一种混合传感器的制作方法

文档序号:12268909阅读:181来源:国知局
一种混合传感器的制作方法与工艺

本发明涉及一种混合传感器。



背景技术:

超导量子干涉仪(superconducting quantum interference device,SQUID)探测微弱磁场具有灵敏度高、噪声低等优点,SQUID对于直流交流信号都有很高的灵敏度,灵敏度几乎与频率无关,可应用于生物磁测量,无损探伤,大地测量等领域。SQUID根据所使用的超导材料,可分为低温超导SQUID和高温超导SQUID。目前最好的高温SQUID磁场灵敏度可达10f T/Hz 1/2,而低温SQUID磁场灵敏一般可达1f T/Hz 1/2。在特斯拉范围内,只有低温超导SQUID能够在足够低的噪音范围内测量极低的信号,高温超导SQUID是无法检测的。SQUID应用的主要障碍是外界磁场的屏蔽和超导体的冷却问题。一般磁屏蔽室的费用都是非常昂贵的,除了高性能的磁屏蔽室,梯度线圈可以屏蔽外界磁场的干扰。

梯度线圈由接收线圈和补偿线圈组成。接收线圈和补偿线圈之间可以是垂直、共面、对称和非对称的结构。在非对称结构中,小线圈端比大线圈端有更多的匝数。梯度线圈可以由一个接收线圈和一个补偿线圈组成,也可以是一个接收线圈和多个补偿线圈组成。一般梯度线圈的接收线圈和补偿线圈通过双绞线连接,双绞线是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消,有效降低信号干扰的程度。

在同一平面上布置的梯度线圈为平面结构的线圈,即平面线圈。由一个接收线圈和一个补偿线圈组成平面一阶梯度线圈。接收线圈和补偿线圈的感应面积相等且对称分布,线圈形状是圆形。接收线圈和补偿线圈的各匝线圈同向绕制,线圈绕向相反。当电流通过接收线圈和补偿线圈时,接收线圈中的电流和补偿线圈中的电流方向相反,两侧的线圈将会产生对阵分布、方向相反的磁场,使得叠加形成的磁场抵消,两侧的线圈耦合的磁场为0。接收线圈和补偿线圈之间通过双绞线连接,将检测到的信号输出。

一般认为远场(例如:地磁场)产生的磁场是均匀场,把一阶梯度线圈放在远场中,一阶梯度线圈的接收线圈和补偿线圈中的磁场是相同的,因为一阶梯度线圈的接收线圈和补偿线圈的绕线相反,所以一阶梯度线圈可以屏蔽外界磁场的干扰。如果在一阶梯度线圈的附近有一个较小的近场,靠近磁源的线圈中的磁场会比另外一个大,这种在接收线圈和补偿线圈磁场中的差异产生电磁感应现象,电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系。根据电磁感应原理,将待测磁场的磁通量转换为电压。

中国专利201610203621.9使用超导二阶梯度线圈的非对称的结构检测磁场,该方法不仅对上补偿线圈和中补偿线圈的直径要求严格,结构复杂,而且需要上补偿线圈和中补偿线圈匝数过少,电感过少导致在上补偿线圈和中补偿线圈产生电流的大大增加,增加了装置的复杂。虽然梯度线圈可以有效地屏蔽环境磁场的影响,但是其接收的外界信号还是微弱的,主要还是靠SQUID器件进行输出,所以单单靠优化梯度线圈的结构是不能够的实现低频磁场的检测。



技术实现要素:

本发明的目的是克服现有技术的缺点,提出一种新的混合传感器,本发明混合传感器是将超导环和高敏感超导梯度线圈结合,可以解决梯度线圈检测磁通量微弱、无法捕捉待测磁场,难以更高效率的实现低频磁场探测的问题,实现低频磁场的检测。本发明可用于磁场检测。

本发明将超导环垂直放置于待测磁场中,超导体中的电流形成的磁场和外磁场抵消,使超导体内部的磁感应强度为零,这时超导环处于迈斯纳状态。超导环是由正方形环路和收缩部组成。因为收缩部的尺寸比正方形环路的其他地方窄,所以当超导电流通过收缩部时,收缩部的电流密度将变的相对高,这样就使超导环在收缩部的局部磁场强度比环路的其他地方变的很高、磁感应强度将会变大,在收缩部的磁场线变密集。在平行于收缩部一侧放置一个超导梯度线圈,可以使收缩部的磁通量穿入超导梯度线圈中,超导度线圈在屏蔽外界环境磁场干扰的同时检测到磁场信号,超导环和高敏感超导梯度线圈的结合既可以实现屏蔽外界环境磁场的干扰、捕捉待测磁场的磁通量、放大磁通,实现低频磁场的检测。

本发明包括超导环和超导梯度线圈。超导环垂直放置于待测磁场中,超导梯度线圈与超导环收缩部平行,布置于超导环收缩部的一侧。

所述的超导环是带有收缩部的正方形环路,超导环由一个正方形环路和一个收缩部构成。收缩部位于正方形环路的一条边上,与正方形环路的其他三条边处于同一平面,带有收缩部的正方形环路一条边与其他三条边相连构成超导环。收缩部的面积越小,通过的超导电流密度越大,收缩部的表面有更高的磁场,但是不能超过超导体的临界电流。

所述的超导梯度线圈是平面线圈,采用超导线绕成一阶梯度线圈,超导梯度线圈由位于同一平面的接收线圈和补偿线圈组成,接收线圈的圆心和补偿线圈的圆心之间的距离为基线长度。接收线圈和补偿线圈的各匝线圈同向绕制,接收线圈和补偿线圈的绕向相反。接收线圈和补偿线圈的直径相等,匝数相等。接收线圈和补偿线圈之间通过双绞线连接,降低信号干扰的程度。

所述的接收线圈平行放置于超导环收缩部的一侧处,补偿线圈和接收线圈布置于同一平面。

本发明不仅具有屏蔽环境磁场的干扰,而且还可以使待测的磁场磁通量变强、捕获更高磁通量,大大提高了接收磁通的传输效率。

附图说明

图1是混合传感器的结构图,图中:7正方形环路、8收缩部、5接收线圈、6补偿线圈。

图2是本发明的超导环的示意图,图中:7正方形环路、8收缩部。

图3是现有技术的一种平面结构一阶梯度线圈的示意图,图中:5接收线圈、6补偿线圈。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示:本发明传感器的实施例包括:超导环和超导梯度线圈。其中正方形环路7和收缩部8组成超导环,用来捕捉待测磁场的磁通量。

如图2所示,所述的超导环由至少一个正方形环路7和至少一个收缩部8构成。使用超导线围成面积为1cm2的正方形环路,其中一条边为带有长度7um、宽度2um收缩部。

如图3所示,所述的超导梯度梯圈是采用超导线绕成一阶梯度线圈,由接收线圈5和补偿线圈6组成,接收线圈5和补偿线圈6的绕线方向相反,感应面积相等且对称分布,线圈形状是圆形,接收线圈5和补偿线圈6之间通过双绞线连接。接收线圈5探测收缩部8捕捉的磁通量,补偿线圈6用来屏蔽外界磁场的干扰。接收线圈5平行放置于收缩部8一侧的20mm-50mm,接收线圈5和补偿线圈6之间的基线长度大于等于30mm。

工作时,将超导环垂直放入待测的低频磁场中,超导环中的电流通过收缩部8时,收缩部8的电流密度变大,围绕收缩部8的环形磁场强度增强,接收线圈平行放置于收缩部8的一侧处20mm-50mm时,围绕收缩部8的环形磁通量进入置于收缩部8一侧处的接收线圈,进而进入超导梯度线圈中,超导梯度线圈屏蔽外磁场的干扰的同时,捕获更多的待测磁场的磁通量,将待测磁场的磁通量转换为电压,将检测到的信号输出。

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