可復(fù)位的增量磁場消除裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其至少包括依次相連的磁傳感器、放大調(diào)理電路、零點可重置的積分電路、驅(qū)動電路及反饋線圈，其中，所述磁傳感器放置在所述反饋線圈產(chǎn)生均勻磁場的中心局域；所述反饋線圈在其中心區(qū)域產(chǎn)生磁場的方向與所述磁傳感器檢測到的磁場的方向相同；所述零點可重置的積分電路采用外部的控制輸入信號來控制其復(fù)位和啟動。本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置避免在復(fù)位后積分器重新為0建立平衡的時間，從而快速實現(xiàn)環(huán)境磁場的穩(wěn)定，其可配合需要復(fù)位的SQUID微弱磁信號檢測系統(tǒng)同時工作，實現(xiàn)SQUID探測器運行環(huán)境磁磁場的平穩(wěn)，確保SQUID傳感器以最大靈敏度測量，且不造成溢出。
【專利說明】可復(fù)位的增量磁場消除裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁場消除的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種可復(fù)位的增量磁場消除裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device, SQUID)是目前已知的最靈敏的磁傳感器，其中低溫超導(dǎo)SQUID的靈敏度優(yōu)于10飛特，高溫超導(dǎo)SQUID的靈敏度優(yōu)于100飛特。因此，SQUID是一種重要的高端應(yīng)用傳感器，其廣泛應(yīng)用于生物磁、地球物理探測、極低場核磁共振儀器等設(shè)備中。
[0003]由于SQUID的靈敏度很高，在無屏蔽環(huán)境下工作時，使用SQUID的弱磁探測系統(tǒng)易受到外部環(huán)境磁場的干擾，而造成傳感器溢出，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。因此需要使用環(huán)境磁場消除裝置來消除外部磁場的干擾，保持SQUID傳感器探頭所在區(qū)域環(huán)境磁場平穩(wěn)，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，避免因磁場波動太大以至于超出傳感器測量量程。
[0004]目前抑制環(huán)境干擾的方法包括采用屏蔽室和采用主動磁場消除裝置。屏蔽室采用反磁性的坡莫合金來抵消外部磁場，該方案需要建造一個大型裝置，形成一個封閉空間，在該空間內(nèi)磁場得到抑制。但是該方案造價昂貴，移動性和靈活性差，難以在一般應(yīng)用中推廣。
[0005]采用主動磁場消除裝置來抑制環(huán)境場干擾的方案是基于積分負(fù)反饋原理實現(xiàn)的。通過磁傳感器檢測所在區(qū)域的磁場，磁傳感器的輸出電壓輸入放大調(diào)理電路再接入積分器；如果積分器的輸出端不為零，則積分器開始積分，積分器的輸出隨著積分開始調(diào)整變化。積分器的輸出再驅(qū)動反饋線圈來產(chǎn)生抵消磁傳感器所在區(qū)域磁場，使得磁傳感器輸出經(jīng)放大調(diào)理后送入積分器的輸入為零。此時積分器停止積分，整個反饋電路達(dá)到平衡，傳感器所在區(qū)域的磁場平穩(wěn)。因此基于積分負(fù)反饋原理的磁場消除裝置通過磁場檢測、放大、積分、和磁場負(fù)反饋路徑，構(gòu)成一個負(fù)反饋環(huán)路，來抵消的環(huán)境磁場的波動。
[0006]通過上述原理，實現(xiàn)了磁傳感器所在區(qū)域環(huán)境磁場的平穩(wěn)，在該區(qū)域放置SQUID磁探測系統(tǒng)，可使SQUID探測器在平穩(wěn)的環(huán)境磁場下工作，可提供SQUID傳感器的靈敏度，避免溢出。該方案簡單、造價低、經(jīng)濟(jì)適用，成為抑制環(huán)境干擾的首選方案。
[0007]上述通過負(fù)反饋原理實現(xiàn)的環(huán)境磁場消除裝置由磁傳感器、放大調(diào)理電路、積分電路和反饋線圈驅(qū)動電路構(gòu)成。其中積分電路是磁場消除裝置的運算電路，其工作原理是，磁傳感器的輸出電壓經(jīng)放大器放大后接入積分器，積分器根據(jù)輸入電壓進(jìn)行隨時間的積分，來調(diào)整其輸出電壓，從而驅(qū)動反饋線圈來調(diào)整傳感器所在區(qū)域的磁場，實現(xiàn)環(huán)境磁場的消除。因此整個環(huán)境磁場消除裝置是基于磁場負(fù)反饋原理，通過積分器不斷產(chǎn)生抵消磁場，直到輸入積分器的電壓為O?；诜答佋淼沫h(huán)境磁場消除裝置會始終將磁場消除到零或某個設(shè)定的磁場強度，使得反饋裝置中積分器的輸入端為0，積分器輸入為O時的狀態(tài)稱為磁場消除裝置的穩(wěn)定工作點。環(huán)境磁場消除裝置工作后，始終將磁場穩(wěn)定在設(shè)定的工作點下。
[0008]從上述磁場消除裝置的工作原理可知，由于地球磁場的存在，補償裝置的磁傳感器所在位置的磁場不為零，因此上述反饋補償電路，在反饋補償電路閉環(huán)工作后，由于傳感器所在區(qū)域磁場不為工作點要求的零或某個設(shè)定值，因此傳感器信號送入到積分器輸入端不為零。那么上述反饋補償電路，首先要驅(qū)動積分器積分，積分器輸出電壓驅(qū)動反饋線圈，產(chǎn)生反向磁場對這部分地球環(huán)境磁場進(jìn)行抵消，直到積分器輸入端回到零點，建立平衡。因此該反饋電路每次重新啟動反饋補償時，電路需要經(jīng)過一段過渡時間，通過積分器產(chǎn)生抵消地球磁場的反向磁場，將地球磁場抵消掉，之后上述磁場消除反饋回路，通過積分器對工作點附近的小波動積分，產(chǎn)生環(huán)境場波動抵消磁場。保持磁傳感器所在區(qū)域的磁場為零，消除環(huán)境場的波動。
[0009]上述的磁場主動抵消裝置，由于環(huán)境磁場的存在，使得啟動后積分器輸入端不為零，即不在工作點上。因此在啟動后首先要先抵消地球磁場這種已經(jīng)存在的磁場，進(jìn)行工作點重建。積分器輸出電壓驅(qū)動線圈產(chǎn)生的磁場抵消了固有的環(huán)境磁場，使得積分器輸入為零后，才能使環(huán)境場抵消裝置回到工作點上，并在工作點上，通過負(fù)反饋回路消除磁傳感器所在區(qū)域磁場的波動，再建立穩(wěn)定的平衡。上述過程是現(xiàn)有磁場消除裝置在啟動后必須要經(jīng)歷的工作點恢復(fù)的過程。由于受積分器積分時間常數(shù)的限制，磁場消除裝置恢復(fù)工作點需要一段時間，且該時間受啟動前環(huán)境磁場與工作點設(shè)定的磁場的偏差影響，因此啟動時間不確定。
[0010]在一些SQUID系統(tǒng)應(yīng)用中，如低場核磁共振檢測系統(tǒng)，由于要加載對磁傳感器有影響的極化磁場，因此要求在極化磁場開啟時，所有的磁傳感器系統(tǒng)暫時復(fù)位不工作，而是在極化磁場撤除后與SQUID磁探測器同時工作，啟動樣品核磁共振信號的測量。因此在極低場磁共振系統(tǒng)中，應(yīng)用磁場消除裝置，要求復(fù)位解除后，立即啟動環(huán)境磁場抑制，消除環(huán)境磁場的波動。因此上述傳統(tǒng)環(huán)境磁場消除裝置，由于啟動過程存在，無法使磁場立刻平穩(wěn)，
[0011]在這類需要先激勵后測量的應(yīng)用中，由于激勵磁場會對磁場消除裝置的穩(wěn)定工作造成破壞，在極化期間，要復(fù)位磁場消除裝置的積分器，使積分器輸出保持為零，以避免對極化磁場做出響應(yīng)。極化磁場撤除后，磁場消除裝置的積分器啟動工作，受積分器時間常數(shù)限制，需要經(jīng)過一段時間，磁場消除裝置才能重新回到工作點上。在重新穩(wěn)定工作的這段時間內(nèi)，浪費了樣品信號檢測的時機，同時由于被測樣品的磁場沒有穩(wěn)定，也對樣品的核磁共振信號產(chǎn)生破壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種可復(fù)位的增量磁場消除裝置，用于解決現(xiàn)有磁場消除裝置在先激勵后檢測的SQUID弱磁探測系統(tǒng)中磁場消除應(yīng)用的缺陷，提供一種可復(fù)位的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其在外部控制輸入信號的控制下，復(fù)位時輸出為零，積分器不工作；啟動后可立即消除啟動時刻起環(huán)境磁場變化量，即消除增量磁場。
[0013]其中，可復(fù)位是指和超導(dǎo)量子干涉器SQUID磁探測系統(tǒng)一同在復(fù)位命令的控制下，輸出歸零，積分器不工作，躲避激勵磁場對系統(tǒng)的干擾。增量電壓積分是指在積分器復(fù)位控制解除后，積分器只對輸入電壓與解除時刻電壓值的差值，即增量電壓進(jìn)行積分。積分器從零開始輸出增量積分的電壓，并通過反饋線圈形成的負(fù)反饋磁場消除裝置實現(xiàn)了從復(fù)位解除時刻起的增量磁場的消除和抑制。
[0014]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其至少包括依次相連的磁傳感器、放大調(diào)理電路、零點可重置的積分電路、驅(qū)動電路及反饋線圈，
[0015]其中，所述磁傳感器放置在所述反饋線圈產(chǎn)生均勻磁場的中心局域；所述反饋線圈在其中心區(qū)域產(chǎn)生磁場的方向與所述磁傳感器檢測到的磁場的方向相同；
[0016]所述零點可重置的積分電路采用外部的控制輸入信號來控制其復(fù)位和啟動；通過控制所述控制輸入信號，所述零點可重置的積分電路在復(fù)位期間不工作，在復(fù)位結(jié)束后啟動積分功能，且只對復(fù)位結(jié)束時刻的輸入電壓的增量進(jìn)行積分。
[0017]根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述反饋線圈為亥姆霍茲線圈。
[0018]根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述零點可重置的積分電路包括減法器、采樣/保持器和積分器，其中，所述減法器正輸入端和采樣/保持器的輸入端均與所述放大調(diào)理電路的輸出端相連；所述采樣/保持器的輸出端接入減法器的負(fù)輸入端；所述減法器的輸出端再接入所述積分器；所述采樣/保持器通過所述控制輸入信號實現(xiàn)采樣和保持的切換。
[0019]進(jìn)一步地，根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述控制輸入信號為高電平時，所述采樣/保持器工作在采樣模式下，所述積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；所述控制輸入信號為低電平時，所述采樣/保持器工作在保持模式下，所述減法器輸出為保持時刻的輸入電壓的增量，所述增量進(jìn)入所述積分器積分，所述積分器進(jìn)入啟動增量電壓積分狀態(tài)。
[0020]根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述零點可重置的積分電路包括加法器、采樣/保持器、運算放大器和積分器，其中，所述放大調(diào)理電路的輸出端接入所述加法器的一個輸入端；所述加法器的輸出端接入所述運算放大器的負(fù)輸入端和所述積分器，所述運算放大器的正輸入端接地，所述運算放大器的輸出端接入所述采樣/保持器的輸入端，所述采樣/保持器的輸出端接入所述加法器的另一端；所述采樣/保持器通過所述控制輸入信號實現(xiàn)采樣和保持的切換。
[0021]進(jìn)一步地，根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述控制輸入信號為高電平時，所述采樣/保持器工作在采樣模式下，所述積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；所述控制輸入信號為低電平時，所述采樣/保持器工作在保持模式下，所述加法器的輸出為保持時刻的輸入電壓的增量，所述增量進(jìn)入積分器積分，所述積分器進(jìn)入啟動增量電壓積分狀態(tài)。
[0022]根據(jù)上述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其中:所述磁傳感器為磁電阻傳感器或磁通門傳感器或者是置于磁場消除區(qū)域的采用超導(dǎo)量子干涉器件的磁強計。
[0023]如上所述，本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，具有以下有益效果:
[0024](I)該磁場消除裝置可復(fù)位，與帶有射頻或強場激勵的SQUID高靈敏度磁信號檢測裝置配合工作時，可通過與SQUID傳感器同步復(fù)位的控制，避開激勵磁場對系統(tǒng)干擾；
[0025](2)本發(fā)明在傳統(tǒng)的基于反饋原理的磁場消除裝置基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種零點可任意重置的積分電路，即以復(fù)位解除時刻的環(huán)境磁場為工作零點，積分器從零開始積分，消除從此刻起環(huán)境磁場的增量。由于零點可重置積分電路啟動后，立即獲得零點重置的工作點，快速啟動環(huán)境場波動抵消功能，因此啟用速度快，最大限度地保留了 SQUID探測信號的時機，克服了傳統(tǒng)磁場消除裝置受固定工作點限制，而造成啟動時間長、浪費信號探測時機、破壞信號質(zhì)量的缺陷，完全能滿足基于SQUID的微弱磁探測系統(tǒng)的應(yīng)用需求；
[0026](3)該可復(fù)位的增量磁場消除裝置保持被測樣品區(qū)域的環(huán)境磁場穩(wěn)定，消除環(huán)境磁場的波動，避免SQUID探測器輸出的溢出，同時不對樣品信號造化影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1顯示為本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2顯示為本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3顯示為本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第一優(yōu)選實施例的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖4顯示為本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第二優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5顯示為本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第二優(yōu)選實施例的電路結(jié)構(gòu)圖。
[0032]元件標(biāo)號說明
[0033]I磁傳感器
[0034]2放大調(diào)理電路
[0035]3零點可重置的積分電路
[0036]4驅(qū)動電路
[0037]5反饋線圈

【具體實施方式】
[0038]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)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(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0039]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(guān)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(fù)雜。
[0040]圖1是本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，其包括依次相連的磁傳感器1、放大調(diào)理電路2、零點可重置的積分電路3、驅(qū)動電路4及反饋線圈5。磁傳感器I放置在反饋線圈5產(chǎn)生均勻磁場的中心局域；反饋線圈5在其中心區(qū)域產(chǎn)生磁場的方向與磁傳感器I檢測到的磁場的方向相同
[0041]其中，磁傳感器I采用采用矢量磁敏傳感器，如磁電阻傳感器或磁通門傳感器，或者是置于磁場消除區(qū)域的采用超導(dǎo)量子干涉器件的磁強計。
[0042]放大調(diào)理電路2用于對磁傳感器I輸出的信號進(jìn)行放大。
[0043]本發(fā)明中的積分器利用電容充放電原理，對輸入的電壓信號進(jìn)行積分，積分輸出接驅(qū)動電路4。
[0044]驅(qū)動電路4將輸入的電壓同比例的轉(zhuǎn)換成驅(qū)動線圈的電流，使得線圈產(chǎn)生和輸入電壓成比例的磁場。
[0045]本發(fā)明中的反饋線圈5采用的是亥姆霍茲線圈。亥姆霍茲線圈為兩個完全相同的線圈，彼此平行且法向中心軸重合。根據(jù)亥姆霍茲線圈的原理，兩個線圈通同方向等值的電流，將在兩線圈的中心區(qū)域產(chǎn)生均勻磁場。磁傳感器I放置在亥姆霍茲線圈的產(chǎn)生均勻磁場的中心局域，磁傳感器探頭檢測到的磁場向量和亥姆霍茲線圈在其中心區(qū)域產(chǎn)生的磁場方向保持一致，這樣亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場才能產(chǎn)生抵消磁傳感器測量的磁場，實現(xiàn)磁場抵消。
[0046]將磁傳感器I放置在要進(jìn)行環(huán)境磁場消除的空間中，磁傳感器I將檢測到的磁場轉(zhuǎn)換成電壓信號并輸入放大調(diào)理電路2進(jìn)行放大。放大后的磁傳感器電壓信號接入積分電路3，積分電路3的輸出為積分器的輸入電壓隨時間的積分。積分器3的輸出電壓接入驅(qū)動電路4，驅(qū)動采用亥姆霍茲線圈構(gòu)成的反饋線圈5，從而產(chǎn)生反饋磁場。該反饋磁場將抵消在磁傳感器I附近的環(huán)境磁場，使得磁傳感器I輸出的電壓減小，直到輸入積分器的電壓為零，積分器停止積分。此時本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置實現(xiàn)磁場抵消。
[0047]特別地，本發(fā)明中的零點可重置的積分電路能夠使積分器只對從復(fù)位解除時刻起的增量電壓進(jìn)行積分，從而只消除從復(fù)位解除時刻起變化的環(huán)境磁場，而不消除已存在的環(huán)境磁場，可快速實現(xiàn)建立反饋平衡。
[0048]如圖2所示，本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第一優(yōu)選實施例中，將放大后的磁傳感器電壓信號\分為兩路，一路接入減法器的正輸入端，另一路接入采樣/保持器的輸入端；采樣/保持器的輸出端接入減法器的負(fù)輸入端；減法器的輸出端再接入積分器，從而得到積分后的電壓信號Vo。
[0049]其中，采樣/保持器通過外部的控制輸入信號來實現(xiàn)采樣和保持的切換。定義控制輸入信號為高電平時，米樣/保持器工作在米樣模式下，此時米樣/保持器輸出同輸入端，等同于跟隨器。此時減法器輸出為零，積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)?？刂戚斎胄盘枮榈碗娖綍r，采樣/保持器工作在保持模式下，其輸出為采樣跳變?yōu)楸３謺r刻的電壓。此時減法器輸出為保持時刻的輸入電壓\的增量，該增量送入積分器開始積分，積分器進(jìn)入啟動增量電壓積分狀態(tài)。
[0050]圖3即為上述零點可重置的積分電路的具體電路結(jié)構(gòu)。如圖所示，輸入電壓Vi分為兩路，一路接電阻R1, R1另一端接運算放大器Ul的負(fù)輸入端。電容C1為積分電容，一端接入運算放大器Ul的負(fù)輸入端，另一端接入運算放大器Ul的輸出端。電阻R2 —端接入運算放大器的負(fù)輸入端，另一端接入單刀雙擲開關(guān)SWl的定點。SWl常閉觸點I接地，常開觸點2接入運算放大器Ul的輸出端。Sffl由控制輸入信號控制，當(dāng)控制輸入信號為高電平時，Sffl切換到觸點2，電阻R2與運算放大器Ul的輸出端連接，構(gòu)成反比例放大器；當(dāng)控制輸入信號為低電平時，Sffl切換到觸點1，電阻R2接地。輸入電壓Vi的另一路接入采樣/保持器，采樣/保持器的控制輸入信號與SWl的控制輸入信號為同一個控制輸入信號。在控制輸入信號為高電平時，采樣/保持器工作在采樣模式；控制輸入信號為低電平時，采樣/保持器工作在保持模式。采樣/保持器的輸出端接入電阻R3,電阻R3另一端接入運算放大器Ul的正輸入端，運算放大器Ul的輸出端接積分電路的輸出端。同時，運算放大器Ul的正輸入端接入電阻R4和電容C2，電阻R4和電容C2另一端都接地。電容C2和積分電容C1的取值相同。電阻R1' R2、R3和R4的取值相同，通常取Ik?10k。
[0051]在上述電路中，在控制輸入信號為高電平時，米樣/保持器工作在米樣模式下。輸入電壓Vi分兩路接入運算放大器正負(fù)輸入端，運算放大器Ul的輸出為O，因此積分電路不工作，保持零輸出。當(dāng)控制輸入信號為低電平時，采樣/保持器工作在保持模式下，同時，SWl切換到與觸點I接通模式，此時運算放大器Ul工作在積分器模式下，積分器輸出為輸入電壓跳變?yōu)楸３謺r刻的電壓增量對時間的積分。
[0052]如圖4所示，本發(fā)明的零點可重置的積分電路的第二優(yōu)選實施例中，放大后的磁傳感器電壓信號\接入加法器的一個輸入端，加法器輸出端接入運算放大器的負(fù)輸入端。運算放大器的正輸入端接地，運算放大器的輸出端接入采樣/保持器的輸入端，采樣/保持器的輸出端接入加法器的另一輸入端。同時，加法器的輸出端再接入積分器，從而得到積分后的電壓信號Vo。
[0053]采樣/保持器通過外部的控制輸入信號來實現(xiàn)采樣和保持的切換。定義控制輸入信號為高電平時，采樣/保持器工作在采樣模式下。加法器和運算放大器構(gòu)成反比例放大器，采樣/保持器的輸出正好為-Vi,則加法器的輸出為零，積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)?？刂戚斎胄盘枮榈碗娖綍r，米樣/保持器工作在保持模式下。加法器的輸出為保持時刻的輸入電壓增量，該增量送入積分器開始積分。
[0054]圖5即為上述零點可重置的積分電路的具體電路結(jié)構(gòu)。如圖所示，磁傳感器放大后的電壓信號Vi輸入到圖5中的電阻R1A1的另一端接入運算放大器Ul的負(fù)輸入端，運算放大器Ul的正輸入端接地。電阻R2 —端接運算放大器Ul的負(fù)輸入端，另一端接采樣/保持器的輸出端。采樣/保持器由外部的控制輸入信號進(jìn)行采樣保持模式的控制，當(dāng)控制輸入信號為高電平時，采樣/保持器工作在采樣模式；當(dāng)控制輸入信號為低電平時，采樣/保持器工作在保持模式。采樣/保持器的輸入端連接運算放大器Ul的輸出端。電容C1為積分電容，電容C1的一端接運算放大器的負(fù)輸入端,另一端接積分電路的輸出端。電阻R3 +端接積分電路的輸出端，另一端接地，用于對積分電容C1的放電。單刀單擲開關(guān)SWl的一端連接運算放大器Ul的輸出端，另一端連接積分電路的輸出端。SWl的控制輸入信號與采樣/保持器的控制輸入信號為同一個控制輸入信號。控制輸入信號為高電平時，Sffl斷開；控制輸入信號為低電平時，Sffl接通。
[0055]當(dāng)控制輸入信號為高電平時，米樣/保持器工作在米樣模式下，即輸出等同于輸入(1:1跟隨)。此時運算放大器Ul工作在反比例放大的模式下，即運算放大器Ul的輸出電壓為輸入電壓Vi的-?/?倍。根據(jù)運算放大器正負(fù)輸入端虛短的工作原理，運算放大器Ul的負(fù)輸入端與正輸入端電壓是相同的，都為零電壓。同時SWl斷開，即積分電路的輸出端Vo與運算放大器Ul的輸出端斷開。積分電路的輸出通過電阻R3接地，其輸出為零。當(dāng)控制輸入信號為低電平時，采樣/保持器處于保持狀態(tài)，輸出鎖定保持時刻的運算放大器Ui的輸出電壓，并保持不變，同時SWl閉合，積分電容C1跨接在運算放大器Ul的輸出端和負(fù)輸入端之間，與電阻R1構(gòu)成一個積分器電路。此時積分電路的輸出Vo與運算放大器Ul的輸出端連通，運算放大器Ul輸出Vi從保持時刻起的增量電壓隨時間的積分。
[0056]綜上所述，在傳統(tǒng)的采用普通積分器的磁場消除裝置中，加入本發(fā)明設(shè)計的零點可重置的積分電路，并使用外部復(fù)位信號作為積分電路的控制輸入信號，即可實現(xiàn)在復(fù)位期間磁場消除裝置不輸出，不受干擾；而復(fù)位結(jié)束后，零點可重置的積分電路只對復(fù)位結(jié)束時刻起增量的電壓進(jìn)行積分，從而實現(xiàn)快速、即時的增量磁場反饋消除。本發(fā)明的可復(fù)位的增量磁場消除裝置配合SQUID微弱磁信號檢測系統(tǒng)同時工作，實現(xiàn)SQUID探測器運行環(huán)境磁場的平穩(wěn)，確保SQUID傳感器以最大靈敏度測量，且不造成溢出。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0057]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(shù)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(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)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(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于，所述可復(fù)位的增量磁場消除裝置至少包括依次相連的磁傳感器、放大調(diào)理電路、零點可重置的積分電路、驅(qū)動電路及反饋線圈， 其中，所述磁傳感器放置在所述反饋線圈產(chǎn)生均勻磁場的中心局域；所述反饋線圈在其中心區(qū)域產(chǎn)生磁場的方向與所述磁傳感器檢測到的磁場的方向相同； 所述零點可重置的積分電路采用外部的控制輸入信號來控制其復(fù)位和啟動；通過控制所述控制輸入信號，所述零點可重置的積分電路在復(fù)位期間不工作，在復(fù)位結(jié)束后啟動積分功能，且只對復(fù)位結(jié)束時刻的輸入電壓的增量進(jìn)行積分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述反饋線圈為亥姆霍茲線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述零點可重置的積分電路包括減法器、采樣/保持器和積分器，其中，所述減法器正輸入端和采樣/保持器的輸入端均與所述放大調(diào)理電路的輸出端相連；所述采樣/保持器的輸出端接入減法器的負(fù)輸入端；所述減法器的輸出端再接入所述積分器；所述采樣/保持器通過所述控制輸入信號實現(xiàn)采樣和保持的切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述控制輸入信號為高電平時，所述采樣/保持器工作在采樣模式下，所述積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；所述控制輸入信號為低電平時，所述采樣/保持器工作在保持模式下，所述減法器輸出為保持時刻的輸入電壓的增量，所述增量進(jìn)入所述積分器積分，所述積分器進(jìn)入啟動增量電壓積分狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述零點可重置的積分電路包括加法器、采樣/保持器、運算放大器和積分器，其中，所述放大調(diào)理電路的輸出端接入所述加法器的一個輸入端；所述加法器的輸出端接入所述運算放大器的負(fù)輸入端和所述積分器，所述運算放大器的正輸入端接地，所述運算放大器的輸出端接入所述采樣/保持器的輸入端，所述采樣/保持器的輸出端接入所述加法器的另一端；所述采樣/保持器通過所述控制輸入信號實現(xiàn)采樣和保持的切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述控制輸入信號為高電平時，所述采樣/保持器工作在采樣模式下，所述積分器不工作，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；所述控制輸入信號為低電平時，所述采樣/保持器工作在保持模式下，所述加法器的輸出為保持時刻的輸入電壓的增量，所述增量進(jìn)入積分器積分，所述積分器進(jìn)入啟動增量電壓積分狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可復(fù)位的增量磁場消除裝置，其特征在于:所述磁傳感器為磁電阻傳感器或磁通門傳感器或者是置于磁場消除區(qū)域的采用超導(dǎo)量子干涉器件的磁強計。
【文檔編號】G01R15/00GK104345195SQ201310347111
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 謝曉明 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所