[發(fā)明專利]高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110233941.6
• 申請(qǐng)日: 2011-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102288999A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉東;趙毅;王赤軍;張杰;武軍杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所
• 主分類號(hào): G01V3/08
• 分類號(hào): G01V3/08;G01R33/035
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 張衛(wèi)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器，屬于高溫超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用于地球物理測(cè)量弱磁信號(hào)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

二十世紀(jì)八十年代初，用于大地電磁測(cè)深的低溫超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)使用低溫超導(dǎo)技術(shù)，這種低溫超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)中的超導(dǎo)元件必須在絕對(duì)溫度4K下工作。為提供這種溫度條件，使用了液氦。而液氦資源在自然界匱乏且昂貴，低溫技術(shù)復(fù)雜，不能普遍使用。高溫超導(dǎo)材料的研制成功，使得超導(dǎo)元件工作溫度大大提高。釔鋇銅氧超導(dǎo)材料只需絕對(duì)溫度77K就可工作。而這個(gè)溫度用液氮就可實(shí)現(xiàn)。氮在自然界資源極為豐富，空氣中78％為氮?dú)猓乙旱闹谱鳁l件很容易實(shí)現(xiàn)，制造成本低廉，只是液氦價(jià)格的數(shù)百分之一，它被廣泛應(yīng)用。

在地球物理電磁法中，傳統(tǒng)測(cè)量磁場(chǎng)是用感應(yīng)線圈作為測(cè)磁傳感器。由于感應(yīng)線圈的靈敏度隨接收信號(hào)的頻率而變化，在低頻段靈敏度很低，而低頻段恰恰是反映地球深部的信息。因此傳統(tǒng)感應(yīng)線圈法測(cè)量的低頻信號(hào)信噪比低。而高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器用高溫超導(dǎo)量子干涉器作為磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器，對(duì)磁場(chǎng)非常敏感，它的靈敏度高而且頻帶寬，在各頻段靈敏度恒定，低頻響應(yīng)好。在地球物理電磁法弱磁信號(hào)測(cè)量中，可提高低頻信號(hào)的信噪比，使測(cè)量更準(zhǔn)確，提高勘探深度。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述背景，本發(fā)明的目的是提供一種在地球物理電磁法中使用的高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器。此傳感器具有高擺率、低噪聲、高靈敏度、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力。滿足用于地球物理電磁法測(cè)量微弱磁場(chǎng)的需要。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器，包括高溫超導(dǎo)器件和鎖相閉環(huán)電路，高溫超導(dǎo)器件作為接收被測(cè)磁場(chǎng)的傳感器，將接收到的外磁場(chǎng)信號(hào)送至鎖相閉環(huán)電路，其特征在于：

鎖相閉環(huán)電路由定向耦合器、高頻放大器、混頻器、低頻放大器、高頻振蕩器、射頻信號(hào)衰減器，積分器、反饋電路組成，其中：

高溫超導(dǎo)器件的輸出經(jīng)定向耦合器送至高頻放大器；

高頻放大器、混頻器、低頻放大器、積分器依次串聯(lián)連接；

高頻振蕩器的輸出分為兩路，一路接混頻器的輸入，另一路經(jīng)射頻信號(hào)衰減器衰減后接定向耦合器；

積分器的輸出經(jīng)反饋電路反饋至定向耦合器。

進(jìn)一步地：

高溫超導(dǎo)器件采用帶共面諧振器的高溫超導(dǎo)射頻量子干涉器，在整個(gè)鎖相閉環(huán)電路中作為指零器使用。

高溫超導(dǎo)射頻量子干涉器的偏置信號(hào)頻率為0.3GHz到1GHz，并使用變頻方式配諧。

高頻放大器由由三級(jí)高頻放大器交流耦合級(jí)聯(lián)而成。

射頻信號(hào)衰減器由固定衰減器和可調(diào)衰減器相結(jié)合組成。

高溫超導(dǎo)射頻量子干涉器與高頻放大器之間采用同軸屏蔽電纜連接，定向耦合器、高頻放大器、混頻器裝在一個(gè)磁屏蔽盒中，高頻振蕩器、射頻信號(hào)衰減器、高頻放大器的各級(jí)之間均加屏蔽盒。

鎖相閉環(huán)電路制作在雙面電路印刷版上，各元器件、線條和焊點(diǎn)放在雙面電路印刷版的同一面上，另一面全部保留作為大面地。

本發(fā)明的有益效果是：

具有高擺率、低噪聲、高靈敏度、高穩(wěn)定性、高抗干擾能力，滿足用于地球物理電磁法測(cè)量微弱磁場(chǎng)的需要。

附圖說(shuō)明

圖1為高溫超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)的原理框圖；

圖2為射頻信號(hào)衰減器原理圖；

圖3為高頻放大器的原理圖；

圖4為低頻電路原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種高溫超導(dǎo)弱磁測(cè)量傳感器，包括圖1所示的高溫超導(dǎo)器件和鎖相閉環(huán)電路，高溫超導(dǎo)器件作為接收被測(cè)磁場(chǎng)的傳感器，將接收到的外磁場(chǎng)信號(hào)送至鎖相閉環(huán)電路。

該鎖相閉環(huán)電路由定向耦合器、高頻放大器、混頻器、低頻放大器、高頻振蕩器、射頻信號(hào)衰減器，積分器、反饋電路組成。其中：高溫超導(dǎo)器件的輸出經(jīng)定向耦合器送至高頻放大器；高頻放大器、混頻器、低頻放大器、積分器依次串聯(lián)連接；高頻振蕩器的輸出分為兩路，一路接混頻器的輸入，另一路經(jīng)射頻信號(hào)衰減器衰減后接定向耦合器；積分器的輸出經(jīng)反饋電路反饋至定向耦合器。

高溫超導(dǎo)器件采用帶共面諧振器的高溫超導(dǎo)射頻量子干涉器作為測(cè)量磁場(chǎng)的傳感器探頭，在整個(gè)鎖相閉環(huán)電路中作為指零器使用。高溫超導(dǎo)射頻量子干涉器的偏置信號(hào)頻率為0.3GHz到1GHz，并使用變頻方式配諧。根據(jù)電壓調(diào)制深度和磁通靈敏度的關(guān)系對(duì)超導(dǎo)量子干涉器選擇合適的載波頻率。一般為100MHz以上，選擇載波電流頻率為：0.3GHz到1GHz。

為隔離上行和下行的射頻信號(hào)，在高溫超射頻導(dǎo)量子干涉器和高頻放大器之間使用定向耦合器。