本發(fā)明涉及一種混合傳感器。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)量子干涉儀(superconducting quantum interference device，SQUID)探測微弱磁場具有靈敏度高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，SQUID對于直流交流信號都有很高的靈敏度，靈敏度幾乎與頻率無關(guān)，可應(yīng)用于生物磁測量，無損探傷，大地測量等領(lǐng)域。SQUID根據(jù)所使用的超導(dǎo)材料，可分為低溫超導(dǎo)SQUID和高溫超導(dǎo)SQUID。目前最好的高溫SQUID磁場靈敏度可達(dá)10f T/Hz ^1/2，而低溫SQUID磁場靈敏一般可達(dá)1f T/Hz ^1/2。在特斯拉范圍內(nèi)，只有低溫超導(dǎo)SQUID能夠在足夠低的噪音范圍內(nèi)測量極低的信號，高溫超導(dǎo)SQUID是無法檢測的。SQUID應(yīng)用的主要障礙是外界磁場的屏蔽和超導(dǎo)體的冷卻問題。一般磁屏蔽室的費(fèi)用都是非常昂貴的，除了高性能的磁屏蔽室，梯度線圈可以屏蔽外界磁場的干擾。

梯度線圈由接收線圈和補(bǔ)償線圈組成。接收線圈和補(bǔ)償線圈之間可以是垂直、共面、對稱和非對稱的結(jié)構(gòu)。在非對稱結(jié)構(gòu)中，小線圈端比大線圈端有更多的匝數(shù)。梯度線圈可以由一個接收線圈和一個補(bǔ)償線圈組成，也可以是一個接收線圈和多個補(bǔ)償線圈組成。一般梯度線圈的接收線圈和補(bǔ)償線圈通過雙絞線連接，雙絞線是由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成的。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消，有效降低信號干擾的程度。

在同一平面上布置的梯度線圈為平面結(jié)構(gòu)的線圈，即平面線圈。由一個接收線圈和一個補(bǔ)償線圈組成平面一階梯度線圈。接收線圈和補(bǔ)償線圈的感應(yīng)面積相等且對稱分布，線圈形狀是圓形。接收線圈和補(bǔ)償線圈的各匝線圈同向繞制，線圈繞向相反。當(dāng)電流通過接收線圈和補(bǔ)償線圈時，接收線圈中的電流和補(bǔ)償線圈中的電流方向相反，兩側(cè)的線圈將會產(chǎn)生對陣分布、方向相反的磁場，使得疊加形成的磁場抵消，兩側(cè)的線圈耦合的磁場為0。接收線圈和補(bǔ)償線圈之間通過雙絞線連接，將檢測到的信號輸出。

一般認(rèn)為遠(yuǎn)場(例如：地磁場)產(chǎn)生的磁場是均勻場，把一階梯度線圈放在遠(yuǎn)場中，一階梯度線圈的接收線圈和補(bǔ)償線圈中的磁場是相同的，因?yàn)橐浑A梯度線圈的接收線圈和補(bǔ)償線圈的繞線相反，所以一階梯度線圈可以屏蔽外界磁場的干擾。如果在一階梯度線圈的附近有一個較小的近場，靠近磁源的線圈中的磁場會比另外一個大，這種在接收線圈和補(bǔ)償線圈磁場中的差異產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一，它揭示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將待測磁場的磁通量轉(zhuǎn)換為電壓。

中國專利201610203621.9使用超導(dǎo)二階梯度線圈的非對稱的結(jié)構(gòu)檢測磁場，該方法不僅對上補(bǔ)償線圈和中補(bǔ)償線圈的直徑要求嚴(yán)格，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要上補(bǔ)償線圈和中補(bǔ)償線圈匝數(shù)過少，電感過少導(dǎo)致在上補(bǔ)償線圈和中補(bǔ)償線圈產(chǎn)生電流的大大增加，增加了裝置的復(fù)雜。雖然梯度線圈可以有效地屏蔽環(huán)境磁場的影響，但是其接收的外界信號還是微弱的，主要還是靠SQUID器件進(jìn)行輸出，所以單單靠優(yōu)化梯度線圈的結(jié)構(gòu)是不能夠的實(shí)現(xiàn)低頻磁場的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種新的混合傳感器，本發(fā)明混合傳感器是將超導(dǎo)環(huán)和高敏感超導(dǎo)梯度線圈結(jié)合，可以解決梯度線圈檢測磁通量微弱、無法捕捉待測磁場，難以更高效率的實(shí)現(xiàn)低頻磁場探測的問題，實(shí)現(xiàn)低頻磁場的檢測。本發(fā)明可用于磁場檢測。

本發(fā)明將超導(dǎo)環(huán)垂直放置于待測磁場中，超導(dǎo)體中的電流形成的磁場和外磁場抵消，使超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這時超導(dǎo)環(huán)處于邁斯納狀態(tài)。超導(dǎo)環(huán)是由正方形環(huán)路和收縮部組成。因?yàn)槭湛s部的尺寸比正方形環(huán)路的其他地方窄，所以當(dāng)超導(dǎo)電流通過收縮部時，收縮部的電流密度將變的相對高，這樣就使超導(dǎo)環(huán)在收縮部的局部磁場強(qiáng)度比環(huán)路的其他地方變的很高、磁感應(yīng)強(qiáng)度將會變大，在收縮部的磁場線變密集。在平行于收縮部一側(cè)放置一個超導(dǎo)梯度線圈，可以使收縮部的磁通量穿入超導(dǎo)梯度線圈中，超導(dǎo)度線圈在屏蔽外界環(huán)境磁場干擾的同時檢測到磁場信號，超導(dǎo)環(huán)和高敏感超導(dǎo)梯度線圈的結(jié)合既可以實(shí)現(xiàn)屏蔽外界環(huán)境磁場的干擾、捕捉待測磁場的磁通量、放大磁通，實(shí)現(xiàn)低頻磁場的檢測。

本發(fā)明包括超導(dǎo)環(huán)和超導(dǎo)梯度線圈。超導(dǎo)環(huán)垂直放置于待測磁場中，超導(dǎo)梯度線圈與超導(dǎo)環(huán)收縮部平行，布置于超導(dǎo)環(huán)收縮部的一側(cè)。

所述的超導(dǎo)環(huán)是帶有收縮部的正方形環(huán)路，超導(dǎo)環(huán)由一個正方形環(huán)路和一個收縮部構(gòu)成。收縮部位于正方形環(huán)路的一條邊上，與正方形環(huán)路的其他三條邊處于同一平面，帶有收縮部的正方形環(huán)路一條邊與其他三條邊相連構(gòu)成超導(dǎo)環(huán)。收縮部的面積越小，通過的超導(dǎo)電流密度越大，收縮部的表面有更高的磁場，但是不能超過超導(dǎo)體的臨界電流。

所述的超導(dǎo)梯度線圈是平面線圈，采用超導(dǎo)線繞成一階梯度線圈，超導(dǎo)梯度線圈由位于同一平面的接收線圈和補(bǔ)償線圈組成，接收線圈的圓心和補(bǔ)償線圈的圓心之間的距離為基線長度。接收線圈和補(bǔ)償線圈的各匝線圈同向繞制，接收線圈和補(bǔ)償線圈的繞向相反。接收線圈和補(bǔ)償線圈的直徑相等，匝數(shù)相等。接收線圈和補(bǔ)償線圈之間通過雙絞線連接，降低信號干擾的程度。

所述的接收線圈平行放置于超導(dǎo)環(huán)收縮部的一側(cè)處，補(bǔ)償線圈和接收線圈布置于同一平面。

本發(fā)明不僅具有屏蔽環(huán)境磁場的干擾，而且還可以使待測的磁場磁通量變強(qiáng)、捕獲更高磁通量，大大提高了接收磁通的傳輸效率。

附圖說明

圖1是混合傳感器的結(jié)構(gòu)圖，圖中：7正方形環(huán)路、8收縮部、5接收線圈、6補(bǔ)償線圈。

圖2是本發(fā)明的超導(dǎo)環(huán)的示意圖，圖中：7正方形環(huán)路、8收縮部。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的一種平面結(jié)構(gòu)一階梯度線圈的示意圖，圖中：5接收線圈、6補(bǔ)償線圈。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明。

如圖1所示：本發(fā)明傳感器的實(shí)施例包括：超導(dǎo)環(huán)和超導(dǎo)梯度線圈。其中正方形環(huán)路7和收縮部8組成超導(dǎo)環(huán)，用來捕捉待測磁場的磁通量。

如圖2所示，所述的超導(dǎo)環(huán)由至少一個正方形環(huán)路7和至少一個收縮部8構(gòu)成。使用超導(dǎo)線圍成面積為1cm²的正方形環(huán)路，其中一條邊為帶有長度7um、寬度2um收縮部。

如圖3所示，所述的超導(dǎo)梯度梯圈是采用超導(dǎo)線繞成一階梯度線圈，由接收線圈5和補(bǔ)償線圈6組成，接收線圈5和補(bǔ)償線圈6的繞線方向相反，感應(yīng)面積相等且對稱分布，線圈形狀是圓形，接收線圈5和補(bǔ)償線圈6之間通過雙絞線連接。接收線圈5探測收縮部8捕捉的磁通量，補(bǔ)償線圈6用來屏蔽外界磁場的干擾。接收線圈5平行放置于收縮部8一側(cè)的20mm-50mm，接收線圈5和補(bǔ)償線圈6之間的基線長度大于等于30mm。

工作時，將超導(dǎo)環(huán)垂直放入待測的低頻磁場中，超導(dǎo)環(huán)中的電流通過收縮部8時，收縮部8的電流密度變大，圍繞收縮部8的環(huán)形磁場強(qiáng)度增強(qiáng)，接收線圈平行放置于收縮部8的一側(cè)處20mm-50mm時，圍繞收縮部8的環(huán)形磁通量進(jìn)入置于收縮部8一側(cè)處的接收線圈，進(jìn)而進(jìn)入超導(dǎo)梯度線圈中，超導(dǎo)梯度線圈屏蔽外磁場的干擾的同時，捕獲更多的待測磁場的磁通量，將待測磁場的磁通量轉(zhuǎn)換為電壓，將檢測到的信號輸出。