本發(fā)明涉及超導(dǎo)電子學(xué)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是一種能測量微弱磁信號的極其靈敏的儀器，就其功能而言是一種磁通傳感器，不僅可以用來測量磁通量的變化，還可以測量能轉(zhuǎn)換為磁通的其他物理量，如電壓、電流、電阻、電感、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場梯度、磁化率等。SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和約瑟夫森效應(yīng)的基礎(chǔ)上的。根據(jù)偏置電流的不同，分為直流和射頻兩類。SQUID作為探測器，可以測量出10^-11高斯的微弱磁場，僅相當(dāng)于地磁場的一百億分之一，比常規(guī)的磁傳感器靈敏度提高幾個(gè)數(shù)量級，是進(jìn)行超導(dǎo)、納米、磁性和半導(dǎo)體等材料磁學(xué)性質(zhì)研究的基本儀器設(shè)備，特別是對薄膜和納米等微量樣品是必需的。利用SQUID探測器偵測直流磁化率信號，靈敏度可達(dá)10^-8emu；樣品溫度變化范圍為1.9K～400K；磁場強(qiáng)度變化范圍為0～70000高斯。

核磁共振技術(shù)被廣泛應(yīng)用于凝聚態(tài)物理、分析化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，基于SQUID的極低場核磁共振的主磁場強(qiáng)度在地球磁場量級，被證明在檢測異核標(biāo)量耦合、縱向弛豫時(shí)間加權(quán)成像等方面具有明顯優(yōu)勢。

然而，如圖1所示，環(huán)境磁場中的工頻及其諧波干擾會嚴(yán)重影響極低場核磁共振系統(tǒng)中被測樣品的核磁共振信號，進(jìn)而影響譜線或成像質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置，由SQUID二階梯度計(jì)構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關(guān)性補(bǔ)償SQUID二階梯度計(jì)的輸出，從而抑制工頻噪聲干擾，提高核磁共振信號的信噪比。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置，應(yīng)用于極低場核磁共振系統(tǒng)中，包括杜瓦、SQUID二階梯度計(jì)、SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)和讀出電路；所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)均設(shè)置在所述杜瓦內(nèi)；所述杜瓦用于存儲低溫液體以提供所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)工作所需的低溫環(huán)境；所述SQUID二階梯度計(jì)用于探測極低場核磁共振系統(tǒng)中的核磁共振信號；所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)包括三個(gè)相互正交的SQUID磁強(qiáng)計(jì)，用于探測環(huán)境磁場中的工頻噪聲；所述讀出電路分別與所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)相連，用于讀出所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的輸出電壓，并處理得到工頻噪聲抑制后的核磁共振信號。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，還包括屏蔽室，所述杜瓦和所述讀出電路均設(shè)置在所述屏蔽室內(nèi)，所述屏蔽室用于屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述SQUID二階梯度計(jì)包括梯度計(jì)天線、天線支架和SQUID芯片；所述梯度計(jì)天線繞制在所述天線支架上，并通過環(huán)氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述梯度計(jì)天線由鈮線繞制或集成在硅片上。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述SQUID磁強(qiáng)計(jì)包括探測線圈、環(huán)氧棒和SQUID芯片；所述探測線圈繞制在環(huán)氧棒上，通過環(huán)氧組件與所述SQUID芯片固定。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述杜瓦內(nèi)設(shè)置有環(huán)氧板，所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)與所述SQUID二階梯度計(jì)均固定在所述環(huán)氧板上，所述環(huán)氧板固定于所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述讀出電路通過帶有射頻屏蔽層的低溫線與所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)分別相連。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述讀出電路通過雷莫連接器固定在所述杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述讀出電路包括磁通鎖定電路和控制電路；所述磁通鎖定電路用于提供工作電流至所述SQUID二階梯度計(jì)和所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)；所述控制電路用于控制所提供工作電流的大小。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，所述讀出電路將所述SQUID二階梯度計(jì)探測到的核磁共振信號減去所述SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)探測到的工頻噪聲，得到抑制工頻噪聲后的核磁共振信號。

如上所述，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置，具有以下有益效果：

(1)由SQUID二階梯度計(jì)構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關(guān)性補(bǔ)償被測SQUID二階梯度計(jì)的輸出，抑制工頻噪聲干擾；

(2)顯著提升極低場核磁共振系統(tǒng)中核磁共振信號的信噪比；

(3)能夠抑制頻率范圍約為3kHz—15kHz的工頻諧波干擾噪聲；

(4)不僅可以抑制來自豎直方向的工頻諧波干擾，也可以抑制水平方向的工頻諧波干擾。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境磁場中的工頻諧波噪聲示意圖；

圖2顯示為本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

1 杜瓦

2 SQUID二階梯度計(jì)

3 SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)

4 讀出電路

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)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(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)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。

需要說明的是，本實(shí)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(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)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。

如圖2所示，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置，應(yīng)用于極低場核磁共振系統(tǒng)中，包括杜瓦1、SQUID二階梯度計(jì)2、SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3和讀出電路4。SQUID二階梯度計(jì)2和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3均設(shè)置在杜瓦1內(nèi)。優(yōu)選地，極低場是指磁場強(qiáng)度小于2.5高斯。

杜瓦1用于存儲低溫液體以提供SQUID二階梯度計(jì)2和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3工作所需的低溫環(huán)境。優(yōu)選地，杜瓦1包括杜瓦桶及杜瓦塞，杜瓦桶內(nèi)放置有提供低溫環(huán)境的低溫液體，如液氦。

SQUID二階梯度計(jì)2用于探測極低場核磁共振系統(tǒng)中的核磁共振信號。

SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3包括三個(gè)相互正交的SQUID磁強(qiáng)計(jì)，用于探測環(huán)境磁場中的工頻噪聲。

讀出電路4分別與SQUID二階梯度計(jì)2和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3相連，用于讀出SQUID二階梯度計(jì)2和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3的輸出電壓，并處理得到工頻噪聲抑制后的核磁共振信號。由于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3探測到的工頻噪聲和SQUID二階梯度計(jì)2中含有的工頻諧波噪聲具有高度的一致性，故SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3探測到的工頻噪聲可以有效消除SQUID二階梯度計(jì)2探測到的核磁共振譜線或圖像中的工頻噪聲，從而顯著提高SQUID二階梯度計(jì)2所獲取的核磁共振信號的信噪比。具體地，將SQUID二階梯度計(jì)2探測到的核磁共振信號減去SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)3探測到的工頻噪聲，即可得到抑制工頻噪聲后的核磁共振信號，從而顯著提高核磁共振信號的信噪比。

優(yōu)選地，還包括屏蔽室(圖中未示出)，杜瓦1和讀出電路4均設(shè)置在屏蔽室內(nèi)，屏蔽室用于屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾。具體地，屏蔽室1既可以屏蔽環(huán)境磁場中的射頻干擾，如廣播電臺信號，雷達(dá)信號，手機(jī)信號等等，也可以抑制環(huán)境磁場中的低頻磁場波動，從而避免高靈敏度的SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)輸出飽和。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，SQUID二階梯度計(jì)包括梯度計(jì)天線、天線支架和SQUID芯片；梯度計(jì)天線繞制在天線支架上，并通過環(huán)氧組件與SQUID芯片固定。優(yōu)選地，梯度計(jì)天線由鈮線繞制或集成在硅片上；天線支架由陶瓷制成。當(dāng)需要同時(shí)對多個(gè)SQUID二階梯度計(jì)探測到的核磁共振信號進(jìn)行工頻噪聲抑制時(shí)，可以在杜瓦內(nèi)設(shè)置多個(gè)SQUID二階梯度計(jì)。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，SQUID磁強(qiáng)計(jì)包括探測線圈、環(huán)氧棒和SQUID芯片；探測線圈繞制在環(huán)氧棒上，通過環(huán)氧組件與SQUID芯片固定。優(yōu)選地，環(huán)氧棒的直徑為1mm；探測線圈由鈮線繞制或集成在硅片上。探測線圈的方向須與SQUID二階梯度計(jì)的探測方向一致。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，讀出電路包括磁通鎖定電路和控制電路。磁通鎖定電路用于提供工作電流至SQUID二階梯度計(jì)和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)；控制電路用于控制所提供工作電流的大小，以保證SQUID二階梯度計(jì)和SQUID磁強(qiáng)計(jì)能夠正常工作。

優(yōu)選地，杜瓦內(nèi)設(shè)置有環(huán)氧板，SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)與SQUID二階梯度計(jì)均固定在環(huán)氧板上，環(huán)氧板固定于杜瓦的杜瓦塞上。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，讀出電路通過帶有射頻屏蔽層的低溫線與SQUID二階梯度計(jì)和SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)分別相連，從而提高超導(dǎo)電子設(shè)備的電磁兼容和環(huán)境適應(yīng)能力。優(yōu)選地，讀出電路通過標(biāo)準(zhǔn)10芯雷莫連接器固定在杜瓦的杜瓦塞上，以減小低溫線的長度。

綜上所述，本發(fā)明的基于SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)的工頻噪聲抑制裝置由SQUID二階梯度計(jì)構(gòu)建信號通道，由SQUID三軸磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)建參考通道，利用工頻諧波在參考通道和信號通道中的相關(guān)性補(bǔ)償被測SQUID二階梯度計(jì)的輸出，抑制工頻噪聲干擾；顯著提升極低場核磁共振系統(tǒng)中核磁共振信號的信噪比；能夠抑制頻率范圍約為3kHz—15kHz的工頻諧波干擾噪聲；不僅可以抑制來自豎直方向的工頻諧波干擾，也可以抑制水平方向的工頻諧波干擾。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)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(shí)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。