[發(fā)明專(zhuān)利]三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)及磁測(cè)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110428530.6
• 申請(qǐng)日: 2021-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113126169A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任世杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京環(huán)宇泰康科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/08
• 代理公司: 北京科石知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11595
• 代理人: 李艷霞

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)及磁測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)包括信號(hào)處理模塊、補(bǔ)償檔位選擇模塊、控制電壓生成模塊、PI調(diào)節(jié)模塊和磁補(bǔ)償線(xiàn)圈；信號(hào)處理模塊對(duì)超導(dǎo)磁力儀輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到增脈沖信號(hào)和減脈沖信號(hào)；補(bǔ)償檔位選擇模塊根據(jù)增脈沖信號(hào)和減脈沖信號(hào)選擇所需的補(bǔ)償檔位；控制電壓生成模塊根據(jù)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)生成電流源控制電壓；PI調(diào)節(jié)模塊根據(jù)電流源控制電壓和磁補(bǔ)償線(xiàn)圈上的采樣電壓對(duì)電流源的輸出電流進(jìn)行控制；電流源的輸出電流輸入磁補(bǔ)償線(xiàn)圈中，磁補(bǔ)償線(xiàn)圈用于產(chǎn)生與外界磁場(chǎng)方向相反的補(bǔ)償磁場(chǎng)。本申請(qǐng)能夠在不降低磁力儀靈敏度的前提下大幅度提高其動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于地球物理磁測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)及磁測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高溫超導(dǎo)磁力儀是利用高溫SQUID作為傳感器制成的弱磁測(cè)量?jī)x器，其可以檢測(cè)到10^-14T量級(jí)的極弱磁場(chǎng)。SQUID(Superconducting quantum interference device，超導(dǎo)量子干涉器)用于檢測(cè)弱磁場(chǎng)，根據(jù)所使用的超導(dǎo)材料的不同，SQUID可以分為低溫(4.2K，制冷劑為液氦)SQUID和高溫(77K，制冷劑為液氮)SQUID。

三分量高溫超導(dǎo)磁力儀是利用三分量高溫SQUID、無(wú)磁杜瓦和信號(hào)讀出電路等組成的磁測(cè)儀器，可以用于地磁導(dǎo)航、磁定位、考古及未爆炸物檢測(cè)等領(lǐng)域。三分量高溫超導(dǎo)磁力儀通常工作于磁通鎖定狀態(tài)，其中，鎖定環(huán)中的反饋電阻決定了儀器的靈敏度和測(cè)量范圍，反饋電阻值越大，三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的靈敏度越高，其測(cè)量范圍越小。由于野外實(shí)際測(cè)量對(duì)三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的靈敏度要求比較高，因此導(dǎo)致其測(cè)量范圍較低。當(dāng)外界磁場(chǎng)異常大或磁力儀的姿態(tài)變化較大時(shí)，極易超出磁力儀的測(cè)量范圍而導(dǎo)致磁力儀出現(xiàn)失鎖的情況，從而影響測(cè)量效果。

發(fā)明內(nèi)容

為至少在一定程度上克服相關(guān)技術(shù)中存在的問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)及磁測(cè)系統(tǒng)。

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)，其包括信號(hào)處理模塊、補(bǔ)償檔位選擇模塊、控制電壓生成模塊、PI調(diào)節(jié)模塊和磁補(bǔ)償線(xiàn)圈；

所述信號(hào)處理模塊用于對(duì)三分量高溫超導(dǎo)磁力儀輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，得到增脈沖信號(hào)和減脈沖信號(hào)；所述補(bǔ)償檔位選擇模塊用于根據(jù)增脈沖信號(hào)和減脈沖信號(hào)選擇所需的補(bǔ)償檔位，并將補(bǔ)償檔位對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)輸出給所述控制電壓生成模塊；所述控制電壓生成模塊用于根據(jù)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)生成電流源控制電壓并輸出給所述PI調(diào)節(jié)模塊；所述PI調(diào)節(jié)模塊用于根據(jù)電流源控制電壓和磁補(bǔ)償線(xiàn)圈上的采樣電壓對(duì)電流源的輸出電流進(jìn)行控制；所述電流源的輸出電流輸入所述磁補(bǔ)償線(xiàn)圈中，所述磁補(bǔ)償線(xiàn)圈用于根據(jù)電流源的輸出電流產(chǎn)生與外界磁場(chǎng)方向相反的補(bǔ)償磁場(chǎng)。

上述三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)中，所述信號(hào)處理模塊包括第一信號(hào)調(diào)理電路、第一比較電路、第二比較電路、第一觸發(fā)器和第二觸發(fā)器；

所述第一信號(hào)調(diào)理電路對(duì)接收到的電壓信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)壓和濾波處理后輸出給所述第一比較電路和第二比較電路，所述第一信號(hào)調(diào)理電路輸出的電壓信號(hào)與所述第一比較電路中預(yù)設(shè)的正閾值和所述第二比較電路中預(yù)設(shè)的負(fù)閾值分別進(jìn)行比較；

如果所述第一信號(hào)調(diào)理電路輸出的電壓信號(hào)表示的磁場(chǎng)值大于預(yù)設(shè)的正閾值，則所述第一觸發(fā)器輸出一個(gè)補(bǔ)償磁場(chǎng)的增脈沖信號(hào)；如果所述第一信號(hào)調(diào)理電路輸出的電壓信號(hào)表示的磁場(chǎng)值小于預(yù)設(shè)的負(fù)閾值，則經(jīng)過(guò)所述第二觸發(fā)器輸出一個(gè)補(bǔ)償磁場(chǎng)的減脈沖信號(hào)。

上述三分量高溫超導(dǎo)磁力儀的測(cè)量范圍拓展系統(tǒng)中，所述補(bǔ)償檔位選擇模塊包括加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、數(shù)字減法器和譯碼電路；