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1、(10)申请公布号 CN 103353614 A (43)申请公布日 2013.10.16 CN 103353614 A *CN103353614A* (21)申请号 201310229264.X (22)申请日 2013.06.09 G01V 3/40(2006.01) (71)申请人 中国科学院地质与地球物理研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路 19 号 (72)发明人 刘双迟 秦华峰 王华沛 刘青松 朱日祥 (74)专利代理机构 北京五月天专利商标代理有 限公司 11294 代理人 王振华 (54) 发明名称 一种连续温度磁性参数测量系统及测量方法 (57) 摘要 本发明公。
2、开了一种连续温度磁性参数测量 系统及测量方法， 测量系统包括 ： 样品腔 （1） 、 计 算机 （2） 、 信号测量采集系统 （3） 、 机械传动系统 （4） 、 温控系统 （5） 、 气流输送系统 （6） 、 隔热部分 （7） 、 磁屏蔽装置 （8）和磁场控制系统 （9） ， 其中 信号测量采集系统 （3） 和机械传动系统 （4） 两部 分协同完成多种磁性参数的测量采集 ； 温控系统 （5） 与气流输送系统 （6） 互相协作对样品 （10） 进 行精确温度控制 ； 磁屏蔽装置 （8） 用于提供一个 较低的静磁环境， 磁场控制系统 （9） 在达到预设 温度后加载预定磁场， 计算机 （2） 控制。
3、系统各个 部分协同工作。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103353614 A CN 103353614 A *CN103353614A* 1/2 页 2 1. 一种连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 包括 ： 样品腔 （1） 、 计算机 （2） 、 信号 测量采集系统 （3） 、 机械传动系统 （4） 、 温控系统 （5） 、 气流输送系统 （6） 、 隔热部分 （7） 、 磁屏 蔽装置 （8） 和磁场控制系统 （9） 。
4、， 其中信号测量采集系统 （3） 和机械传动系统 （4） 两部分协 同完成多种磁性参数的测量采集 ； 温控系统 （5） 与气流输送系统 （6） 互相协作使用加热气 流对样品 （10） 进行温度控制 ； 磁屏蔽装置 （8） 用于提供一个静磁环境， 磁场控制系统 （9） 对样品区加载预定磁场， 计算机 （2） 控制系统各个部分协同工作， 能够在变温状态下进行测 量， 从而获得连续温度段上如天然剩磁、 饱和等温剩磁等多种磁性参数信息。 2. 根据权利要求 1 所述的连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 所述信号测量采 集系统 （3） 包括磁探头控制单元 （31） 、 磁通门探头 （32） 和数据。
5、采集卡 （33） ， 其中磁探头控 制单元 （31） 为磁通门探头 （32） 提供电源与信号激励， 同时将探头检测到的微弱磁信号转 换成的电信号提供给数据采集卡 （33） 。 3. 根据权利要求 2 所述的连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 机械传动系统 （4） 包括步进电机驱动控制卡 （41） ， 步进电机 （42） ， 和双齿轮传动转盘 （43） ， 为测量系统构建 一个可自动转动样品测试角度的操作平台， 其中步进电机 （42） 的转动轴嵌套双齿轮传动转 盘 （43） 中的小齿轮， 小齿轮运动带动大齿轮转动， 齿轮传动进而带动测量平台上的磁通门 探头 （32） 转动。 4. 根据权利。
6、要求 2 或 3 所述的连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 温控系统 （5） 包括热电偶 （51） ， 温控器 （52） 和电热器 （53） ， 其中， 放置在样品 （10） 附近的热电偶 （51） 监测样品所达到的温度， 计算机 （2） 发送温度控制指令给温控器 （52） ， 温控器 （52） 根据热 电偶 （51） 反馈的温度数据为电热器 （53） 实时分配要达到目标温度所需要的加热电流， 电 热器 （53） 通电后发热， 将气流输送系统 （6） 流过的空气加热， 输送至样品腔 （1） 加热样品 （10） ， 这种使用加热气流加热样品的方法可以消除电热器 （53） 通电时产生的次生磁。
7、场对样 品的影响 ； 气流传输系统 (6) 包括风机 （61） 和风道 （62） ， 风机 （61） 设置在测量系统的底 部， 与样品测量区保持一米以上的距离。 5. 根据权利要求 1-4 任一项所述的连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 磁场控 制系统 （9） 包括可编程电源 （91） 和控场线圈 （92） ， 可编程电源 （91） 根据要求的磁场值将相 应的电流提供给样品区的控场线圈 (92)， 控场线圈 （92） 通电产生磁场， 完成对样品的磁场 控制。 6. 根据权利要求 1-5 任一项所述的连续温度磁性参数测量系统， 其特征在于， 所述隔 热部分 （7） 为无磁性透明的石英材料烧。
8、制的整体双层隔热样品架， 双层石英壁中填充防火 耐温材料 ； 所述磁屏蔽装置 (8) 包括超微晶材料制成的外层， 和坡莫合金制成的内层或仅 由其中一种材料制成。 7. 采用 1-6 任一项所述的连续温度磁性参数测量系统进行测量的方法， 其特征在于， 包括如下步骤 1） 将样品 （10） 放入样品腔 （1） 中， 并关闭舱门， 安置好磁屏蔽装置 （8） ； 2） 在计算机 （2） 上输入所测样品所需的一系列参数 ； 3） 计算机控制磁场控制系统 （9） ， 使样品区磁场达到要求 ； 4） 系统根据所设置的目标温度值开始温度控制 ； 达到目标温度后按照所设置的保持时 间进行温度保持， 以保证样品被。
9、完全均匀加热 ； 权 利 要 求 书 CN 103353614 A 2 2/2 页 3 5） 信号测量采集系统 （3） 与机械传动系统 （4） 协同工作， 信号采集系统采集过样品一 个角度的数据后， 机械传动系统带动信号采集系统的探头转动， 变换角度之后再测量 ； 完成 旋转一周测量之后， 结束对此温度点的测试 ； 6） 系统根据加热的目标温度点的温度间隔， 进行步骤 4） 、 5） 的重复 ； 7） 完成所有待测温度点的测量后， 计算机计算出磁性参数值进行显示保存。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 在步骤4)中， 若热电偶检查到的样品温度 没有达到目标温度， 则温控器为电热器提。
10、供电流， 电热器发热， 气流传输系统 （6） 开启， 空气 经过电热器被加热后， 进入样品腔加热样品， 样品在达到目标温度后， 温控器提供少量电流 使系统保持在目标温度。 9. 根据权利要求 7 或 8 所述的方法， 其特征在于， 步骤 2） 中输入的参数包括待测磁性 参数的选择、 加热的目标温度点 （单一温度） 、 加热的目标温度点的温度间隔 （连续温度） 、 目 标温度保持时间、 样品区磁场设定、 探头旋转间隔角度。 10. 根据权利要求 7-9 任一项所述的方法， 当测量剩磁时， 信号测量采集系统 （3） 的磁 通门探头 （32） 围绕样品隔一定角度进行一次测量， 旋转一周之后， 计算机。
11、计算出样品最强 磁场强度的方向角度和磁场强度， 通过这二者计算出剩磁值。 权 利 要 求 书 CN 103353614 A 3 1/8 页 4 一种连续温度磁性参数测量系统及测量方法 技术领域 0001 本发明属于古地磁磁性测量领域， 具体涉及一种连续温度磁性参数测量系统及测 量方法。 背景技术 0002 地球磁场起源于地核内流体的运动， 它的变化蕴藏着丰富的地球内部动力学过程 的信息。 地质历史时期地球磁场强度变化特征的研究为最终建立地球动力学模型提供重要 的条件。 因此， 从岩石中进行采样并通过古地磁学的热退磁方法获得古强度数据， 就具有非 常重要的科研意义。 可以说， 岩石样品是记录了重。
12、要信息的加密文件， 而破译这些文件的过 程就是古地磁学获得古强度数据的过程。然而， 由于地球磁场古强度测定所涉及的理论和 实验比古方向测量要复杂得多， 目前古强度数据比古方向数据少得多， 使得人们难以全面 认识地质历史时期地球磁场的变化。进而阻碍了利用地球磁场探索地球内部的物理过程。 0003 而之所以古强度数据量较少， 一则因为样品从采集到制成的环节复杂， 存在着诸 多未知的影响因素， 二则是因为样品的测试工作比较复杂， 需要在逐渐增温的温度点上不 断重复热退磁与剩磁测量， 通常流程如下 ： 样品放入加热炉 - 加热到 100 度 - 冷却 - 放 入测量系统 - 测量 - 样品放入加热炉 。
13、- 加热到 200 度 - 冷却 - 放入测量系统 - 测 量 - 样品放入加热炉 - 加热到 300 度 - 冷却 - 放入测量系统 - 测量 - 以此循环， 直至加热测量至所需最高温度。之后再将每个温度点的数据进行曲线拟合， 然后进行领域 内的数据分析， 以致测量工作极其耗力费时， 并且使用少量加热温度点所拟合出的退磁曲 线也不够精确。而第二部分原因也是制约整个古地磁领域发展的瓶颈之一。以中国科学院 地质与地球物理研究所古地磁实验室为例， 整个的实验过程就必须在 FP-PTSD1 热退磁仪 和岩石超导磁力仪两部分进行。使用热退磁仪对样品进行分温度段退磁， 之后再使用岩石 剩余磁性测量仪进行。
14、磁性测量。但在整个测量过程中测量系统和强度炉分离， 只能获得某 些确定温度点的部分天然剩磁和部分热剩磁信息， 而这些温度点离散程度很大， 例如上面 提到的 100、 200、 300 度， 因此， 这种用温度点的数据进行拟合导致大量的温度段数据的丢 失。并且磁性矿物饱和磁化强度会随温度变化而改变， 只在室温下测量剩磁强度的方法增 加了古强度理论的复杂性。 0004 同时， 仪器如果能够将测量的温度环境设定在任意的温度点， 也是磁学领域的一 个重要仪器改进。因为很多磁学参数， 比如饱和等温剩磁 （SIRM） 、 非滞后剩余磁化强度 （ARM） 等都是在岩石磁学、 环境磁学中非常重要的磁学参数， 。
15、前者指物质在某一温度下受稳 定磁场 ( 通常为 1T) 作用能产生的最大剩余磁化强度， 既与磁性矿物类型有关又与其含量 有关 ； 后者指在弱恒定赢流磁场中， 使样品经受强的并平衡地降低到零的交变磁场作用所 得到的剩磁， 对单畴的磁性颗粒特别敏感。而如今这些磁学参数都因为没用连续变温的测 量环境， 只能加一定高温之后， 再冷却至室温测量， 而这些参数都是与温度的变化息息相关 的， 所以， 这种仪器的局限性在很大程度上限制了这些参数的应用， 也增添了古地磁参数解 释的复杂度。综合以上原因， 古地磁领域迫切需要可以在连续任意温度点进行实时剩磁测 说 明 书 CN 103353614 A 4 2/8 。
16、页 5 量的仪器。 0005 目前全世界尚没有可在连续温度段上测试样品剩磁的商用仪器， 仅有法国一家科 研机构搭制了实验室试用的同类仪器。 该仪器设计思路为在磁屏蔽装置内部使用加热器和 水循环系统完成对样品的温度控制， 同时采用振荡样品的原理完成磁性信号的采集。这种 设计思路的缺点在于 ： 一是由于加热器均需要通电才能加热， 而由于电磁转换原理， 通电的 加热器必然会产生次生磁场， 这个次生磁场在屏蔽装置的内部无法去除， 又因其在样品的 附近， 所以会大大的影响样品本身磁性参数的测量。二是这种设计方法采用的是振荡样品 磁性测量原理， 这种方法需要在一个已知磁场下往复振荡样品， 之后使用拾取线圈。
17、采集样 品感生出的磁场， 进而反演出样品本身的剩磁。 其缺点是测量的是一个相对量， 每次测量都 需要使用标样校正， 同时其测量的灵敏度不高， 只能达到 10-5 emu， 与高性能的磁通门探头 相比要低一个数量级。 发明内容 0006 为了解决上述问题， 本发明公开了一种连续温度磁性参数测量系统， 包括 ： 样品 腔、 计算机、 信号测量采集系统、 机械传动系统、 温控系统、 气流输送系统、 隔热部分、 磁屏蔽 装置和磁场控制系统， 其中信号测量采集系统和机械传动系统两部分协同完成多种磁性参 数的测量采集 ； 温控系统与气流输送系统互相协作使用加热气流对样品进行精确温度控 制 ； 磁屏蔽装置用。
18、于提供一个较低的静磁环境， 磁场控制系统对样品区加载预定磁场， 计算 机控制系统各个部分协同工作， 能够在变温状态下进行测量， 从而获得连续温度段上如天 然剩磁、 饱和等温剩磁等多种磁性参数信息。 0007 其中， 所述信号测量采集系统包括磁探头控制单元、 磁通门探头和数据采集卡， 其 中磁探头控制单元为磁通门探头提供电源与信号激励， 同时为数据采集卡提供探头检测到 的微弱磁信号转换成的电信号。 0008 其中， 机械传动系统包括步进电机驱动控制卡、 步进电机和双齿轮传动转盘， 为测 量系统构建一个可自动转动样品测试角度的操作平台， 其中步进电机的转动轴嵌套双齿轮 传动转盘中的小齿轮， 小齿轮。
19、运动带动大齿轮转动， 齿轮传动进而带动测量平台上的磁通 门探头转动。 0009 其中， 温控系统包括热电偶， 温控器和电热器， 其中， 放置在样品附近的热电偶监 测样品所达到的温度， 计算机发送温度控制指令给温控器， 温控器根据热电偶反馈的温度 数据为电热器实时分配要达到目标温度所需要的加热电流， 电热器通电后发热， 将气流输 送系统流过的空气加热， 输送至样品腔加热样品。 0010 其中， 气流传输系统包括风机和风道， 风机设置在测量系统的底部， 与样品测量区 保持一米以上的距离。 0011 其中， 磁场控制系统包括可编程电源和控场线圈可编程电源根据要求的磁场值将 相应的电流提供给样品区的控。
20、场线圈， 线圈通电产生磁场， 完成对样品的磁场控制。 0012 其中， 所述隔热部分为无磁性透明的石英材料烧制的整体双层隔热样品架， 双层 石英壁中填充防火耐温材料。 0013 其中， 所述磁屏蔽装置包括超微晶材料围制成外层， 和由坡莫合金制成的内层。 其 也可只使用其中一种材料制作。 说 明 书 CN 103353614 A 5 3/8 页 6 0014 本发明还公开了采用上述连续温度磁性参数测量系统进行测量的方法， 包括如下 步骤 ： 1） 将样品放入样品腔中， 并关闭舱门， 安置好磁屏蔽装置 ； 2） 在计算机上输入所测样品所需的一系列参数 ； 3） 计算机控制磁场控制系统， 使样品区磁。
21、场达到要求 ； 4） 系统根据所设置的目标温度值开始温度控制 ； 达到目标温度后按照所设置的保持时 间进行温度保持， 以保证样品被完全均匀加热 ； 5） 信号测量采集系统与机械传动系统协同工作， 信号采集系统采集过样品一个角度的 数据后， 机械传动系统带动信号采集系统的探头转动， 变换角度之后再测量 ； 完成旋转一周 测量之后， 结束对此温度点的测试 ； 6） 系统根据加热的目标温度点的温度间隔， 进行步骤 4） 、 5） 的重复 ； 7） 完成所有待测温度点的测量后， 计算机计算出磁性参数值进行显示保存。 0015 其中， 在步骤 4) 中， 若热电偶检查到的样品温度没有达到目标温度， 则温。
22、控器为 电热器提供电流， 电热器发热， 风力传输系统开启， 空气经过电热器被加热后， 进入样品腔 加热样品， 样品在达到目标温度后， 温控器提供少量电流使系统保持在目标温度， 这种使用 加热气流加热样品的方法可以消除电热器通电时产生的次生磁场对样品的影响。 0016 其中， 步骤 2） 中输入的参数包括待测磁性参数的选择、 加热的目标温度点 （单一温 度） 、 加热的目标温度点的温度间隔 （连续温度） 、 目标温度保持时间、 样品区磁场设定、 探头 旋转间隔角度。 0017 其中， 当测量剩磁时， 信号采集系统的探头围绕样品隔一定角度进行一次测量， 旋 转一周之后， 计算机计算出样品最强磁场强。
23、度的方向角度和磁场强度， 通过这二者计算出 剩磁值。 0018 本发明的连续温度剩磁测量系统， 开辟了古地磁学领域磁化强度的连续温度测量 技术， 将测量与加热技术结合起来， 使其在加热的过程中就能被测量， 不需要冷却下来 ； 而 且可以控制温度的升温间隔， 比如 1 度 1 度的升温， 每升 1 度测量一次， 这样， 实测的数据量 就丰富了。 本发明可获得连续温度下的测量结果， 弥补了传统测量过程中， 只能获得离散温 度点信息的不足。 同时， 其可以在加温状态下测得磁性参数的技术， 克服了传统仪器加温与 测量系统相分离的不足， 使得变温状态下测量饱和等温剩磁等磁性参数的技术得以实现。 同时， 。
24、因为本发明采用加热气流加热样品的方法， 可以极其有效地消除电热器在通电加热 过程中产生的次生磁场对样品测量的干扰， 保证了仪器测试精度。 该仪器设计理念创新， 制 作工艺先进， 仪器精度、 稳定性均高于设计标准， 为古地磁古强度测试实现高精度测量提供 了坚实的仪器技术支撑。该系统具有重要的科学应用价值， 具有广泛的推广前景。 附图说明 0019 图 1 ： 连续温度磁性参数测量系统工作原理图 ； 图 2 ： 连续温度磁性参数测量系统结构框图 ； 图 3 ： 双齿轮传动转盘 43 尺寸图 ； 图 4 ： 石英隔热样品架尺寸图。 0020 附图标记说明 ： 说 明 书 CN 103353614 A。
25、 6 4/8 页 7 1- 样品腔 ； 2- 计算机 ； 3- 信号测量采集系统 ； 31- 磁探头控制单元 ； 32- 磁通门探头 ； 33- 数据采集卡 ； 4- 机械传动系统 ； 41- 步进电机驱动控制卡 ； 42- 步进电机 ； 43 双齿轮传动转盘 ； 5- 温控系统 ； 51- 热电偶 ； 52- 温控器 ； 53- 电热器 ； 6- 气流输送系统 ； 61- 风机 ； 62- 风道 ； 7- 隔热部分 （内夹防火棉的双层隔热样品架） ； 8- 磁屏蔽装置 ； 9- 磁场控制系统 ； 91- 可编程电源 ； 92- 控场线圈 ； 10- 样品。 具体实施方式 0021 下面结合附。
26、图对本发明进行具体描述。 0022 如图1、 2所示， 本发明的连续温度磁性参数测量系统包括样品腔1、 计算机2、 信号 测量采集系统3、 机械传动系统4、 温控系统5、 气流输送系统6、 隔热部分7、 磁屏蔽装置8和 磁场控制系统 9 等几大部分。 0023 其中， 样品腔 1 是样品 10 在系统的放置固定位置 ； 计算机 2 负责控制系统各个系 统进行协同工作， 完成对样品在连续温度上进行磁性参数测量 ； 机械传动系统 4 负责按需 要将样品10旋转移动不同的角度， 高精度的信号测量采集系统3负责完成磁感应强度的测 量， 信号测量采集系统 3 和机械传动系统 4 两部分协同工作可以完成多。
27、种磁性参数的测量 采集 ； 温控系统 5 与气流输送系统 6 互相协作使用加热气流实现对样品 10 的精确温度控 制 ； 隔热部分 7 是内夹防火棉的双层石英架， 保证加热气流的温度不向周围环境扩散 ； 磁屏 蔽装置 8 为系统提供一个较低的静磁环境， 以保证系统的高精度磁场测量 ； 磁场控制系统 9 能够在升降温过程中加载预定磁场， 以满足古强度实验的需要。 0024 下面对各个组成部分进行具体描述。 0025 一、 样品腔 样品腔 1 为在双层隔热样品架 7 上开辟的固定样品 10 的空间， 其在内层石英壁形成的 气流通道上搭置了一个含通透小孔的陶瓷片， 使得样品 10 可以放置在样品腔 。
28、1 中， 而在外 层石英壁上又设计了可开闭的石英样品舱门， 可以在样品放置之后关闭样品腔， 保证系统 的隔热效果。 0026 二、 计算机 为通用计算机， 但其具有多个串行通讯端口以实现系统的各个功能。其中用户操作软 件使用LabVIEW语言编写， 使用者在界面上完成系统各项参数的设置之后， 计算机2分别控 制气流输送系统 6、 温控系统 5 完成对样品的温度控制 ； 控制磁场控制系统 9 完成对样品的 说 明 书 CN 103353614 A 7 5/8 页 8 磁场加场要求 ； 控制机械传动系统 4 与磁性测量采集系统 3 完成对样品磁性参数的采集。 0027 三、 信号测量采集系统 信号。
29、测量采集系统 3 包括磁探头控制单元 31、 磁通门探头 32、 数据采集卡 33。其中磁 探头控制单元 31 既负责为磁通门探头 32 提供电源与信号激励， 又能为数据采集卡 33 提供 探头检测到的微弱磁信号转换成的电信号。 因此， 信号测量采集的过程如下 ： 磁探头控制单 元 31 接到计算机 2 发送来的测试指令， 为磁通门探头 32 提供电源激励， 安置在样品 10 附 近的探头 32 收到激励后会测得相应的磁场， 该磁场信号在磁探头控制单元 31 被处理成可 被读取的电信号后， 被数据采集卡 33 采集， 传输回计算机 2。 0028 磁通门探头 32 可选用英国巴庭顿公司生产的 。
30、Mag-03 三轴磁力仪。该紧凑型的 磁力仪具有集成电子装置的高性能磁通门探头， 可以对静止磁场和交变磁场进行高精度 测量。其测量范围包括 70、 100、 250、 500 或 1000T， 以几种方式封装。该系 列探头可以用任何 12V 的电压驱动， 以三相模拟电压方式在 0 - 10V 范围， 成比例的 对应 Bx、 By 和 Bz 输出。 探头可以以三个不同的噪声水平供应。低噪声版的噪声水平在 1 Hz 时小于 6pT rms / Hz， 能够以除 MCT 型封装外的所有封装方式供应， 量程为 70、 100T。 0029 数据采集卡 33 可采用美国 NI 公司生产的 USB-625。
31、1 数据采集板卡， 其拥有 16 路 模拟输入 (16 位 )， 其中单通道采样率达 1.25 M/s， 并且可以使用 NI-DAQmx 驱动软件和 NI LabVIEW SignalExpress交互式数据记录软件。 NI USB-6251是一款USB高速M系列多功能 DAQ模块， 在高采样率下也能保持高精度。 其即插即用的安装最大程度地降低了配置和设置 时间， 同时它能直接与螺丝端子相连， 从而削减了成本并简化了信号的连接。 NI-DAQmx 驱 动程序和测量服务软件提供了简单易用的配置和编程界面， DAQ Assistant 等功能可缩短 开发时间。 因此， 其正是本系统所需要的动态信号。
32、采集应用和配合传感器测量的理想选择。 0030 四、 机械传动系统 机械传动系统包括步进电机驱动控制卡 41， 步进电机 42， 双齿轮传动转盘 43 等， 为测 量系统构建一个可自动转动样品测试角度的操作平台。 0031 其中， 计算机 2 发送指令给步进电机驱动控制卡 41， 驱动控制卡 41 根据指令计算 步进电机需要运转的步数， 并控制步进电机42运动， 步进电机42的转动轴嵌套了双齿轮传 动转盘 43 中的小齿轮， 小齿轮运动带动大齿轮转动， 齿轮传动进而带动测量平台上磁通门 探头32的转动完成仪器探头对应样品角度的变化， 软件同时控制信号测量采集系统3对样 品进行测量， 从而完成自。
33、动化全角度的样品测量。 0032 在解决系统对步进电机及剩磁测量仪的控制问题上， 本系统将采用 LabVIEW 软件 编程实现对系统的控制， 在编制界面中， 使用者可以设置测试样品个数， 每个样品测试次 数， 样品测量角度间隔等。在运行程序时， 通过串口将程序的 G 语言转换为剩磁测量仪和步 进电机能识别的 ASCII 码， 以实现对二者的控制。其中， 大小齿轮齿数比为 198:38， 直径比 为 400:80。图 3 为双齿轮传动转盘 43 尺寸图。 0033 五、 温控系统 温控系统 5 包括 ： 热电偶 51， 温控器 52， 电热器 53。其中， 放置在样品 10 附近的热电 偶 51。
34、 负责监测样品所达到的温度 ； 计算机 2 发送温度控制指令给温控器 52， 温控器根据热 电偶 51 反馈的温度数据为电热器 53 实时分配要达到目标温度所需要的加热电流， 电热器 说 明 书 CN 103353614 A 8 6/8 页 9 53 通电后就会发热， 将气流输送系统 6 流过的空气加热， 输送至样品腔 1 加热样品 10。 0034 热电偶 51 选用 R 型热电偶， 具有精度高， 温漂小的优点。 0035 温控器 52 选用 Eurotherm 公司生产的 2604 型温控器。该温控器是一种模块化的 可自由组态的， 高精度， 高性能的温度及过程控制器。 它有单回路， 双回路。
35、或三回路模式。 每 个回路除可以作为普通的 PID 回路外还可以设置成串级， 比率等控制回路。其配有 7 个按 键， 用于切换各种控制状态和修改参数。 因为其具有最多控制三个加热回路的模式， 所以使 系统可以具有大样品的多段加热或今后开发的多样品加热的潜在功能。在实际使用方面， 其温控精度也相当之高， 可达 0.1， 因此， 在温度控制上， 该系统可以完成室温至 800的 温度性能指标， 完全可以满足设计要求。 0036 电热器 53 可选用镍铬电炉丝。这种炉丝具有优良的抗氧化性， 相对较好的抗渗碳 性能， 对含硫气氛及表面受含硫气氛污染时有很好的耐腐蚀性。广泛应用于工业电炉、 冶 金、 机械。
36、、 电器、 飞机、 汽车制造、 军工等行业制作发热元件和电阻元件。 0037 六、 气流传输系统 系统的气流传输系统 6 由风机 61 和风道 62 构成。为了防止风机运动时产生的磁场 对样品测量产生干扰， 将风机 51 设计在系统的底部， 与样品测量区保持一定的距离 （优选 1 米） ， 这样再加上屏蔽系统的作用， 鼓风机 51 对样品测量的影响将会完全排除。为了保证加 热功率的实现， 可选用 330W， 转速在 3000r/min 的离心风机。传输管道 52 选用铝箔制成的 可以弯曲的管道， 管道末端接入电热器 53， 使空气加热后， 通入样品腔 1， 这样， 就实现了气 流的加热传输。 。
37、0038 七、 隔热部分 为了保证高温测试的需要， 同时鉴于本系统对磁性参数的超高要求， 设计了由无磁性 透明的石英材料烧制的整体双层隔热样品架 7， 在其中填充陶瓷纤维等隔热材料以确保气 流传输系统 6 输送来的空气温度不向周围环境扩散， 同时， 样品架 7 整体都由无磁材料制 作， 确保了测量过程中不引入其他干扰。石英隔热样品架尺寸图见图 4。 0039 八、 磁屏蔽装置 为了使本系统在磁性测量过程中排除掉周围磁场对其产生的干扰， 必须要使用磁屏蔽 装置 8 对系统的测试区域进行磁屏蔽。目前最常用的磁屏蔽材料有超微晶和坡莫合金两 种， 其中超微晶材料有着易于加工、 价格低廉等优点， 但因其。
38、磁导率没有坡莫合金高， 因此 在 100nT 以下的磁屏蔽中需要比 100nT 以上围制更多的层数才能够实现 ； 坡莫合金虽然磁 导率高， 但价格昂贵， 加工困难。这两种材料均可以单独作为本专利的磁屏蔽材料， 但考虑 到价格及加工等方面的因素， 本发明优选方案为 ： 首先使用超微晶材料围制外层， 待磁场的 屏蔽达到 100nT 级别之后， 最内层再使用由坡莫合金制造的内层屏蔽桶， 因其磁导率较高， 可以有效的将环境磁场降到较理想的 20nT 以内范围。 0040 九、 磁场控制系统 由于一些磁性参数的测定需要给样品提供指定要求的磁场， 因此本系统设计了磁场控 制系统。系统的磁场控制系统 9 包。
39、括可编程电源 91 和控场线圈 92。计算机 2 中发出指令 给可编程电源 91， 电源根据要求的磁场值将相应的电流提供给样品区的控场线圈 92， 线圈 通电产生磁场， 完成对样品的磁场控制。 0041 十、 样品 说 明 书 CN 103353614 A 9 7/8 页 10 本系统所测试样品 10 为古地磁领域的标准样品。具体规格为 ： 高 2cm， 直径 2.54cm 的 圆柱形岩石样品 ； 或 2cm 的立方体黄土样品。 0042 下面结合附图 1-4 描述采用本发明的测量系统进行测量的过程。 0043 1 首先将样品10放入样品腔1中， 并关闭舱门， 安置好磁屏蔽装置7。 之后在计算。
40、 机 2 上输入所测样品所需的一系列参数， 计算机根据所输入的参数， 开始控制各部分进行 工作。 0044 2 输入的参数包括测量何种磁性参数 （比如剩磁， 饱和等温剩磁 （SIRM） ） ； 加热的 目标温度点 （单温度点测量） ； 加热的目标温度点的温度间隔 （连续温度点测量） ； 目标温度保 持时间 ； 磁场的设定 ； 探头旋转间隔角度等。 0045 A 其中磁性参数的选择可以有两类 ： 第一类是矢量参数， 就是既需要测强度大小， 又需要测最强的方向在什么角度， 这类参数以剩磁为代表， 剩磁包括三个参数， 强度、 磁偏 角和磁倾角， 这三个参数是由大小和方向计算而来。因为这一类参数需要测。
41、量方向， 所以 就需要电机带动转盘带动探头围绕样品进行至少一周的旋转测量， 也就是机械转动系统与 测量采集系统协同合作进行测量。 第二类是标量参数， 只需要测量样品在固定方向上的 值， 这类参数以饱和等温剩磁 （SIRM） 为代表， 它需要测量样品在加载饱和磁场 （通常为大于 1T） 之后不同温度点的加载磁场方向的样品值， 所以就不需要机械传动系统的工作。而这 类参数的传统测量方法如下 ： 由于测量与加热系统分离， 需要将样品先加饱和场， 再进行加 热， 降温之后再进行测量， 因此测量值是在室温条件下的值， 但这个参数理论上会受温度的 影响， 因此， 在不同温度上测量的值是不同的。传统方法没法。
42、在加热的时候进行测量， 而本 发明可以在加温的条件下测量的特点使得变温状态下测量饱和等温剩磁等磁性参数的技 术得以实现。 0046 B 如果只需要测量某一个温度点的数据， 使用者需要设置加热的目标温度点 （单 温度点测量） ； C 如果需要测量连续温度段上的数据 （比如 20-700 每 50 度测量一个点） 则需设置加热 的目标温度点的温度间隔 （连续温度点测量） 。 0047 D 目标温度保持时间， 不同的样品需要不同的目标温度保持时间以确保样品在设 定温度上进行足够加热。 0048 E 磁场的设定， 确保样品处于所设定的磁场中。 0049 F 探头旋转间隔角度， 在测量矢量时， 探头需要。
43、至少围绕样品一周测量才能计算 出样品的最强方向， 因此， 探头旋转间隔角度越小， 测量次数越多， 计算的结果也越精确， 但 相应的测试时间也会增加。 0050 3 计算机根据磁场的设定控制可编程电源 91 为线圈供电， 使样品区磁场达到要 求。 0051 4 系统根据所设置的目标温度值开始温度控制， 如热电偶检测到的样品温度没有 达到目标温度， 则温控器为电热器提供电流， 电热器发热， 风力传输系统开启， 空气经过电 热器被加热后， 进入样品腔加热样品， 样品在达到目标温度后， 系统根据使用者设置的目标 温度保持时间， 控制温控器提供少量电流给电热器使系统保持在目标温度。保持时间结束 后， 进。
44、入测试环节。 0052 5 如果使用者测量的是剩磁这样的矢量参数， 信号测量采集系统与机械传动系统 说 明 书 CN 103353614 A 10 8/8 页 11 协同工作， 探头围绕样品隔一定角度进行一次测量， 旋转一周之后， 计算机可以计算出样品 最强磁场强度的方向角度是多少， 磁场强度是多少， 这二者可以计算出剩磁值 （包括磁倾 角， 磁偏角， 磁场强度值） ； 如果测量的是饱和等温剩磁这样的标量， 则系统只需控制机械旋 转系统将探头移至对准加场方向进行测量采集即可。 0053 6 如果使用者测试的是单一温度点的数据， 那么 4， 5 两步结束后， 计算机会计算 出磁性参数值进行显示保存 ； 如果使用者测试的是连续温度段上的测试， 那么系统会根据 加热的目标温度点的温度间隔进行 4， 5 两步的重复， 直至完成所有待测温度点的测量。 说 明 书 CN 103353614 A 11 1/2 页 12 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103353614 A 12 2/2 页 13 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103353614 A 13 。