本发明涉及检测，具体涉及一种弱磁场检测系统及方法。
背景技术：
1、在现代科技飞速发展的浪潮中，弱磁场检测技术的应用领域日益拓宽，其影响力从基础科学研究的深邃殿堂，逐渐渗透到高端工业制造的精密车间，再至医疗健康诊断的细致领域。弱磁场的精确检测，不仅仅是一个技术挑战，更是推动科技进步的关键力量。它对于理解磁场分布的微观世界、材料性质的深入分析、生物磁场的探索研究等方面，都具有不可替代的重要价值。
2、然而，弱磁场的特性使其检测变得尤为困难。弱磁场的强度通常在纳特斯到高斯之间，这种微弱的磁场信号，往往被淹没在环境噪声和其他干扰因素之中。因此，传统的磁场检测方法，在面对弱磁场时，常常显得力不从心。例如，磁通门技术虽然在一定程度上能够测量弱磁场，但其灵敏度不足、测量精度不高的问题，使得其在实际应用中受到了很大的限制。此外，环境干扰、温度变化等因素也会对测量结果产生较大影响。
3、随着科技的不断发展，对弱磁场检测技术的要求也越来越高。首先，灵敏度是弱磁场检测技术的核心指标之一。只有具备足够高的灵敏度，才能从复杂的环境噪声中捕捉到微弱的磁场信号。其次，测量精度也是至关重要的。在科学研究、工业制造等领域，对磁场分布的精确掌握，往往决定了研究的深度和广度。最后，响应速度也是不可忽视的因素。在某些应用场景中，如医疗健康诊断等，需要快速准确地获取磁场信息，以便做出及时的判断和决策。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种弱磁场检测系统及方法，以至少解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
2、为了实现上述目的，根据本技术的一个方面，提供了一种弱磁场检测系统，包括：
3、霍尔传感器，用于对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成霍尔信号并发送；
4、磁阻传感器，用于对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成磁阻信号并发送；
5、微型化超导量子干涉仪，用于对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成超导量子干涉信号并发送；
6、信号处理电路，至少包括：
7、融合模块，与所述霍尔传感器、所述磁阻传感器、所述微型化超导量子干涉仪分别电连接，用于接收所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号，并对接收到的所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行融合，以得到多源融合磁场信号并发送；
8、信号分析模块，用于接收所述多源融合磁场信号，并根据接收到的所述多源融合磁场信号，生成表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值。
9、可选地，所述弱磁场检测系统还包括：温度传感器，用于对待检测位置处的温度进行检测，以根据检测到的温度，分别对所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行补偿。
10、可选地，所述霍尔传感器还包括第一增益控制电路，用于对所述霍尔信号进行强度判断，并根据所述霍尔信号的强度，调整所述霍尔传感器的增益对所述霍尔信号增强以使得增强后的霍尔信号达到设定的信噪比。
11、可选地，所述第一增益控制电路包括峰值检测电路、比较器、增益控制元件，所述峰值检测电路用于检测所述霍尔信号的峰值，所述比较器用于对所述峰值与所述参考信号进行比对，以生成增益控制信号，所述增益控制元件用于根据所述增益控制信号调整所述霍尔传感器的增益。
12、可选地，所述峰值检测电路为包括四象限乘法器以及低通滤波器，所述四象限乘法器用于将所述霍尔信号转换为单向脉动信号，所述低通滤波器用于所述单向脉冲信号进行平滑处理得到平滑脉冲信号，以代表所述霍尔信号的峰值。
13、可选地，所述增益控制元件包括：耦合电容、电阻分压网络、滤波电路，所述耦合电容用于将所述增益控制信号耦合到所述电阻分压网络，所述电阻分压网络用于对耦合到其的所述增益控制信号进行分压处理，得到电压控制信号，所述滤波电路对所述电压控制信号进行滤波以调整所述霍尔传感器的增益。
14、可选地，所述磁阻传感器具有设定的多个测量轴，每个测量轴配置一个由四个磁阻电阻构成的对称电桥，每个所述对称电桥连接一个前置放大器，以基于所述堆成电桥沿着该每个测量轴对所述对待检测位置处的弱磁场进行不同方向的检测以生成不同的磁阻信号分量并通过所述前置放大器对对应的磁阻信号分量进行放大处理，得到放大磁阻信号分量，并发送给所述信号处理电路对所述不同的放大磁阻信号分量进行合成得到所述磁阻信号并发送。
15、可选地，所述信号处理电路包括：低噪声放大器、模数转换电路、同步采样电路、微处理器，所述低噪声放大器用于对所述不同的放大磁阻信号分量噪声过滤，所述模数转换电路用于对噪声过程后的所述不同的放大磁阻信号分量进行模数转换得到对应的数字分量，所述同步采样电路用于对不同的放大磁阻信号分量对应的数字分量进行同步采样，得到采样分量，所述微处理器用于对同步采样的所述采样分量进行矢量合成以得到所述磁阻信号。
16、可选地，所述微型化超导量子干涉仪的外部包裹有多层超导材料，相邻两层超导材料的间隙内设置有绝缘层，每层层超导材料均与一低阻抗路径连通，以消散外部干扰电磁场对所述对待检测位置处的弱磁场的干扰，所述绝缘层的材料为氧化铝或二氧化硅，所述低阻抗路径为超导线。
17、可选地，所述弱磁场检测系统还包括有磁电传感器，所述磁电传感器用于捕捉所述微型化超导量子干涉仪内部和外部的电磁噪声信号，并对所述电磁噪声信号经前置放大器进行放大处理以增加信噪比至预设的信噪比阈值，以将其输入到陷波滤波器中进行噪声波段提取，并使得信号发生器根据所述噪声波段的相位生成反相中和信号，以对所述电磁噪声信号进行反馈抵消，以消除所述电磁噪声信号。
18、可选地，所述信号处理电路，还包括：极化发射器，用于生成铷原子极化激光，以及氙原子偏置磁场，用于生成处于暗态的自旋氙原子核，以通过所述铷原子极化激光和处于暗态的自旋氙原子核之间的耦合，对所述对待检测位置处的弱磁场进行自发辐射以对待检测位置处的弱磁场进行放大，使得所述霍尔传感器、所述磁阻传感器、所述微型化超导量子干涉仪分别对所述待检测位置处的放大后的弱磁场进行检测。
19、可选地，所述融合模块具体用于对接收到的所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行时间和空间上的对齐，分别得到校准后的磁场强度分量，并对分别得到校准后的磁场强度分量进行傅里叶变换得到各信号的频谱表示，对各信号的频谱表示进行多源融合得到多源融合的频谱表示，通过逆傅里叶变换将频谱表示转换回时域以得到多源融合磁场信号。
20、可选地，所述信号分析模块，用于接收所述多源融合磁场信号，并根据接收到的所述多源融合磁场信号，生成表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值，包括：
21、对所述多源融合磁场信号与预先建立的霍尔传感器物理模型、磁阻传感器物理模型、微型化超导量子干涉仪物理模型分别进行拟合，得到对应的第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值；对所述第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值进行贝叶斯估计，得到表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值。
22、可选地，所述信号分析模块在对所述多源融合磁场信号与预先建立的霍尔传感器模型、磁阻传感器模型、微型化超导量子干涉仪模型分别进行基于最小二乘法的拟合，得到对应的第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值；基于霍尔传感器、磁阻传感器、微型化超导量子干涉仪的预期性能描述值，对所述第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值进行贝叶斯估计，确定出所述第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值分别相对于所述多源融合磁场信号的似然函数，以基于所述似然函数以及第一磁场强度估计值、第二磁场强度估计值、第三磁场强度估计值之间的联合概率分布，计算表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值。
23、一种弱磁场检测方法，其包括：
24、霍尔传感器对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成霍尔信号并发送；
25、磁阻传感器对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成磁阻信号并发送；
26、微型化超导量子干涉仪对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成超导量子干涉信号并发送；
27、信号处理电中的融合模块与所述霍尔传感器、所述磁阻传感器、所述微型化超导量子干涉仪分别电连接，用于接收所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号，并对接收到的所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行融合，以得到多源融合磁场信号并发送；
28、信号处理电中的信号分析模块接收所述多源融合磁场信号，并根据接收到的所述多源融合磁场信号，生成表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值。
29、本发明提供了一种弱磁场检测系统，其中，霍尔传感器，用于对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成霍尔信号并发送；磁阻传感器，用于对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成磁阻信号并发送；微型化超导量子干涉仪，用于对所述对待检测位置处的弱磁场进行检测以生成超导量子干涉信号并发送；信号处理电路，至少包括：融合模块，与所述霍尔传感器、所述磁阻传感器、所述微型化超导量子干涉仪分别电连接，用于接收所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号，并对接收到的所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行融合，以得到多源融合磁场信号并发送；信号分析模块，用于接收所述多源融合磁场信号，并根据接收到的所述多源融合磁场信号，生成表征所述对待检测位置处的弱磁场强度的磁场强度值。
30、由此可见，本技术的上述方案具有如下技术好处：
31、(1)霍尔传感器和磁阻传感器本身就具有较高的灵敏度，能够检测到微弱的磁场变化。微型化超导量子干涉仪更是以其极高的灵敏度著称，能够检测到极其微弱的磁场信号。通过融合模块将这些传感器的信号进行融合，可以进一步提升整个系统的灵敏度，从而实现对弱磁场的更精确检测。
32、(2)每种传感器都有其独特的测量原理和特性，通过融合多种传感器的信号，可以充分利用各自的优势，相互补充，提高整体测量精度。融合模块能够对不同传感器的信号进行校准和权重分配，从而消除或减小单一传感器测量误差的影响，提高测量结果的准确性。
33、(3)不同传感器对不同类型的环境干扰具有不同的敏感性和抗干扰能力。通过融合多种传感器的信号，可以减小单一传感器受环境干扰的影响，提高系统的稳定性和可靠性。
34、(4)霍尔传感器和磁阻传感器通常具有较高的响应速度，能够迅速检测到磁场的变化。微型化超导量子干涉仪一旦达到稳定工作状态，其响应速度也非常快。通过信号处理电路中的融合模块和信号分析模块，可以实现对多源信号的快速处理和分析，从而确保整个系统具有较快的响应速度。
1.一种弱磁场检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述弱磁场检测系统还包括：温度传感器，用于对待检测位置处的温度进行检测，以根据检测到的温度，分别对所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行补偿。
3.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述霍尔传感器还包括第一增益控制电路，用于对所述霍尔信号进行强度判断，并根据所述霍尔信号的强度，调整所述霍尔传感器的增益对所述霍尔信号增强以使得增强后的霍尔信号达到设定的信噪比。
4.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述磁阻传感器具有设定的多个测量轴，每个测量轴配置一个由四个磁阻电阻构成的对称电桥，每个所述对称电桥连接一个前置放大器，以基于所述堆成电桥沿着该每个测量轴对所述对待检测位置处的弱磁场进行不同方向的检测以生成不同的磁阻信号分量并通过所述前置放大器对对应的磁阻信号分量进行放大处理，得到放大磁阻信号分量，并发送给所述信号处理电路对所述不同的放大磁阻信号分量进行合成得到所述磁阻信号并发送。
5.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述信号处理电路包括：低噪声放大器、模数转换电路、同步采样电路、微处理器，所述低噪声放大器用于对所述不同的放大磁阻信号分量噪声过滤，所述模数转换电路用于对噪声过程后的所述不同的放大磁阻信号分量进行模数转换得到对应的数字分量，所述同步采样电路用于对不同的放大磁阻信号分量对应的数字分量进行同步采样，得到采样分量，所述微处理器用于对同步采样的所述采样分量进行矢量合成以得到所述磁阻信号。
6.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述微型化超导量子干涉仪的外部包裹有多层超导材料，相邻两层超导材料的间隙内设置有绝缘层，每层层超导材料均与一低阻抗路径连通，以消散外部干扰电磁场对所述对待检测位置处的弱磁场的干扰，所述绝缘层的材料为氧化铝或二氧化硅，所述低阻抗路径为超导线。
7.根据权利要求6所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述弱磁场检测系统还包括有磁电传感器，所述磁电传感器用于捕捉所述微型化超导量子干涉仪内部和外部的电磁噪声信号，并对所述电磁噪声信号经前置放大器进行放大处理以增加信噪比至预设的信噪比阈值，以将其输入到陷波滤波器中进行噪声波段提取，并使得信号发生器根据所述噪声波段的相位生成反相中和信号，以对所述电磁噪声信号进行反馈抵消，以消除所述电磁噪声信号。
8.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述信号处理电路，还包括：极化发射器，用于生成铷原子极化激光，以及氙原子偏置磁场，用于生成处于暗态的自旋氙原子核，以通过所述铷原子极化激光和处于暗态的自旋氙原子核之间的耦合，对所述对待检测位置处的弱磁场进行自发辐射以对待检测位置处的弱磁场进行放大，使得所述霍尔传感器、所述磁阻传感器、所述微型化超导量子干涉仪分别对所述待检测位置处的放大后的弱磁场进行检测。
9.根据权利要求1所述的弱磁场检测系统，其特征在于，所述融合模块具体用于对接收到的所述霍尔信号、所述磁阻信号、所述超导量子干涉信号进行时间和空间上的对齐，分别得到校准后的磁场强度分量，并对分别得到校准后的磁场强度分量进行傅里叶变换得到各信号的频谱表示，对各信号的频谱表示进行多源融合得到多源融合的频谱表示，通过逆傅里叶变换将频谱表示转换回时域以得到多源融合磁场信号。
10.一种弱磁场检测方法，其特征在于，包括：
