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原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學平臺、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學顯微成像和數(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構成；光學顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高速攝像機和金相顯微鏡,利用脈沖強磁場、結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構之間的直接聯(lián)系,設置了減振結構，且將磁體的支撐與光學成像的支撐分開，保證了精度；低溫恒溫器可以很好的對脈沖磁體及樣品進行降溫；不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔的設計可以有效避免觀察窗口結霜或者起霧，從而不會影響高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系統(tǒng)的可容錯性。
【專利說明】原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及物理強磁場研究控制【技術領域】，特別涉及一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]磁場是一個類似于溫度和壓強的熱力學參量，磁場的研究是諸多科學領域及應用領域的主要研究對象?，F(xiàn)代物質(zhì)科學研究、實際應用生產(chǎn)及工業(yè)化生產(chǎn)中，越來越需要了解產(chǎn)生宏觀現(xiàn)象的微觀起源。
[0003]如何直觀的將磁場所誘導產(chǎn)生的材料微觀結構與材料性能的改變相關聯(lián)，一直是凝聚態(tài)物理、材料研究所關注的。
[0004]目前，強磁場的研究主要依賴磁化、電輸運、比熱、磁光、ESR和核磁共振等科學實驗平臺；但是這些測量方法一般被認為是傳統(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]材料的微觀結構及其動力學響應行為，直接影響和決定材料的性能。因此，通過有效跟蹤材料的微觀信息，研究建造強磁場條件下的微觀結構分析設備，已經(jīng)成為一項重要而緊迫的任務。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術無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題，本實用新型實施例的目的是提供一種更好的原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，利用脈沖強磁場所提供的高場強和快速變化的磁場，結合低溫條件，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構之間的直接聯(lián)系。
[0007]為了達到上述目的，本實用新型實施例提供如下技術方案:
[0008]一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學平臺、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學顯微成像和數(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、保護電感、主放電開關、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:磁場強度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構成；
[0012]光學顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括高速攝像機和金相顯微鏡；
[0013]其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁安裝在光學平臺上，并穿過光學平臺；制冷機從光學平臺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、制冷機的頂端外圍設置有樣品基座，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，高速攝像機安裝在不銹鋼外壁頂端的開口處、樣品桿上方；高速攝像機和金相顯微鏡相連。
[0014]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括磁場探測線圈、加熱絲和溫度計；其中磁場探測線圈位于樣品桿頂端、樣品周圍，加熱絲和溫度計安裝在樣品基座外部周圍。
[0015]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述樣品桿為藍寶石材料。
[0016]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述制冷機與不銹鋼外壁之間安裝有減震器。
[0017]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述高速攝像機和金相顯微鏡之間還補充設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]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述脈沖磁體分層結構，采用純銅Cu、CuAg合金、金屬玻璃纖維構成。
[0019]本實用新型實施例提供的原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，設置了減振結構，且將磁體的支撐與光學成像的支撐分開，保證了精度；低溫恒溫器可以很好的對脈沖磁體及樣品進行降溫；不銹鋼外壁內(nèi)部為真空腔的設計可以有效避免觀察窗口結霜或者起霧，從而不會影響高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系統(tǒng)的可容錯性。
[0020]本實用新型解決了以下問題:
[0021]I)脈沖磁體放電過程中強電磁力產(chǎn)生的機械振動對高速光學成像系統(tǒng)圖像穩(wěn)定性和分辨率的影響；
[0022]2)脈沖磁體放電過程中產(chǎn)生的強磁場、大電流、高電壓等對圖像信號采集和控制單元的干擾；
[0023]3)低溫恒溫器熱輻射及對磁體電極漏熱，而對磁體、樣品冷卻速度和低溫穩(wěn)定性的影響，以及磁體熱輻射對樣品區(qū)域低溫和控溫精度的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本實用新型實施例1的原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的結構示意圖。
[0026]圖2為本實用新型實施例2的原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)的樣品基座、樣品桿、樣品、磁場探測線圈、加熱絲和溫度計的放大結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本實用新型的附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]如圖1-2所示，本實用新型實施例提供的原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學平臺1、脈沖電源2、脈沖磁體3、低溫恒溫器、光學顯微成像和數(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42構成；光學顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高速攝像機51和金相顯微鏡52 ；[0029]其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁41安裝在光學平臺I上，并穿過光學平臺I ;制冷機42從光學平臺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42的頂端外圍設置有樣品基座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51安裝在不銹鋼外壁41頂端的開口視窗處、樣品桿62上方；高速攝像機51和金相顯微鏡52相連。
[0030]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述制冷機42與不銹鋼外壁41之間安裝有減震器43。
[0031]如圖2所示，作為上述技術方案的優(yōu)選，所述系統(tǒng)還包括磁場探測線圈71、加熱絲72和溫度計73 ;其中磁場探測線圈71位于樣品桿62頂端、樣品63周圍；加熱絲72和溫度計73安裝在樣品基座61外部周圍。
[0032]其高速攝像機51的拍攝幀數(shù)為5000幅/s，并能夠采集到分辨率達2 μ m的視頻圖像，單次脈沖拍攝時間:3s，該時間遠長于磁場的脈沖寬度，因而可以保證完整記錄下整個單次放電過程中研究對象的物理特征隨著磁場變化的動力學過程。
[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、保護電感、主放電開關、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]保護電感的主要用于限制模塊的最大放電電流以及主放電開關的電流變化率和峰值電流，其技術參數(shù)為:電壓25kv ;電流40kA ;電感量1.25mH。
[0037]脈沖磁體3的磁場放電次數(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脈沖磁體以及樣品進行降溫。
[0043]溫度計73 —般使用Lakeshore331溫控儀。
[0044]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，包括光學平臺、脈沖電源、脈沖磁體、低溫恒溫器、光學顯微成像和數(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、保護電感、主放電開關、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:磁場強度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構成； 光學顯微成像和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包括高速攝像機和金相顯微鏡； 其中低溫恒溫器的不銹鋼外壁安裝在光學平臺上，并穿過光學平臺；制冷機從光學平臺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、制冷機的頂端外圍設置有樣品基座，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，高速攝像機安裝在不銹鋼外壁頂端的開口處、樣品桿上方；高速攝像機和金相顯微鏡相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括磁場探測線圈、加熱絲和溫度計；其中磁場探測線圈位于樣品桿頂端、樣品周圍，加熱絲和溫度計安裝在樣品基座外部周圍。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品桿為藍寶石材料。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷機與不銹鋼外壁之間安裝有減震器。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述高速攝像機和金相顯微鏡之間還補充設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)權利要求1所述的一種原位脈沖強磁場瞬態(tài)顯微成像系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖磁體為分層結構，采用純銅Cu、CuAg合金、金屬玻璃纖維構成。
【文檔編號】G01N21/84GK203745382SQ201320731901
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】夏正才, 沈逸寧, 蘭昱 申請人:南京康曼電子科技有限公司