[发明专利]超导-磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置

说明书

本发明公开了一种超导‑磁电阻复合磁传感器的量程扩展方法及测量装置，本发明包括获取超导‑磁电阻复合磁传感器的输出电压，每当输出电压为饱和输出电压Vsubgt;r/subgt;时，向超导‑磁电阻复合磁传感器生成大小为Bsubgt;r/subgt;/2、与饱和磁场方向一致的补偿磁场，使超导‑磁电阻复合磁传感器在脉冲激励的脉冲上升沿进入饱和区、在脉冲激励的脉冲下降沿变化到线性区中间值位置，并根据最终的输出电压Vsubgt;t/subgt;且脉冲激励次数n以及Vsubgt;x/subgt;=n×Vsubgt;r/subgt;+Vsubgt;t/subgt;计算检测输出电压Vsubgt;x/subgt;。发明能够解决超导‑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。

技术领域

本发明属于微弱磁场信号的探测技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明要解决的技术问题：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，本发明能够解决超导-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。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

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。

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。

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。