[發明專利]一種基于低溫超導 SQUID 的航空磁測量裝置

在審

• 申請號: 201410809764.5
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105785288A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 蔣坤;常凱;榮亮亮;伍俊;劉洋;汪瀛;孔祥燕;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01R33/035
• 分類號: G01R33/035;G01V3/165
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 高園園

技術領域

本發明涉及一種磁測量裝置，特別是涉及一種基于低溫超導SQUID(Superconducting QuantumInterferenceDevice，超導量子干涉器件)的航空磁測量裝置。

背景技術

航空磁力測量(aeromagneticsurvey)是航空物探方法中使用時間最早、最成熟和最多的 磁測方法，其將航空磁力儀系統安裝在飛機或其他飛行器中通過觀測地磁場的總強度T或總 磁場異常△T或其梯度，來尋找磁性或與磁性有關的礦體，以了解地質構造、進行磁性填圖、 解決城市和工程穩定性和考古等問題。根據服務領域不同，分成區域構造填圖、油氣構造勘 查、固體礦產勘查和其他應用類型。

SQUID是一種能測量微弱磁信號的極其靈敏的儀器，就其功能而言是一種磁通傳感器， 不僅可以用來測量磁通量的變化，還可以測量能轉換為磁通的其他物理量，如電壓、電流、 電阻、電感、磁感應強度、磁場梯度、磁化率等。SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和 約瑟夫森效應的基礎上的。根據偏置電流的不同，分為直流和射頻兩類。SQUID作為探測器， 可以測量出10-11高斯的微弱磁場，僅相當于地磁場的一百億分之一，比常規的磁強計靈敏 度提高幾個數量級，是進行超導、納米、磁性和半導體等材料磁學性質研究的基本儀器設備， 特別是對薄膜和納米等微量樣品是必需的。利用SQUID探測器偵測直流磁化率信號，靈敏 度可達10-8emu；溫度變化范圍為1.9K～400K；磁場強度變化范圍為0～70000高斯。

隨著低溫超導SQUID磁測量技術的成熟和靈敏度的不斷提高，基于高靈敏度超導磁力儀 的航空矢量磁測量和全張量梯度測量成為航空磁測量的研究熱點。

然而，現有航空超導磁力儀具有以下不足：

(1)現有航空超導磁力儀對地磁場進行直接測量，屬于低溫超導SQUID處于無磁屏蔽 環境下工作。由于外場復雜電磁環境，極易使SQUID系統進入失鎖狀態，讓工作狀態受到影 響，導致測試性能降低，嚴重時甚至使器件無法正常工作。

(2)由于是基于航空平臺，如無人飛機、飛艇、熱氣球等的磁場測試，測試期間會引入 高、低頻的機械晃動，這種狀態在低溫超導SQUID磁測時會引入運動噪聲，會影響磁場測量 精度，嚴重時也導致使器件無法正常工作。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于低溫超導SQUID的航空 磁測量裝置，能夠提升低溫超導SQUID系統對測試外場復雜電磁環境的抗干擾能力，消減航 空磁測量過程中引入的高、低頻機械振動。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于低溫超導SQUID的航空磁測量裝 置，包括數據采集器、供電單元、無磁輔助系統支架、法拉第籠、讀出電路和姿態測量模塊、 低溫超導SQUID傳感器單元、無磁杜瓦固定桶、吸振材料、無磁裝置底撐板和吸振部件；所 述無磁輔助系統支架和所述無磁杜瓦固定桶均固定在所述無磁裝置底撐板上；所述低溫超導 SQUID傳感器單元置于所述無磁杜瓦固定桶內，且所述低溫超導SQUID傳感器單元和所述 無磁杜瓦固定桶間填充有所述吸振材料；所述數據采集器和所述供電單元置于所述無磁輔助 系統支架上；所述吸振部件設置在所述無磁裝置底撐板的底部；所述低溫超導SQUID傳感器 單元用于測量空間的磁場變化的信號；所述讀出電路和姿態測量模塊與所述低溫超導SQUID 傳感器單元相連，包括讀出電路和姿態測量模塊，所述讀出電路用于所述將低溫超導SQUID 傳感器單元傳送來的信號放大后輸出，所述姿態測量模塊用于獲取低溫超導SQUID傳感器單 元在測量時的實時姿態信息；所述數據采集器與所述讀出電路和姿態測量模塊相連，用于接 收和存儲讀出電路和姿態測量模塊傳送來的信號；所述法拉第籠包覆整個測量裝置。

根據上述的基于低溫超導SQUID的航空磁測量裝置，其中：所述低溫超導SQUID傳感 器單元包括SQUID器件組、液氦、杜瓦和多層單面導電金屬薄膜。

根據上述的基于低溫超導SQUID的航空磁測量裝置，其中：所述數據采集器包括A/D采 集卡和微控制器。

根據上述的基于低溫超導SQUID的航空磁測量裝置，其中：所述法拉第籠用于隔絕籠體 外電磁波對整個測量裝置的電磁干擾。

根據上述的基于低溫超導SQUID的航空磁測量裝置，其中：所述無磁輔助系統支架和所 述無磁杜瓦固定桶均通過無磁固定螺栓固定在所述無磁裝置底撐板上。