一種微小型螺繞環式電加熱片的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電加熱裝置技術領域，具體涉及一種能夠抑制加熱電流產生磁場的微 小型螺繞環式電加熱片。
【背景技術】
[0002] 在很多應用情況下需要保持微小磁場環境下進行高精度溫度控制，并且在空間有 限制的情況下，對電加熱過程中的降低加熱電流產生磁場。核磁共振(NMR)通過檢測原子系 綜內的一種或幾種原子核信息，來獲取載體轉動或環境磁場等目標信息的新興探測技術。 在核磁共振中所用敏感原子的原子核至少存在一個質子或中子的不成對（即原子量為奇 數，如 129Xe、131Xe、21Ne等）。這類原子核具有的不對稱性使得原子核對磁場的影響特別敏感。 因此，核磁共振陀螺儀對磁場的影響特別敏感，外來的無關磁場的變化會影響核磁共振陀 螺儀的精度。而核磁共振陀螺儀為了提高敏感核心堿金屬氣室內部的堿金屬原子的密度， 需要對氣室進行電加熱。電加熱就成為了外來的無關磁場的主要來源，如何降低電加熱過 程中帶來的外來磁場就顯得尤為重要。
[0003] 此外，原子陀螺、原子磁強計、原子鐘等等對磁場環境要求特別嚴格的量子傳感器 件，對外來的磁場變化也非常敏感，同樣在電加熱過程中，需要抑制外來磁場。
【發明內容】
[0004] 針對上述現有技術，本發明的目的在于提供一種能夠抑制加熱電流產生磁場的微 小型螺繞環式電加熱片，為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案。
[0005] -種微小型螺繞環式電加熱片，該電加熱片是將電加熱導體以螺繞環式繞制成中 心對稱結構，構造閉合磁路，將通過電加熱導體的加熱電流產生的磁場約束在螺繞環內部， 使電加熱片外部不出現加熱電流產生的磁場。
[0006] 電加熱導體繞制的螺繞環結構橫截面為矩形、多邊形或其他任意中心對稱形狀； 電加熱片整體結構橫截面為圓形、圓角矩形、圓角多邊形或其他中心對稱結構。
[0007] 所述電加熱導體以密繞螺繞環形式繞制在圓環形繞芯上。
[0008] -種微小型螺繞環式電加熱片加工方法，該方法為剛性骨架繞制法，在剛性骨架 上刻繞絲定位槽，將帶有絕緣薄層的加熱導體線繞在剛性骨架上，然后對電加熱導體繞環 涂膠壓制或者黏貼保護膜層的方式加工成形。
[0009] -種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環電加熱片，該電加熱片包括上層導體條和下 層導體條，該電加熱片結構基本形式為雙層結構，橫截面呈中心對稱，上層導體條和下層導 體條傾斜旋進，上層導體條和下層導體條首尾相接，連成螺繞環式結構。
[0010] -種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環電加熱片，該電加熱片還包括導體條焊盤和 和過孔;上層導體條和下層導體條端部加工過孔，過孔鍍銅方式連通上層導體條與下層導 體條，上層導體條和下層導體條引出線焊接在導體條焊盤上，與外部連接。
[0011] -種利用柔性PCB工藝加工電加熱片的加工方法，所述方法為柔性電加熱片加工 法，利用多層柔性PCB加工制成;具體步驟如下：
[0012] 1)依據電加熱片幾何模型，設計上層導體條和下層導體條刻蝕版圖；
[0013] 2)利用濕法刻蝕法或激光刻蝕法，對上層導體條和下層導體條金屬箱進行刻蝕；
[0014] 3)將刻蝕后的上層導體條和下層導體條兩層導體層進行貼合，貼合方式為耐高溫 貼合方式，或耐高溫雙面膠貼合方式；
[0015] 4)將上層導體條和下層導體條首尾相接；
[0016] 5)將上層導體條和下層導體條的引出線與外部連接，連接方式選擇點焊或錫焊工 藝焊接上層導體條和下層導體條的引出線；
[0017] 6)對上層導體條和下層導體條表面進行覆膜保護。
[0018] 所述的利用柔性PCB工藝加工電加熱片的加工方法，上層導體條和下層導體條連 接方式為，在上層導體條和下層導體條端部連接處加工通孔，利用電鍍工藝對通孔鍍銅進 行上層導體條和下層導體條的連接。
[0019] 一種螺繞環電加熱片結構的優化設計方法，該方法包括以下步驟：
[0020] 1)將電加熱導體假設為沿導體條中心流動的理想電流，對于電加熱導體整體結構 的橫截面為圓形結構的電加熱片，建立電加熱導體空間分布的函數表達式：
[0022] 式中：繞線圓環半徑R，單位m;圓環中心線半徑R〇，單位m;繞線匝數N，參變量t，t取 值范圍為〇到2π; Xf，Yf，Zf為電加熱導體電流空間分布位置，單位m;對于電加熱導體整體結 構的橫截面非圓形結構，函數表達式為分段式函數；
[0023] 2)利用畢奧薩伐爾定理，求解計算空間中的磁感應強度分布，以磁感應強度大小 或磁場空間分布均勻性為目標，優化參數Ro、R和N;
[0024] 3)根據電加熱片的加熱強度、加熱頻率與目標加熱溫度的預設目標值，修正參數 1?〇、財剛。
[0025] 所述電加熱片的加熱強度、加熱頻率與目標加熱溫度分別與電加熱片螺繞環內部 的磁場強度、加熱片的電感和加熱片的熱值這三個量相對應，修正參數Ro、R和N時，可通過 改變電加熱片螺繞環內部的磁場強度、加熱片的電感和加熱片的熱值的方式實現電加熱片 的加熱強度、加熱頻率與目標加熱溫度的調整。
[0026] 本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
[0027] 本發明利用螺繞環式電流分布構造閉合的磁路，約束加熱電流產生的磁場分布于 繞線環內部，從而達到外部無磁場的效果。
[0028] 本發明可以降低磁場對核磁共振陀螺儀的影響，提高核磁共振陀螺儀的精度。
[0029] 本發明還可以用于極低磁場環境要求下的加熱，如航天、醫療等對磁場有特殊要 求的情況，特別是可以應用于原子陀螺、原子磁強計、原子鐘等對磁場環境要求特別嚴格的 量子傳感器件，其作用是在將其敏感核心堿金屬氣室加熱到特定溫度并抑制加熱電流的帶 來的磁場。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明一種基本的螺繞環式電加熱片結構示意圖；
[0031] 圖2是本發明螺繞環電加熱片軸向中心截面的磁場分布示意圖；
[0032] 圖3是本發明一種繞線環橫截面為矩形的電加熱片結構示意圖；
[0033] 圖4是本發明一種繞線環為圓角矩形的螺繞環電加熱片結構示意圖；
[0034] 圖5是本發明一種適合柔性PCB工藝加工的螺繞環電加熱片結構的示意圖；
[0035]圖中：1_上層導體條、2-導體條焊盤、3-下層導體條、4-過孔。
【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明一種微小型螺繞環式電加熱片作詳細說 明。
[0037] 本發明一種微小型螺繞環式電加熱片，將電加熱導體以螺繞環式繞制成中心對稱 結構，構造閉合磁路，將通過電加熱導體的加熱電流產生的磁場約束在螺繞環內部，使得電 加熱片外部不出現加熱電流產生的磁場。
[0038] 如圖1和圖2所示，本發明一種基本的螺繞環式電加熱片結構，為密繞螺繞環的形 式。圓環形的芯子上均勻而緊密地繞有N匝線圈，若線圈中通以電流I，因為線圈的幾何形狀 為中心對稱，螺繞環線圈內部的磁力線都是一些同心圓，而且在同一條磁力線上磁場強度 都相等，并與磁力線的方向一致，構成閉合的磁力線，這就構成了一個閉合的磁路，磁場會 集中分布在線圈的內部，而線圈的外部磁場為零。在如圖2所示的坐標系內，磁場強度空間 分布為：
[0040] 式中：霧為磁感強度，單位Τ;μ〇為空氣的磁導率，以〇 = 431\1〇1/!11』為線圈匝數；1 為電流強度，單位A，r為環形封閉磁力線的半徑，單位m。
[0041] 當利用本發明加熱對象時，如核磁共振陀螺儀用的堿金屬氣室，置于繞線環外部 時將不會感受到電加熱片加熱電流產生的磁場。
[0042] 本發明電加熱導體繞制的螺繞環結構的橫截面為中心對稱結構，并不限于圓形截 面，可以根據實際使用需要，設置為矩形、多邊形或其他任意中心對稱形狀，螺繞環結構的 截面形狀并不會對閉合磁路的構造產生影響，因此，也不會對加熱電流產生的磁場分布產 生影響。圖3給出了一種繞線環橫截面為矩形的電加熱片結構。
[0043] 本發明電加熱片結構的橫截面為中心對稱結構，但當電加熱片結構的橫截面不是 圓形時，其會在拐角或者曲率發生變化的局部產生漏磁現象，會導致加熱電流產生的磁場 無法全部約束在螺繞環內部，對于磁場環境要求較低的使用環境，這種漏磁現象是可以忽 略的，但對于磁場環境要求較高的使用環境，為了減弱漏磁現象，電加熱片結構的橫截面最 好為圓形，也可以是中心對稱的多邊