本发明专利技术涉及一种宽动态范围高温超导磁力仪，由超导量子探头套装在亥姆霍兹线圈中，超导量子探头经液氮杜瓦平、读出电路、数据采集系统、微处理器、恒流源档位选择电路、可调恒流源与亥姆霍兹线圈连接，读出电路经信号处理电路与恒流源档位选择电路连接构成。利用亥姆霍兹线圈产生的标准磁场，部分抵消外界待测磁场，使得抵消后剩余的待测磁场值始终保持在高温超导磁力仪动态范围之内，将抵消掉的磁场值和高温超导磁力仪测量值相加得到实际要测量的磁场值。即不降低高温超导磁力仪的灵敏度和精度，又能提高其动态范围，满足不同测量环境下高温超导磁力仪工作要求，最重要的是适用于高温超导磁力仪在野外电磁干扰较强地段进行地球物理勘探。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种地球物理磁法勘探的高温超导磁力仪，尤其是宽动态范围高温超 导磁力仪。
技术介绍
超导量子干涉器(SQUID)是目前为止灵敏度最高的弱磁测量传感器。利用工作于 液氮环境的高温SQUID制成的高温超导磁力仪可用生物磁(如心磁、脑磁)测量、无损探 伤、磁法勘探以及军事探潜等领域。现有的用于地球物理磁法勘探的高温超导磁力仪包括 SQUID探头、液氮杜瓦瓶、SQUID读出电路、数据采集系统及微处理器。然而这种高温超导 磁力仪为了保证较高的灵敏度和精度，动态范围都很小。地球学报，2002，23 (2)陈晓东等 《.高温超导磁强计的研制及在TEM上的野外试验》.。介绍了一种应用于地球物理勘探领 域的高温超导磁强计，其SQUID读出电路中的反馈回路电阻决定了仪器的灵敏度、精度和 动态范围，反馈回路电阻值越大，灵敏度和精度越高，仪器动态范围则越小。若通过降低反 馈回路电阻值来提高其动态范围，灵敏度和精度则随之下降。一般如灵敏度为300fT的高 温超导磁力仪动态范围只有士280nT左右。而在高温超导磁力仪实际应用中，外界电磁场 干扰或者被测的磁场值较高，尤其在野外无屏蔽环境下，应用于磁法勘探以寻找矿产资源 和研究地质构造时，外界电磁干扰往往超出仪器动态范围，如电力线附近，仅50Hz工频干 扰就可达士500nT，从而造成SQUID读出电路失锁而不能正常工作，限制了仪器应用。为了 高温超导磁力仪的实用化，常用的措施是采用屏蔽室来屏蔽外界干扰。然而采用高磁导率 金属材料建成的屏蔽室价格及其昂贵，并且高温超导磁力仪本身性能并未提高，仅可用于 微弱生物磁信号的测量，不适用于野外磁法勘探工作。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对以上现有技术的不足，提供一种适合于野外电磁干扰较强 地段地球物理勘探用的宽动态范围高温超导磁力仪。本专利技术的设计思想是利用亥姆霍兹线圈产生一系列标准磁场，用于部分抵消外 界较大的待测磁场，使得抵消后剩余的待测磁场值始终保持在高温超导磁力仪动态范围之 内。然后将抵消掉的磁场值和高温超导磁力仪测量值相加即得到实际要测量的磁场值。信号处理电路6与恒流源档位选择电路7相连，恒流源档位选择电路7选择合适 的电压档位，决定其后连接的可调恒流源8的电流大小，可调恒流源8连接到亥姆霍兹线圈 9上，亥姆霍兹线圈9根据可调恒流源8提供的电流大小产生一个标准磁场，标准磁场方向 与外界磁场方向相反，以此抵消掉SQUID探头1测量点处较大的外界磁场。恒流源档位选 择电路7另一路同时输出档位状态信号给与其连接的微处理器5，微处理器5得到该档位状 态信号，与数据采集系统4输出的高温超导磁力仪测量的磁场值进行运算处理后得到实际 测量的磁场值。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的宽动态范围高温超导磁力仪，是由超导量子探头1套装在亥姆霍兹线圈9中，超导 量子探头1经液氮杜瓦平2、读出电路3、数据采集系统4、微处理器5、恒流源档位选择电路 7、可调恒流源8与亥姆霍兹线圈9连接，读出电路3经信号处理电路6与恒流源档位选择 电路7连接构成。本专利技术的目的还可以通过以下技术方案实现信号处理电路6是由正阈值11经第一比较器12与触发器15连接，信号调理电路 10的一路与第一比较器12连接，另一路与第二比较器14连接，负阈值13经第二比较器14 与触发器16连接构成。恒流源档位选择电路7是由加法计数器17和减法计数器分别与数字减法器19连 接，数字减法器19经译码器20、模拟开关23与缓冲器24连接，基准电压模块21经电阻网 络22与模拟开关23连接构成。可调恒流源8是由电压/电流转换电路25与误差比较电路26连接构成。误差比 较电路26对恒流源控制电压和电压/电流转换电路25输出的恒流值进行比较，得到的误 差值反馈到电压/电流转换电路25，使得电压/电流转换电路25输出更为精确和稳定的恒 定电流。有益效果本专利技术是在现有的高温超导磁力仪的超导量子探头外套装亥姆霍兹线 圈，利用亥姆霍兹线圈产生一系列标准磁场，用于部分抵消外界较大的待测磁场，使得抵消 后剩余的待测磁场值始终保持在高温超导磁力仪动态范围之内，然后将抵消掉的磁场值和 高温超导磁力仪测量值相加即得到实际要测量的磁场值。为实现这一专利技术思想，在仪器中 增设了自动调整恒流源档位选择电路、信号处理电路和可调恒流源，即不降低高温超导磁 力仪的灵敏度和精度，又能提高其动态范围，满足不同测量环境下高温超导磁力仪工作要 求，最重要的是适用于高温超导磁力仪在野外电磁干扰较强地段进行地球物理勘探。附图说明附图1宽动态范围高温超导磁力仪的结构框图附图2为附图1中的信号处理电路6的结构框图附图3为附图1中的恒流源档位选择电路7的结构框图附图4为附图1中的可调恒流源8的结构框图1超导量子探头，2液氮杜瓦瓶，3读出电路，4数据采集系统，5微处理器，6信号处 理电路，7恒流源档位选择电路，8可调恒流源，9亥姆霍兹线圈，10信号调理电路，11正阈 值，12第一比较器，13负阈值，14第二比较器，15触发器，16触发器，17加法计数器，18减 法计数器，19数字减法器，20译码器，21基准电压，22电阻网络，23模拟开关，24缓冲器，25 电压/电流转换电路，26误差放大电路。具体实施例方式下面结合附图和实施例做进一步的详细说明宽动态范围高温超导磁力仪，是由超导量子探头1套装在亥姆霍兹线圈9中，超导 量子探头1经液氮杜瓦平2、读出电路3、数据采集系统4、微处理器5、恒流源档位选择电路 7、可调恒流源8与亥姆霍兹线圈9连接，读出电路3经信号处理电路6与恒流源档位选择4电路7连接构成。信号处理电路6是由正阈值11经第一比较器12与触发器15连接，信号调理电路 10的一路与第一比较器12连接，另一路与第二比较器14连接，负阈值13经第二比较器14 与触发器16连接构成。恒流源档位选择电路7是由加法计数器17和减法计数器分别与数字减法器19连 接，数字减法器19经译码器20、模拟开关23与缓冲器24连接，基准电压模块21经电阻网 络22与模拟开关23连接构成。可调恒流源8是由电压/电流转换电路25与误差比较电路26连接构成。误差比 较电路26对恒流源控制电压和电压/电流转换电路25输出的恒流值进行比较，得到的误 差值反馈到电压/电流转换电路25，使得电压/电流转换电路25输出的恒流值更为精确和稳定。信号处理电路6对SQUID读出电路3输出的磁场信号进行前期预处理。预处理的 过程包括对磁场信号进行信号调理和运算。设高温超导磁力仪的动态范围为士Bd，若测量 点处的外界被测磁场值为士Bm。当Bm<Bd，即外界磁场没有超过仪器动态范围时，信号处 理电路输出为0，无需进行磁场抵消。当Bm>Bd时，则需要抵消掉的外界磁场值为Be = Bm-Bd，信号处理电路6向恒流源档位选择电路7输出控制信号，为了获得更为精确的磁场 值，恒流源档位选择电路7的档位Br取正阈值200nT的整数倍，即Br = (N+l) X 200nT,其 中N取Bc/200nT的整数，Br与外界磁场Be的磁场方向相反。恒流源档位选择电路7选定 好档位以后，控制可调恒流源8输出恒定电流，使得亥姆霍兹线圈在SQUID探头1处产生的 标准磁场为Br。由于该标本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种宽动态范围高温超导磁力仪，是由超导量子探头、液氮杜瓦平、读出电路、数据采集系统和微处理器组成，其特征在于，超导量子探头１套装在亥姆霍兹线圈（９）中，超导量子探头（１）经液氮杜瓦平（２）、读出电路（３）、数据采集系统（４）、微处理器（５）、恒流源档位选择电路（７）、可调恒流源（８）与亥姆霍兹线圈（９）连接，读出电路（３）经信号处理电路（６）与恒流源档位选择电路（７）连接构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵静，任胜男，安占峰，高游，王君，程德福，凌振宝，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。