一種基于高溫dc-squid 弱磁場探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是應(yīng)用于大地電磁測量、無損探傷及生物測量等微弱磁信號的檢測領(lǐng)域中，具體地涉及一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]SQUID是一種磁通傳感器，主要功能是測量磁場。它是利用測量相應(yīng)的最大超導(dǎo)電流Imax的變化達(dá)到測量外界磁通量的微小變化的目的，從而測量出外界磁場，超導(dǎo)量子干涉器件可以測量出非常微弱的磁場，能測量的最小磁通變化為10_5的數(shù)量級，是目前人類發(fā)現(xiàn)的探測微弱磁場中最靈敏的器件。廣泛用于大地電磁測量、無損探傷及生物測量等微弱磁信號的檢測中。
[0003]以前的DC- SQUID磁強(qiáng)計控制系統(tǒng)采用模擬電路與器件來實現(xiàn)，現(xiàn)在主要使用MCU(微控制器)與FPGA(可編程門陣列)來實現(xiàn)的SQUID的數(shù)字化控制，然而這些系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及穩(wěn)定性都不是很好，操作復(fù)雜，精度不高，不利于應(yīng)用推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對上述問題，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，本發(fā)明具有可行性，并具有探測和信號分析處理能力，可以完成對弱磁場的探測。
[0005]為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明一種基于次聲波的瓦斯檢測裝置，其中包括SQUID傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、LabVIEW分析軟件模塊、冷卻系統(tǒng)和磁屏蔽系統(tǒng)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是:基于DC-SQUID探測的微弱磁場信號利用耦合線圈通過高頻放大、相敏檢波、積分器電路后，再通過信號調(diào)理電路、放大電路、濾波電路的處理，微弱磁場信號轉(zhuǎn)換為信噪比很高的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號；在設(shè)置的LabVIEW面板上進(jìn)行編程，程序進(jìn)行驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡采集信號，將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能處理的數(shù)字信號；數(shù)字信號通過設(shè)備驅(qū)動程序輸入計算機(jī)；最后通過LabVIEW進(jìn)行實時處理并顯示波形等信息。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述冷卻系統(tǒng)采用液氮溫度級的非金屬無磁玻璃鋼杜瓦，液氮杜瓦中具有重量輕，耐壓耐腐蝕，電絕緣性、熱絕性以及耐瞬時超高溫性能好，能透過電磁波等優(yōu)點(diǎn)；同時為了減少周圍環(huán)境的電磁干擾，由多層金屬鋁和刀金屬(鐵鎳合金)板疊合在一起的高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁材料制成的電磁屏蔽室，分別排除低高頻干擾。
[0008]作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊采用基于USB總線的USB2089數(shù)據(jù)采集卡。
[0009]進(jìn)一步地，所述USB2089數(shù)據(jù)采集卡是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接與計算機(jī)的USB接口相連,并提供LabVIEW下的外掛驅(qū)動程序。
[0010]另外，所述信號調(diào)理電路采用AD7899轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有400 KHz采樣頻率，可對16路精度為14位的模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存，并提供16單端模擬信號輸入和8雙端模擬信號輸入。
[0011]本發(fā)明的有益效果是。
[0012]本發(fā)明基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其中，DC — SQUID反饋電路可以改善電路的參數(shù)，采用了磁通調(diào)制、頻率合成與鎖相技術(shù)，能使待測信號獲得足夠的增益，增大帶寬，且能有效地抑制噪聲；軟件上基于LabVIEW采集，調(diào)用API函數(shù)和DLL函數(shù)庫的CLF節(jié)點(diǎn)，完成對數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動，數(shù)據(jù)處理程序主要利用了 For循環(huán)、“統(tǒng)計”模板和“波峰檢測”模板，實現(xiàn)了對采集的電壓波形及磁通變化量顯示。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1所示，為本發(fā)明一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中包括SQUID傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、LabVIEW分析軟件模塊、冷卻系統(tǒng)和磁屏蔽系統(tǒng)；基于DC-SQUID探測的微弱磁場信號利用耦合線圈通過高頻放大、相敏檢波、積分器電路后，再通過信號調(diào)理電路、放大電路、濾波電路的處理，微弱磁場信號轉(zhuǎn)換為信噪比很高的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號；在設(shè)置的LabVIEW面板上進(jìn)行編程，程序進(jìn)行驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡采集信號，將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能處理的數(shù)字信號；數(shù)字信號通過設(shè)備驅(qū)動程序輸入計算機(jī)；最后通過LabVIEW進(jìn)行實時處理并顯示波形等信息。
[0016]如圖2實施例所示，為本發(fā)明一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中，當(dāng)有外磁場通過超導(dǎo)環(huán)時，磁通信號輸入到SQUID環(huán)孔，加在與超導(dǎo)環(huán)耦合線圈上的信號被調(diào)制，被調(diào)制的信號經(jīng)放大器放大后用200kHz的低頻信號調(diào)制，送入混頻器做相敏檢波，解調(diào)后的信號，經(jīng)過低通濾波后，只剩下被500kHz的調(diào)制信號，再用500kHz的信號調(diào)制，經(jīng)積分器積分后，得到一個與磁通變化量成比例的電壓值，這個電壓值經(jīng)過反饋電路反饋到到與超導(dǎo)環(huán)耦合的線圈上，在超導(dǎo)環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個與外磁通變化量大小相等、方向相反的磁場，保持磁通一電壓傳輸函數(shù)處于最大值，使系統(tǒng)鎖定在初始狀態(tài)，并使響應(yīng)線性化。
【主權(quán)項】
1.一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其中包括SQUID傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、LabVIEW分析軟件模塊、冷卻系統(tǒng)和磁屏蔽系統(tǒng)；其特征在于:基于DC-SQUID探測的微弱磁場信號利用耦合線圈通過高頻放大、相敏檢波、積分器電路后，再通過信號調(diào)理電路、放大電路、濾波電路的處理，微弱磁場信號轉(zhuǎn)換為信噪比很高的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號；在設(shè)置的LabVIEW面板上進(jìn)行編程，程序進(jìn)行驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡采集信號，將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能處理的數(shù)字信號；數(shù)字信號通過設(shè)備驅(qū)動程序輸入計算機(jī)；最后通過LabVIEW進(jìn)行實時處理并顯示波形等信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其特征在于:所述冷卻系統(tǒng)采用液氮溫度級的非金屬無磁玻璃鋼杜瓦，同時為了減少周圍環(huán)境的電磁干擾，設(shè)置由多層金屬鋁和刀金屬(鐵鎳合金)板疊合在一起的高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁材料制成的電磁屏蔽室。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集與控制模塊采用基于USB總線的USB2089數(shù)據(jù)采集卡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號調(diào)理電路采用AD7899轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有400 KHz采樣頻率，可對16路精度為14位的模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存，并提供16單端模擬信號輸入和8雙端模擬信號輸入。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)，其特征在于:所述USB2089是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接與計算機(jī)的USB接口相連，并提供LabVIEW下的外掛驅(qū)動程序。
【專利摘要】一種基于高溫DC-SQUID弱磁場探測系統(tǒng)。本發(fā)明具有有可行性，并具有探測和信號分析處理能力，可以完成對弱磁場的探測。其中包括SQUID傳感器、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、LabVIEW分析軟件模塊、冷卻系統(tǒng)和磁屏蔽系統(tǒng)；其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)是：基于DC-SQUID探測的微弱磁場信號利用耦合線圈通過高頻放大、相敏檢波、積分器電路后，再通過信號調(diào)理電路、放大電路、濾波電路的處理，微弱磁場信號轉(zhuǎn)換為信噪比很高的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號；在設(shè)置的LabVIEW面板上進(jìn)行編程，程序進(jìn)行驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡采集信號，將其轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能處理的數(shù)字信號；數(shù)字信號通過設(shè)備驅(qū)動程序輸入計算機(jī)；最后通過LabVIEW進(jìn)行實時處理并顯示波形等信息。
【IPC分類】G01R33/02
【公開號】CN105487021
【申請?zhí)枴緾N201410474194
【發(fā)明人】陶建臣
【申請人】陶建臣
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2014年9月18日