CN104808158A - 一种飞磁探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种飞磁探测器，本发明包括巨磁阻、绝缘层以及超导层，绝缘层包覆在巨磁阻表面，超导层设置在绝缘层外侧并位于巨磁阻上方，而在超导层内设置有电流压缩结构。本发明将超导环在磁场中产生的屏蔽电流压缩到一个更为细微的超导环结构中去使得电流强度得到1000以上的放大，再通过这一放大后的电流产生可被设在超导层下方的巨磁阻监测到的磁场，使得巨磁阻的电阻产生变化。如此，只需通过外部电路对巨磁阻的阻值进行检测。本发明将目前SQUID的临界电流检测变换成了电阻检测，使得检测更为准确，降低了微弱磁场传感器信号读出电路的设计难度，提高信号的信噪比，同时还降低使用及维护成本。

Description

一种飞磁探测器
技术领域
本发明涉及超导探测器技术领域，具体设计一种将超导环与巨磁阻相结合的飞磁探测器。
背景技术
现有微弱磁场测量主要采用超导量子干涉器件(SQUID)进行低场的测量，需要在液氦温度环境下工作，使用、维护费用极其昂贵，另外，SQUID对超低场的测量是通过对SQUID的临界电流的测量来实现的，众所周知，临界电流测量的电子系统复杂，无法实现数字化、模块化的探测器，导致磁图仪系统难以集成。
基于现有技术所存在的问题，本发明提供了一种飞磁探测器来解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种飞磁探测器，以克服或至少减轻现有技术的上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种飞磁探测器，包括：巨磁阻、绝缘层以及超导层，绝缘层包覆在巨磁阻表面，超导层设置在绝缘层外侧并位于巨磁阻上方，而在超导层内设置有电流压缩结构。
超导层用于感应外部生物磁场并产生屏蔽电流，所述屏蔽电流送至电流压缩结构进行放大，放大后的电流再产生磁场使得巨磁阻的阻值发生变化，最终通过外部测量电路测量巨磁阻的电阻，根据测得的巨磁阻的阻值计算外部磁场的大小。
对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。
作为优化，超导层由若干超导环组成，所述若干超导环层叠环绕构成环状超导结构；
优选地，电流压缩结构设置在超导层的中部，为比超导层中其余超导环细的超导环，屏蔽电流进电流压缩结构后电流强度增大，产生可被探测的感应磁场。
进一步，所述巨磁阻包括依序设置的巨磁自由层、隔离层与巨磁硬层，隔离层设置在巨磁自由层与巨磁硬层之间；
优选地，所述巨磁阻通过高真空生长出巨磁自由层和巨磁硬层；所述巨磁阻也可通过常规巨磁阻进行微米级刻蚀获取。
作为优化，超导层中超导环与巨磁阻的有效感应区域进行校准对齐；
优选地，超导层中的所述电流压缩结构设置在巨磁阻正上方，与巨磁阻有效感应区域进行校准对齐。
另外，所述超导层所采用的超导材料为氧化钇钡铜(YBCO)；作为补充，在飞磁探测器中还设有液氮制冷系统，用于提供氧化钇钡铜的低温超导的工作环境；所述液氮制冷系统所能达到的制冷温度最高为77K。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种飞磁探测器，最主要的改进就在于飞磁探测器的主体结构，是通过将超导环在磁场中产生的屏蔽电流(messier效应)压缩到一个更为细微的超导环结构中去，从而使得该部分细超导环构成的电流压缩结构中的电流强度得到1000以上的放大，再通过这一放大后的电流产生可被设在超导层下方的巨磁阻监测到的磁场，使得巨磁阻的电阻产生变化。如此，只需通过外部电路对巨磁阻的阻值进行检测，不同的阻值亦会产生不同的电压输出，通过将电压信号转化成数字信号，结合信息处理单元的工作即可计算出飞磁探测器检测到的生物磁场的情况。
也就是说，本发明将目前SQUID的临界电流检测变换成了电阻检测，使得检测更为准确，降低了微弱磁场传感器信号读出电路的设计难度，提高信号的信噪比。
而且，超导环采用YBCO材料制成，其在超导环境下工作温度最高为77K(液氮温度)，而SQUID的工作温度一般是在液氦温度4K，要远低于本发明温度。因此可以说，本发明对工作温度的要求更低，降低了使用及维护费用。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明实施例中所述飞磁探测器中巨磁阻与超导层的结构示意图；
附图标记：
1 超导层 2 电流压缩结构
3 巨磁自由层 4 隔离层
5 巨磁硬层 6 绝缘层
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
根据本发明一宽泛实施例的一种飞磁探测器，如图1所示，包括：巨磁阻、绝缘层6以及超导层1，绝缘层6包覆在巨磁阻表面，超导层1设置在绝缘层6外侧并位于巨磁阻上方，而在超导层1内设置有电流压缩结构2。
超导层1用于感应外部生物磁场并产生屏蔽电流，所述屏蔽电流送至电流压缩结构2进行放大，放大后的电流再产生磁场使得巨磁阻的阻值发生变化，最终通过外部测量电路测量巨磁阻的电阻，根据测得的巨磁阻的阻值计算外部磁场的大小。
上述超导层1由若干超导环组成，所述若干超导环层叠环绕构成环状超导结构；
优选地，电流压缩结构2设置在超导层1的中部，为比超导层1中其余超导环细的超导环，屏蔽电流进电流压缩结构2后电流强度增大，产生可被探测的感应磁场。
进一步，所述巨磁阻包括依序设置的巨磁自由层3、隔离层4与巨磁硬层5，隔离层4设置在巨磁自由层3与巨磁硬层5之间；
优选地，所述巨磁阻通过高真空生长出巨磁自由层3和巨磁硬层5；所述巨磁阻也可通过常规巨磁阻进行微米级刻蚀获取。
作为优化，超导层1中超导环与巨磁阻的有效感应区域进行校准对齐；
优选地，超导层1中的所述电流压缩结构2设置在巨磁阻正上方，与巨磁阻有效感应区域进行校准对齐。
另外，所述超导层1所采用的超导材料为氧化钇钡铜(YBCO)；作为补充，在飞磁探测器中还设有液氮制冷系统，用于提供氧化钇钡铜的低温超导的工作环境；所述液氮制冷系统所能达到的制冷温度最高为77K。
心脏或大脑在生理活动中会在不同的位置形成不同强度的微弱生物磁场，这一磁场的分布情况将会被飞磁传感器所捕获并转换为电信号。同时，飞磁传感器输出的电信号将由信号数字化电路进行采样、转换为数字信号并最终汇集到计算机系统中。运行于计算机系统中的magicView软件功能分解为两部分：(1)数字脉冲的分析、处理以及信息提取；(2)用户交互以及生物磁场分布信息的显示、存储、回放、再分析和打印以及病人信息数据库的建立。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种飞磁探测器，包括：巨磁阻、绝缘层以及超导层，绝缘层包覆在巨磁阻表面，超导层设置在绝缘层外侧并位于巨磁阻上方，而在超导层内设置有电流压缩结构。
2.根据权利要求1所述的一种飞磁探测器，其特征在于，超导层用于感应外部生物磁场并产生屏蔽电流，所述屏蔽电流送至电流压缩结构进行放大，放大后的电流再产生磁场使得巨磁阻的阻值发生变化，最终通过外部测量电路测量巨磁阻的电阻，根据测得的巨磁阻的阻值计算外部磁场的大小。
3.根据权利要求1或2所述的一种飞磁探测器，其特征在于，超导层由若干超导环组成，所述若干超导环层叠环绕构成环状超导结构。
4.根据权利要求3所述的一种飞磁探测器，其特征在于，电流压缩结构设置在超导层的中部，为比超导层中其余超导环细的超导环，屏蔽电流进电流压缩结构后电流强度增大，产生可被探测的感应磁场。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种飞磁探测器，其特征在于，所述巨磁阻包括依序设置的巨磁自由层、隔离层与巨磁硬层，隔离层设置在巨磁自由层与巨磁硬层之间；
优选地，所述巨磁阻通过高真空生长出巨磁自由层和巨磁硬层；
所述巨磁阻也可通过常规巨磁阻进行微米级刻蚀获取。
6.根据权利要求5所述的一种飞磁探测器，其特征在于，超导层中超导环与巨磁阻的有效感应区域进行校准对齐。
7.根据权利要求6所述的一种飞磁探测器，其特征在于，超导层中的所述电流压缩结构设置在巨磁阻正上方，与巨磁阻有效感应区域进行校准对齐。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的一种飞磁探测器，其特征在于，所述超导层所采用的超导材料为氧化钇钡铜。
9.根据权利要求8所述的一种飞磁探测器，其特征在于，在飞磁探测器中还设有液氮制冷系统，用于提供氧化钇钡铜的低温超导的工作环境。
10.根据权利要求9所述的一种飞磁探测器，其特征在于，所述液氮制冷系统所能达到的制冷温度最高为77K。
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