[發(fā)明專利]一種用于探測磁場強(qiáng)度張量的SQUID磁通變換器裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611039879.6
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN106526508B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王三勝;張寧;向家兵
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/035
• 分類號(hào): G01R33/035
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11368
• 代理人: 劉秀珍

本發(fā)明提出了一種用于探測磁場強(qiáng)度張量的SQUID磁通變換器裝置，包括：全張量銅線圈梯度計(jì)、耦合線圈和SQUID磁強(qiáng)計(jì)，其中，耦合線圈分別與全張量銅線圈梯度計(jì)和SQUID磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行雙向耦合，以將全張量銅線圈梯度計(jì)的銅線圈內(nèi)的磁通量，耦合至SQUID磁強(qiáng)計(jì)的拾取線圈中，通過將全張量銅線圈梯度計(jì)內(nèi)的銅線圈磁通轉(zhuǎn)換到SQUID磁強(qiáng)計(jì)中拾取線圈中，并將磁通轉(zhuǎn)換成電壓值，以由SQUID磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行測量。本發(fā)明僅使用一個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)測量全張量磁場梯度數(shù)據(jù)，通過SQUID實(shí)現(xiàn)高精度磁場的測量，可以測量FT(10^?15T)級(jí)別的磁場，從而大大節(jié)約了成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于探測磁場強(qiáng)度張量的SQUID磁通變換器裝置。

背景技術(shù)

全張量磁場梯度是指磁場矢量的三個(gè)分量沿著三維空間基底方向的變化量。對于全張量磁場梯度信息的測量是以磁傳感器為基本單元通過合理的空間排布和適當(dāng)連接方式而構(gòu)成的。磁測量技術(shù)在科研、醫(yī)學(xué)及國民經(jīng)濟(jì)各部門的重要性日益凸顯。針對各種磁場測量的不同要求，具有不同優(yōu)點(diǎn)和性能的磁傳感器也層出不窮，如磁通門傳感器、GMR、GMI、SQUID、核進(jìn)動(dòng)、光泵磁傳感器等。在磁源定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，所采用的傳感器的精度越高，其測量的準(zhǔn)確度越高，其測量誤差越小。而由于磁場梯度張量解算方法的原因，其測量誤差呈指數(shù)函數(shù)增長。因此，選擇精度高的傳感器，對定位誤差的減小具有重要意義。

目前，能達(dá)到pT量級(jí)的磁傳感器包括磁通門傳感器、光泵磁傳感器、光纖磁傳感器和SQUID。下面分別就磁通門傳感器和SQUID進(jìn)行對比。

磁通門磁力儀是利用高導(dǎo)磁材料在傳感器線圈系統(tǒng)中的飽和特性來測量磁場的儀器，是應(yīng)用最為廣泛的測弱磁儀器之一，其測量范圍為10^-12～10^-3T，分辨率約為10^-8～10^-10T，適用于測量恒定和緩慢變化的磁場。磁通門磁力計(jì)可檢測磁向量場，但因其探頭以及電路裝置體積重量都較大而限制了它們的廣泛應(yīng)用。

SQUID是超導(dǎo)磁力儀是利用約瑟夫效應(yīng)測量磁場微小變化的一類裝置。SQUID用來檢測非常微弱的磁場，是目前人類所知道的最靈敏的磁場檢測裝置，高溫SQUID磁場靈敏度可達(dá)10fT/Hz1/2，而低溫SQUID磁場靈敏一般可達(dá)1fT/Hz1/2。超導(dǎo)量子磁力儀是弱磁場儀器中最為精密的手段。

目前國外對中國進(jìn)行嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，世界上掌握基于SQUID全張量矢量磁場測量技術(shù)的國家只有三個(gè)，典型代表有：美國特瑞斯坦技術(shù)公司(Tristan Technologies，Inc.)研制的三軸SQUID磁力儀(Model G377)，德國耶拿物理學(xué)高技術(shù)研究所(Institutefor Physical High-Technology，IPHT)研制的MAGSAFE系統(tǒng)和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織(CSIRO)研究的GETMAG裝置。三家單位均獲得很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)SQUID需要在低溫下進(jìn)行工作，使用和維護(hù)費(fèi)用高昂。

超導(dǎo)量子干涉儀是基于超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)(Josephson)效應(yīng)制作的磁傳感器，因?yàn)槠浼案叩奶綔y精度，廣泛用于生物磁測量、無損探傷、軍事探潛等領(lǐng)域，是高溫超導(dǎo)最早走向?qū)嵱没念I(lǐng)域之一。而高溫超導(dǎo)技術(shù)(HTS)的發(fā)展提高了SQUIDs的工作溫度，另一方面，高溫超導(dǎo)薄膜技術(shù)的發(fā)展也提高了SQUIDs的靈敏度。

目前，對于全張量的磁通測量，國際上通常使用多個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)來實(shí)現(xiàn)測量。由于每個(gè)SQUID磁強(qiáng)計(jì)的費(fèi)用昂貴，如果要實(shí)現(xiàn)全張量的測量則需要的花費(fèi)較大。如何用最少量的SQUID實(shí)現(xiàn)全張量的磁通測量，是當(dāng)前需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。