一种基于高温dc-squid弱磁场探测系统的制作方法
一种基于高温dc-squid 弱磁场探测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是应用于大地电磁测量、无损探伤及生物测量等微弱磁信号的检测领域中，具体地涉及一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统。
【背景技术】
[0002]SQUID是一种磁通传感器，主要功能是测量磁场。它是利用测量相应的最大超导电流Imax的变化达到测量外界磁通量的微小变化的目的，从而测量出外界磁场，超导量子干涉器件可以测量出非常微弱的磁场，能测量的最小磁通变化为10_5的数量级，是目前人类发现的探测微弱磁场中最灵敏的器件。广泛用于大地电磁测量、无损探伤及生物测量等微弱磁信号的检测中。
[0003]以前的DC- SQUID磁强计控制系统采用模拟电路与器件来实现，现在主要使用MCU(微控制器)与FPGA(可编程门阵列)来实现的SQUID的数字化控制，然而这些系统的可扩展性及稳定性都不是很好，操作复杂，精度不高，不利于应用推广。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，本发明具有可行性，并具有探测和信号分析处理能力，可以完成对弱磁场的探测。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置，其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其结构要点是:基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述冷却系统采用液氮温度级的非金属无磁玻璃钢杜瓦，液氮杜瓦中具有重量轻，耐压耐腐蚀，电绝缘性、热绝性以及耐瞬时超高温性能好，能透过电磁波等优点；同时为了减少周围环境的电磁干扰，由多层金属铝和刀金属(铁镍合金)板叠合在一起的高导电、高导磁材料制成的电磁屏蔽室，分别排除低高频干扰。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述数据采集与控制模块采用基于USB总线的USB2089数据采集卡。
[0009]进一步地，所述USB2089数据采集卡是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接与计算机的USB接口相连,并提供LabVIEW下的外挂驱动程序。
[0010]另外，所述信号调理电路采用AD7899转换器，该转换器具有400 KHz采样频率，可对16路精度为14位的模拟信号进行数据采集、AD转换和数据缓存，并提供16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]本发明基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其中，DC — SQUID反馈电路可以改善电路的参数，采用了磁通调制、频率合成与锁相技术，能使待测信号获得足够的增益，增大带宽，且能有效地抑制噪声；软件上基于LabVIEW采集，调用API函数和DLL函数库的CLF节点，完成对数据采集卡的驱动，数据处理程序主要利用了 For循环、“统计”模板和“波峰检测”模板，实现了对采集的电压波形及磁通变化量显示。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统结构框图。
[0014]图2是本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统的反馈系统结构框图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统结构框图。图中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
[0016]如图2实施例所示，为本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统的反馈系统结构框图。图中，当有外磁场通过超导环时，磁通信号输入到SQUID环孔，加在与超导环耦合线圈上的信号被调制，被调制的信号经放大器放大后用200kHz的低频信号调制，送入混频器做相敏检波，解调后的信号，经过低通滤波后，只剩下被500kHz的调制信号，再用500kHz的信号调制，经积分器积分后，得到一个与磁通变化量成比例的电压值，这个电压值经过反馈电路反馈到到与超导环耦合的线圈上，在超导环内产生一个与外磁通变化量大小相等、方向相反的磁场，保持磁通一电压传输函数处于最大值，使系统锁定在初始状态，并使响应线性化。
【主权项】
1.一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其特征在于:基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。2.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述冷却系统采用液氮温度级的非金属无磁玻璃钢杜瓦，同时为了减少周围环境的电磁干扰，设置由多层金属铝和刀金属(铁镍合金)板叠合在一起的高导电、高导磁材料制成的电磁屏蔽室。3.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述数据采集与控制模块采用基于USB总线的USB2089数据采集卡。4.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述信号调理电路采用AD7899转换器，该转换器具有400 KHz采样频率，可对16路精度为14位的模拟信号进行数据采集、AD转换和数据缓存，并提供16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。5.根据权利要求3所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述USB2089是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接与计算机的USB接口相连，并提供LabVIEW下的外挂驱动程序。
【专利摘要】一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统。本发明具有有可行性，并具有探测和信号分析处理能力，可以完成对弱磁场的探测。其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其结构要点是：基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
【IPC分类】G01R33/02
【公开号】CN105487021
【申请号】CN201410474194
【发明人】陶建臣
【申请人】陶建臣
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
【技术领域】
[0001]本发明是应用于大地电磁测量、无损探伤及生物测量等微弱磁信号的检测领域中，具体地涉及一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统。
【背景技术】
[0002]SQUID是一种磁通传感器，主要功能是测量磁场。它是利用测量相应的最大超导电流Imax的变化达到测量外界磁通量的微小变化的目的，从而测量出外界磁场，超导量子干涉器件可以测量出非常微弱的磁场，能测量的最小磁通变化为10_5的数量级，是目前人类发现的探测微弱磁场中最灵敏的器件。广泛用于大地电磁测量、无损探伤及生物测量等微弱磁信号的检测中。
[0003]以前的DC- SQUID磁强计控制系统采用模拟电路与器件来实现，现在主要使用MCU(微控制器)与FPGA(可编程门阵列)来实现的SQUID的数字化控制，然而这些系统的可扩展性及稳定性都不是很好，操作复杂，精度不高，不利于应用推广。
【发明内容】
[0004]本发明就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，本发明具有可行性，并具有探测和信号分析处理能力，可以完成对弱磁场的探测。
[0005]为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]本发明一种基于次声波的瓦斯检测装置，其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其结构要点是:基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
[0007]作为本发明的一种优选方案，所述冷却系统采用液氮温度级的非金属无磁玻璃钢杜瓦，液氮杜瓦中具有重量轻，耐压耐腐蚀，电绝缘性、热绝性以及耐瞬时超高温性能好，能透过电磁波等优点；同时为了减少周围环境的电磁干扰，由多层金属铝和刀金属(铁镍合金)板叠合在一起的高导电、高导磁材料制成的电磁屏蔽室，分别排除低高频干扰。
[0008]作为本发明的另一种优选方案，所述数据采集与控制模块采用基于USB总线的USB2089数据采集卡。
[0009]进一步地，所述USB2089数据采集卡是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接与计算机的USB接口相连,并提供LabVIEW下的外挂驱动程序。
[0010]另外，所述信号调理电路采用AD7899转换器，该转换器具有400 KHz采样频率，可对16路精度为14位的模拟信号进行数据采集、AD转换和数据缓存，并提供16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。
[0011]本发明的有益效果是。
[0012]本发明基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其中，DC — SQUID反馈电路可以改善电路的参数，采用了磁通调制、频率合成与锁相技术，能使待测信号获得足够的增益，增大带宽，且能有效地抑制噪声；软件上基于LabVIEW采集，调用API函数和DLL函数库的CLF节点，完成对数据采集卡的驱动，数据处理程序主要利用了 For循环、“统计”模板和“波峰检测”模板，实现了对采集的电压波形及磁通变化量显示。
【附图说明】
[0013]图1是本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统结构框图。
[0014]图2是本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统的反馈系统结构框图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，为本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统结构框图。图中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
[0016]如图2实施例所示，为本发明一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统的反馈系统结构框图。图中，当有外磁场通过超导环时，磁通信号输入到SQUID环孔，加在与超导环耦合线圈上的信号被调制，被调制的信号经放大器放大后用200kHz的低频信号调制，送入混频器做相敏检波，解调后的信号，经过低通滤波后，只剩下被500kHz的调制信号，再用500kHz的信号调制，经积分器积分后，得到一个与磁通变化量成比例的电压值，这个电压值经过反馈电路反馈到到与超导环耦合的线圈上，在超导环内产生一个与外磁通变化量大小相等、方向相反的磁场，保持磁通一电压传输函数处于最大值，使系统锁定在初始状态，并使响应线性化。
【主权项】
1.一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其特征在于:基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。2.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述冷却系统采用液氮温度级的非金属无磁玻璃钢杜瓦，同时为了减少周围环境的电磁干扰，设置由多层金属铝和刀金属(铁镍合金)板叠合在一起的高导电、高导磁材料制成的电磁屏蔽室。3.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述数据采集与控制模块采用基于USB总线的USB2089数据采集卡。4.根据权利要求1所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述信号调理电路采用AD7899转换器，该转换器具有400 KHz采样频率，可对16路精度为14位的模拟信号进行数据采集、AD转换和数据缓存，并提供16单端模拟信号输入和8双端模拟信号输入。5.根据权利要求3所述的一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统，其特征在于:所述USB2089是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接与计算机的USB接口相连，并提供LabVIEW下的外挂驱动程序。
【专利摘要】一种基于高温DC-SQUID弱磁场探测系统。本发明具有有可行性，并具有探测和信号分析处理能力，可以完成对弱磁场的探测。其中包括SQUID传感器、数据采集与控制模块、LabVIEW分析软件模块、冷却系统和磁屏蔽系统；其结构要点是：基于DC-SQUID探测的微弱磁场信号利用耦合线圈通过高频放大、相敏检波、积分器电路后，再通过信号调理电路、放大电路、滤波电路的处理，微弱磁场信号转换为信噪比很高的标准电压信号；在设置的LabVIEW面板上进行编程，程序进行驱动数据采集卡采集信号，将其转换为计算机能处理的数字信号；数字信号通过设备驱动程序输入计算机；最后通过LabVIEW进行实时处理并显示波形等信息。
【IPC分类】G01R33/02
【公开号】CN105487021
【申请号】CN201410474194
【发明人】陶建臣
【申请人】陶建臣
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月18日
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