本發(fā)明涉及超導電子學的技術領域，特別是涉及一種基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置。

背景技術：

超導量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是一種能測量微弱磁信號的極其靈敏的儀器，就其功能而言是一種磁通傳感器，不僅可以用來測量磁通量的變化，還可以測量能轉(zhuǎn)換為磁通的其他物理量，如電壓、電流、電阻、電感、磁感應強度、磁場梯度、磁化率等。SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和約瑟夫森效應的基礎上的。根據(jù)偏置電流的不同，分為直流和射頻兩類。SQUID作為探測器，可以測量出10^-11高斯的微弱磁場，僅相當于地磁場的一百億分之一，比常規(guī)的磁傳感器靈敏度提高幾個數(shù)量級，是進行超導、納米、磁性和半導體等材料磁學性質(zhì)研究的基本儀器設備，特別是對薄膜和納米等微量樣品是必需的。利用SQUID探測器偵測直流磁化率信號，靈敏度可達10^-8emu；樣品溫度變化范圍為1.9K～400K；磁場強度變化范圍為0～70000高斯。

核磁共振技術被廣泛應用于凝聚態(tài)物理、分析化學、生物學和醫(yī)學等領域，基于SQUID的極低場核磁共振的主磁場強度在地球磁場量級，被證明在檢測異核標量耦合、縱向弛豫時間加權(quán)成像等方面具有明顯優(yōu)勢。

然而，如圖1所示，環(huán)境磁場中的工頻及其諧波干擾會嚴重影響極低場核磁共振系統(tǒng)中被測樣品的核磁共振信號，進而影響譜線或成像質(zhì)量。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置，由SQUID二階梯度計構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強計構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關性補償SQUID二階梯度計的輸出，從而抑制工頻噪聲干擾，提高核磁共振信號的信噪比。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置，應用于極低場核磁共振系統(tǒng)中，包括杜瓦、SQUID二階梯度計、SQUID三軸磁強計和讀出電路；所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計均設置在所述杜瓦內(nèi)；所述杜瓦用于存儲低溫液體以提供所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計工作所需的低溫環(huán)境；所述SQUID二階梯度計用于探測極低場核磁共振系統(tǒng)中的核磁共振信號；所述SQUID三軸磁強計包括三個相互正交的SQUID磁強計，用于探測環(huán)境磁場中的工頻噪聲；所述讀出電路分別與所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計相連，用于讀出所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計的輸出電壓，并處理得到工頻噪聲抑制后的核磁共振信號。

于本發(fā)明一實施例中，還包括屏蔽室，所述杜瓦和所述讀出電路均設置在所述屏蔽室內(nèi)，所述屏蔽室用于屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾。

于本發(fā)明一實施例中，所述SQUID二階梯度計包括梯度計天線、天線支架和SQUID芯片；所述梯度計天線繞制在所述天線支架上，并通過環(huán)氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發(fā)明一實施例中，所述梯度計天線由鈮線繞制或集成在硅片上。

于本發(fā)明一實施例中，所述SQUID磁強計包括探測線圈、環(huán)氧棒和SQUID芯片；所述探測線圈繞制在環(huán)氧棒上，通過環(huán)氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發(fā)明一實施例中，所述杜瓦內(nèi)設置有環(huán)氧板，所述SQUID三軸磁強計與所述SQUID二階梯度計均固定在所述環(huán)氧板上，所述環(huán)氧板固定于所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實施例中，所述讀出電路通過帶有射頻屏蔽層的低溫線與所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計分別相連。

于本發(fā)明一實施例中，所述讀出電路通過雷莫連接器固定在所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實施例中，所述讀出電路包括磁通鎖定電路和控制電路；所述磁通鎖定電路用于提供工作電流至所述SQUID二階梯度計和所述SQUID三軸磁強計；所述控制電路用于控制所提供工作電流的大小。

于本發(fā)明一實施例中，所述讀出電路將所述SQUID二階梯度計探測到的核磁共振信號減去所述SQUID三軸磁強計探測到的工頻噪聲，得到抑制工頻噪聲后的核磁共振信號。

如上所述，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置，具有以下有益效果：

(1)由SQUID二階梯度計構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強計構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關性補償被測SQUID二階梯度計的輸出，抑制工頻噪聲干擾；

(2)顯著提升極低場核磁共振系統(tǒng)中核磁共振信號的信噪比；

(3)能夠抑制頻率范圍約為3kHz—15kHz的工頻諧波干擾噪聲；

(4)不僅可以抑制來自豎直方向的工頻諧波干擾，也可以抑制水平方向的工頻諧波干擾。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術中環(huán)境磁場中的工頻諧波噪聲示意圖；

圖2顯示為本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

1 杜瓦

2 SQUID二階梯度計

3 SQUID三軸磁強計

4 讀出電路

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

如圖2所示，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置，應用于極低場核磁共振系統(tǒng)中，包括杜瓦1、SQUID二階梯度計2、SQUID三軸磁強計3和讀出電路4。SQUID二階梯度計2和SQUID三軸磁強計3均設置在杜瓦1內(nèi)。優(yōu)選地，極低場是指磁場強度小于2.5高斯。

杜瓦1用于存儲低溫液體以提供SQUID二階梯度計2和SQUID三軸磁強計3工作所需的低溫環(huán)境。優(yōu)選地，杜瓦1包括杜瓦桶及杜瓦塞，杜瓦桶內(nèi)放置有提供低溫環(huán)境的低溫液體，如液氦。

SQUID二階梯度計2用于探測極低場核磁共振系統(tǒng)中的核磁共振信號。

SQUID三軸磁強計3包括三個相互正交的SQUID磁強計，用于探測環(huán)境磁場中的工頻噪聲。

讀出電路4分別與SQUID二階梯度計2和SQUID三軸磁強計3相連，用于讀出SQUID二階梯度計2和SQUID三軸磁強計3的輸出電壓，并處理得到工頻噪聲抑制后的核磁共振信號。由于SQUID三軸磁強計3探測到的工頻噪聲和SQUID二階梯度計2中含有的工頻諧波噪聲具有高度的一致性，故SQUID三軸磁強計3探測到的工頻噪聲可以有效消除SQUID二階梯度計2探測到的核磁共振譜線或圖像中的工頻噪聲，從而顯著提高SQUID二階梯度計2所獲取的核磁共振信號的信噪比。具體地，將SQUID二階梯度計2探測到的核磁共振信號減去SQUID三軸磁強計3探測到的工頻噪聲，即可得到抑制工頻噪聲后的核磁共振信號，從而顯著提高核磁共振信號的信噪比。

優(yōu)選地，還包括屏蔽室(圖中未示出)，杜瓦1和讀出電路4均設置在屏蔽室內(nèi)，屏蔽室用于屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾。具體地，屏蔽室1既可以屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾，如廣播電臺信號，雷達信號，手機信號等等，也可以抑制環(huán)境磁場中的低頻磁場波動，從而避免高靈敏度的SQUID三軸磁強計輸出飽和。

于本發(fā)明一實施例中，SQUID二階梯度計包括梯度計天線、天線支架和SQUID芯片；梯度計天線繞制在天線支架上，并通過環(huán)氧組件與SQUID芯片固定。優(yōu)選地，梯度計天線由鈮線繞制或集成在硅片上；天線支架由陶瓷制成。當需要同時對多個SQUID二階梯度計探測到的核磁共振信號進行工頻噪聲抑制時，可以在杜瓦內(nèi)設置多個SQUID二階梯度計。

于本發(fā)明一實施例中，SQUID磁強計包括探測線圈、環(huán)氧棒和SQUID芯片；探測線圈繞制在環(huán)氧棒上，通過環(huán)氧組件與SQUID芯片固定。優(yōu)選地，環(huán)氧棒的直徑為1mm；探測線圈由鈮線繞制或集成在硅片上。探測線圈的方向須與SQUID二階梯度計的探測方向一致。

于本發(fā)明一實施例中，讀出電路包括磁通鎖定電路和控制電路。磁通鎖定電路用于提供工作電流至SQUID二階梯度計和SQUID三軸磁強計；控制電路用于控制所提供工作電流的大小，以保證SQUID二階梯度計和SQUID磁強計能夠正常工作。

優(yōu)選地，杜瓦內(nèi)設置有環(huán)氧板，SQUID三軸磁強計與SQUID二階梯度計均固定在環(huán)氧板上，環(huán)氧板固定于杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實施例中，讀出電路通過帶有射頻屏蔽層的低溫線與SQUID二階梯度計和SQUID三軸磁強計分別相連，從而提高超導電子設備的電磁兼容和環(huán)境適應能力。優(yōu)選地，讀出電路通過標準10芯雷莫連接器固定在杜瓦的杜瓦塞上，以減小低溫線的長度。

綜上所述，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強計的工頻噪聲抑制裝置由SQUID二階梯度計構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強計構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關性補償被測SQUID二階梯度計的輸出，抑制工頻噪聲干擾；顯著提升極低場核磁共振系統(tǒng)中核磁共振信號的信噪比；能夠抑制頻率范圍約為3kHz—15kHz的工頻諧波干擾噪聲；不僅可以抑制來自豎直方向的工頻諧波干擾，也可以抑制水平方向的工頻諧波干擾。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。