超导-磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超导

【技术实现步骤摘要】
超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置


[0001]本专利技术属于微弱磁场信号的探测
，具体涉及一种超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置。

技术介绍

[0002]弱磁探测广泛应用于地质勘探、生物医学、目标探测、地磁导航等领域，一些应用对于磁场分辨力的要求达到fT量级，例如脑磁测量。在传统的弱磁传感器中，可达到fT级磁场测量精度的超导量子干涉磁力仪（SQUID）存在体积大，屏蔽环境苛刻等问题。超导/磁电阻复合传感器探测精度也可达到fT级，而且具有体积小，稳定性高，功耗低等优点，具有发展成为小型化高性能磁传感器的巨大潜力。超导
‑
磁电阻复合磁传感器是由磁电阻敏感单元和超导材料闭合环路组成的磁传感器，超导环路中有一段或多段宽度狭窄区域（窄区），磁电阻传感器位于窄区下方并由绝缘层分隔。当超导临界温度以下，被探测磁场垂直穿过超导环时，由于超导体的迈斯纳效应，会在超导环中产生屏蔽电流；当屏蔽电流通过窄区时，受其宽度所限，电流密度会迅速增大，同时在狭窄区域上下方附近会产生局域增强的磁场，理论上可实现1000倍以上的磁场放大，大幅提升TMR磁传感器的分辨力。然而，高分辨力的超导/磁电阻复合磁传感器通常具有较低的饱和磁场，导致其量程非常有限，通常仅有μT量级，远小于某些应用场景的磁场数值，例如地磁场可达100000nT。针对超导/磁电阻复合磁传感器，目前还没有高分辨力与宽量程兼容的方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置，本专利技术能够解决超导
‑
磁电阻复合磁传感器量程有限的问题，在满足结构简单、体积小的前提上能够实现对超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展，从而实现高分辨力与宽量程兼容。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，包括：S101，获取超导
‑
磁电阻复合磁传感器在被测磁场x中的输出电压，每当输出电压增加到达饱和输出电压V
r
时，向超导
‑
磁电阻复合磁传感器的补偿线圈施加一个脉冲激励以形成大小为B
r
/2、方向与饱和磁场方向一致的补偿磁场，使得超导
‑
磁电阻复合磁传感器先在脉冲激励的脉冲上升沿进入饱和区、再在脉冲激励的脉冲下降沿变化到线性区中间值位置以扩展大小为B
r
/2的量程，其中B
r
为饱和磁场的大小；且在输出电压的值为小于饱和输出电压V
r
的输出电压V
t
且不再增加时，跳转步骤S102；S102，根据V
x
=n
×
V
r
+V
t
计算得到被测磁场x对应的检测输出电压V
x
，其中n为得到输出电压V
t
之前施加脉冲激励的次数。
[0005]可选地，步骤S101中脉冲激励的周期大于0且小于一接近0的预设阈值。
[0006]可选地，步骤S102中计算得到被测磁场x对应的检测输出电压V
x
之后还包括根据
查询检测输出电压V
x
、磁场之间的关系曲线以获得被测磁场x对应的磁场大小B
x
。
[0007]可选地，步骤S101之前还包括对超导
‑
磁电阻复合磁传感器确定饱和输出电压V
r
和饱和磁场的大小B
r
。
[0008]可选地，所述确定饱和输出电压V
r
和饱和磁场的大小B
r
包括：S201，对超导
‑
磁电阻复合磁传感器施加不同大小的垂向磁场，获得超导
‑
磁电阻复合磁传感器在不同大小的垂向磁场下的磁场
‑
输出电压曲线；S202，根据磁场
‑
输出电压曲线超导
‑
磁电阻复合磁传感器的饱和区域，根据饱和区域确定饱和磁场的大小B
r
以及饱和输出电压V
r
。
[0009]此外，本专利技术还提供一种用于应用所述的超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法的测量装置，包括超导
‑
磁电阻复合磁传感器、比较器、交流电流源、脉冲计数器、乘法器以及加法器，所述超导
‑
磁电阻复合磁传感器包括磁电阻敏感元件和补偿线圈，其中：所述比较器用于获取超导
‑
磁电阻复合磁传感器在被测磁场x中的输出电压，每当输出电压增加到达预设的饱和输出电压V
r
时，向脉冲计数器产生控制信号，以控制交流电流源向超导
‑
磁电阻复合磁传感器的补偿线圈施加一个脉冲激励以形成大小为B
r
/2、方向与饱和磁场方向一致的补偿磁场，使得超导
‑
磁电阻复合磁传感器先在脉冲激励的脉冲上升沿进入饱和区、再在脉冲激励的脉冲下降沿变化到线性区中间值位置以扩展大小为B
r
/2的量程，其中B
r
为饱和磁场的大小；所述脉冲计数器与交流电流源的输出端相连以用于检测获取得到输出电压V
t
之前施加脉冲激励的次数n；所述乘法器的输入端分别与饱和输出电压V
r
、比较器以及脉冲计数器的输出端相连，用于将饱和输出电压V
r
/2、比较器、脉冲计数器输出的得到输出电压V
t
之前施加脉冲激励的次数n相乘以得到累积电压n
×
V
r
；所述加法器的输入端分别与乘法器的输出端、磁电阻敏感元件的输出端相连以将乘法器输出的累积电压n
×
V
r
和磁电阻敏感元件输出的输出电压V
t
求和得到被测磁场x对应的检测输出电压V
x
。
[0010]可选地，所述交流电流源在比较器输出
‑
1时输出脉冲激励的负向脉冲波形、比较器输出1时输出脉冲激励的正向脉冲波形，且比较器输出0时不输出脉冲波形。
[0011]可选地，所述超导
‑
磁电阻复合磁传感器还包括超导磁通聚集放大器，所述补偿线圈位于超导磁通聚集放大器的内部或外部，所述敏感元件位于超导磁通聚集放大器上的窄区的一侧。
[0012]可选地，所述补偿线圈为超导线圈。
[0013]可选地，所述加法器的输出端还连接有前置信号放大电路以及信号处理电路。
[0014]和现有技术相比，本专利技术主要具有下述优点：本专利技术包括获取超导
‑
磁电阻复合磁传感器在被测磁场x中的输出电压，每当输出电压增加到达饱和输出电压V
r<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，其特征在于，包括：S101，获取超导
‑
磁电阻复合磁传感器在被测磁场x中的输出电压，每当输出电压增加到达饱和输出电压V
r
时，向超导
‑
磁电阻复合磁传感器的补偿线圈施加一个脉冲激励以形成大小为B
r
/2、方向与饱和磁场方向一致的补偿磁场，使得超导
‑
磁电阻复合磁传感器先在脉冲激励的脉冲上升沿进入饱和区、再在脉冲激励的脉冲下降沿变化到线性区中间值位置以扩展大小为B
r
/2的量程，其中B
r
为饱和磁场的大小；且在输出电压的值为小于饱和输出电压V
r
的输出电压V
t
且不再增加时，跳转步骤S102；S102，根据V
x
=n
×
V
r
+V
t
计算得到被测磁场x对应的检测输出电压V
x
，其中n为得到输出电压V
t
之前施加脉冲激励的次数。2.根据权利要求1所述的超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，其特征在于，步骤S101中脉冲激励的周期大于0且小于一接近0的预设阈值。3.根据权利要求2所述的超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，其特征在于，步骤S102中计算得到被测磁场x对应的检测输出电压V
x
之后还包括根据查询检测输出电压V
x
、磁场之间的关系曲线以获得被测磁场x对应的磁场大小B
x
。4.根据权利要求1所述的超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，其特征在于，步骤S101之前还包括对超导
‑
磁电阻复合磁传感器确定饱和输出电压V
r
和饱和磁场的大小B
r
。5.根据权利要求4所述的超导
‑
磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法，其特征在于，所述确定饱和输出电压V
r
和饱和磁场的大小B
r
包括：S201，对超导
‑
磁电阻复合磁传感器施加不同大小的垂向磁场，获得超导
‑
磁电阻复合磁传感器在不同大小的垂向磁场下的磁场
‑
输出电压曲线；S202，根据磁场
‑
输出电压曲线超导
‑
磁电阻复合磁传感器的饱和区域，根据饱和区域确定饱和磁场的大小B
r
以及饱和输出电压V
r
。6.一种用于应用权利要求1～5中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜青法，杨澜，胡佳飞，潘孟春，李裴森，罗慧慧，丁增权，柳俊威，彭俊平，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：