[發明專利]一種超導微弱磁場補償設備

有效

• 申請號: 201710501461.0
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107688158B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 伍岳;肖立業
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/035
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關玲

一種超導微弱磁場補償設備，包括超導圓筒(1)、頂蓋(2)、旋轉軸(4)、轉速控制系統(5)及磁場探測器(3)。超導圓筒(1)為底部封閉、頂部敞開的空心圓柱，超導圓筒(1)位于旋轉軸(4)的上方，與旋轉軸(4)同心；超導圓筒(1)的底部與旋轉軸(4)的頂部相連，旋轉軸(4)的底部與轉速控制系統(5)連接；頂蓋(2)位于超導圓筒(1)上方，超導圓筒(1)及頂蓋(2)隨旋轉軸(4)同步旋轉。磁場探測器(3)將探測到的超導圓筒(1)內的剩余磁場強度反饋給轉速控制系統(5)，轉速控制系統(5)調整旋轉軸(4)及超導圓筒(1)的旋轉速度，依據旋轉超導體會在超導體內部空間產生London磁場，以London磁場作為補償磁場。

技術領域

本發明涉及一種微弱磁場的補償設備。

背景技術

弱磁探測技術在科學研究工業生產以及醫療等領域都發揮著重要作用。由于被探測的目標磁場十分微弱，例如生物體產生的磁場、高靈敏度磁傳感器的噪聲磁場等，需要在一個沒有外界磁場干擾的環境中進行測試。目前屏蔽外界磁場的主要方式是利用高磁導率的材料、或者超導材料制備磁屏蔽室，進而在一定空間范圍內營造一個近零磁場的環境。利用磁屏蔽室可將屏蔽后的剩余磁場降低至nT量級。然而，對于一些生物體，例如人的大腦，以及高靈敏度磁傳感器的噪聲而言，其磁場信號大小只有pT，甚至fT量級，因此需要加入磁場補償設備進行正負磁場抵消，從而進一步降低剩余磁場。

現有的磁場補償設備采用補償線圈，由電流源為補償線圈提供電流產生補償磁場，對于nT量級以下的剩余磁場，需要對補償線圈通入μA量級的微弱電流，并精確穩定地控制電流強度，而能夠提供微弱電流輸出的電流源價格昂貴、內部結構復雜，且難以提供穩定持續的電流輸出，進而影響補償磁場的穩定性，因此制約了磁場補償設備在弱磁補償方面的應用。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有磁場補償設備，如電流源及補償線圈存在的電流源價格昂貴，難以提供穩定持續的微弱電流輸出，進而影響補償磁場的穩定性等缺陷，提出一種新的超導微弱磁場補償設備。

本發明超導微弱磁場補償設備，主要包括超導圓筒、頂蓋、旋轉軸、轉速控制系統以及磁場探測器；其中，所述的超導圓筒為底部封閉、頂部敞開的空心圓柱，超導圓筒位于旋轉軸的上方，超導圓筒的底部與旋轉軸的頂部相連接，旋轉軸的底部與轉速控制系統相連接；頂蓋位于超導圓筒的頂部上方，超導圓筒及頂蓋隨旋轉軸同步旋轉，超導圓筒與旋轉軸同心；轉速控制系統控制旋轉軸、超導圓筒及頂蓋的旋轉速度；磁場探測器位于超導圓筒內，通過反饋電路與轉速控制系統相連接。

進一步地，所述的磁場探測器用于探測超導圓筒內的剩余磁場，并將剩余磁場強度反饋給轉速控制系統，由轉速控制系統調整旋轉軸及超導圓筒的旋轉速度，通過控制超導圓筒的旋轉角速度，控制超導圓筒內產生的London磁場，以London磁場作為補償磁場。

進一步地，所述的超導圓筒及頂蓋由超導材料制作，旋轉軸由非磁性材料制作。

優選地，所述的磁場探測器選用超導量子干涉器件(SQUID)。

優選地，所述的超導圓筒、頂蓋及超導探測器采用低溫氮氣、氦氣冷卻至超導轉變溫度以下。

優選地，所述的轉速控制系統控制旋轉軸、超導圓筒以及頂蓋的旋轉速度從0到100轉/秒連續可調。

相比于現有微弱磁場補償設備存在的電流源價格昂貴，難以提供穩定持續的微弱電流輸出，進而影響補償磁場的穩定性等缺陷，本發明結構簡單，無需電流源提供微弱電流產生補償磁場，而是利用超導體在旋轉過程中產生與超導體旋轉角速度成線性正比的London磁場作為補償磁場，降低了設備的成本。同時，London磁場隨旋轉角速度的變化率為70.96pT/(轉/秒)，現有的轉速控制系統可以精確穩定地將轉速的變化控制在0.01轉/秒，意味著本發明可以提供穩定的微弱補償磁場，并且補償磁場的變化精確地控制在1pT以下，進而保證了設備對于微弱補償磁場精度和穩定性的控制。

附圖說明