绝对磁场测量设备及所适用的绝对磁场测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种绝对磁场测量技术，特别是涉及一种绝对磁场测量设备及所适用 的绝对磁场测量方法。
【背景技术】
[0002] 磁场测量在宇宙天文、生物医疗、地球物理勘探中具有重要的意义。比如：宇宙地 磁测量、脑磁/心磁信号测量诊断、大地磁信号测量勘探等。如何精确的测量到磁场信号， 尤其是绝对磁场信号，在磁信号反演过程中至关重要。
[0003] 目前所使用的绝对磁场测量设备是利用磁通门计来测量磁场环境的绝对磁场。磁 通门磁传感器的噪声最低在ΙΟρΤ/Ηζ 1/2左右，带宽也比较低在小于3kHz左右，由于磁通门 计对于3kHz以上的带宽无法及时响应，对于变化极快的磁场的绝对值测量是无法测得瞬 变时的绝对磁场。
[0004] 另外，目前还有一种具有高灵敏度的磁通传感器：超导量子干涉器件（SQUID)，能 测量微弱磁信号，且极其灵敏。这种器件由于磁通到电压传输特性曲线是类正弦的周期信 号，因此SQUID常常工作在磁通锁定环路下使SQUID的传输特性线性化；同时，也正是因为 SQUID磁通到电压传输特性曲线是类正弦周期的，与SQUID链接的读出电路所锁定的工作 点可以锁定在任一周期中的一点上，是不确定的，因而SQUID测到的信号只能是相对于锁 定点处磁场的相对值。
[0005] 如何利用SQUID的高灵敏度来测量瞬变带宽过大的绝对磁场测量值，是本领域技 术人员所要解决的问题。
【发明内容】
[0006] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种绝对磁场测量设备及 所适用的绝对磁场测量方法，用于解决现有技术中瞬变带宽过大时绝对磁场无法高精度的 测量的问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种绝对磁场测量设备，包括：设置 在超导环境中的三轴超导量子干涉器磁强计包括：沿三个不同轴向设置的超导量子干涉器 磁传感器；与所述三轴超导量子干涉器磁强计处于同一磁场环境且设置在常温环境中的三 轴磁通门计，其中，所述三轴磁通门计的每个轴向与所对应的超导量子干涉器磁传感器感 应同一轴向的磁场；与所述三轴超导量子干涉器磁强计和三轴磁通门计相连的数据采集处 理装置，用于利用各轴向的所述超导量子干涉器磁传感器所测得的相对测量值来拟合所述 磁场环境的绝对测量拟合值，以便所述磁场拟合值与所述三轴磁通门计所测得的绝对磁场 值的均方误差最小，并根据所述三轴超导量子干涉器磁强计所测得的相对测量值和所拟合 的各绝对测量拟合值中的直流分量来确定所述磁场环境的绝对值。
[0008] 优选地，所述三轴磁通门计的各轴向和所对应的各轴向的超导量子干涉器磁传感 器彼此平行。
[0009] 优选地，所述超导量子干涉器磁传感器沿彼此正交的轴向设置，
[0010] 优选地，所述三轴超导量子干涉器磁强计放置在盛放液氮或液氦的杜瓦中。
[0011] 优选地，所述三轴磁通门计放置在所述杜瓦的上盖。
[0012] 优选地，所述数据采集处理装置包括：与所述三轴超导量子干涉器磁强计和三 轴磁通门计相连的采集单元，用于采集多组所述三轴超导量子干涉器磁强计所输出的相 对测量值，及多组所述三轴磁通门计所输出的绝对测量值，其中，每组中包含多次同步 采集的相对测量值和绝对测量值；与所述采集单元相连的数据处理单元，用于利用公式 ?/I +爲Ay + r/L + A和所述采集单元所采集的各组所述三轴超导量子干涉 器磁强计在各轴向的相对测量值来拟合所述磁场环境的绝对测量拟合值，使得所述磁场 拟合值与所述三轴磁通门计所测得的绝对磁场值的均方误差最小，并利用公式（Msx+Kx)、 (Msy+Ky)、（msz+kz)分别得到三个轴的磁场绝对值；其中，从二_为χ、γ、ζ轴向中一个轴向的绝 对测量拟合值，Msx、Msy、Msz分别为三个轴向的超导量子干涉器磁传感器所测得的相对测量 值，ai、βρ Yi分别为X、Y、Z轴向中同一轴向的拟合系数，KiSX、Y、Z轴向中一个轴向的 直流分量，M为所得到的绝对值，K x、Ky、Kz分别为所拟合的三个轴向的直流分量。
[0013] 优选地，所述拟合方式为最小二乘拟合法。
[0014] 基于上述目的，本发明还提供一种利用如上任一所述的绝对磁场测量设备来进行 绝对磁场测量的方法，包括：1)采集所述三轴超导量子干涉器磁强计所输出的相对测量值， 及所述三轴磁通门计所输出的绝对测量值；2)利用各轴向的所述超导量子干涉器磁传感器 所测得的相对测量值来拟合所述磁场环境的绝对测量拟合值，以便所述磁场拟合值与所述 三轴磁通门计所测得的绝对磁场值的均方误差最小；3)根据所述三轴超导量子干涉器磁强 计所测得的相对测量值和所拟合的各绝对测量拟合值中的直流分量来确定所述磁场环境 的绝对值。
[0015] 优选地，所述步骤2)包括：利用公式< =AMsx +爲Msy + riMs_ + K和多次采 集的所述三轴超导量子干涉器磁强计在各轴向的相对测量值来拟合所述磁场环境的绝对 测量拟合值，使得所述磁场拟合值与所述三轴磁通门计所测得的绝对磁场值的均方误差最 小，其中，M二为X、γ、Z轴向中一个轴向的绝对测量拟合值，Msx、Msy、Msz分别为三个轴向的 超导量子干涉器磁传感器所测得的相对测量值，a i、β i、Y i分别为X、Y、Z轴向中同一轴向 的拟合系数，Ki为X、Y、Z轴向中一个轴向的直流分量；
[0016] 所述步骤3)包括：并利用公式（Msx+Kx)、(Msy+Ky)、(M sz+Kz)分别得到三个轴的磁场 绝对值；其中，M为所得到的绝对值，Kx、K y、Kz分别为所拟合的三个轴向的直流分量。
[0017] 优选地，所述拟合方式为最小二乘拟合法。
[0018] 如上所述，本发明的绝对磁场测量设备及所适用的绝对磁场测量方法，具有以下 有益效果：利用测量带宽高、灵敏度高的三轴超导量子干涉器磁强计来计算误差最小时的 绝对测量值的变化量，能够在磁场瞬间变化时，高精度的测得磁场的绝对测量值。
【附图说明】
[0019] 图1显示为本发明的绝对磁场测量设备的结构示意图。
[0020] 图2显示为本发明绝对磁场测量方法的流程图。
[0021] 元件标号说明
[0022] I 绝对磁场测量设备 II 三轴超导量子干涉器磁强计 12 三轴磁通门计 13 数据处理装置 14 杜瓦 Sl~S3 步骤
【具体实施方式】
[0023] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0024] 请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合 说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的 限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在 不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容 得能涵盖的范围内。
[0025] 如图1所示，本发明提供一种绝对磁场测量设备。所述绝对磁场测量设备1包括： 三轴超导量子干涉器磁强计11、三轴磁通门计12、数据采集处理装置133。
[0026] 所述三轴超导量子干涉器磁强计11包括三个轴向的超导量子干涉器磁传感器， 并设置在超导环境中，其中，所述超导环境指温度在4. 2开尔文(相当于-269摄氏度)或77 开尔文左右的环境中。通常，所述超导环境由封装有液氮或液氦的杜瓦14提