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原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，低溫恒溫器由不銹鋼外壁和制冷機(jī)構(gòu)成；光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高速攝像機(jī)和金相顯微鏡,利用脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)、結(jié)合低溫條件形成多極端條件下的瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，原位研究材料性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的直接聯(lián)系,設(shè)置了減振結(jié)構(gòu)，且將磁體的支撐與光學(xué)成像的支撐分開(kāi)，保證了精度；低溫恒溫器可以很好的對(duì)脈沖磁體及樣品進(jìn)行降溫；不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔的設(shè)計(jì)可以有效避免觀察窗口結(jié)霜或者起霧，從而不會(huì)影響高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系統(tǒng)的可容錯(cuò)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及物理強(qiáng)磁場(chǎng)研究控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁場(chǎng)是一個(gè)類(lèi)似于溫度和壓強(qiáng)的熱力學(xué)參量，磁場(chǎng)的研究是諸多科學(xué)領(lǐng)域及應(yīng)用領(lǐng)域的主要研究對(duì)象。現(xiàn)代物質(zhì)科學(xué)研究、實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)及工業(yè)化生產(chǎn)中，越來(lái)越需要了解產(chǎn)生宏觀現(xiàn)象的微觀起源。
[0003]如何直觀的將磁場(chǎng)所誘導(dǎo)產(chǎn)生的材料微觀結(jié)構(gòu)與材料性能的改變相關(guān)聯(lián)，一直是凝聚態(tài)物理、材料研究所關(guān)注的。
[0004]目前，強(qiáng)磁場(chǎng)的研究主要依賴(lài)磁化、電輸運(yùn)、比熱、磁光、ESR和核磁共振等科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；但是這些測(cè)量方法一般被認(rèn)為是傳統(tǒng)的方法，有很多的局限性。比如，雖然ESR和核磁共振通過(guò)引入電磁波與物質(zhì)的相互作用可以獲得電子態(tài)等微觀信息，但是仍然不夠充分和直接。
[0005]材料的微觀結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)行為，直接影響和決定材料的性能。因此，通過(guò)有效跟蹤材料的微觀信息，研究建造強(qiáng)磁場(chǎng)條件下的微觀結(jié)構(gòu)分析設(shè)備，已經(jīng)成為一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法充分和直接的獲得電子態(tài)等微觀信息的上述缺陷和問(wèn)題，本實(shí)用新型實(shí)施例的目的是提供一種更好的原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，利用脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)所提供的高場(chǎng)強(qiáng)和快速變化的磁場(chǎng)，結(jié)合低溫條件，形成多極端條件下的材料瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，原位研究材料性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的直接聯(lián)系。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于:
[0009]脈沖電源包括:充電系統(tǒng)、泄能電路、續(xù)流電路、電容器組、保護(hù)電感、主放電開(kāi)關(guān)、極性轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和控制單元；脈沖電源的規(guī)格為:12kv，3.2mF，230KJ模塊；其中230KJ模塊的充電電壓為12kv ；
[0010]脈沖磁體的規(guī)格為:磁場(chǎng)強(qiáng)度0-40T，磁體孔徑為10mm，脈沖寬度大于20ms ；
[0011]低溫恒溫器由不銹鋼外壁和制冷機(jī)構(gòu)成；
[0012]光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括高速攝像機(jī)和金相顯微鏡；
[0013]其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁安裝在光學(xué)平臺(tái)上，并穿過(guò)光學(xué)平臺(tái)；制冷機(jī)從光學(xué)平臺(tái)底部垂直安裝在不銹鋼外壁的內(nèi)部下方，不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔，且不銹鋼外壁內(nèi)部、制冷機(jī)的頂端外圍設(shè)置有樣品基座，樣品基座上安裝有樣品桿，樣品桿頂部放置有樣品，樣品桿外部安裝有脈沖電源，脈沖電源與脈沖磁體相連，高速攝像機(jī)安裝在不銹鋼外壁頂端的開(kāi)口處、樣品桿上方；高速攝像機(jī)和金相顯微鏡相連。
[0014]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈、加熱絲和溫度計(jì)；其中磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈位于樣品桿頂端、樣品周?chē)訜峤z和溫度計(jì)安裝在樣品基座外部周?chē)?br> [0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述樣品桿為藍(lán)寶石材料。
[0016]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述制冷機(jī)與不銹鋼外壁之間安裝有減震器。
[0017]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述高速攝像機(jī)和金相顯微鏡之間還補(bǔ)充設(shè)有高壓光源和濾波片，高壓光源為高壓氙燈或高壓汞燈，高壓光源的后部安裝有濾波片。
[0018]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述脈沖磁體分層結(jié)構(gòu)，采用純銅Cu、CuAg合金、金屬玻璃纖維構(gòu)成。
[0019]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，設(shè)置了減振結(jié)構(gòu)，且將磁體的支撐與光學(xué)成像的支撐分開(kāi)，保證了精度；低溫恒溫器可以很好的對(duì)脈沖磁體及樣品進(jìn)行降溫；不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔的設(shè)計(jì)可以有效避免觀察窗口結(jié)霜或者起霧，從而不會(huì)影響高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系統(tǒng)的可容錯(cuò)性。
[0020]本實(shí)用新型解決了以下問(wèn)題:
[0021]I)脈沖磁體放電過(guò)程中強(qiáng)電磁力產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)對(duì)高速光學(xué)成像系統(tǒng)圖像穩(wěn)定性和分辨率的影響；
[0022]2)脈沖磁體放電過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)、大電流、高電壓等對(duì)圖像信號(hào)采集和控制單元的干擾；
[0023]3)低溫恒溫器熱輻射及對(duì)磁體電極漏熱，而對(duì)磁體、樣品冷卻速度和低溫穩(wěn)定性的影響，以及磁體熱輻射對(duì)樣品區(qū)域低溫和控溫精度的影響。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2的原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的樣品基座、樣品桿、樣品、磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈、加熱絲和溫度計(jì)的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本實(shí)用新型的附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0028]如圖1-2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)1、脈沖電源2、脈沖磁體3、低溫恒溫器、光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，低溫恒溫器由不銹鋼外壁41和制冷機(jī)42構(gòu)成；光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高速攝像機(jī)51和金相顯微鏡52 ；[0029]其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁41安裝在光學(xué)平臺(tái)I上，并穿過(guò)光學(xué)平臺(tái)I ;制冷機(jī)42從光學(xué)平臺(tái)I底部垂直安裝在不銹鋼外壁41的內(nèi)部下方，不銹鋼外壁41內(nèi)部為真空腔，且不銹鋼外壁41內(nèi)部、制冷機(jī)42的頂端外圍設(shè)置有樣品基座61，樣品基座61上安裝有樣品桿62，樣品桿62頂部放置有樣品63，樣品桿62外部安裝有脈沖電源2，脈沖電源2與脈沖磁體3相連，高速攝像機(jī)51安裝在不銹鋼外壁41頂端的開(kāi)口視窗處、樣品桿62上方；高速攝像機(jī)51和金相顯微鏡52相連。
[0030]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述制冷機(jī)42與不銹鋼外壁41之間安裝有減震器43。
[0031]如圖2所示，作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈71、加熱絲72和溫度計(jì)73 ;其中磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈71位于樣品桿62頂端、樣品63周?chē)患訜峤z72和溫度計(jì)73安裝在樣品基座61外部周?chē)?br> [0032]其高速攝像機(jī)51的拍攝幀數(shù)為5000幅/s，并能夠采集到分辨率達(dá)2 μ m的視頻圖像，單次脈沖拍攝時(shí)間:3s，該時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于磁場(chǎng)的脈沖寬度，因而可以保證完整記錄下整個(gè)單次放電過(guò)程中研究對(duì)象的物理特征隨著磁場(chǎng)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
[0033]脈沖電源2包括:充電系統(tǒng)、泄能電路、續(xù)流電路、電容器組、保護(hù)電感、主放電開(kāi)關(guān)、極性轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和控制單元；脈沖電源的規(guī)格為:12kv，3.2mF，230KJ模塊；其中230KJ模塊的充電電壓為12kv ；
[0034]電容器組采用型號(hào)為MKMJ25-160的金屬化膜電容器，230KJ模塊。
[0035]充電系統(tǒng)的參數(shù)為:輸入電壓:3相380v±10% ;充電電流:1.8A ;最大輸出功率:45kv0
[0036]保護(hù)電感的主要用于限制模塊的最大放電電流以及主放電開(kāi)關(guān)的電流變化率和峰值電流，其技術(shù)參數(shù)為:電壓25kv ;電流40kA ;電感量1.25mH。
[0037]脈沖磁體3的磁場(chǎng)放電次數(shù)高于1000次。
[0038]脈沖磁體3的主要制作材料為:
[0039]導(dǎo)體材料:Cu和CuAg
[0040]加固材料:玻璃纖維、Zylon、Carbon和SS。
[0041]輔助材料:G10和 Epoxy。
[0042]低溫恒溫器的主要作用是對(duì)脈沖磁體以及樣品進(jìn)行降溫。
[0043]溫度計(jì)73 —般使用Lakeshore331溫控儀。
[0044]以上所述，僅為本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學(xué)平臺(tái)、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其特征在于: 脈沖電源包括:充電系統(tǒng)、泄能電路、續(xù)流電路、電容器組、保護(hù)電感、主放電開(kāi)關(guān)、極性轉(zhuǎn)換電路、濾波電路和控制單元；脈沖電源的規(guī)格為:12kv，3.2mF，230KJ模塊；其中230KJ模塊的充電電壓為12kv ； 脈沖磁體的規(guī)格為:磁場(chǎng)強(qiáng)度0-40T，磁體孔徑為10mm，脈沖寬度大于20ms ； 低溫恒溫器由不銹鋼外壁和制冷機(jī)構(gòu)成； 光學(xué)顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括高速攝像機(jī)和金相顯微鏡； 其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁安裝在光學(xué)平臺(tái)上，并穿過(guò)光學(xué)平臺(tái)；制冷機(jī)從光學(xué)平臺(tái)底部垂直安裝在不銹鋼外壁的內(nèi)部下方，不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔，且不銹鋼外壁內(nèi)部、制冷機(jī)的頂端外圍設(shè)置有樣品基座，樣品基座上安裝有樣品桿，樣品桿頂部放置有樣品，樣品桿外部安裝有脈沖電源，脈沖電源與脈沖磁體相連，高速攝像機(jī)安裝在不銹鋼外壁頂端的開(kāi)口處、樣品桿上方；高速攝像機(jī)和金相顯微鏡相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈、加熱絲和溫度計(jì)；其中磁場(chǎng)探測(cè)線(xiàn)圈位于樣品桿頂端、樣品周?chē)訜峤z和溫度計(jì)安裝在樣品基座外部周?chē)?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品桿為藍(lán)寶石材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷機(jī)與不銹鋼外壁之間安裝有減震器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機(jī)和金相顯微鏡之間還補(bǔ)充設(shè)有高壓光源和濾波片，高壓光源為高壓氙燈或高壓汞燈，高壓光源的后部安裝有濾波片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種原位脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖磁體為分層結(jié)構(gòu)，采用純銅Cu、CuAg合金、金屬玻璃纖維構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01N21/84GK203745382SQ201320731901
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】夏正才, 沈逸寧, 蘭昱 申請(qǐng)人:南京康曼電子科技有限公司