一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器

本申请属于电磁测量领域，更具体地，涉及一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器。

背景技术：

1、磁化测量是研究材料物质特性的主要手段之一。脉冲强磁场可以诱导物质原子核自旋、核外电子发生能级跃迁，在这个过程中物质内部的量子振荡产生微弱磁场，探测出这个微弱磁场即可反映物质的磁化过程，表征物质特性。然而，量子振荡产生微弱磁场仅有10-6量级，而激发物质产生量子振荡的背景磁场（脉冲强磁场）高达数十特斯拉（t），如何消除背景磁场和背景磁场空间不均匀产生的影响是磁化测量传感器的关键。

2、目前该领域通用方法的基本思路是：采用同轴绕制的磁场感应线圈，被测材料样品放置于线圈中心，内部线圈可同时感应背景磁场和物质量子振荡产生的微弱磁场，外部线圈半径较大，只能感应背景磁场，两者绕向相反，当外部线圈匝数（n1）和截面积（s1）的乘积（n1×s1）等于内部线圈匝数（n2）和截面积（s2）的乘积（n2×s2）时，串联之后可抵消背景磁场，提取出物质量子振荡产生的微弱磁场。然而，这种方法无法消除背景磁场不均匀性产生的影响，原因如下：（1）磁化探测线圈的线径细、体积小，只能在显微镜下人工绕制，难以控制n1×s1=n2×s2的条件，因此需要额外设计调零电路，反复试验进行调零校准，加工一个传感器通常需要几百工时；（2）由于脉冲磁体内部的磁场通常不是严格均匀的，在特定位置调零后，放置位置若发生偏移则需要重新调零。

3、因此，如何解决传统磁化测量传感器无法消除背景磁场不均匀影响的问题，是急需研究的。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于提供一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，旨在解决传统磁化探测线圈无法消除背景磁场不均匀影响的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，包括四个匝间距均匀、尺寸一致的平面结构线圈，四个线圈沿圆周均匀分布，呈中心对称的两个线圈绕向相同，且呈中心对称的两个线圈的中心端通过一连接线相连，构成一组线圈；每组线圈中的两个线圈的引出端构成该组线圈的输出端，两组线圈的输出端串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

3、本申请提供的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，采用四个平面结构的线圈，四个线圈沿圆周均匀分布，呈中心对称的两个线圈绕向相同，线圈中心端相连构成同一组线圈，可使得本申请提供的磁化测量传感器在脉冲强磁场分布的任意位置，两组线圈在背景磁场下的感应电动势大小相同，根据两组线圈的绕向和输出端串联方式，对两组线圈的感应电动势做差或者做和，即可有效消除背景磁场不均匀的影响。

4、作为进一步优选的，当两组线圈中的线圈绕向相反时，两组线圈的输出端同向串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

5、作为进一步优选的，当两组线圈中的线圈绕向相同时，两组线圈的输出端反向串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

6、作为进一步优选的，两组线圈中的两个连接线绝缘且相互垂直设置。

7、作为进一步优选的，四个线圈设置在双层结构的基板中，两个连接线设置在基板的不同层。

8、作为进一步优选的，线圈之间的间距以及线圈内部的匝间距根据基板材料的绝缘等级进行设置，用于保证被测材料样品量子振荡产生的磁场击穿基板被线圈感应。

9、作为进一步优选的，所述基板为双层印刷电路板。

10、作为进一步优选的，所述线圈采用铜线材料制成。

11、第二方面，本申请提供了一种磁化测量系统，包括采集卡、上位机和上述所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器；

12、所述磁化测量传感器用于感应被测材料样品量子振荡产生的磁场，输出被测材料样品磁化的表征信号；所述采集卡用于采集被测材料样品磁化的表征信号；所述上位机用于获取被测材料样品磁化的表征信号，通过积分处理得到反映被测材料样品磁化信号的磁通量。

13、本申请提供的磁化测量系统，采用的磁化测量传感器包括四个平面结构的线圈，四个线圈沿圆周均匀分布，呈中心对称的两个线圈绕向相同，线圈中心端相连构成同一组线圈，可使得该磁化测量传感器在脉冲强磁场分布的任意位置，两组线圈在背景磁场下的感应电动势大小相同，根据两组线圈的绕向和输出端串联方式，对两组线圈的感应电动势做差或者做和，即可有效消除背景磁场不均匀的影响，从而有效提高磁化测量精度。

技术特征：

1.一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，包括四个匝间距均匀、尺寸一致的平面结构线圈，四个线圈沿圆周均匀分布，呈中心对称的两个线圈绕向相同，且呈中心对称的两个线圈的中心端通过一连接线相连，构成一组线圈；每组线圈中的两个线圈的引出端构成该组线圈的输出端，两组线圈的输出端串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

2.如权利要求1所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，当两组线圈中的线圈绕向相反时，两组线圈的输出端同向串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

3.如权利要求1所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，当两组线圈中的线圈绕向相同时，两组线圈的输出端反向串联构成所述磁化测量传感器的输出端。

4.如权利要求1所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，两组线圈中的两个连接线绝缘且相互垂直设置。

5.如权利要求4所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，四个线圈设置在双层结构的基板中，两个连接线设置在基板的不同层。

6.如权利要求5所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，线圈之间的间距以及线圈内部的匝间距根据基板材料的绝缘等级进行设置，用于保证被测材料样品量子振荡产生的磁场击穿基板被线圈感应。

7.如权利要求5或6所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，所述基板为双层印刷电路板。

8.如权利要求1所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，其特征在于，所述线圈采用铜线材料制成。

9.一种磁化测量系统，其特征在于，包括采集卡、上位机和权利要求1～8任意一项所述的用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器；

技术总结本申请属于电磁测量领域，具体公开了一种用于脉冲强磁场下的磁化测量传感器，包括四个匝间距均匀、尺寸一致的平面结构线圈，四个线圈沿圆周均匀分布，呈中心对称的两个线圈绕向相同，且呈中心对称的两个线圈的中心端通过一连接线相连，构成一组线圈；每组线圈中的两个线圈的引出端构成该组线圈的输出端，两组线圈的输出端串联构成磁化测量传感器的输出端。本申请能有效消除磁化测量中的背景磁场不均匀的影响，提高磁化测量的精度。技术研发人员：韩小涛,李卓恒,王俊峰,杨明,张绍哲,董超受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1