CN106772140A - 基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统。其目的是为了提供一种结构简单、测量信号准确、稳定性高的平面磁场扫描成像系统。本发明包括上位机、主动磁屏蔽装置、三维移动平台和超导量子干涉仪磁传感器，三维移动平台安装在主动磁屏蔽装置内部，三维移动平台的控制端与三维移动平台控制器的控制信号输出端连接，主动磁屏蔽装置内部还设置有超导量子干涉仪磁传感器，超导量子干涉仪磁传感器的控制端与传感器控制器的控制信号输出端连接，上位机的控制端分别与三维移动平台控制器、传感器控制器和主屏蔽控制器的控制信号接收端连接。

Description

基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统

技术领域

本发明涉及磁屏蔽领域，特别是涉及一种基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统。

背景技术

在高性能的被动磁屏蔽，磁屏蔽体的形状的变化对屏蔽效果有影响，且屏蔽因数受外场影响，且两者之间有一定依赖关系。

磁粉探伤需要将钢铁等磁性材料制作的工件予以磁化，利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征，依磁粉分布来显示被探测物件表面缺陷和近表面缺陷。该探伤方法的特点是显示直观，但需要对待测构件进行磁化，耗时长、需要额外配置磁化设备，且该检测方法灵敏度偏低，只能检测出比较大尺寸的裂纹缺陷。另一种方法是涡流检测，把待测构件置于交变磁场之中，对构件进行激励，进而拾取激励涡流的磁场信息，从而判断待测构件的结构信息。该检测方法检测灵敏度相对较高，可在高温状态、工件的狭窄区域、深孔壁等进行检测，但检测系统需要额外配置激励线圈对待测样件进行激励，根据不同的待测样件还需要选择不同的激励信号，对检测深度与检测灵敏度是相互矛盾的，对一种材料进行涡流检测时，须根据材质、表面状态、检验标准作综合考虑，然后再确定检测方案与技术参数等。

尤其是在进行pT量级的微弱磁场成像研究中存在以下缺点：第一，由于磁场随距离的三次方反比例衰减，在远距离故障诊断实现方面具有一定的难度；第二，对检测系统信噪比有更高的要求，一般磁通门计和GMR\GMI难以达到需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、测量信号准确、稳定性高的基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统。

本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其中，包括上位机、主动磁屏蔽装置、三维移动平台、超导量子干涉仪磁传感器和低温杜瓦装置，超导量子干涉仪磁传感器设置在低温杜瓦装置内部，三维移动平台安装在主动磁屏蔽装置内部，三维移动平台的控制端与三维移动平台控制器的控制信号输出端连接，主动磁屏蔽装置内部还设置有超导量子干涉仪磁传感器，超导量子干涉仪磁传感器的控制端与传感器控制器的控制信号输出端连接，上位机的控制端分别与三维移动平台控制器和传感器控制器的控制信号接收端连接，

主动磁屏蔽装置又包括主屏蔽控制器、超导环和三轴亥姆霍兹线圈，主屏蔽控制器又包括磁通门计、x轴高精度电流源、y轴高精度电流源和z轴高精度电流源，上位机的控制信号输出端分别与x轴高精度电流源、y轴高精度电流源和z轴高精度电流源的控制端连接，x轴高精度电流源、y轴高精度电流源和z轴高精度电流源的电流输出端分别与三轴亥姆霍兹线圈上三个不同维度的线圈连接，三轴亥姆霍兹线圈的中心位置固定有超导环，超导环固定在三维移动平台顶端，超导环的中心位置设置有三维磁通门探头，三维磁通门探头的信号输出端与磁通门计的信号接收端连接，磁通门计的信号输出端与上位机的反馈信号接收端连接。

本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其中所述超导量子干涉仪磁传感器位于主动磁屏蔽装置内部。

本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其中所述三维移动平台位于主动磁屏蔽装置内部。

本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统与现有技术不同之处在于：本发明采用三轴亥姆霍兹线圈制成的主动磁屏蔽装置，主动磁屏蔽装置内部形成一个柱形的屏蔽区域，该屏蔽区域为开放的空间，对瞬态、谐态磁场具有优秀的屏蔽能力，提供了10nT内均匀的磁场，不仅屏蔽恒定的磁场，也屏蔽低频和中频磁场的干扰，整个装置方便移动，不需要搭建昂贵的磁屏蔽室。主动磁屏蔽装置内部在屏蔽磁场方向光学透明，在屏蔽区域内部可完成对定位样品和三维磁通门探头的自由移动，同时方便观测定位样品的位置。以三维移动平台作为样品运动载体，通过上位机对三维平台控制器进行控制，使得超导量子干涉仪磁传感器能够在待测构件的表面完成准确的、快速的平面扫描式磁场检测，扫描的准确度大大提高。因此，对生物磁测量和无损检测测量应用提供良好的前景。

下面结合附图对本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统作进一步说明。

附图说明

图1为本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统的结构示意图；

图2为本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统的扫描成像图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统的结构示意图，包括上位机2’、主动磁屏蔽装置1、三维移动平台4和超导量子干涉仪磁传感器3，沿水平方向设置的三维移动平台4安装在主动磁屏蔽装置1内部，三维移动平台4的控制端与外部的三维移动平台控制器8的控制信号输出端连接。主动磁屏蔽装置1内部设置有低温杜瓦装置6，低温杜瓦装置6内部设置有超导量子干涉仪磁传感器3，超导量子干涉仪磁传感器3的控制端与外部的传感器控制器6的控制信号输出端连接，主动磁屏蔽装置1主体采用三轴亥姆霍兹线圈。上位机2’的控制端分别与三维移动平台控制器8和传感器控制器6的控制信号接收端连接。

主动磁屏蔽装置1又包括主屏蔽控制器7、超导环2和三轴亥姆霍兹线圈，主屏蔽控制器7又包括磁通门计1’、x轴高精度电流源3’、y轴高精度电流源4’和z轴高精度电流源3’，上位机2’的控制信号输出端分别与x轴高精度电流源3’、y轴高精度电流源4’和z轴高精度电流源3’的控制端连接，通过上位机1’分别对x轴高精度电流源3’、y轴高精度电流源4’和z轴高精度电流源3’的输出电流进行控制。x轴高精度电流源3’、y轴高精度电流源4’和z轴高精度电流源3’的电流输出端分别与三轴亥姆霍兹线圈上三个不同维度的线圈连接，三轴亥姆霍兹线圈底端固定在底板上。三轴亥姆霍兹线圈的中心位置固定有超导环7，超导环7固定在三维移动平台4顶端，超导环7的中心位置设置有三维磁通门探头6’，三维磁通门探头6’的信号输出端与磁通门计1’的信号接收端连接，磁通门计1’的信号输出端与上位机2’的反馈信号接收端连接，三维磁通门探头6’对三轴亥姆霍兹线圈产生的磁场进行测试，并将测试得到的反馈信号回传给上位机2’。

本发明以三维移动平台4作为样品运动载体，如图2所示，为本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统的扫描成像图，通过上位机2’对三维平台控制器8进行控制，从而控制三维移动平台4的运动状态，使得超导量子干涉仪磁传感器3能够在待测样品的表面完成准确的、快速的平面扫描式检测，另外上位机2’与三维移动平台控制器8、传感器控制器6和主屏蔽控制器7的数据通信和运动平台的控制信息保证了扫描的平面内磁场信息与样品相对应的位置信息的一致性，使得最终的检测结果更加准确和全面。使用超高信噪比的超导量子干涉仪磁传感器，通过磁图成像，进行缺陷检测与定位，位置判断准确度大大提高。

本发明基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，采用三轴亥姆霍兹线圈制成的主动磁屏蔽装置1，主动磁屏蔽装置1内部形成一个柱形的屏蔽区域，该屏蔽区域为开放的空间，对瞬态、谐态磁场具有优秀的屏蔽能力，提供了10nT内均匀的磁场，不仅屏蔽恒定的磁场，也屏蔽低频和中频磁场的干扰，整个装置方便移动，不需要搭建昂贵的磁屏蔽室。主动磁屏蔽装置1内部在屏蔽磁场方向光学透明，在屏蔽区域内部可完成对定位样品和三维磁通门探头的自由移动，同时方便观测定位样品的位置。以三维移动平台4作为样品运动载体，通过上位机2’对三维平台控制器8进行控制，使得超导量子干涉仪磁传感器3能够在待测构件的表面完成准确的、快速的平面扫描式磁场检测，扫描的准确度大大提高。因此，对生物磁测量和无损检测测量应用提供良好的前景。本发明结构简单、测量信号准确、稳定性高，与现有技术相比具有明显的优点。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其特征在于：包括上位机(2’)、主动磁屏蔽装置(1)、三维移动平台(4)、超导量子干涉仪磁传感器(3)和低温杜瓦装置(6)，超导量子干涉仪磁传感器(3)设置在低温杜瓦装置(6)内部，三维移动平台(4)安装在主动磁屏蔽装置(1)内部，三维移动平台(4)的控制端与三维移动平台控制器(8)的控制信号输出端连接，主动磁屏蔽装置(1)内部还设置有超导量子干涉仪磁传感器(3)，超导量子干涉仪磁传感器(3)的控制端与传感器控制器(6)的控制信号输出端连接，上位机(2’)的控制端分别与三维移动平台控制器(8)和传感器控制器(6)的控制信号接收端连接，

主动磁屏蔽装置(1)又包括主屏蔽控制器(7)、超导环(2)和三轴亥姆霍兹线圈，主屏蔽控制器(7)又包括磁通门计(1’)、x轴高精度电流源(3’)、y轴高精度电流源(4’)和z轴高精度电流源(3’)，上位机(2’)的控制信号输出端分别与x轴高精度电流源(3’)、y轴高精度电流源(4’)和z轴高精度电流源(3’)的控制端连接，x轴高精度电流源(3’)、y轴高精度电流源(4’)和z轴高精度电流源(3’)的电流输出端分别与三轴亥姆霍兹线圈上三个不同维度的线圈连接，三轴亥姆霍兹线圈的中心位置固定有超导环(7)，超导环(7)固定在三维移动平台(4)顶端，超导环(7)的中心位置设置有三维磁通门探头(6’)，三维磁通门探头(6’)的信号输出端与磁通门计(1’)的信号接收端连接，磁通门计(1’)的信号输出端与上位机(2’)的反馈信号接收端连接。

2.根据权利要求1所述的基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其特征在于：所述超导量子干涉仪磁传感器(3)位于主动磁屏蔽装置(1)内部。

3.根据权利要求1所述的基于主被动复合屏蔽的平面磁场扫描成像系统，其特征在于：所述三维移动平台(4)位于主动磁屏蔽装置(1)内部。