[发明专利]一种提高SQUID磁传感器测量灵敏度的方法、装置及系统

说明书

技术领域

本发明属于磁场传感技术领域，涉及一种磁传感器测量方法及系统，特别是涉及一种提高SQUID磁传感器测量灵敏度的方法、装置及系统。

背景技术

采用超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下简称SQUID)的传感器是目前已知的最灵敏的磁传感器。广泛应用于心磁、脑磁、极低场核磁共振以及地球物理磁探测等极微弱磁信号检测和极微弱磁场异常研究中。

图1是典型的SQUID磁通电压转换的FLL(Flux-Locked Loop，磁通锁定环)电路，其由SQUID器件、前置放大器、积分器、反馈电阻Rf和反馈线圈构成，是一个基于磁通反馈的磁通锁定环电路FLL。根据负反馈原理，当整个环路在负反馈作用下稳定(称为锁定)时，外部耦合到SQUID的磁通与反馈线圈产生的抵消磁通是相等的，因此，对应的驱动反馈电阻Rf的电压Vf就与外部耦合的磁通成正比。其中，SQUID器件利用磁通锁定环，将其感应的外部磁通线性转换成电压Vf，即实现了磁通传感的功能。上述SQUID磁传感器是一个磁通电压线性转换设备，所谓线性是指其磁通电压转换比，即多少磁通转换为多少电压，因而检测该传感器的电压的大小就可知被测磁场的强度。所述的磁通电压转换比也被称为SQUID磁传感器的灵敏度，转换比越大，灵敏度越高，相同电压下所体现的磁场强度越小，因此可以用于极其微弱信号的探测。也就是说，要实现更微弱信号的探测，则要求SQUID磁传感器的灵敏度越高。而在实际应用中，由于SQUID磁传感器的电压输出是受电路的电压范围限制的，通常只有±10V，因此，在电压输出范围限定的情况下，灵敏度越高，即磁通电压转换比越大，则对应的可测量磁通量程范围越小。而实际环境磁场的波动却很大。为了使SQUID磁传感器正常工作，只能根据环境磁场变化幅度调整灵敏度。因此在很多场合，为了适用环境磁场的波动，只能使用低灵敏度档位，导致无法对微弱的被测信号进行高灵敏度探测。

基于SQUID的磁传感器进行信号探测时，其信号检测的频率范围是从DC(direct current，直流)开始，因此不可避免地会检测到环境磁场的信号。因为环境磁场的信号是由地球磁场，或移动物体的磁场引起的，所以有变化幅度大，频率低的特点。在移动的SQUID应用场合中，由于探头移动，切割地球磁场，会产生很大的磁场变化，因而SQUID磁传感器只能被迫在大量程档下工作，否则SQUID磁传感器无法正常锁定工作。因为使用了高量程，所以降低了SQUID磁传感器的灵敏度，牺牲了SQUID磁传感器低噪声高灵敏度的性能。

由于SQUID磁传感器灵敏度受量程和后续采集仪器动态范围的限制，所以在采集器分辫率一定的情况下，只有降低传感器的测量量程，才能提高SQUID磁传感器的灵敏度，发挥SQUID的高灵敏的优势。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高SQUID磁传感器测量灵敏度的方法、装置及系统，用于解决现有SQUID传感器工作在大量程档导致对微弱信号的探测灵敏度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高SQUID磁传感器测量灵敏度的方法，所述提高SQUID磁传感器测量灵敏度的方法包括：利用三轴磁强计将背景磁场转换成电信号；所述背景磁场包括环境磁场和信号磁场；对所述电信号进行调理后获得反映所述环境磁场的主要电信号；将所述主要电信号转换成环境抵扣磁场；将所述抵扣磁场输入至所述SQUID磁传感器，抵消所述环境磁场在所述SQUID磁传感器处产生的磁通。

优选地，对所述电信号进行调理的具体实现过程包括：利用滤波器对所述电信号进行低频提取。

优选地，所述滤波器为低通滤波器，所述低通滤波器的截止频率根据所述环境磁场的波动情况和被探测信号所在频段进行选取；所述低通滤波器的阶数根据所述三轴磁强计的噪声经过滤波后在被探测信号所在频段被抑制到所述SQUID磁传感器要求的噪声水平进行选取；所述被探测信号为被所述SQUID磁传感器测量的信号。

优选地，将所述主要电信号转换成环境抵扣磁场的具体实现过程包括：所述主要电信号包括XYZ三轴磁场对应的电压信号；将所述XYZ三轴磁场对应的电压信号通过电阻按预设比例转换成对应的电流信号；将三路电流信号合成补偿电流；将所述补偿电流输入至所述SQUID磁传感器的反馈线圈中，在所述SQUID磁传感器处产生所述环境抵扣磁场；所述预设比例与所述SQUID磁传感器在环境磁场中的空间位置相对应。