[实用新型]一种超导量子干涉器件三轴磁强计的标定装置

说明书

技术领域

本实用新型属于磁场测量技术领域，涉及一种标定装置，特别是涉及一种超导量子干涉器件三轴磁强计的标定装置。 

背景技术

超导量子干涉器件（superconducting Quantum Interference Device，SQUID）是目前已知的最灵敏的磁传感器，广泛应用于微弱磁信号的探测。SQUID是一个超导环，通过读出超导环内感受到的磁通来读出磁场。由于SQUID超导环的面积很小，环内磁场均匀，SQUID测的磁通就与SQUID超导环耦合的磁场强度成正比。因此使用SQUID超导环平面耦合磁通以及SQUID测量磁场就构成了SQUID磁强计。 

SQUID磁强计是矢量传感器，只测量SQUID超导环平面法线方向的磁场。在实际应用中，要测量磁场总场，需要测量磁场矢量的三个分量，即X轴，Y轴，Z轴三个轴向的分量。通过三个轴向的分量获得磁场总场。要使用现有的SQUID磁强计测量磁场的总场，需使用三个SQUID磁强计，三个磁强计相互垂直，分别定义为X轴，Y轴，Z轴三个垂直分量。三轴磁强计测得矢量磁场在XYZ三个垂直方向的矢量分量，从而获得总场的测量。因此三轴磁强计的正交性，即轴与轴之间的垂直特性以及磁强计之间的一致性对总场的测量准确性至关重要。若正交性不高，则三轴磁强计获得的不是完全正交的磁场分量，还包括正交角度偏差引入的其他磁场分量，因此按上述公式计算获得的总场和与实际总场是有误差的。另一方面，磁强计将磁场强度转换成电压进行测量，因此三个轴的磁强计的磁场电压转换系数要准确标定，否则也会在总场计算中引入误差。综上所述，三轴磁强计在总场测量应用之前，要进行正交性标定以及磁场电压转换系数的标定，以满足变化矢量磁场的测量要求，获取准确的总场数值。 

三轴磁强计的标定和校正方法可分两类，一类是矢量校准，即磁强计与给定的标准矢量磁场进行比较校准。另一类则是标量校准，给三轴磁强计一个恒定的磁场，磁场的标量值与三轴磁传感器输出合成的总场标量进行对比校准。由于矢量标定需要精度很高的空间定位装置，成本高，实施难度大。目前主流的方法是采用标量校准方法。标量校准的思想是，给三轴磁强计加载一个恒定的磁场，改变三轴磁强计在磁场中的角度，获得三轴磁场分量，根据在任意角度下三轴磁场分量合成的总场恒定不变的原则，通过参数求解的方法，将实际三轴 磁强计的正交角度偏差和磁场电压转换系数求出。采用参数求解方法标定三轴磁强计的过程中，需要提供恒定的磁场或均匀恒定的磁场空间，使三轴磁强计在该磁场内旋转，变换角度，测得三轴分量。由一组任意角度下测得的三轴分量数据组建方程。在均匀恒定磁场下，任意变换角度，三轴合成的总场是不变的。因此获取一组任意变换角度下三轴传感器的测量数据，通过最小二乘等参数求解算法，即可求出三轴传感器的磁场电压转换系数和三轴正交模块的角度误差。 

SQUID磁强计与传统磁阻或磁通磁强计不同，SQUID磁强计只能测量从传感器启动测量的时刻起的磁场变化量，而无法实现绝对磁场的测量。SQUID传感器构成的SQUID三轴磁强计，只能实现交流变化磁场的测量。因此要实现正交性标定，就要在三轴磁强计所在空间产生一个交流的恒定变化磁场，同时要使三轴磁强计围绕磁场变化，使得三轴磁强计的输出发生变化。 

另一方面，SQUID磁强计使用低温或高温SQUID器件，器件工作在低温或高温环境下时，如低温超导SQUID浸泡在灌有液氦的低温恒温器中维持4.2K的温度；高温超导则浸泡在灌有液氮的低温恒温器中维持7.7K的工作温度。由于低温恒温器体积较大，使得整个探测器体积大，不方便移动。同时低温恒温器中灌注低温液体，旋转探头会引起低温液体大幅度波动，使得SQUID因为温度不稳定或低温液体产生汽包而影响工作。因此SQUID传感器探头是不能随意旋转的。 

上述SQUID三轴磁强计在应用上有两个特殊因素：1）采用SQUID的三轴磁强计测量的是相对变化磁场，无法计算绝对磁场；2）采用灌注低温液体的恒温器来维持SQUID传感器的运行，整个传感器探头不能随意旋转。 

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种超导量子干涉器件三轴磁强计的标定装置，用于解决现有标定过程中SQUID三轴磁强计只识别变化磁场及传感器探头不能随意旋转的问题。 

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种超导量子干涉器件三轴磁强计的标定装置。