本發(fā)明涉及磁屏蔽領(lǐng)域，特別是涉及一種基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高性能的被動(dòng)磁屏蔽，磁屏蔽體的形狀的變化對(duì)屏蔽效果有影響，且屏蔽因數(shù)受外場(chǎng)影響，且兩者之間有一定依賴關(guān)系。

磁粉探傷需要將鋼鐵等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉分布來(lái)顯示被探測(cè)物件表面缺陷和近表面缺陷。該探傷方法的特點(diǎn)是顯示直觀，但需要對(duì)待測(cè)構(gòu)件進(jìn)行磁化，耗時(shí)長(zhǎng)、需要額外配置磁化設(shè)備，且該檢測(cè)方法靈敏度偏低，只能檢測(cè)出比較大尺寸的裂紋缺陷。另一種方法是渦流檢測(cè)，把待測(cè)構(gòu)件置于交變磁場(chǎng)之中，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行激勵(lì)，進(jìn)而拾取激勵(lì)渦流的磁場(chǎng)信息，從而判斷待測(cè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)信息。該檢測(cè)方法檢測(cè)靈敏度相對(duì)較高，可在高溫狀態(tài)、工件的狹窄區(qū)域、深孔壁等進(jìn)行檢測(cè)，但檢測(cè)系統(tǒng)需要額外配置激勵(lì)線圈對(duì)待測(cè)樣件進(jìn)行激勵(lì)，根據(jù)不同的待測(cè)樣件還需要選擇不同的激勵(lì)信號(hào)，對(duì)檢測(cè)深度與檢測(cè)靈敏度是相互矛盾的，對(duì)一種材料進(jìn)行渦流檢測(cè)時(shí)，須根據(jù)材質(zhì)、表面狀態(tài)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作綜合考慮，然后再確定檢測(cè)方案與技術(shù)參數(shù)等。

尤其是在進(jìn)行pT量級(jí)的微弱磁場(chǎng)成像研究中存在以下缺點(diǎn)：第一，由于磁場(chǎng)隨距離的三次方反比例衰減，在遠(yuǎn)距離故障診斷實(shí)現(xiàn)方面具有一定的難度；第二，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)信噪比有更高的要求，一般磁通門計(jì)和GMR\GMI難以達(dá)到需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量信號(hào)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高的基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)。

本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)，其中，包括上位機(jī)、主動(dòng)磁屏蔽裝置、三維移動(dòng)平臺(tái)、超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器和低溫杜瓦裝置，超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器設(shè)置在低溫杜瓦裝置內(nèi)部，三維移動(dòng)平臺(tái)安裝在主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部，三維移動(dòng)平臺(tái)的控制端與三維移動(dòng)平臺(tái)控制器的控制信號(hào)輸出端連接，主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部還設(shè)置有超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器，超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器的控制端與傳感器控制器的控制信號(hào)輸出端連接，上位機(jī)的控制端分別與三維移動(dòng)平臺(tái)控制器和傳感器控制器的控制信號(hào)接收端連接，

主動(dòng)磁屏蔽裝置又包括主屏蔽控制器、超導(dǎo)環(huán)和三軸亥姆霍茲線圈，主屏蔽控制器又包括磁通門計(jì)、x軸高精度電流源、y軸高精度電流源和z軸高精度電流源，上位機(jī)的控制信號(hào)輸出端分別與x軸高精度電流源、y軸高精度電流源和z軸高精度電流源的控制端連接，x軸高精度電流源、y軸高精度電流源和z軸高精度電流源的電流輸出端分別與三軸亥姆霍茲線圈上三個(gè)不同維度的線圈連接，三軸亥姆霍茲線圈的中心位置固定有超導(dǎo)環(huán)，超導(dǎo)環(huán)固定在三維移動(dòng)平臺(tái)頂端，超導(dǎo)環(huán)的中心位置設(shè)置有三維磁通門探頭，三維磁通門探頭的信號(hào)輸出端與磁通門計(jì)的信號(hào)接收端連接，磁通門計(jì)的信號(hào)輸出端與上位機(jī)的反饋信號(hào)接收端連接。

本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)，其中所述超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器位于主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部。

本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)，其中所述三維移動(dòng)平臺(tái)位于主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部。

本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：本發(fā)明采用三軸亥姆霍茲線圈制成的主動(dòng)磁屏蔽裝置，主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部形成一個(gè)柱形的屏蔽區(qū)域，該屏蔽區(qū)域?yàn)殚_(kāi)放的空間，對(duì)瞬態(tài)、諧態(tài)磁場(chǎng)具有優(yōu)秀的屏蔽能力，提供了10nT內(nèi)均勻的磁場(chǎng)，不僅屏蔽恒定的磁場(chǎng)，也屏蔽低頻和中頻磁場(chǎng)的干擾，整個(gè)裝置方便移動(dòng)，不需要搭建昂貴的磁屏蔽室。主動(dòng)磁屏蔽裝置內(nèi)部在屏蔽磁場(chǎng)方向光學(xué)透明，在屏蔽區(qū)域內(nèi)部可完成對(duì)定位樣品和三維磁通門探頭的自由移動(dòng)，同時(shí)方便觀測(cè)定位樣品的位置。以三維移動(dòng)平臺(tái)作為樣品運(yùn)動(dòng)載體，通過(guò)上位機(jī)對(duì)三維平臺(tái)控制器進(jìn)行控制，使得超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器能夠在待測(cè)構(gòu)件的表面完成準(zhǔn)確的、快速的平面掃描式磁場(chǎng)檢測(cè)，掃描的準(zhǔn)確度大大提高。因此，對(duì)生物磁測(cè)量和無(wú)損檢測(cè)測(cè)量應(yīng)用提供良好的前景。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)的掃描成像圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括上位機(jī)2’、主動(dòng)磁屏蔽裝置1、三維移動(dòng)平臺(tái)4和超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器3，沿水平方向設(shè)置的三維移動(dòng)平臺(tái)4安裝在主動(dòng)磁屏蔽裝置1內(nèi)部，三維移動(dòng)平臺(tái)4的控制端與外部的三維移動(dòng)平臺(tái)控制器8的控制信號(hào)輸出端連接。主動(dòng)磁屏蔽裝置1內(nèi)部設(shè)置有低溫杜瓦裝置6，低溫杜瓦裝置6內(nèi)部設(shè)置有超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器3，超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器3的控制端與外部的傳感器控制器6的控制信號(hào)輸出端連接，主動(dòng)磁屏蔽裝置1主體采用三軸亥姆霍茲線圈。上位機(jī)2’的控制端分別與三維移動(dòng)平臺(tái)控制器8和傳感器控制器6的控制信號(hào)接收端連接。

主動(dòng)磁屏蔽裝置1又包括主屏蔽控制器7、超導(dǎo)環(huán)2和三軸亥姆霍茲線圈，主屏蔽控制器7又包括磁通門計(jì)1’、x軸高精度電流源3’、y軸高精度電流源4’和z軸高精度電流源3’，上位機(jī)2’的控制信號(hào)輸出端分別與x軸高精度電流源3’、y軸高精度電流源4’和z軸高精度電流源3’的控制端連接，通過(guò)上位機(jī)1’分別對(duì)x軸高精度電流源3’、y軸高精度電流源4’和z軸高精度電流源3’的輸出電流進(jìn)行控制。x軸高精度電流源3’、y軸高精度電流源4’和z軸高精度電流源3’的電流輸出端分別與三軸亥姆霍茲線圈上三個(gè)不同維度的線圈連接，三軸亥姆霍茲線圈底端固定在底板上。三軸亥姆霍茲線圈的中心位置固定有超導(dǎo)環(huán)7，超導(dǎo)環(huán)7固定在三維移動(dòng)平臺(tái)4頂端，超導(dǎo)環(huán)7的中心位置設(shè)置有三維磁通門探頭6’，三維磁通門探頭6’的信號(hào)輸出端與磁通門計(jì)1’的信號(hào)接收端連接，磁通門計(jì)1’的信號(hào)輸出端與上位機(jī)2’的反饋信號(hào)接收端連接，三維磁通門探頭6’對(duì)三軸亥姆霍茲線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試得到的反饋信號(hào)回傳給上位機(jī)2’。

本發(fā)明以三維移動(dòng)平臺(tái)4作為樣品運(yùn)動(dòng)載體，如圖2所示，為本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)的掃描成像圖，通過(guò)上位機(jī)2’對(duì)三維平臺(tái)控制器8進(jìn)行控制，從而控制三維移動(dòng)平臺(tái)4的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使得超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器3能夠在待測(cè)樣品的表面完成準(zhǔn)確的、快速的平面掃描式檢測(cè)，另外上位機(jī)2’與三維移動(dòng)平臺(tái)控制器8、傳感器控制器6和主屏蔽控制器7的數(shù)據(jù)通信和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的控制信息保證了掃描的平面內(nèi)磁場(chǎng)信息與樣品相對(duì)應(yīng)的位置信息的一致性，使得最終的檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確和全面。使用超高信噪比的超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器，通過(guò)磁圖成像，進(jìn)行缺陷檢測(cè)與定位，位置判斷準(zhǔn)確度大大提高。

本發(fā)明基于主被動(dòng)復(fù)合屏蔽的平面磁場(chǎng)掃描成像系統(tǒng)，采用三軸亥姆霍茲線圈制成的主動(dòng)磁屏蔽裝置1，主動(dòng)磁屏蔽裝置1內(nèi)部形成一個(gè)柱形的屏蔽區(qū)域，該屏蔽區(qū)域?yàn)殚_(kāi)放的空間，對(duì)瞬態(tài)、諧態(tài)磁場(chǎng)具有優(yōu)秀的屏蔽能力，提供了10nT內(nèi)均勻的磁場(chǎng)，不僅屏蔽恒定的磁場(chǎng)，也屏蔽低頻和中頻磁場(chǎng)的干擾，整個(gè)裝置方便移動(dòng)，不需要搭建昂貴的磁屏蔽室。主動(dòng)磁屏蔽裝置1內(nèi)部在屏蔽磁場(chǎng)方向光學(xué)透明，在屏蔽區(qū)域內(nèi)部可完成對(duì)定位樣品和三維磁通門探頭的自由移動(dòng)，同時(shí)方便觀測(cè)定位樣品的位置。以三維移動(dòng)平臺(tái)4作為樣品運(yùn)動(dòng)載體，通過(guò)上位機(jī)2’對(duì)三維平臺(tái)控制器8進(jìn)行控制，使得超導(dǎo)量子干涉儀磁傳感器3能夠在待測(cè)構(gòu)件的表面完成準(zhǔn)確的、快速的平面掃描式磁場(chǎng)檢測(cè)，掃描的準(zhǔn)確度大大提高。因此，對(duì)生物磁測(cè)量和無(wú)損檢測(cè)測(cè)量應(yīng)用提供良好的前景。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量信號(hào)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性高，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。