[发明专利]全张量磁场梯度测量组件及制备方法

说明书

本发明提供一种全张量磁场梯度测量组件及制备方法，至少包括：衬底、制备在所述衬底上的第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度线圈、第二梯度线圈、第三梯度线圈、第四梯度线圈、第五梯度线圈，其中，所述第一梯度线圈与所述第一SQUID器件用于测量Gxx磁场梯度分量；所述第二梯度线圈与所述第二SQUID器件用于测量Gyy磁场梯度分量；所述第三梯度线圈与所述第三SQUID器件用于测量Gyx磁场梯度分量；所述第四梯度线圈与所述第四SQUID器件用于测量Gzx磁场梯度分量；所述第五梯度线圈与所述第五SQUID器件用于测量Gzy磁场梯度分量。本发明在同一衬底上制备5个SQUID器件，且每个SQUID器件探测1个分量，减小了组件体积和安装难度，降低制备成本。

技术领域

本发明属于超导电子学技术领域，特别是涉及一种全张量磁场梯度测量组件及制备方法。

背景技术

测量地球磁场异常可以确定含磁性矿产对象的空间位置和形状﹐从而推断区域地质构造﹑矿产分布等。在对地球磁场异常探测研究中，利用磁传感器测量地球磁场的梯度变化量，相比于地球磁场测量，能够获得磁场异常更多的信息。通过对磁场梯度测量数据的三维反演和解释，可以获得地球磁场异常的重要信息。因此，磁场梯度测量是一项极具应用潜力的技术。

磁场一阶梯度有9个分量，分别是其中x，y，z分别代表空间的3个方向，Bx，By，Bz分别是磁场在x，y，z空间方向上的磁场分量，可以将上述9个分量简写为Gxx，Gxy，Gxz，Gyx，Gyy，Gyz，Gzx，Gzy，Gzz，根据麦克斯韦方程，可以分析得知，这9个分量具有一定的对称关系，即Gxy＝Gyx，Gyz＝Gzy，Gxz＝Gzx，Gxx+Gyy+Gzz＝0，在上述4个约束条件下，因此这9个磁场梯度分量只包含5个独立分量。在测量5个独立磁场梯度分量的数据之后，并结合一定的算法即可计算出全张量的9个分量的全部数据。因此，测量全张量磁场梯度需要至少5个磁场梯度传感器，这5个传感器在空间按一定构型排列并分别测量5个独立分量。

在超导环中插入两个约瑟夫森结构成了超导量子干涉器件(SQUID)，它是以超导磁通量子化和约瑟夫森效应为原理的超导量子器件。相比于磁通门等磁传感器，SQUID器件具有灵敏度高，体积小等特点，因此，其是全张量磁场梯度测量组件中的主要传感器。在构造全张量磁场梯度测量组件时，在组件的不同表面上安装5个或更多个超导梯度SQUID器件，并分别测量5个独立分量，组件的结构有多种形式，如图1所示，它利用5个超导平面梯度SQUID器件来测量全张量中9个分量中的Gzx，Gyz，Gyx分量和另外2个由分量构成的组合。

超导SQUID梯度计采用微加工工艺制备，利用一阶梯度线圈与SQUID器件耦合，构成一阶超导SQUID梯度计，如图2所示，一阶梯度线圈由两个面积和形状相同，但是绕向相反的线圈构成，在均匀磁场下，两个线圈耦合到SQUID器件的磁通数值相同，但方向相反，相互抵消，因此均匀磁场不在一阶超导SQUID梯度计产生反应，当磁场存在空间梯度时，梯度线圈在SQUID器件中产生磁通，因此，可以利用超导SQUID梯度计来检测磁场梯度。图3为另一种测量磁场梯度的结构。

在绝缘衬底上利用微加工工艺制备完成超导SQUID梯度计之后，将其安装在印刷电路板(PCB)上，超导SQUID梯度计引脚与PCB板上电极相连，再利用屏蔽电缆将对应的PCB板上电极与SQUID读出电路的接口连接起来。由于超导SQUID梯度计尺寸在厘米量级，因此上述安装有超导SQUID梯度计的全张量磁场梯度测量组件的尺寸在厘米甚至分米量级。由于将超导SQUID梯度计安装于组件表面不是在一个平面上来进行，而是在空间结构复杂的组件表面来进行，因此，其安装难度比较复杂。

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全张量磁场梯度测量组件及制备方法，用于解决现有技术中全张量磁场梯度测量组件体积大、安装难度大、制备成本高等问题。