[發明專利]基于SQUID二階梯度計的工頻噪聲抑制裝置

在審

• 申請號: 201710042380.9
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106707199A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 董慧;邱陽;黃小磊;陶泉;李波
• 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: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/035;G01R33/32
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 高園園

技術領域

本發明涉及超導電子學的技術領域，特別是涉及一種基于SQUID二階梯度計的工頻噪聲抑制裝置。

背景技術

超導量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，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，比常規的磁傳感器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；樣品溫度變化范圍為1.9K～400K；磁場強度變化范圍為0～70000高斯。

核磁共振技術被廣泛應用于凝聚態物理、分析化學、生物學和醫學等領域，基于SQUID的極低場核磁共振的主磁場強度在地球磁場量級，被證明在檢測異核標量耦合、縱向弛豫時間加權成像等方面具有明顯優勢。

然而，如圖1所示，環境磁場中的工頻及其諧波干擾會嚴重影響極低場核磁共振系統中被測樣品的核磁共振信號，進而影響譜線或成像質量。

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SQUID二階梯度計的工頻噪聲抑制裝置，由第一SQUID二階梯度計構建信號通道，由第二SQUID二階梯度計構建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關性補償第一SQUID二階梯度計的輸出，從而抑制工頻噪聲干擾，提高核磁共振信號的信噪比。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于SQUID二階梯度計的工頻噪聲抑制裝置，應用于極低場核磁共振系統中，包括杜瓦、第一SQUID二階梯度計、第二SQUID二階梯度計和讀出電路；所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計均設置在所述杜瓦內；所述第二SQUID二階梯度計的直徑小于等于所述第一SQUID二階梯度計的直徑；所述杜瓦用于存儲低溫液體以提供所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計工作所需的低溫環境；所述第一SQUID二階梯度計用于探測極低場核磁共振系統中的核磁共振信號；所述第二SQUID二階梯度計用于探測環境磁場中的工頻噪聲；所述讀出電路分別與所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計相連，用于讀出所示第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計的輸出電壓，并處理得到工頻噪聲抑制后的核磁共振信號。

于本發明一實施例中，還包括屏蔽室，所述杜瓦和所述讀出電路均設置在所述屏蔽室內，所述屏蔽室用于屏蔽環境磁場中的射頻干擾。

于本發明一實施例中，所述第一SQUID二階梯度計的直徑范圍為20mm-50mm；所述第二SQUID二階梯度計的直徑范圍為10mm-20mm。

于本發明一實施例中，所述第一SQUID二階梯度計包括二階梯度計天線、天線支架和SQUID芯片；所述二階梯度計天線繞制在所述天線支架上，并通過環氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發明一實施例中，所述第二SQUID二階梯度計包括二階梯度計天線、天線支架和SQUID芯片；所述二階梯度計天線繞制在所述天線支架上，并通過環氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發明一實施例中，所述杜瓦內設置有環氧板，所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計均固定在所述環氧板上，所述環氧板固定于所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發明一實施例中，所述讀出電路通過帶有射頻屏蔽層的低溫線與所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計分別相連。

于本發明一實施例中，所述讀出電路通過雷莫連接器固定在所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發明一實施例中，所述讀出電路包括磁通鎖定電路和控制電路；所述磁通鎖定電路用于提供工作電流至所述第一SQUID二階梯度計和所述第二SQUID二階梯度計；所述控制電路用于控制所提供工作電流的大小。

于本發明一實施例中，所述讀出電路將所述第一SQUID二階梯度計探測到的核磁共振信號減去所述第二SQUID二階梯度計探測到的工頻噪聲，得到抑制工頻噪聲后的核磁共振信號。