一种环境噪声抑制方法及设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种环境噪声抑制方法及设备，所述环境噪声抑制设备包括探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件，读出电路，所述环境噪声抑制方法包括以下步骤：采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号；利用所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件；令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。本发明无需单独增加一阶梯度参考量，采用制备工艺之间的关联特性，在二个维度上进行梯度合成，从而在大大提高梯度计的噪声抑制性能，简化系统探测结构。
【专利说明】
一种环境噪声抑制方法及设备
技术领域
[0001]本发明属于微弱磁探测技术领域，特别是涉及一种环境噪声抑制方法及设备。
【背景技术】
[0002]作为一种极高灵敏度的磁传感器，超导量子干涉器件(Superconducting QuantumInterference Device，SQUID)广泛地应用于生物磁、低场核磁共振、地球物理、无损检测等微弱磁探测领域【PROCEEDINGS OF THE IEEE，V0L.92,N0.10，1534-1548】。
[0003]SQUID微弱磁探测面临的一个主要挑战之一是抑制强大的环境磁场。以生物磁信号为例，心磁和脑磁的典型强度分为几十PT和百fT量级，而环境磁场非常强，如地球磁场的典型强度为30?50μΤ，城市环境磁场的变化也达到了数百nT。为了有效地抑制环境磁场，除了高性能的磁屏蔽室，SQUID硬件梯度计技术得到了广泛的使用，尤其在无屏蔽环境条件下。
[0004]从梯度计的制备工艺出发，主要有轴向和平面两种，根据不同的探测梯度，其阶数有一阶、二阶、更高阶等。以二阶梯度计为例，理想情况下，二阶梯度计只对磁场的二阶梯度产生响应。然而，实际制备工程中，由于本身不平衡性的存在，SQUID梯度计不可避免地会对均匀场及低阶梯度场产生响应，从而极大地降低了梯度计的噪声抑制性能。为了提高梯度计的平衡性，合成梯度方法得到了广泛的使用。
[0005]合成梯度方法是通过增加多个参考通道，利用参考通道的输出去扣除探测通道的不平衡响应。目前，最常用的参考结构是三轴磁强计。此方法虽然有效，然而三轴磁强计仅仅只能补偿均匀磁场量，实际应用中很难达到很好的噪声抑制效果，尤其是在比较嘈杂的环境中。为此，一种最直接的办法是增加一阶或全张量一阶梯度参考，此配置虽然一定程度上可以增加梯度计的噪声抑制性能，但这样会导致系统的复杂度大大增加，而且如何获取可靠的一阶梯度本身就比较困难。
[0006]因此，如何提供一种环境噪声抑制方法及设备，以解决现有技术中合成梯度抑制噪声方法复杂度高，无法获取可靠的一阶梯度等缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]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环境噪声抑制方法及设备，用于解决现有技术中合成梯度抑制噪声方法复杂度高，无法获取可靠的一阶梯度的问题。
[0008]为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种环境噪声抑制方法，应用于环境噪声抑制设备，所述环境噪声抑制设备包括探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件，读出电路，所述环境噪声抑制方法包括以下步骤:采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号;利用所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件；令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。
[0009]于本发明的一实施例中，令所述第二梯度输出信号补偿第一梯度输出信号是指令所述第二梯度输出信号与所述第一梯度输出信号之间进行幅度相减。
[0010]本发明另一方面提供一种环境噪声抑制设备，所述环境噪声抑制设备包括:无磁杜瓦;放置于所述无磁杜瓦的内部空间的探测梯度组件，参考梯度组件;超导量子干涉器件三轴磁强计组件，放置于所述探测梯度组件和参考梯度组件之间，并置于所述探测梯度组件和参考梯度组件上方;采集组件，与所述探测梯度组件，参考梯度组件连接，用于采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号；超导量子干涉器件三轴磁强计组件，放置于所述探测梯度组件和参考梯度组件之间，用于分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件;读出电路，与所述探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强组件连接，用于调节所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件，探测梯度组件，参考梯度组件的工作参数;梯度合成组件，与所述采集组件连接，用于令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。
[0011]于本发明的一实施例中，所述探测梯度组件通过探测梯度线圈和探测超导量子干涉器件构成;所述参考梯度组件通过参考梯度线圈和参考超导量子干涉器件构成。
[0012]于本发明的一实施例中，所述无磁杜瓦包括无磁杜瓦塞子和低温连接座，所述无磁杜瓦塞子用于密封所述无磁杜瓦。
[0013]于本发明的一实施例中，所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件包括多个超导量子干涉器件平面磁强计;所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件固定于所述立方体基座的正交方向上，且位于所述探测梯度组件与所述参考梯度组件中央。
[0014]于本发明的一实施例中，所述探测梯度组件与所述参考梯度组件之间的间距小于等于无磁杜瓦塞子的直径，大于20_。
[0015]于本发明的一实施例中，所述探测梯度组件和参考梯度组件分别平行放置于所述低温连接座内部两侧。
[0016]于本发明的一实施例中，所述读出电路放置在所述无磁杜瓦塞子顶部。
[0017]如上所述，本发明的环境噪声抑制方法及设备，具有以下有益效果:
[0018]本发明所述的环境噪声抑制方法及设备无需单独增加一阶梯度参考量，采用制备工艺之间的关联特性，在二个维度上进行梯度合成，从而在大大提高梯度计的噪声抑制性能，简化系统探测结构。
【附图说明】
[0019]图1显示为本发明的环境噪声抑制方法于一实施例中的流程示意图。
[0020]图2显示为本发明的二维梯度合成实验结果示意图。
[0021]图3显示为本发明的环境噪声抑制设备于一实施例中的原理结构示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]10 环境噪声抑制设备
[0024]I无磁杜瓦
[0025]2 探测梯度组件
[0026]3 参考梯度组件
[0027]4超导量子干涉器件三轴
[0028]磁强计组件
[0029]5读出电路
[0030]6采集组件
[0031]7梯度合成组件
[0032]11无磁杜瓦塞子
[0033]12低温连接座
[0034]21探测梯度线圈
[0035]22探测超导量子干涉器件
[0036]31参考梯度线圈
[0037]32参考超导量子干涉器件
[0038]SI?S3 步骤
【具体实施方式】
[0039]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员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与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0041 ] 实施例一
[0042]本实施例所提供的环境噪声抑制方法，与传统方法相比，本方法无需单独增加环境磁场的一阶梯度参考量，采用与探测通道制备工艺和探测量一致的梯度计作为参考，放置在水平方向上，利用梯度计本身响应的关联特性进行补偿，从而实现高效的噪声抑制性會K。
[0043]本实施例提供一种环境噪声抑制方法，该环境噪声抑制方法应用于环境噪声抑制设备，所述环境噪声抑制设备包括探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件，读出电路。本实施例中，在执行所述环境噪声抑制方法之前需搭建SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)测量环境，在该SQUID测量环境下需制备探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件。在本实施例中，基于相同的制备工艺，分别制备SQUID探测梯度组件和参考梯度组件，二者的探测分量保持一致。根据实际的制备工艺情况，可选择制备一个传统的三轴磁强计。
[0044]请参阅图1，显示为环境噪声抑制方法于一实施例中的流程示意图。如图1所示，所述环境噪声抑制方法包括以下步骤:
[0045]SI，所述探测梯度组件与参数读取电路之间形成一条探测梯度通道，所述参考梯度组件与参数读取电路之间形成另一条参考梯度通道。通过探测梯度通道和参考梯度通道采集源于所述探测梯度组件第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号。所述第一梯度输出信号为探测梯度通道的输出电压信号。所述第二梯度输出信号为参考梯度通道的输出电压信号。
[0046]S2，利用所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件;作为参考组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件用于辅助补偿探测梯度组件和参考梯度组件之前的响应偏差。
[0047]S3，令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。在本实施例中，所述令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿的步骤是指令所述第二梯度输出信号与所述第一梯度输出信号之间进行幅度相减。请参阅图2，显示为二维梯度合成实验结果示意图。如图2所示，横轴表示时间，纵轴表示磁场幅度，最上方为第一梯度输出信号的幅值示意图，中间为第二梯度输出信号的幅值示意图，最下方为经过二维梯度合成后的合成信号的幅值示意图。
[0048]本实施例所述的环境噪声抑制方法利用线圈工艺之间的关联特性进行噪声抑制，无需考虑复杂的一阶梯度参考，从而在保证高性能噪声抑制的同时，简化整个探测系统。
[0049]实施例二
[0050]本实施例提供一种环境噪声抑制设备10，请参阅图3，显示为环境噪声抑制设备于一实施例中的原理结构示意图。如图3所示，所述环境噪声抑制设备10包括:
[0051]具有一容置空间的无磁杜瓦I。见图3，所述无磁杜瓦I包括无磁杜瓦塞子11和低温连接座12，所述无磁杜瓦塞子11用于密封所述无磁杜瓦以形成一密闭空间。
[0052]放置于所述无磁杜瓦I内部空间的探测梯度组件2和参考梯度组件3。在本实施例中，所述探测梯度组件2通过探测梯度线圈21和探测超导量子干涉器件22构成。所述参考梯度组件3通过参考梯度线圈31和参考超导量子干涉器件32构成。在本实施例中，所述探测梯度组件2和参考梯度组件3分别平行放置于所述立方体基座12内部两侧。
[0053]在本实施例中，根据无磁杜瓦I的内部空间，调节探测梯度组件2和参考梯度组件3之间的间距，使得参考梯度计尽量远离信号源。所述探测梯度组件与所述参考梯度组件之间的间距小于等于无磁杜瓦塞子的直径，大于20_。
[0054]放置于所述探测梯度组件2和参考梯度组件3之间，且置于所述探测梯度组件和参考梯度组件上方的超导量子干涉器件三轴磁强计组件4用于分别补偿所述探测梯度组件2和所述参考梯度组件3，即超导量子干涉器件三轴磁强计组件4作为参考组件辅助补偿所述探测梯度组件2和所述参考梯度组件3之前的响应偏差。在本实施例中，所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件4包括3个超导量子干涉器件平面磁强计;所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件4固定于所述立方体基座12的三个正交方向上，且位于所述探测梯度组件2与所述参考梯度组件3中央。
[0055]与所述探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件连接，并放置在所述无磁杜瓦顶部的读出电路5用于调节探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件的工作参数，使之正常工作，并锁定输出；SQUID引线连接读出电路
5。逐个调节SQUID的工作参数，使得SQUID探测组件处于正常工作状态，并锁定。在本实施例中，所述探测梯度组件2与读出电路5之间形成一条探测梯度通道，所述参考梯度组件3与读出电路5之间形成另一条参考梯度通道。
[0056]与所述读出电路5连接的采集组件6用于采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号。所述第一梯度输出信号为探测梯度通道的输出电压信号。所述第二梯度输出信号为参考梯度通道的输出电压信号。
[0057]与所述采集组件6连接的梯度合成组件7用于令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。在本实施例所述梯度合成组件具体用于令所述第二梯度输出信号与所述第一梯度输出信号之间进行幅度相减。
[0058]综上所述，本发明所述的环境噪声抑制方法及设备无需单独增加一阶梯度参考量，采用制备工艺之间的关联特性，在二个维度上进行梯度合成，从而在大大提高梯度计的噪声抑制性能，简化系统探测结构。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0059]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种环境噪声抑制方法，其特征在于，应用于环境噪声抑制设备，所述环境噪声抑制设备包括探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强计组件，读出电路，所述环境噪声抑制方法包括以下步骤: 采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号； 利用所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件； 令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。2.根据权利要求1所述的环境噪声抑制方法，其特征在于:令所述第二梯度输出信号补偿第一梯度输出信号是指令所述第二梯度输出信号与所述第一梯度输出信号之间进行幅度相减。3.一种环境噪声抑制设备，其特征在于，所述环境噪声抑制设备包括: 无磁杜瓦； 放置于所述无磁杜瓦的内部空间的探测梯度组件，参考梯度组件； 超导量子干涉器件三轴磁强计组件，放置于所述探测梯度组件和参考梯度组件之间，并置于所述探测梯度组件和参考梯度组件上方； 采集组件，与所述探测梯度组件，参考梯度组件连接，用于采集源于所述探测梯度组件的第一梯度输出信号和源于所述参考梯度组件的第二梯度输出信号； 超导量子干涉器件三轴磁强计组件，放置于所述探测梯度组件和参考梯度组件之间，用于分别补偿所述探测梯度组件和所述参考梯度组件； 读出电路，与所述探测梯度组件，参考梯度组件，超导量子干涉器件三轴磁强组件连接，用于调节所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件，探测梯度组件，参考梯度组件的工作参数； 梯度合成组件，与所述采集组件连接，用于令所述第一梯度输出信号与第二梯度输出信号相互补偿以合成二维梯度抑制环境噪声。4.根据权利要求3所述的环境噪声抑制设备，其特征在于: 所述探测梯度组件通过探测梯度线圈和探测超导量子干涉器件构成； 所述参考梯度组件通过参考梯度线圈和参考超导量子干涉器件构成。5.根据权利要求3所述的环境噪声抑制设备，其特征在于:所述无磁杜瓦包括无磁杜瓦塞子和低温连接座，所述无磁杜瓦塞子用于密封所述无磁杜瓦。6.根据权利要求5所述的环境噪声抑制设备，其特征在于:所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件包括多个超导量子干涉器件平面磁强计;所述超导量子干涉器件三轴磁强计组件固定于所述立方体基座的正交方向上，且位于所述探测梯度组件与所述参考梯度组件中央。7.根据权利要求5所述的环境噪声抑制设备，其特征在于:所述探测梯度组件与所述参考梯度组件之间的间距小于等于无磁杜瓦塞子的直径，大于20_。8.根据权利要求3所述的环境噪声抑制设备，其特征在于:所述探测梯度组件和参考梯度组件分别平行放置于所述低温连接座内部两侧。9.根据权利要求3所述的环境噪声抑制设备，其特征在于:所述读出电路放置在所述无磁杜瓦塞子顶部。
【文档编号】G01R33/00GK105866710SQ201610192292
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】张树林, 张朝祥, 谢晓明
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所