[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

摘要

本发明公开了一种高灵敏度磁场测量方法及装置，属于电子测量仪器领域。包括磁场测量芯片及测试信号的处理方法。芯片包括不少于两个的弱耦合谐振器、驱动电极、检测电极和外侧的栅型结构。通过驱动电极在弱耦合谐振器中施加交变电流，芯片置入垂直磁场时，谐振器受到变化的洛伦兹力产生简谐振动；外界磁场变化时，谐振器的振动状态随之变化。同时，在栅型结构上施加直流电流，其受到水平方向洛伦兹力，改变其与弱耦合谐振器之间的静电负刚度，使得弱耦合谐振器系统的能量分布出现剧烈失衡。输出谐振器两侧设计两组检测电极，实现单谐振器振幅差分检测，消除馈通电容干扰，通过测量谐振器振幅差可以实现微弱磁场强度的高灵敏度测量；本发明可实现微弱磁场的实时测量并具有较强的抗干扰能力，具有较高的使用意义。

主权项

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；/n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；/n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。/n