[信息與通信]第五章激光探測技術-資料下載頁
2025-03-22 06:56本頁面
【正文】 院 超導效應法測量磁場 5. 測磁方法 在超導結的兩端接上電源 ,電壓表無顯示時 ,電流表所顯示的電流是為超導電流 。電壓表開始有電壓顯示時 ,則電流表所顯示的電流為臨界電流 IC,此時 ,加入外磁場后 ,臨界電流將有周期性的起伏 ,且其極大值逐漸衰減 ,振蕩的次數(shù)n乘以磁通量子 φ0,可得到透入超導結的磁通量 φ=nφ0。而磁通量和磁場 H成正比關系 ,如果能 求出 φ,磁場 H即可求出。 同理 ,若外磁場 H有變化 ,則磁通量亦隨變化 ,在此變化過程中 ,臨界電流的振蕩次數(shù) n乘以 φ0即得到磁通量的大小 ,亦反映了外磁場變化的大小。因而 ,可利用超導技術測定外磁場的大小及其變化 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 超導量子干涉器件 超導量子干涉器 （ SQUID） 是指 由超導隧道結和超導體組成的閉合環(huán)路 。 其臨界電流是環(huán)路中外磁通量的周期函數(shù)；其周期則為磁通量子 φ0， 它具有宏觀干涉現(xiàn)象 。 通常 ， 人們稱這樣的超導環(huán)路為超導量子干涉器件 。 超導量子干涉器件有兩種類型： 射頻超導量子干涉器 （ RF SQUID） 直流超導量子干涉器 （ DC SQUID） 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 1. RF SQUID 射頻超導量子干涉器含有一個超導 隧道結的超導環(huán) ，在超導環(huán)中存在超導量子干涉效應 。 測量時 ， 采用 射頻電流進行交流偏置 ， 一射頻磁場耦合到超導環(huán)上 ， 在外磁通作用下 ,測量超導結產(chǎn)生電動勢 。 偏置的目的是使 超導結周期地達到臨界狀態(tài) ,使環(huán)外磁通以量子化的形式進入環(huán)內，從而在超導環(huán)內的超導電流產(chǎn)生周期變化，這樣在結上產(chǎn)生周期電動勢，實現(xiàn)磁測。 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 2. DC SQUID 直流超導量子干涉器（ DC SQUID） 是在一塊超導體上由兩個超導隧道結而構成的超導環(huán) 。 超導環(huán)中存在超導量子干涉效應 ， 測量時用 直流電流進行偏置 。 實際測量時在干涉器上加一個 稍大于最大值的恒流源 。 超導干涉器兩端的電壓是外磁通的周期函數(shù) 。 當被測磁場從零增至待測定值 φe時 ， 測出超導干涉器兩端的 電壓變化的周期數(shù) n，便可求出磁通量的變化 。 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 中北大學機電工程學院 超導效應法測量磁場 中北大學機電工程學院 磁通門法測量磁場 磁通門法測量磁場 基本原理 ? 利用某些 高導磁率 的軟磁性材料 （ 如坡莫合金 ） 作磁芯 ， 以其在交變磁場作用下的 磁飽和特性 及 法拉第電磁感應原理 來測量弱磁場的一種方法 。 ? 利用 變壓器 的電磁感應效應 ， 通過鐵芯將環(huán)境磁場調制為交流激勵電流的 偶次諧波 感應電動勢 ， 實現(xiàn)對環(huán)境磁場的測量 。 中北大學機電工程學院 磁通門法測量磁場 1. 理想 變壓器 S ? 匝數(shù)： N 初級線圈 0( ) c ost H t???? ?d() dt t NS H? ???。 ( ) ( )tS St? ???0() d(inds)t N S HttSN H t????????注：鐵芯遠離飽和區(qū) ；磁致伸縮效應可以忽略 。 中北大學機電工程學院 磁通門法測量磁場 2. 實際工作中的變壓器 e x t e x tal 0re ()( ) c o s ()t H tH t H t? ??? ? ? ?0 m 2 m 4 m2( ) c os o 4cst t t? ? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?r e a l r e a l[ , ( ) ]S S t H t? ?reald d d( ) ( ) ( )ddd( ) ( )d dt S tt N S H Htt t tN S H N H St N???? ?? ? ?? ?? ? ? ?2 m 4 md ( ) 2 s in 4 s ind 24t t tt ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?real xt0 edd( ) sin ()HH t H ttt t????reald ( ) 0d Stt ?中北大學機電工程學院 磁通門法測量磁場 ? ?0 0 e x te x t dd(c o s ( ) ( )) s i n ( )() t H t Ht N S tH t H t NSttt?? ? ? ?? ?? ?? ????? ??0 e x t( ) ( ) ( )t t t? ? ???0 0 0 m 2 m 2 m 4 m 4 m 6 ms i n s i n1 3 5( ) ( ) ( ) ( )3 s i n 52 2 2t N H tS tt? ? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????0(t)： 由初級線圈感生的電動勢，含有 奇次諧波分量 ?ext(t)： 由環(huán)境磁場感生的電動勢，含有 偶次諧波分量 ? ?? ?e x t e x t 2 m 4 m 6 m0 m 2 m 4 m 6 me x t( ) ( ) 2 4 6 s(in 2 s in 4 s in 6c o s 2 c o s ) 4 c o s 6d Htdtt N S H tSt t tttN t? ? ? ? ? ?????? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?中北大學機電工程學院 磁通門法測量磁場 一般情況，環(huán)境磁場隨時間緩慢變化，則 e xtd ( ) 0d Htt ?2nm1e x t e x t( ) ( ) 2 s i n 2nt N S nHt nt? ?? ??? ? 這種與變壓器相伴生的現(xiàn)象 ， 對于環(huán)境磁場來說就好像是一道 “ 門 ” ， 通過這道 “ 門 ” ， 環(huán)境磁場被調制成偶次諧波感應電動勢 。 這種現(xiàn)象稱為 磁通門現(xiàn)象 ， 相應的電動勢稱為 磁通門信號 。 3. 磁通門
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