[发明专利]基于SQUID二阶梯度计的工频噪声抑制装置

说明书

技术领域

本发明涉及超导电子学的技术领域，特别是涉及一种基于SQUID二阶梯度计的工频噪声抑制装置。

背景技术

超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是一种能测量微弱磁信号的极其灵敏的仪器，就其功能而言是一种磁通传感器，不仅可以用来测量磁通量的变化，还可以测量能转换为磁通的其他物理量，如电压、电流、电阻、电感、磁感应强度、磁场梯度、磁化率等。SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和约瑟夫森效应的基础上的。根据偏置电流的不同，分为直流和射频两类。SQUID作为探测器，可以测量出10^-11高斯的微弱磁场，仅相当于地磁场的一百亿分之一，比常规的磁传感器灵敏度提高几个数量级，是进行超导、纳米、磁性和半导体等材料磁学性质研究的基本仪器设备，特别是对薄膜和纳米等微量样品是必需的。利用SQUID探测器侦测直流磁化率信号，灵敏度可达10^-8emu；样品温度变化范围为1.9K～400K；磁场强度变化范围为0～70000高斯。

核磁共振技术被广泛应用于凝聚态物理、分析化学、生物学和医学等领域，基于SQUID的极低场核磁共振的主磁场强度在地球磁场量级，被证明在检测异核标量耦合、纵向弛豫时间加权成像等方面具有明显优势。

然而，如图1所示，环境磁场中的工频及其谐波干扰会严重影响极低场核磁共振系统中被测样品的核磁共振信号，进而影响谱线或成像质量。

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基于SQUID二阶梯度计的工频噪声抑制装置，由第一SQUID二阶梯度计构建信号通道，由第二SQUID二阶梯度计构建参考通道，利用工频谐波在参考通道和信号通道中的相关性补偿第一SQUID二阶梯度计的输出，从而抑制工频噪声干扰，提高核磁共振信号的信噪比。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SQUID二阶梯度计的工频噪声抑制装置，应用于极低场核磁共振系统中，包括杜瓦、第一SQUID二阶梯度计、第二SQUID二阶梯度计和读出电路；所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计均设置在所述杜瓦内；所述第二SQUID二阶梯度计的直径小于等于所述第一SQUID二阶梯度计的直径；所述杜瓦用于存储低温液体以提供所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计工作所需的低温环境；所述第一SQUID二阶梯度计用于探测极低场核磁共振系统中的核磁共振信号；所述第二SQUID二阶梯度计用于探测环境磁场中的工频噪声；所述读出电路分别与所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计相连，用于读出所示第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计的输出电压，并处理得到工频噪声抑制后的核磁共振信号。

于本发明一实施例中，还包括屏蔽室，所述杜瓦和所述读出电路均设置在所述屏蔽室内，所述屏蔽室用于屏蔽环境磁场中的射频干扰。

于本发明一实施例中，所述第一SQUID二阶梯度计的直径范围为20mm-50mm；所述第二SQUID二阶梯度计的直径范围为10mm-20mm。

于本发明一实施例中，所述第一SQUID二阶梯度计包括二阶梯度计天线、天线支架和SQUID芯片；所述二阶梯度计天线绕制在所述天线支架上，并通过环氧组件与所述SQUID芯片固定。

于本发明一实施例中，所述第二SQUID二阶梯度计包括二阶梯度计天线、天线支架和SQUID芯片；所述二阶梯度计天线绕制在所述天线支架上，并通过环氧组件与所述SQUID芯片固定。

于本发明一实施例中，所述杜瓦内设置有环氧板，所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计均固定在所述环氧板上，所述环氧板固定于所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本发明一实施例中，所述读出电路通过带有射频屏蔽层的低温线与所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计分别相连。

于本发明一实施例中，所述读出电路通过雷莫连接器固定在所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本发明一实施例中，所述读出电路包括磁通锁定电路和控制电路；所述磁通锁定电路用于提供工作电流至所述第一SQUID二阶梯度计和所述第二SQUID二阶梯度计；所述控制电路用于控制所提供工作电流的大小。

于本发明一实施例中，所述读出电路将所述第一SQUID二阶梯度计探测到的核磁共振信号减去所述第二SQUID二阶梯度计探测到的工频噪声，得到抑制工频噪声后的核磁共振信号。