放内杜瓦。
所述的滚珠轴承结构采不锈钢滚珠。
本发明的优点在于：本发明提供的可调节探测器件位置的低温测量容器，使得探测器件和测量对象之间能最大限度接近，极大提高了探测系统的灵敏度和空间分辨率，同时，在测量结束后，即可将探测窗口和探测器件调整到足够远的位置上，避免由于受热膨胀导致的探测窗口和探测器件的损坏。
【附图说明】
图1是本发明可调节探测器件位置的低温测量容器的结构示意图
图2是本发明可调节探测器件位置的低温测量容器的可伸缩部位的局部剖面图
图3是本发明可调节探测器件位置的低温测量容器中的单螺纹微位移调节机构的剖面示意图
图4是本发明可调节探测器件位置的低温测量容器中的双螺纹微位移调节机构的剖面示意图
图5是本发明可调节探测器件位置的低温测量容器中的准直机构的结构示意图
附图标识
1、安全阀 2、颈管 3、低温液体
4、多屏绝热结构 5、外壁 6、真空夹层
7、内壁 8、波纹管 9、伸缩调节机构
10、冷指 11、探测窗口 12、基座
13、支架 14、位移刻度盘 15、真空阀
16、引线密封插座 17、压力表和回气阀 18、输液口
19、密封圈 20、探测窗口法兰盘 21、探测窗口密封片
22、探测器件 23、空腔 24、准直螺纹
25、柱状圆台 26、轴承固定环 27、滚珠
28、旋转手柄 29、固定环 30、位移环
31、调节环 32、吊钩 33、准直螺母
34、准直杆 35、测量器件引线
【具体实施方式】
实施例1
制作一带有单螺纹微位移调节机构的可调节探测器件位置的低温测量容器。如图1-图5所示，该装置中，固定在基座12及支架13上的可伸缩的低温容器包括内壁7、外壁5和位于内壁7与外壁5之间的真空夹层6以及多屏绝热结构4，内壁7在低温容器上端形成一细长的颈管2，其顶盖上设有安全阀1、真空阀15、引线密封插座16、压力表和回气阀17、输液口18、该低温容器的可伸缩部分的外壁5是用具有能抵抗大气侧向压力的高强度的、可伸缩且具有一定弹力的不锈钢波纹管8替代，为了确保真空夹层6内部的真空，该波纹管8一端与低温容器的外壁5之间，另一端与伸缩调节机构9之间均密封焊接，探测窗口密封片21密封粘贴在探测窗口法兰盘20底部，探测窗口法兰盘20与伸缩调节机构9通过密封圈19密封，从而构成一个封闭整体。
本实施例中的冷指10是用高热导材料高纯铜制作而成，其上端开有一空腔23与低温容器相通，该冷指10位于真空夹层6内部、探测窗口11的上方，其空腔23内可以储存低温液体3，空腔23底部应尽可能靠近探测器件，以减小两者之间的温差，同时也可以延长有效工作时间；空腔23内侧还带有一段准直螺纹24，用于和准直杆34上的螺纹啮合，准直杆34上端的准直螺母33位于低温容器顶盖外，其上还有一吊钩32；冷指10下端有一柱状圆台25，其底面上固定一探测器件22，探测器件22的引线35经柱状圆台25侧面的凹槽引出后，缠绕在低温容器的内壁7上，经引线密封插座16引出。上述柱状圆台25的直径为7mm，略小于探测窗口法兰盘20的内径8mm；该冷指10的外表面镀金，并裹以22层反辐射屏，以最大限度减小辐射漏热。
波纹管8的四周装有单螺纹微位移调节装置，该位移调节装置由轴承固定环26、带有螺纹的调节环31、位移环30，以及滚珠轴承机构27、旋转手柄28组成，其中，轴承固定环26固定连接在低温容器外壁5上，位于波纹管8的四周，调节环31通过滚珠27与轴承架固定环26连接，位移环30通过螺纹啮合在调节环31内，与波纹管8底端及探测窗口法兰盘20密封连接。该位移调节装置的位移调节精度由它们的螺距决定，调节环旋转一周，位移环带动窗口移动距离为一个螺距，本实施例中，螺距为1.5mm，位移刻度盘14刻制在调节环31上。
实施例2
制作一带有双螺纹微位移调节机构的可调节探测器件位置的低温测量容器。如图1-图5所示，该装置中，可伸缩的低温容器包括内壁7、外壁5和位于内壁7与外壁5之间的真空夹层6以及多屏绝热结构4，其顶盖上设有安全阀1、真空阀15、引线密封插座16、压力表和回气阀17、输液口18、该低温容器的可伸缩部分的外壁5是用具有能抵抗大气侧向压力的高强度的、可伸缩且具有一定弹力的不锈钢波纹管8替代，为了确保真空夹层6内部的真空，该波纹管8一端与低温容器的外壁5之间，另一端与伸缩调节机构9之间均密封焊接，探测窗口密封片21密封粘贴在探测窗口法兰盘20底部，探测窗口法兰盘20与伸缩调节机构9通过密封圈19密封，从而构成一个封闭整体。
本实施例中的冷指10是用高热导材料高纯铜制作而成，其上端开有一空腔23与低温容器相通，该冷指10位于真空夹层6内部、探测窗口11的上方，其空腔23内可以储存低温液体3，空腔23底部应尽可能靠近探测器件，以减小两者之间的温差，同时也可以延长有效工作时间；空腔23内侧还带有一段准直螺纹24，用于和准直杆34上的螺纹啮合；冷指10下端有一柱状圆台25，其底面上固定一探测器件22，探测器件22的引线35经柱状圆台25侧面的凹槽引出后，缠绕在低温容器的内壁7上，经引线密封插座16引出。上述柱状圆台25的直径为7mm，略小于探测窗口法兰盘20的内径8mm；该冷指10的外表面镀金，并裹以22层反辐射屏，以最大限度减小辐射漏热。
本装置的位移调节装置采用内外侧均有螺纹调节环18取代实施例1中的单螺纹调节环，其中，固定环29固定在低温容器外壁5上，位于波纹管8的四周，调节环31内外两侧刻有同向螺纹，其外侧螺纹与固定环29啮合，内侧螺纹与位移环30啮合，位移环30的一端与波纹管8底端及探测窗口法兰盘20密封连接。在这种调节环31内外两侧刻有同向螺纹的情况下，调节环31旋转时，相对于调节环31而言，固定环29和位移环30向相同方向移动，只要内外螺纹的螺距有微小差别，就可以实现窗口的微小移动，差别愈小，调节精度愈高，位移刻度盘14刻制在固定环29上。
本实施例中，内侧螺纹的螺距d1为1.75mm，外侧螺纹的螺距d2为1.5mm，调节环31每旋转一周，探测窗口11的移动距离为d1-d2＝0.25mm，很容易实现微位移调节。该设计的优点在于：由于内外螺纹的螺距差能够做得非常小，同时并不要求螺纹本身螺距很小，这就避免了为提高调节精度而去追求减小螺纹间距，不仅减小了加工难度，而且提高了螺纹承受压力的能力，延长了系统使用寿命。
实施例3
制作一带有超薄探测窗口的可调节探测器件位置的低温测量容器，如图1、图2、图3及图5所示，该装置中，可伸缩的低温容器包括内壁7、外壁5和位于内壁7与外壁5之间的真空夹层6以及多屏绝热结构4，其顶盖上设有安全阀1、真空阀15、引线密封插座16、压力表和回气阀17、输液口18、该低温容器的可伸缩部分的外壁5是用具有能抵抗大气侧向压力的高强度的、可伸缩且具有一定弹力的不锈钢波纹管8替代，为了确保真空夹层6内部的真空，该波纹管8一端与低温容器的外壁5之间，另一端与伸缩调节机构9之间均密封焊接，探测窗口密封片21密封粘贴在探测窗口法兰盘20底部，探测窗口法兰盘20与伸缩调节机构9通过密封圈19密封，从而构成一个封闭整体。
本实施例中的冷指10是用高热导材料高纯铜制作而成，其上端开有一空腔23与低温容器相通，该冷指10位于真空夹层6内部、探测窗口11的上方，其空腔23内可以储存低温液体3，空腔23底部应尽可能靠近探测器件，以减小两者之间的温差，同时也可以延长有效工作时间；空腔23内侧还带有一段准直螺纹24，用于和准直杆34上的螺纹啮合；冷指10下端有一柱状圆台25，其底面上固定一探测器件22，探测器件22的引线35经柱状圆台25侧面的凹槽引出后，缠绕在低温容器的内壁7上，经引线密封插座16引出。上述柱状圆台25的直径为7mm，略小于探测窗口法兰盘20的内径8mm；该冷指10的外表面镀金，并裹以22层反辐射屏，以最大限度减小辐射漏热。
波纹管8的四周装有单螺纹微位移调节装置，该位移调节装置由轴承固定环26、带有螺纹的调节环31、位移环30，以及滚珠轴承机构27、旋转手柄28组成，其中，轴承固定环26固定连接在低温容器外壁5上，位于波纹管8的四周，调节环3 1通过滚珠27与轴承架固定环26连接，位移环30通过螺纹啮合在调节环31内，与波纹管8底端及探测窗口法兰盘20密封连接。该位移调节装置的位移调节精度由它们的螺距决定，调节环旋转一周，位移环带动窗口移动距离为一个螺距，本实施例中，螺距为1.5mm，位移刻度盘14刻制在调节环31上。
本实施例中，我们设计了一种用直径20毫米的白宝石片制成的窗口密封片21密封粘贴在窗口法兰盘20的中心直径为7mm的窗口底部，因此，按上述公式计算，相应参数为：a＝3.5mm，E＝345GPa，v＝0.3，P＝101.3kPa，可知当t近似等于45μm时，b+t具有最小值约62μm。从提高窗口抗压力强度考虑，我们实际选用50微米的白宝石片。
如果b远小于t，这一项可以忽略，则有关系b∝a4/t，这是对微小弯曲适用的结果。如果b远大于t，则位伸能量占主要地位，并且有关系b∝a4/3/t1/3，很显然它对a和t的依赖性降低。对于一般情况，在已知P，n，E，和a的前提下，我们可以通过数值计算解方程得出b与t的关系是b(t)，从而选择合适的厚度使得b(t)+t的值最小。
实施例4
制作一无磁的可调节探测器件位置的低温测量容器，使用无磁金属材料黄铜制作低温容器内壁7、外壁5、伸缩调节机构9、探测窗口法兰盘20；用无磁不锈钢制作低温容器颈管2和波纹管8。这样，对于由弱磁信号探测器件组成的探测系统，例如高温或低温超导量子干涉器件，可以消除周围环境对磁探测器件的干扰，其余同实施例1。
实施例5
制作一无磁的可伸缩的液氮低温容器，使用无磁材料玻璃钢制作低温容器，用无磁材料黄铜制作伸缩调节机构9和探测窗口法兰盘20；用无磁不锈钢制作波纹管8。这样，对于由弱磁信号探测器件组成的探测系统，例如高温超导量子干涉器件，可以消除周围环境对磁探测器件的干扰，其余同实施例1。
实施例6
本实施例中的冷指10是用高热导材料白宝石制作而成，其上端开有一空腔23与低温容器相通，该冷指10位于真空夹层6内部、探测窗口11的上方，其空腔23内可以储存低温液体3，空腔23底部应尽可能靠近探测器件，以减小两者之间的温差，同时也可以延长有效工作时间。
由于白宝石很难加工，可以开空腔，因成本高，也可以不开；空腔内很难加工螺纹，因此，本例中未使用准直机构，其余同实施例1。