[信息與通信]第五章激光探測(cè)技術(shù)(已改無錯(cuò)字)
2023-04-22 06:56:59 本頁(yè)面
【正文】 料都有熱噪聲，與工作溫度成正比。 ③ 放大器噪聲 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁共振法測(cè)量磁場(chǎng) 激光探測(cè)的抗干擾措施 ① 合理選擇接收視場(chǎng)，插入窄帶濾光片，抑制背景光干擾； ② 合理選擇發(fā)射激光的調(diào)制波型，以獲得最好的信噪比； ③ 采用抗干擾能力的探測(cè)方法； ④ 信號(hào)處理中，采用適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?；如采用低噪、高增益前置放大器。采用雙鑒相電路等。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁共振法測(cè)量磁場(chǎng) ? 射頻振蕩器 它用于產(chǎn)生固定頻率的電磁輻射，通常頻率為 6 107（ HZ）。這個(gè)輻射的磁場(chǎng)起 B⊥ 的作用。 ? 掃描線圈 用于使外磁場(chǎng) 作微小振蕩，從而使我們能在示波器上看到尖銳的共振峰。 ? 探測(cè)器 用于探測(cè)從振蕩器中吸收的能量。 調(diào)磁場(chǎng)核磁共振實(shí)驗(yàn)示意圖 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁共振法測(cè)量磁場(chǎng) 調(diào)頻核磁共振實(shí)驗(yàn)示意圖 樣品 (如水 )裝在小瓶中置于磁體兩極之間，瓶外繞以線圈，由射頻振蕩器向它輸入射頻電流。這電流就向樣品發(fā)射同頻率的電磁波，其 頻率大致與外磁場(chǎng) 對(duì)應(yīng)的頻率相等 。 為了精確地測(cè)定共振頻率，就用一個(gè)調(diào)頻振蕩器使射頻電磁波的頻率在共振頻率附近連續(xù)變化。 當(dāng)電磁波頻率正好等于共振頻率時(shí) ，射頻振蕩器的輸出就 出現(xiàn)一個(gè)吸收峰 ，它可以從示波器上看出，同時(shí)由頻率計(jì)數(shù)器讀出此共振頻率 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 磁共振法測(cè)量磁場(chǎng) 當(dāng)調(diào)節(jié)射頻振蕩器頻率為 ω0時(shí)，共振峰 出現(xiàn)在示波器中心位置 ，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)值即為被測(cè)磁場(chǎng)值 B0，如射頻場(chǎng)頻率偏離了ω0，則共振峰也會(huì)偏離示波器的中心點(diǎn) 。由此可見，只要測(cè)出共振峰在示波器中心位置時(shí)的射頻振蕩器的頻率，在根據(jù) 便可計(jì)算出被測(cè)磁場(chǎng)值。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第四章 磁探測(cè)技術(shù) 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 基本原理 （ a） ρ T/K 0 T/K ρ 0 ρ0K ρ0 TC （ b） 1. 相關(guān)概念 ? 超導(dǎo)電性：在某一溫度 TC以下電阻值突然消失的現(xiàn)象。 ? 超導(dǎo)體：具有超導(dǎo)電性的物體。 ? 臨界溫度 (TC)：超導(dǎo)體從具有一定電阻值的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚低蝗粸榱銜r(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度 ,其值一般從 18K 電阻隨溫度變化曲線 a、正常導(dǎo)體； b、超導(dǎo)體 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 2. 超導(dǎo)體特性 ? 零電阻特性（理想導(dǎo)電性） 若將一超導(dǎo)環(huán) 置于外磁場(chǎng)中 ，然后使其 降溫至臨界溫度以下 ，再撤掉外加磁場(chǎng)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)內(nèi)有一感生電流 I，超導(dǎo)環(huán)內(nèi) 無電阻消耗能量 ，此電流將永遠(yuǎn)維持下去 ，因無電阻。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) ? 完全逆磁性（邁斯納效應(yīng)） 超導(dǎo)體不管在有無外磁場(chǎng)存在情況下，一旦 進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài) ，其 內(nèi)部磁場(chǎng)均為零 ，即磁場(chǎng)不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部而具有排磁性，亦稱之為 邁斯納效應(yīng) 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) ? 磁通量子化 假定有一 中空?qǐng)A筒形超導(dǎo)體 按下列步驟進(jìn)行： (1)常態(tài)讓磁場(chǎng) H穿過圓筒的中空部分。 (2)超導(dǎo)態(tài)筒的中空部分有磁場(chǎng)。 (3)超導(dǎo)態(tài)撤掉磁場(chǎng) H，圓筒的中空部分仍有磁場(chǎng)，并使磁場(chǎng)保持不變。稱為 凍結(jié)磁通現(xiàn)象 。 超導(dǎo)圓筒在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，中空部分的磁通量是 量子化 的，并且只能 取 φ 0的整數(shù)倍 ，而不能取任何別的值。 ? ? 01 ?? ?? nh— 普郎克常數(shù)， e — 電子電量，φ 0— 磁通量量子，磁通量自然單位 中空部分通過的總磁通量 Wbeh 150 ?????中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 3. 約瑟夫遜效應(yīng) 絕緣層 超導(dǎo)體 超導(dǎo)體 超導(dǎo)結(jié)示意圖 兩塊超導(dǎo)體中間隔著一厚度僅 10～ 30197。的絕緣介質(zhì)層而形成的 “ 超導(dǎo)體 — 絕緣層 — 超導(dǎo)體 ”的結(jié)構(gòu) ， 通常稱這種結(jié)構(gòu)為 超導(dǎo)隧道結(jié) ， 也稱 約瑟夫遜結(jié) 。 超導(dǎo)電子能通過絕緣介質(zhì)層，表現(xiàn)為電流能夠無阻擋地流過，表明夾在兩超導(dǎo)體之間的絕緣層很薄且具有超導(dǎo)性。約瑟夫遜結(jié)能夠通過很小超導(dǎo)電流的現(xiàn)象，稱為 超導(dǎo)隧道結(jié)的約瑟夫遜效應(yīng) ，也稱 直流約瑟夫遜效應(yīng) 。超導(dǎo)結(jié)在直流電壓作用下可產(chǎn)生交變電流，從而輻射和吸收電磁波。這種特性稱為 交流約瑟夫遜效應(yīng) 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 直流約瑟夫遜效應(yīng)表明，超導(dǎo)隧道結(jié)的介質(zhì)層具有超導(dǎo)體的一些性質(zhì)，但不能認(rèn)為它是臨界電流很小的超導(dǎo)體，它還有一般超導(dǎo)體所沒有的性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)結(jié)區(qū)兩端加上直流電壓時(shí)，結(jié)區(qū)會(huì)出現(xiàn)高頻的正弦電流，其頻率正比于所加的直流電壓，即 f = KV 式中 K=2e/h=。 根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論高頻電流會(huì)從結(jié)區(qū)向外輻射電磁波。 可見，超導(dǎo)隧道結(jié)在直流電壓作用下，產(chǎn)生交變電流， 輻射和吸收電磁波，這種特性即交流約瑟夫遜效應(yīng)。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 4. IC— H 特性 約瑟夫遜的直流效應(yīng)受著磁場(chǎng)的影響。而臨界電流 IC對(duì)磁場(chǎng)亦很敏感，即隨著 磁場(chǎng)的加大臨界電流 IC逐漸變小 。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 超導(dǎo)效應(yīng)法測(cè)量磁場(chǎng) 根據(jù)量子力學(xué)理論，超導(dǎo)結(jié)允許通過的最大超導(dǎo)電流Imax與 φ 的關(guān)系式 ???????00s in)0()( CC II ?IC是 的 φ 周期函數(shù) φ —— 沿介質(zhì)層及其兩側(cè)超導(dǎo)體邊緣透入超導(dǎo)結(jié)的磁通量； φ 0—— 磁通量子； IC(0)—— 沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，超導(dǎo)結(jié)的臨界電流。 臨界電流 隨外磁場(chǎng)周期起伏變化，這是由于在一定磁場(chǎng)作用下，超導(dǎo)結(jié)各點(diǎn)的超導(dǎo)電流具有確定的相位。 相位相反的電流互相抵消；相位相同的電流互相迭加。 中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)
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