原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，包括光学平台、脉冲电源、脉冲磁体、低温恒温器、光学显微成像和数据采集处理系统，低温恒温器由不锈钢外壁和制冷机构成；光学显微成像和数据采集处理系统包括高速摄像机和金相显微镜,利用脉冲强磁场、结合低温条件形成多极端条件下的瞬态显微成像系统，原位研究材料性能与微观结构之间的直接联系,设置了减振结构，且将磁体的支撑与光学成像的支撑分开，保证了精度；低温恒温器可以很好的对脉冲磁体及样品进行降温；不锈钢外壁内部为真空腔的设计可以有效避免观察窗口结霜或者起雾，从而不会影响高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系统的可容错性。
【专利说明】原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及物理强磁场研究控制【技术领域】，特别涉及一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统。
【背景技术】
[0002]磁场是一个类似于温度和压强的热力学参量，磁场的研究是诸多科学领域及应用领域的主要研究对象。现代物质科学研究、实际应用生产及工业化生产中，越来越需要了解产生宏观现象的微观起源。
[0003]如何直观的将磁场所诱导产生的材料微观结构与材料性能的改变相关联，一直是凝聚态物理、材料研究所关注的。
[0004]目前，强磁场的研究主要依赖磁化、电输运、比热、磁光、ESR和核磁共振等科学实验平台；但是这些测量方法一般被认为是传统的方法，有很多的局限性。比如，虽然ESR和核磁共振通过引入电磁波与物质的相互作用可以获得电子态等微观信息，但是仍然不够充分和直接。
[0005]材料的微观结构及其动力学响应行为，直接影响和决定材料的性能。因此，通过有效跟踪材料的微观信息，研究建造强磁场条件下的微观结构分析设备，已经成为一项重要而紧迫的任务。
实用新型内容
[0006]针对现有技术无法充分和直接的获得电子态等微观信息的上述缺陷和问题，本实用新型实施例的目的是提供一种更好的原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，利用脉冲强磁场所提供的高场强和快速变化的磁场，结合低温条件，形成多极端条件下的材料瞬态显微成像系统，原位研究材料性能与微观结构之间的直接联系。
[0007]为了达到上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案:
[0008]一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，包括光学平台、脉冲电源、脉冲磁体、低温恒温器、光学显微成像和数据采集处理系统，其特征在于:
[0009]脉冲电源包括:充电系统、泄能电路、续流电路、电容器组、保护电感、主放电开关、极性转换电路、滤波电路和控制单元；脉冲电源的规格为:12kv，3.2mF，230KJ模块；其中230KJ模块的充电电压为12kv ；
[0010]脉冲磁体的规格为:磁场强度0-40T，磁体孔径为10mm，脉冲宽度大于20ms ；
[0011]低温恒温器由不锈钢外壁和制冷机构成；
[0012]光学显微成像和数据采集处理系统，包括高速摄像机和金相显微镜；
[0013]其中低温恒温器的不锈钢外壁安装在光学平台上，并穿过光学平台；制冷机从光学平台底部垂直安装在不锈钢外壁的内部下方，不锈钢外壁内部为真空腔，且不锈钢外壁内部、制冷机的顶端外围设置有样品基座，样品基座上安装有样品杆，样品杆顶部放置有样品，样品杆外部安装有脉冲电源，脉冲电源与脉冲磁体相连，高速摄像机安装在不锈钢外壁顶端的开口处、样品杆上方；高速摄像机和金相显微镜相连。
[0014]作为上述技术方案的优选，所述系统还包括磁场探测线圈、加热丝和温度计；其中磁场探测线圈位于样品杆顶端、样品周围，加热丝和温度计安装在样品基座外部周围。
[0015]作为上述技术方案的优选，所述样品杆为蓝宝石材料。
[0016]作为上述技术方案的优选，所述制冷机与不锈钢外壁之间安装有减震器。
[0017]作为上述技术方案的优选，所述高速摄像机和金相显微镜之间还补充设有高压光源和滤波片，高压光源为高压氙灯或高压汞灯，高压光源的后部安装有滤波片。
[0018]作为上述技术方案的优选，所述脉冲磁体分层结构，采用纯铜Cu、CuAg合金、金属玻璃纤维构成。
[0019]本实用新型实施例提供的原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，设置了减振结构，且将磁体的支撑与光学成像的支撑分开，保证了精度；低温恒温器可以很好的对脉冲磁体及样品进行降温；不锈钢外壁内部为真空腔的设计可以有效避免观察窗口结霜或者起雾，从而不会影响高分辨率成像的清晰度，提高了工作效率和系统的可容错性。
[0020]本实用新型解决了以下问题:
[0021]I)脉冲磁体放电过程中强电磁力产生的机械振动对高速光学成像系统图像稳定性和分辨率的影响；
[0022]2)脉冲磁体放电过程中产生的强磁场、大电流、高电压等对图像信号采集和控制单元的干扰；
[0023]3)低温恒温器热辐射及对磁体电极漏热，而对磁体、样品冷却速度和低温稳定性的影响，以及磁体热辐射对样品区域低温和控温精度的影响。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本实用新型实施例1的原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统的结构示意图。
[0026]图2为本实用新型实施例2的原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统的样品基座、样品杆、样品、磁场探测线圈、加热丝和温度计的放大结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0028]如图1-2所示，本实用新型实施例提供的原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，包括光学平台1、脉冲电源2、脉冲磁体3、低温恒温器、光学显微成像和数据采集处理系统，低温恒温器由不锈钢外壁41和制冷机42构成；光学显微成像和数据采集处理系统包括高速摄像机51和金相显微镜52 ；[0029]其中低温恒温器的不锈钢外壁41安装在光学平台I上，并穿过光学平台I ;制冷机42从光学平台I底部垂直安装在不锈钢外壁41的内部下方，不锈钢外壁41内部为真空腔，且不锈钢外壁41内部、制冷机42的顶端外围设置有样品基座61，样品基座61上安装有样品杆62，样品杆62顶部放置有样品63，样品杆62外部安装有脉冲电源2，脉冲电源2与脉冲磁体3相连，高速摄像机51安装在不锈钢外壁41顶端的开口视窗处、样品杆62上方；高速摄像机51和金相显微镜52相连。
[0030]作为上述技术方案的优选，所述制冷机42与不锈钢外壁41之间安装有减震器43。
[0031]如图2所示，作为上述技术方案的优选，所述系统还包括磁场探测线圈71、加热丝72和温度计73 ;其中磁场探测线圈71位于样品杆62顶端、样品63周围；加热丝72和温度计73安装在样品基座61外部周围。
[0032]其高速摄像机51的拍摄帧数为5000幅/s，并能够采集到分辨率达2 μ m的视频图像，单次脉冲拍摄时间:3s，该时间远长于磁场的脉冲宽度，因而可以保证完整记录下整个单次放电过程中研究对象的物理特征随着磁场变化的动力学过程。
[0033]脉冲电源2包括:充电系统、泄能电路、续流电路、电容器组、保护电感、主放电开关、极性转换电路、滤波电路和控制单元；脉冲电源的规格为:12kv，3.2mF，230KJ模块；其中230KJ模块的充电电压为12kv ；
[0034]电容器组采用型号为MKMJ25-160的金属化膜电容器，230KJ模块。
[0035]充电系统的参数为:输入电压:3相380v±10% ;充电电流:1.8A ;最大输出功率:45kv0
[0036]保护电感的主要用于限制模块的最大放电电流以及主放电开关的电流变化率和峰值电流，其技术参数为:电压25kv ;电流40kA ;电感量1.25mH。
[0037]脉冲磁体3的磁场放电次数高于1000次。
[0038]脉冲磁体3的主要制作材料为:
[0039]导体材料:Cu和CuAg
[0040]加固材料:玻璃纤维、Zylon、Carbon和SS。
[0041]辅助材料:G10和 Epoxy。
[0042]低温恒温器的主要作用是对脉冲磁体以及样品进行降温。
[0043]温度计73 —般使用Lakeshore331温控仪。
[0044]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，包括光学平台、脉冲电源、脉冲磁体、低温恒温器、光学显微成像和数据采集处理系统，其特征在于: 脉冲电源包括:充电系统、泄能电路、续流电路、电容器组、保护电感、主放电开关、极性转换电路、滤波电路和控制单元；脉冲电源的规格为:12kv，3.2mF，230KJ模块；其中230KJ模块的充电电压为12kv ； 脉冲磁体的规格为:磁场强度0-40T，磁体孔径为10mm，脉冲宽度大于20ms ； 低温恒温器由不锈钢外壁和制冷机构成； 光学显微成像和数据采集处理系统，包括高速摄像机和金相显微镜； 其中低温恒温器的不锈钢外壁安装在光学平台上，并穿过光学平台；制冷机从光学平台底部垂直安装在不锈钢外壁的内部下方，不锈钢外壁内部为真空腔，且不锈钢外壁内部、制冷机的顶端外围设置有样品基座，样品基座上安装有样品杆，样品杆顶部放置有样品，样品杆外部安装有脉冲电源，脉冲电源与脉冲磁体相连，高速摄像机安装在不锈钢外壁顶端的开口处、样品杆上方；高速摄像机和金相显微镜相连。
2.根据权利要求1所述的一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，其特征在于，所述系统还包括磁场探测线圈、加热丝和温度计；其中磁场探测线圈位于样品杆顶端、样品周围，加热丝和温度计安装在样品基座外部周围。
3.根据权利要求1所述的一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，其特征在于，所述样品杆为蓝宝石材料。
4.根据权利要求1所述的一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，其特征在于，所述制冷机与不锈钢外壁之间安装有减震器。
5.根据权利要求1所述的一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，其特征在于，所述高速摄像机和金相显微镜之间还补充设有高压光源和滤波片，高压光源为高压氙灯或高压汞灯，高压光源的后部安装有滤波片。
6.根据权利要求1所述的一种原位脉冲强磁场瞬态显微成像系统，其特征在于，所述脉冲磁体为分层结构，采用纯铜Cu、CuAg合金、金属玻璃纤维构成。
【文档编号】G01N21/84GK203745382SQ201320731901
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】夏正才, 沈逸宁, 兰昱 申请人:南京康曼电子科技有限公司