[发明专利]高温超导弱磁测量传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导弱磁测量传感器，属于高温超导技术应用于地球物理测量弱磁信号领域。

背景技术

二十世纪八十年代初，用于大地电磁测深的低温超导磁强计使用低温超导技术，这种低温超导磁强计中的超导元件必须在绝对温度4K下工作。为提供这种温度条件，使用了液氦。而液氦资源在自然界匮乏且昂贵，低温技术复杂，不能普遍使用。高温超导材料的研制成功，使得超导元件工作温度大大提高。钇钡铜氧超导材料只需绝对温度77K就可工作。而这个温度用液氮就可实现。氮在自然界资源极为丰富，空气中78％为氮气，且液氮的制作条件很容易实现，制造成本低廉，只是液氦价格的数百分之一，它被广泛应用。

在地球物理电磁法中，传统测量磁场是用感应线圈作为测磁传感器。由于感应线圈的灵敏度随接收信号的频率而变化，在低频段灵敏度很低，而低频段恰恰是反映地球深部的信息。因此传统感应线圈法测量的低频信号信噪比低。而高温超导弱磁测量传感器用高温超导量子干涉器作为磁场强度传感器，对磁场非常敏感，它的灵敏度高而且频带宽，在各频段灵敏度恒定，低频响应好。在地球物理电磁法弱磁信号测量中，可提高低频信号的信噪比，使测量更准确，提高勘探深度。

发明内容

鉴于上述背景，本发明的目的是提供一种在地球物理电磁法中使用的高温超导弱磁测量传感器。此传感器具有高摆率、低噪声、高灵敏度、高稳定性、高抗干扰能力。满足用于地球物理电磁法测量微弱磁场的需要。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温超导弱磁测量传感器，包括高温超导器件和锁相闭环电路，高温超导器件作为接收被测磁场的传感器，将接收到的外磁场信号送至锁相闭环电路，其特征在于：

锁相闭环电路由定向耦合器、高频放大器、混频器、低频放大器、高频振荡器、射频信号衰减器，积分器、反馈电路组成，其中：

高温超导器件的输出经定向耦合器送至高频放大器；

高频放大器、混频器、低频放大器、积分器依次串联连接；

高频振荡器的输出分为两路，一路接混频器的输入，另一路经射频信号衰减器衰减后接定向耦合器；

积分器的输出经反馈电路反馈至定向耦合器。

进一步地：

高温超导器件采用带共面谐振器的高温超导射频量子干涉器，在整个锁相闭环电路中作为指零器使用。

高温超导射频量子干涉器的偏置信号频率为0.3GHz到1GHz，并使用变频方式配谐。

高频放大器由由三级高频放大器交流耦合级联而成。

射频信号衰减器由固定衰减器和可调衰减器相结合组成。

高温超导射频量子干涉器与高频放大器之间采用同轴屏蔽电缆连接，定向耦合器、高频放大器、混频器装在一个磁屏蔽盒中，高频振荡器、射频信号衰减器、高频放大器的各级之间均加屏蔽盒。

锁相闭环电路制作在双面电路印刷版上，各元器件、线条和焊点放在双面电路印刷版的同一面上，另一面全部保留作为大面地。

本发明的有益效果是：

具有高摆率、低噪声、高灵敏度、高稳定性、高抗干扰能力，满足用于地球物理电磁法测量微弱磁场的需要。

附图说明

图1为高温超导磁强计的原理框图；

图2为射频信号衰减器原理图；

图3为高频放大器的原理图；

图4为低频电路原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种高温超导弱磁测量传感器，包括图1所示的高温超导器件和锁相闭环电路，高温超导器件作为接收被测磁场的传感器，将接收到的外磁场信号送至锁相闭环电路。

该锁相闭环电路由定向耦合器、高频放大器、混频器、低频放大器、高频振荡器、射频信号衰减器，积分器、反馈电路组成。其中：高温超导器件的输出经定向耦合器送至高频放大器；高频放大器、混频器、低频放大器、积分器依次串联连接；高频振荡器的输出分为两路，一路接混频器的输入，另一路经射频信号衰减器衰减后接定向耦合器；积分器的输出经反馈电路反馈至定向耦合器。

高温超导器件采用带共面谐振器的高温超导射频量子干涉器作为测量磁场的传感器探头，在整个锁相闭环电路中作为指零器使用。高温超导射频量子干涉器的偏置信号频率为0.3GHz到1GHz，并使用变频方式配谐。根据电压调制深度和磁通灵敏度的关系对超导量子干涉器选择合适的载波频率。一般为100MHz以上，选择载波电流频率为：0.3GHz到1GHz。

为隔离上行和下行的射频信号，在高温超射频导量子干涉器和高频放大器之间使用定向耦合器。