[发明专利]一种用于探测磁场强度张量的SQUID磁通变换器装置

说明书

本发明提出了一种用于探测磁场强度张量的SQUID磁通变换器装置，包括：全张量铜线圈梯度计、耦合线圈和SQUID磁强计，其中，耦合线圈分别与全张量铜线圈梯度计和SQUID磁强计进行双向耦合，以将全张量铜线圈梯度计的铜线圈内的磁通量，耦合至SQUID磁强计的拾取线圈中，通过将全张量铜线圈梯度计内的铜线圈磁通转换到SQUID磁强计中拾取线圈中，并将磁通转换成电压值，以由SQUID磁强计进行测量。本发明仅使用一个SQUID磁强计即可实现测量全张量磁场梯度数据，通过SQUID实现高精度磁场的测量，可以测量FT(10^‑15T)级别的磁场，从而大大节约了成本。

技术领域

本发明涉及磁测量技术领域，特别涉及一种用于探测磁场强度张量的SQUID磁通变换器装置。

背景技术

全张量磁场梯度是指磁场矢量的三个分量沿着三维空间基底方向的变化量。对于全张量磁场梯度信息的测量是以磁传感器为基本单元通过合理的空间排布和适当连接方式而构成的。磁测量技术在科研、医学及国民经济各部门的重要性日益凸显。针对各种磁场测量的不同要求，具有不同优点和性能的磁传感器也层出不穷，如磁通门传感器、GMR、GMI、SQUID、核进动、光泵磁传感器等。在磁源定位系统的设计中，所采用的传感器的精度越高，其测量的准确度越高，其测量误差越小。而由于磁场梯度张量解算方法的原因，其测量误差呈指数函数增长。因此，选择精度高的传感器，对定位误差的减小具有重要意义。

目前，能达到pT量级的磁传感器包括磁通门传感器、光泵磁传感器、光纤磁传感器和SQUID。下面分别就磁通门传感器和SQUID进行对比。

磁通门磁力仪是利用高导磁材料在传感器线圈系统中的饱和特性来测量磁场的仪器，是应用最为广泛的测弱磁仪器之一，其测量范围为10^-12～10^-3T，分辨率约为10^-8～10^-10T，适用于测量恒定和缓慢变化的磁场。磁通门磁力计可检测磁向量场，但因其探头以及电路装置体积重量都较大而限制了它们的广泛应用。

SQUID是超导磁力仪是利用约瑟夫效应测量磁场微小变化的一类装置。SQUID用来检测非常微弱的磁场，是目前人类所知道的最灵敏的磁场检测装置，高温SQUID磁场灵敏度可达10fT/Hz1/2，而低温SQUID磁场灵敏一般可达1fT/Hz1/2。超导量子磁力仪是弱磁场仪器中最为精密的手段。

目前国外对中国进行严密的技术封锁，世界上掌握基于SQUID全张量矢量磁场测量技术的国家只有三个，典型代表有：美国特瑞斯坦技术公司(Tristan Technologies，Inc.)研制的三轴SQUID磁力仪(Model G377)，德国耶拿物理学高技术研究所(Institutefor Physical High-Technology，IPHT)研制的MAGSAFE系统和澳大利亚联邦科学工业研究组织(CSIRO)研究的GETMAG装置。三家单位均获得很好的实验结果，同时SQUID需要在低温下进行工作，使用和维护费用高昂。

超导量子干涉仪是基于超导约瑟夫森结(Josephson)效应制作的磁传感器，因为其及高的探测精度，广泛用于生物磁测量、无损探伤、军事探潜等领域，是高温超导最早走向实用化的领域之一。而高温超导技术(HTS)的发展提高了SQUIDs的工作温度，另一方面，高温超导薄膜技术的发展也提高了SQUIDs的灵敏度。

目前，对于全张量的磁通测量，国际上通常使用多个SQUID磁强计来实现测量。由于每个SQUID磁强计的费用昂贵，如果要实现全张量的测量则需要的花费较大。如何用最少量的SQUID实现全张量的磁通测量，是当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。