[发明专利]基于模态局部化效应的微弱磁场测量装置及方法

权利要求书

1.一种高精度微弱磁场测量装置，其特征在于，主要包括弱耦合谐振器、栅型结构及电极电路部分；

所述弱耦合谐振器包含了不低于两个的完全相同的谐振器，谐振器一301、谐振器二303，以及位于中间的谐振器阵列302，其中谐振器阵列302中的谐振器刚度完全相同，数量可为零；所述谐振器一301外侧一定间隙处有栅型结构312；谐振器一301与谐振器303刚度完全相同，与谐振器阵列302在水平方向上顺序放置；每个谐振器均通过两侧垂直方向上的谐振梁与水平方向的机械耦合梁304相连接，即谐振器一301、谐振器阵列302、谐振器二303通过机械耦合梁304实现水平方向上串联连接；机械耦合梁304两端通过垂直方向短梁固定于锚点305上，故将所述机械耦合梁304与两侧短梁合称为“桥式耦合梁”，桥式耦合梁刚度远小于谐振梁刚度，从而实现谐振器间弱耦合连接；

第一检测电极306与第二检测电极307形成谐振器一301差分检测电极，对谐振器一301的振幅进行检测；第三检测电极308与第四检测电极309形成谐振器二303差分检测电极，对谐振器二303的振幅进行检测；交流驱动310和锚点305给整个弱耦合谐振器上施加交变电流，磁场中产生洛伦兹力驱动谐振器简谐振动；调节电极311通过谐振器二303实现对整个弱耦合谐振器初始振动状态的调节；栅型结构312感应施加的磁场并对谐振器一301进行刚度扰动，改变谐振器一301的振动状态；由于谐振器一301、谐振器二303，以及位于中间的谐振器阵列302之间存在弱耦合关系，整个弱耦合谐振器的振动状态也相应改变；由谐振器一301差分检测电极与谐振器二303差分检测电极输出的信号经信号处理电路205得到所述磁强计最终的输出信号。

2.一种如权利要求1所述高精度微弱磁场测量装置，其特征在于，所述桥式耦合梁刚度与谐振梁刚度比值不高于1：1000。

3.一种如权利要求1所述高精度微弱磁场测量装置，其特征在于，所述栅型结构312同时以一定间隙置于谐振器二303外侧。

4.使用如权利要求1、2或3之一所述装置进行高精度磁场强度测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在谐振器一301、谐振器二303，谐振器阵列302上施加交变电流，在栅型结构312上施加直流电流；

步骤二：将施加电流的芯片置入一组任意多个已知磁场中，得到对应的多个振幅差u_iu₀。

步骤三：通过线性拟合的方法得到不同振幅差对应输入磁场的拟合曲线。

步骤四：将芯片置入待测磁场当中，得到一个振幅差u₀，将此振幅差u₀代入拟合曲线中，得到对应的磁场强度，即为待测磁场的磁场强度。