四面体磁梯度张量系统的载体磁干扰补偿方法

针对搭载于水下无人航行器(UUV)的四面体磁梯度张量系统易受载体磁场干扰的问题,提出了一种载体磁干扰补偿方法.该方法在载体磁干扰产生机理的基础上,利用磁梯度张量差分测量算法融合四面体磁梯度张量系统中四个矢量磁力仪的载体磁干扰,建立了磁梯度张量系统载体磁干扰数学模型;然后在此数学模型的基础上提出了磁干扰补偿方法,并根据磁梯度张量9分量的数学关系提出了补偿参数辨识方法;最后通过仿真实验对方法进行了验证,结果表明该补偿方法可以有效补偿磁梯度张量系统95.9%的载体磁干扰.该方法利用补偿参数对磁梯度张量系统的输出值直接进行磁干扰补偿,从理论上解决了磁梯度张量系统中各个矢量磁力仪载体磁干扰的统一补偿问题.     

低温超导全张量磁梯度计不平衡度补偿研究

超导全张量磁梯度仪因其信息量丰富、磁场灵敏度高、体积小等特点,被认为是第三代航磁探测的发展方向.全张量梯度仪可由多个不共面的平面一阶超导量子干涉器件(SQUID)梯度计构成.目前,采用微纳加工工艺制备的超导平面梯度计能获得最好的平衡度,其共模抑制比可达103~104,但仍然不能满足运动条件下的应用需求.在实际应用中,可采用三轴SQUID磁强计对梯度计进行补偿,达到抑制运动噪声的目的.本文基于最小二乘(LMS)自适应滤波算法,通过数值仿真分析了平面梯度计的不平衡度、环境磁场大小以及环境剩余磁梯度对补偿效果的影响.同时,我们构建了六棱锥构型的全张量超导梯度仪,并采用三轴磁强计作为补偿通道,在野外均匀地球磁场下进行了测试.结果表明,该补偿方法能够大幅减小均匀磁场下的梯度计的不平衡输出,可以将梯度值补偿约2个数量级,极大提高了超导全张量磁梯度仪在运动状态下的实用性.     

航空超导全张量磁梯度仪的串扰研究

航空超导全张量磁梯度仪是使用飞行平台搭载的磁法测量设备,因其磁场灵敏度高、采集信息丰富、体积小等特点,被认为是第三代航磁探测的发展方向.本文构建了六棱锥构型的全张量梯度模块,由一个三轴超导量子干涉器(SQUID)磁强计和6个低温超导平面一阶SQUID梯度计组成.测试结果表明,在该多通道系统中,SQUID之间的串扰明显,对测量结果造成影响.本文对该超导全张量磁梯度仪的串扰进行了分析,并测量了串扰数据.分析了影响串扰的因素后,通过增加SQUID间的间距和改变接线方式等措施,对全张量模块结构进行了优化.实验结果表明,新构型模块对串扰改善在一个数量级以上,极大地提高了超导全张量磁梯度仪的精度和实用性.     

高阶高温超导量子干涉器件平面式梯度计的设计

设计了一种高温超导平面式梯度计的探测线圈，利用这种探测线圈与超导量子干涉器件(SQ UID)耦合，可以制成二阶或更高阶的高温超导SQUID平面式磁场梯度计.设计的探测线 圈由两个闭合环路组成，每个闭合环路是由若干个环路通过细小的连接通道连接而成.两个 闭合环路由一条超导窄带分割，将SQUID与这条超导窄带耦合可以测出超导窄带上的电流大 小.通过调整各个环路的形状、面积和位置，可以使超导窄带上的电流与磁场的高阶梯度成 正比，从而测得磁场的高阶梯度. 通过计算，得到了各个环路的面积、电感以及位置的关 系，在理 关键词： 高阶平面式磁场梯度计 高温超导薄膜     

应用于无屏蔽心磁测量中的平面三轴磁强计

目前,无屏蔽心磁测量中主要的噪声抑制技术是梯度计.通常,由于制作工艺不完美和结构不对称等原因,梯度计具有一定的不平衡性.为了提高梯度计的噪声抑制能力,需要采用磁强计进行补偿.本文基于低温超导量子干涉仪（SQUID）设计并制作了平面三轴磁强计.设计思想是通过增加磁通反馈线圈与SQUID间的互感系数,减小了三轴磁强计间的相...     

高温超导台阶结YBCO dc-SQUID一阶平面梯度计

在10mm×10mm SrTiO₃(STO)台阶衬底上用单层YBa₂Cu₃ O_7-δ(YBCO)薄膜制备了dc-SQUID一阶平面梯度计,探测环面积约为33mm ²,基线长度d=45mm.该梯度计在无屏蔽条件下对地磁场有较好的屏蔽作用,共模抑 制比为14×10²,磁场梯度灵敏度为8PT/cmHz(白噪声区). 关键词： 台阶结 SQUID 平面梯度计     

实用高温超导MCG系统研究

本文研究了一种自建的低成本简易磁屏蔽室及其操控条件，提出了能被高温超导rf SQUID仪器所接受的简易磁屏蔽室，并且运用由该磁屏蔽室和rf SQUID梯度计所构成的组合系统测量了微弱的生物磁信号．研究结果表明，该磁屏蔽室能够有效降低电磁干扰，确保SQUID长时稳定工作，基于该磁屏蔽室的复合MCG测量系统具备捕捉微弱生物磁信号的能力，且所得信号具有可接受的信噪比．这将使得开发一种低造价的实用高温超导MCG测量系统成为现实．     

实用高温超导MCG系统研究

本文研究了一种自建的低成本简易磁屏蔽室及其操控条件,提出了能被高温超导rf SQUID仪器所接受的简易磁屏蔽室,并且运用由该磁屏蔽室和rf SQUID梯度计所构成的组合系统测量了微弱的生物磁信号.研究结果表明,该磁屏蔽室能够有效降低电磁干扰,确保SQUID长时稳定工作,基于该磁屏蔽室的复合MCG测量系统具备捕捉微弱生物磁信号的能力,且所得信号具有可接受的信噪比.这将使得开发一种低造价的实用高温超导MCG测量系统成为现实.     

利用单通道高温超导磁梯度计获取心磁地图

根据自己研制的单通道高温超导rfSQUID磁梯度计在人体胸前测得的高信噪比的心磁信号,通过线性插值和高阶拟合,获得了人体心脏的一系列时序等强磁场地图,为高温超导SQUID磁强计、梯度计的心磁测量用于心脏病早期诊断和病理研究的进一步开展提供了思路和方向.     

利用单通道高温超导磁梯度计获取心磁地图

根据自己研制的单通道高温超导rfSQUID磁梯度计在人体胸前测得的高信噪比的心磁信号,通过线性插值和高阶拟合,获得了人体心脏的一系列时序等强磁场地图,为高温超导SQUID磁强计、梯度计的心磁测量用于心脏病早期诊断和病理研究的进一步开展提供了思路和方向.     

基于SQUID梯度计的单磁源定位及磁矩反演误差分析

磁源定位及磁矩反演技术在空间探测、无损检测以及目标追踪等领域有着广泛的应用前景。利用磁场梯度张量信息进行磁源定位及磁矩反演的思想是在1975年首次提出的,2006年提出的磁性目标线性方程定位方法以其快速准确求解的特点而备受关注。但是,对于该梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的全方位的误差分析仍有待完善。在简要回顾梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位的方法的基础上,提出了一种基于该方法的系统误差和随机误差分析的理论;研究结果表明定位误差是由于将差分近似为微分而引起的系统误差和传感器测量的随机误差构成。以目前具有超高精度、超高灵敏度的超导量子干涉仪作为典型磁场测量传感器,分析了梯度张量矩阵求逆法进行磁源定位及磁矩反演误差与传感器分辨率和相对误差水平之间的关系。     

基于低温超导量子干涉器件的脑 听觉激励磁场探测

本文利用磁屏蔽室和二阶轴向梯度计抑制环境磁场噪声, 建立了单通道脑磁探测系统, 并对不用声音频率下脑听觉激励磁场N100m响应进行了初步探测.结果显示, 1000 Hz音频和100 ms持续声音激励下, N100m峰值的典型强度约为0.4 pT.在低的声音频率激励下, N100m峰出现延时, 100 Hz 和1000 Hz之间的延时差别达到25 ms.相比于1 kHz特定频率的声音激励, 1—4 kHz 随机变频下的N100m峰幅度增强, 出现了数毫秒的延时.本研究为下一步利用软件梯度计进行多通道脑磁系统和听觉机理研究奠定了一定的基础.     

大有效面积的高Tc rf SQUID

设计和制作了一种新型结构的高Tc rf SQUID探头.在使用高温超导薄膜共面谐振器作为射频谐振回路的情况下,采用了大面积高温超导薄膜作磁聚焦器.这种结构既有利于得到低的磁通白噪声,又可加上大面积聚焦器以增大有效面积,因而容易得到高的磁场灵敏度.实验中在15 mm×15 mm的衬底上得到了有效面积为1.27 mm2,在磁通噪声为2.1×10-5φ0/Hz时,磁场灵敏度为34fT/Hz.该结构易于推广应用到更高频率的高Tc rf SQUID.     

全张量SQUID磁梯度计在航空磁测方面的应用研究

航空磁测在矿产资源勘探、地球物理、科学研究以及军事应用等方面应用甚广。文中对超导量子磁力仪在航空磁测的应用研究情况进行了综述,简要介绍了SQUID磁强计与梯度计的差别。最后介绍了构成全张量超导磁探仪的两种方法,分析了两种方法的磁梯度不平衡度以提高航空磁测的实用性。     

平面式一阶梯度计的设计和制备及其在无损检测上的应用

我们在10×10mm2的SrTiO3双晶基片上,设计并制备了YBCO双晶结dc-SQUID一阶平面式梯度计.其基线长度为5.5mm,该梯度计能够在无屏蔽环境下稳定的工作.在77K下,200Hz时,其磁通噪声为1×10-4Φ0/Hz,能够分辨的最小磁场梯度为94pT/m.我们将该器件作为磁传感器,可以利用涡流检测的原理对非磁金属进行无损检测.实验结果表明,可以很清楚地分辨出10mm以下的缺陷.同时,我们还研究了激励线圈的尺寸与空间分辨率的关系,结果表明若激励线圈足够大,则对于梯度计和缺陷而言感受到的是均匀磁场的激励,因此涡流的分布只与缺陷的形状有关,而空间分辨率取决于梯度计的基线长度和磁场分布.     

多点时序MCG数据的处理和利用

在简易磁屏蔽室中，用单通道的高温超导rf SQUID梯度计构成心磁图（MCG）测量系统，依照MCG测定部位的约定，测得数例成人胸前多点MCG．不计心动周期随时问的变化，用数据分析软件对这些MCG数据进行分析处理，得到包括了空间信息、可直观展示心脏电磁活动的二维心磁图谱（例如等磁图、时序等磁图、电流箭头图和时序电流箭头图等）     

多点时序MCG数据的处理和利用

在简易磁屏蔽室中,用单通道的高温超导 rf SQUID梯度计构成心磁图(MCG)测量系统,依照MCG测定部位的约定,测得数例成人胸前多点MCG.不计心动周期随时间的变化,用数据分析软件对这些MCG数据进行分析处理, 得到包括了空间信息、可直观展示心脏电磁活动的二维心磁图谱(例如等磁图、时序等磁图、电流箭头图和时序电流箭头图等).     

从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法

分析了傅里叶望远镜接收信号，结果表明，接收信号中不仅包含了被测目标的图像信息，还包含了目标的二维速度矢量信息。通过提取接收周期信号的频率可以推算出目标各分量的速度，从而得到二维速度矢量。信号频率的提取采用快速傅里叶变换分析进行频率粗估计，频率精确校正采用加Hanning窗的比值校正法。仿真了利用傅里叶望远镜测量导弹飞行速度。结果表明:在无噪声影响下，利用该方法获取的目标速度几乎无误差；存在噪声时，若接收信噪比高于5 dB，测量的目标速度精度高于0.02%。说明从傅里叶望远镜接收信号中获取目标速度的方法精度高、抗噪性好，理论上是可行的。     

SQUID在石油勘探中应用的可行性分析

近年来,利用磁测找油已经成为了非地震油气物探的一种重要方法。由于地下油气藏的存在会引起微磁异常,这些磁异常在经过数据处理之后,可以提供与油气藏之间高度的相关性依据。超导量子干涉仪(Superconducting quantum devices,常缩写为SQUID)作为灵敏度高、噪声低的磁测仪器,给精密磁测提供了很好的物质基础。文中在分析了SQUID的结构功能和磁测在找油方面的作用后,对SQUID在石油勘探中应用的前景进行了分析与展望。     

石墨烯基磁量子环的低态能谱对磁场的依赖关系

我们采用狄拉克-韦尔 (Dirac-Weyl) 模型, 计算出二维石墨烯基磁量子环和磁量子点分别在垂直非均匀磁场下的低态能谱, 并讨论包括两组旋量分量的低态能谱跟磁场的依赖关系。从直接对角计算法所获得的数值结果表明, 在非均匀磁场下, 磁量子点和磁量子环的能谱中的最低朗道能级(N-=0)皆为高度简并, 且数值恒等为零。在其邻近较高的朗道能级, 磁量子环出现了由磁场诱导的轨道角动量间的跃迁, 而磁量子点则没有。最后本文指出, 除了最低朗道能级(N-=0)外, 两组旋量分量的能谱完全一样, 只是其朗道能级所标记的两组量子数不同而已。