[发明专利]宽动态范围高温超导磁力仪

说明书

技术领域：

本发明涉及一种地球物理磁法勘探的高温超导磁力仪，尤其是宽动态范围高温超导磁力仪。

背景技术：

超导量子干涉器(SQUID)是目前为止灵敏度最高的弱磁测量传感器。利用工作于液氮环境的高温SQUID制成的高温超导磁力仪可用生物磁(如心磁、脑磁)测量、无损探伤、磁法勘探以及军事探潜等领域。现有的用于地球物理磁法勘探的高温超导磁力仪包括SQUID探头、液氮杜瓦瓶、SQUID读出电路、数据采集系统及微处理器。然而这种高温超导磁力仪为了保证较高的灵敏度和精度，动态范围都很小。地球学报，2002，23(2)陈晓东等《.高温超导磁强计的研制及在TEM上的野外试验》.。介绍了一种应用于地球物理勘探领域的高温超导磁强计，其SQUID读出电路中的反馈回路电阻决定了仪器的灵敏度、精度和动态范围，反馈回路电阻值越大，灵敏度和精度越高，仪器动态范围则越小。若通过降低反馈回路电阻值来提高其动态范围，灵敏度和精度则随之下降。一般如灵敏度为300fT的高温超导磁力仪动态范围只有±280nT左右。而在高温超导磁力仪实际应用中，外界电磁场干扰或者被测的磁场值较高，尤其在野外无屏蔽环境下，应用于磁法勘探以寻找矿产资源和研究地质构造时，外界电磁干扰往往超出仪器动态范围，如电力线附近，仅50Hz工频干扰就可达±500nT，从而造成SQUID读出电路失锁而不能正常工作，限制了仪器应用。为了高温超导磁力仪的实用化，常用的措施是采用屏蔽室来屏蔽外界干扰。然而采用高磁导率金属材料建成的屏蔽室价格及其昂贵，并且高温超导磁力仪本身性能并未提高，仅可用于微弱生物磁信号的测量，不适用于野外磁法勘探工作。

发明内容：

本发明的目的就是针对以上现有技术的不足，提供一种适合于野外电磁干扰较强地段地球物理勘探用的宽动态范围高温超导磁力仪。

本发明的设计思想是：利用亥姆霍兹线圈产生一系列标准磁场，用于部分抵消外界较大的待测磁场，使得抵消后剩余的待测磁场值始终保持在高温超导磁力仪动态范围之内。然后将抵消掉的磁场值和高温超导磁力仪测量值相加即得到实际要测量的磁场值。

信号处理电路6与恒流源档位选择电路7相连，恒流源档位选择电路7选择合适的电压档位，决定其后连接的可调恒流源8的电流大小，可调恒流源8连接到亥姆霍兹线圈9上，亥姆霍兹线圈9根据可调恒流源8提供的电流大小产生一个标准磁场，标准磁场方向与外界磁场方向相反，以此抵消掉SQUID探头1测量点处较大的外界磁场。恒流源档位选择电路7另一路同时输出档位状态信号给与其连接的微处理器5，微处理器5得到该档位状态信号，与数据采集系统4输出的高温超导磁力仪测量的磁场值进行运算处理后得到实际测量的磁场值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

宽动态范围高温超导磁力仪，是由超导量子探头1套装在亥姆霍兹线圈9中，超导量子探头1经液氮杜瓦平2、读出电路3、数据采集系统4、微处理器5、恒流源档位选择电路7、可调恒流源8与亥姆霍兹线圈9连接，读出电路3经信号处理电路6与恒流源档位选择电路7连接构成。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

信号处理电路6是由正阈值11经第一比较器12与触发器15连接，信号调理电路10的一路与第一比较器12连接，另一路与第二比较器14连接，负阈值13经第二比较器14与触发器16连接构成。

恒流源档位选择电路7是由加法计数器17和减法计数器分别与数字减法器19连接，数字减法器19经译码器20、模拟开关23与缓冲器24连接，基准电压模块21经电阻网络22与模拟开关23连接构成。

可调恒流源8是由电压/电流转换电路25与误差比较电路26连接构成。误差比较电路26对恒流源控制电压和电压/电流转换电路25输出的恒流值进行比较，得到的误差值反馈到电压/电流转换电路25，使得电压/电流转换电路25输出更为精确和稳定的恒定电流。

有益效果：本发明是在现有的高温超导磁力仪的超导量子探头外套装亥姆霍兹线圈，利用亥姆霍兹线圈产生一系列标准磁场，用于部分抵消外界较大的待测磁场，使得抵消后剩余的待测磁场值始终保持在高温超导磁力仪动态范围之内，然后将抵消掉的磁场值和高温超导磁力仪测量值相加即得到实际要测量的磁场值。为实现这一发明思想，在仪器中增设了自动调整恒流源档位选择电路、信号处理电路和可调恒流源，即不降低高温超导磁力仪的灵敏度和精度，又能提高其动态范围，满足不同测量环境下高温超导磁力仪工作要求，最重要的是适用于高温超导磁力仪在野外电磁干扰较强地段进行地球物理勘探。

附图说明：

附图1宽动态范围高温超导磁力仪的结构框图