基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，包括：设置于三轴补偿线圈中，用于探测三个轴向磁场的SQUID三轴磁强计；读出SQUID三轴磁强计检测到信号的SQUID读出模块；将SQUID三轴磁强计的检测信号反馈到相应的三轴补偿线圈中的反馈模块；产生与环境磁场波动相反的补偿磁场的三轴补偿线圈；其中，SQUID三轴磁强计与三轴补偿线圈的三个轴向对应设置。本发明专利技术使用SQUID三轴模块作为磁探测器进行磁场稳场，可以获得更全面(总场和各矢量场)的磁场稳定效果，灵敏度高，带宽大；可应用于地球磁场或零磁场环境下，适用磁场范围更大。

【技术实现步骤摘要】
基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统
本专利技术涉及磁场检测领域，特别是涉及一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统。
技术介绍
基于超导量子干涉器件(SuperconductingQuantumInterferenceDevice，SQUID)的磁传感器是目前已知的最灵敏的磁探测器，其中，低温超导SQUID灵敏度可达1fT(1fT＝10-15特斯拉)量级，高温超导SQUID灵敏度也可达10飞特量级，是重要的高端应用磁传感器，广泛应用于生物医疗，地球物理探测，以及基础研究等领域。SQUID磁传感器是极限探测、科学研究中重要的磁传感器设备，具有很高的科研和应用价值。在磁基准计量领域，为了精确标定高灵敏度的磁传感器性能，需要在地球磁场环境中提供稳定的磁场。目前通常使用光泵等总场探测器，配合反馈电路和线圈系统，进行总场稳场，能达到3-5pT的稳场效果。但是，现有系统只能实现总场稳场，根据磁场总场公式：可知，在总场稳场过程中，只能确保总场BT不变，假设X方向矢量Bx或者Y方向矢量By有一定程度的波动，将造成Z方向矢量Bz的相应变化，各矢量场相互影响，这是我们所不期望看到的。而且，现有系统的灵敏度也有待提高。因此，如何在实现总场稳场的情况下，减小各矢量场的相互影响，实现各矢量场的稳场，并提高磁场灵敏度，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，用于解决现有技术中各矢量场不稳定，且磁场灵敏度低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，所述基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统至少包括：SQUID三轴磁强计，SQUID读出模块，反馈模块及三轴补偿线圈；所述SQUID三轴磁强计浸没于制冷液体中，并设置于所述三轴补偿线圈中，所述SQUID三轴磁强计用于探测三个轴向的磁场；所述SQUID读出模块的输入端连接所述SQUID三轴磁强计的输出端，用于读出所述SQUID三轴磁强计检测到的信号；所述反馈模块的输入端连接于所述SQUID读出模块的输出端、输出端连接所述三轴补偿线圈，用于将SQUID三轴磁强计检测到的信号反馈到相应的三轴补偿线圈中；所述三轴补偿线圈产生与环境磁场波动相反的补偿磁场；其中，所述SQUID三轴磁强计与所述三轴补偿线圈的三个轴向对应设置。可选地，所述SQUID三轴磁强计包括三个SQUID磁强计，分别设置于三个互相垂直的平面上。可选地，所述SQUID三轴磁强计为高温超导材料或低温超导材料制成。可选地，所述反馈模块包括三路比例积分微分电路，各比例积分微分电路的输入端分别连接一个轴向的磁强计检测信号、输出端分别连接对应的补偿线圈。更可选地，所述比例积分微分电路包括依次连接的比例放大器、积分器及功率放大器。可选地，所述三轴补偿线圈包括分别设置于三个互相垂直的轴向的补偿线圈。更可选地，所述补偿线圈为正多边形或圆形。更可选地，各平面均包括两个补偿线圈，任意平面中的两个补偿线圈分别设置于所述SQUID三轴磁强计的两侧。可选地，所述基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统还包括数据采集模块，连接于所述SQUID读出模块，用于获取所述SQUID读出模块的输出信号并进行处理。可选地，所述制冷液体容置于无磁杜瓦中，所述制冷液体包括液氮或液氦。如上所述，本专利技术的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，具有以下有益效果：本专利技术的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统采用三个相互正交的SQUID形成三轴磁强计，再配合反馈模块和三轴补偿线圈，形成矢量稳场，不仅能获得稳定的总场，更能确保三个方向的矢量场均能得到稳定(达到pT级，甚至亚pT级)；同时，本专利技术的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统可以工作于磁屏蔽环境(零场环境)或者地球磁场环境，具有更大的适用范围。本专利技术的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统可以应用于磁基准装置中，可同时获得磁场总场和分量场的稳定，在磁传感器尤其是矢量磁传感器标定过程中获得良好的应用；同时也可以应用于其他需要稳定磁场的场合。附图说明图1显示为本专利技术的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统的结构示意图。图2显示为本专利技术的SQUID三轴磁强计的结构示意图。图3显示为本专利技术的反馈模块的结构示意图。图4显示为现有技术与本专利技术的SQUID读出模块输出的频谱。图5显示为本专利技术三轴稳场后SQUID读出模块输出的三个矢量场的实时信号。元件标号说明1基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统11SQUID三轴磁强计11a～11c第一～第三SQUID磁强计12SQUID读出模块13反馈模块131～133第一～第三比例积分微分电路1311比例放大器1312积分器1313功率放大器14三轴补偿线圈15数据采集模块16无磁杜瓦具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术提供一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统1，所述基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统1包括：SQUID三轴磁强计11，SQUID读出模块12，反馈模块13、三轴补偿线圈14及数据采集模块15。如图1所示，所述SQUID三轴磁强计11浸没于制冷液体中，并设置于所述三轴补偿线圈14中，所述SQUID三轴磁强计11用于探测三个轴向的环境磁场波动。具体地，在本实施例中，所述SQUID三轴磁强计11的数量设定为一个，在实际使用中可根据需要设定为两个或两个以上，不以本实施例为限。如图2所示，所述SQUID三轴磁强计11包括三个SQUID磁强计，在本实施例中，第一SQUID磁强计11a、第二SQUID磁强计11b及第三SQUID磁强计11c分别设置于一正立方体的前表面、上表面及左表面上(三个相互垂直的表面)。各SQUID磁强计为一个圆环，所述SQUID磁强计由超导材料制成，用于将检测到的磁强计信号转换为电压信号。具体地，所述SQUID三轴磁强计11工作在使其进入超导状态的低温环境中。所述SQUID三轴磁强计11放置于无磁杜瓦16中，所述无磁杜瓦16中盛放有提供低温环境的制冷液体，所述SQUID三轴磁强计11浸没于所述制冷液体中，以确保所述SQUID三轴磁强计11工作于超导状态。若所述SQUID三轴磁强计11由高温超导材料制成，则所述制冷液体为液氮(温度约为77K)；若所述SQUID三轴磁强计11由低温超导材料制成，则所述制冷液体为液氦(温度约为4.2K)。在实际使用中，所述制冷液体可根据需要替换，不以本实施例为限。如图1所示，所述SQUID读出模块12的输入端连接所述S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，其特征在于，所述基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统至少包括：SQUID三轴磁强计，SQUID读出模块，反馈模块及三轴补偿线圈；所述SQUID三轴磁强计浸没于制冷液体中，并设置于所述三轴补偿线圈中，所述SQUID三轴磁强计用于探测三个轴向的磁场；所述SQUID读出模块的输入端连接所述SQUID三轴磁强计的输出端，用于读出所述SQUID三轴磁强计检测到的信号；所述反馈模块的输入端连接于所述SQUID读出模块的输出端、输出端连接所述三轴补偿线圈，用于将SQUID三轴磁强计检测到的信号反馈到相应的三轴补偿线圈中；所述三轴补偿线圈产生与环境磁场波动相反的补偿磁场；其中，所述SQUID三轴磁强计与所述三轴补偿线圈的三个轴向对应设置。

【技术特征摘要】
1.一种基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，其特征在于，所述基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统至少包括：SQUID三轴磁强计，SQUID读出模块，反馈模块及三轴补偿线圈；所述SQUID三轴磁强计浸没于制冷液体中，并设置于所述三轴补偿线圈中，所述SQUID三轴磁强计用于探测三个轴向的磁场；所述SQUID读出模块的输入端连接所述SQUID三轴磁强计的输出端，用于读出所述SQUID三轴磁强计检测到的信号；所述反馈模块的输入端连接于所述SQUID读出模块的输出端、输出端连接所述三轴补偿线圈，用于将SQUID三轴磁强计检测到的信号反馈到相应的三轴补偿线圈中；所述三轴补偿线圈产生与环境磁场波动相反的补偿磁场；其中，所述SQUID三轴磁强计与所述三轴补偿线圈的三个轴向对应设置。2.根据权利要求1所述的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，其特征在于：所述SQUID三轴磁强计包括三个SQUID磁强计，分别设置于三个互相垂直的平面上。3.根据权利要求1所述的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，其特征在于：所述SQUID三轴磁强计为高温超导材料或低温超导材料制成。4.根据权利要求1所述的基于SQUID三轴磁强计的矢量磁场稳定系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱隆清，董丙元，王永良，张国峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31