CN112842344B - 一种磁场检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁场检测系统及方法，用于测量磁场的磁传感器组由多个磁传感器组成，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景噪声和背景磁场梯度信息的第一磁传感器探头和用于采集被测磁场的多个第二磁传感器探头；本方案通过对背景磁噪声及其梯度的采集，计算出空间中任意位置的共模磁噪声，用于提升测量位置的信号质量，减少测量误差，进一步提高生物磁检测的准确性和灵敏度。

Description

一种磁场检测系统及方法

技术领域

本发明涉及原子磁力仪和弱磁检测等技术领域，尤其涉及一种用于生物磁检测的磁场检测系统及其检测方法。

背景技术

人体生命活动的过程中，细胞内部或细胞之间发生电子的转移或离子的移动，形成生物电流。人体脏器如心、脑、肌肉等都有规律性的生物电流流动，而生物电流伴生生物磁场。研究表明，人体某些器官或者组织的异常，会导致生物电流的改变。通过检测生物磁场，可以反推生物电流的特征，从而判断这些器官或者组织的健康状况。

心磁场、脑磁场、神经磁场、肌磁场等都属于生物磁场。人体的这些器官或组织的生物磁场的强度在10^-14～10^-11特斯拉量级。与地球的磁场强度(10^-5特斯拉量级)，人体生物磁场信号是极其微弱的。要测量这么微弱的磁场，常规的磁场测量技术，比如磁通门、磁阻技术，都达不到这样高的精度要求。现代最前沿的量子测磁技术，包括低温超导干涉(SQUID)技术和原子测磁技术，理论上都能达到10^-15特斯拉量级，可以满足人体生物磁检测的精度要求。

在最近的二、三十年，人体生物磁场的检测技术和临床应用快速发展，目前已经有心磁图仪，脑磁图仪等投入研究和临床应用。因为SQUID工程技术成熟较早，此类人体生物磁场诊断设备大多采用SQUID技术，该技术核心部件需要在4K的超低温环境下工作，通常采用杜瓦瓶灌装液氦进行冷却，导致设备成本高，体积庞大。且液氦在使用过程中会不断蒸发逃逸，需要不断地补充液氦，因此SQUID系统的运行和维护成本很高，大大影响了此类设备的市场应用。

原子磁力测量技术利用处在特定量子态的碱金属原子，其量子态能够灵敏感知环境磁场并随之发生某种变化，检测所述的量子态的变化，就可以获得磁场强度信息。原子磁力测量技术又分为Mx型原子磁力仪、Mz型原子磁力仪、无自旋弛豫交换(SERF)磁力仪等不同的实现方式。

原子磁力测量技术的工程难点在于激光技术。随着近20年来激光技术的成熟应用，原子磁力检测技术的应用也随之成熟。因为原子磁力测量技术具有超高的灵敏度以及准确度，不需要SQUID那样的低温工作环境要求，体积也正在朝着小型化的方向发展，成为当前微弱磁场测量和应用的主流方向。

人体生物磁的检测和临床应用也一直是医学界的前沿技术，但受限于微弱磁场检测技术，一直处在研究状态而未能推广使用。目前，比较成熟的人体生物磁检测技术是对心磁和脑磁的检测，并且有了实际的临床使用。

公开号为CN109998519的专利文献公开了一种基于SERF原子磁强计进行心磁测量及心磁图生成系统，包括：磁屏蔽桶(房)，SERF原子磁强计、数据采集以及心磁图生成模块。磁屏蔽桶(房)用于屏蔽地球环境磁场，使SERF原子磁强计能够工作在零磁环境中，磁屏蔽桶采用三层坡莫合金制成，坡莫合金具有极高的弱磁场磁导率，并且具有很好的塑性。SERF原子磁强计包括激光器、准直透镜、组合镜片系统、反射镜、碱金属气室、光电探测器(PD)等部件以及无磁电加热系统和磁补偿线圈系统。激光器输出的波长为795nm的光经光纤导入光路中，经准直透镜出射一束平行光，再经组合镜片系统即起偏器和1/4波片变为圆偏振光，经反射镜入射到碱金属气室，出射后的光再经反射镜入射到光电探测器PD。所述的碱金属气室中含有碱金属和惰性气体，该碱金属气室是感应外界磁场大小的敏感元件，入射到碱金属气室的圆偏振光极化处于零磁场中的碱金属最外层电子，当外界磁场有扰动时，通过光电探测器PD的输出变化量来确定外界磁场的大小。碱金属需要处于高温和无磁环境来获得无自旋交换弛豫态，因此SERF原子磁强计中包含无磁加热系统以及磁屏蔽线圈系统，无磁加热系统加热气室使其温度上升到150摄氏度，磁屏蔽线圈系统用于补偿磁屏蔽桶(房)内的剩磁。SERF原子磁强计体积为1.8cm×3.15cm×10cm，其轴向为其敏感轴Z轴，用于同时测量胸腔表面法向方向上的心磁，并且可紧贴皮肤，实现更短距离的测量。所述数据采集模块包含6*6阵列式心磁测量板、传输线以及NI采集板卡，具体实现如下：在测量心磁时，采用硬质无磁的心磁测量板，所述心磁测量板上有6*6个SERF原子磁强计探头插孔，插孔之间间隔1cm；所述的SERF原子磁强计插入插孔的高度根据被试人员的胸部高度进行调整，使得SERF原子磁强计紧贴于胸部表面皮肤；所述测量板束绑在被试胸前，中心偏左大约一拳距离，使测量板的中心位于心脏的正上方；根据已有的所述SERF原子磁强计的个数 X，每次测量6*6阵列心磁测量板上的X个位置点，测量时间约2分钟；使用NI采集板卡同时采集X个SERF原子磁强计Z轴的数据，即每次输出共计X路数据，改变X个探头位置，通过多次测量依次遍历心磁测量板上的36个测量点，获得所有位置点即36个通道的心磁信号。所述的心磁图生成模块放置于磁屏蔽桶(房)外，包括数据坏段删除、数据预处理、单通道平均心磁周期提取以及心磁图绘制。

生物磁检测技术属于弱磁探测技术，其难点之一在于有效的抑制背景噪声。上述现有技术中，虽然采用磁屏蔽桶(房)用于屏蔽地球环境磁场，但是仍旧无法有效抑制背景噪声，对生物磁检测的准确性和灵敏度造成较大影响。现有技术中，也有采集一个点的磁场信息，作为背景磁场，进行差分计算的方法，但是这种方法无法提取到磁场的背景梯度信息。因为磁场梯度的存在，导致不同位置的磁场共模噪声不相同，并且梯度会随时间发生变化，这同样导致了这种方法的误差较大。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种磁场检测系统及方法，通过对背景磁噪声及其梯度(磁场强度变化率)的采集，计算出空间中任意位置的共模磁噪声，用于提升测量位置的信号质量，减少测量误差，进一步提高生物磁检测的准确性和灵敏度。

为了达到上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种磁场检测方法，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的三个第一磁传感器探头 (41)和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头(42)，多个第二磁传感器探头 (42)靠近被测区域设置并且分布在同一个检测平面中，第一磁传感器探头(41)远离被测区域设置；三个第一磁传感器探头(41)分别为探头A、探头B和探头C，探头A和探头 B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，所述检测平面为XY平面，多个第二磁传感器探头沿Y方向排列成一行，各个第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)共处于同一YZ平面内；检测时包括如下步骤：

1)探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度；

2)根据每个第二磁传感器探头(42)距离探头A的Z投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向及Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；

3)从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号；

4)通过同步移动第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。

作为优选，包括6至12个第二磁传感器探头(42)，相邻两个第二磁传感器探头(42)之间的距离为30至50mm。

作为优选，多个第二磁传感器探头(42)排列的长度覆盖待测区域的Y方向尺度。

作为优选，第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)沿X方向同步移动。

一种磁场检测方法，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的四个第一磁传感器探头 (41)和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头(42)，多个第二磁传感器探头 (42)靠近被测区域设置，第一磁传感器探头(41)远离被测区域设置；四个第一磁传感器探头(41)分别为探头A、探头B、探头C和探头D，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，探头A和探头D沿X方向左右排列，多个第二磁传感器探头(42)呈阵列方式分布设置在同一检测平面内，所述检测平面为XY平面；检测时包括如下步骤：

1)探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度，探头D的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在x方向上的梯度；

2)根据每个第二磁传感器探头(42)距离探头A的Z投影距离、X投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向、X方向和Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；

3)从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号。

作为优选，多个第二磁传感器探头排布成一个能够覆盖全部被测区域的阵列。这样可以一次性获得被测区域的全部测量数据。

另一优选方式是，移动第二磁传感器探头(42)遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。这样可以降低传感器成本和减少探头移动次数。

作为优选，所述磁传感器为原子磁力传感器。

作为优选，还包括用于屏蔽外部磁场及电磁噪声的磁屏蔽装置(5)；第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)均设置在磁屏蔽装置(5)内的探头支架(4)上，安装在探头支架(4)上的传感器探头通过传感器电缆(6)和安装在磁屏蔽装置(5)外面的传感器控制器连接。

一种磁场检测系统，采用如上所述的一种磁场检测方法。

本发明由于采用了以上的技术方案，通过对背景磁噪声及其梯度的采集，计算出空间中各个测量位置的共模磁噪声，通过计算抑制测量位置的数据噪声，用于提升测量位置的信号质量，减少测量误差，进一步提高生物磁检测的准确性和灵敏度。该系统用于在常温条件下完成密集点阵的人体器官、局部组织的生物磁数据采集，诊断相关器官、组织的异常变化。一个特别的应用是对人体心脏磁场的检测和特征提取，用于心脏疾病的诊断。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明系统的结构示意图；

图2为本发明系统中检查床沿x方向移动位置变化示意图；

图3为磁传感器探头的第一种排布方式示意图；

图4为磁传感器探头的第二种排布方式示意图；

图5为磁传感器探头的第一种排布方式的测量定位示意图；

图6为本发明系统控制与数据处理流程示意图；

图7为人体心脏生物磁检测网格点示意图。

其中，1、基座；2、检查床组件；21、下层床板；3、被测人体；4、探头支架；41、第一磁传感器探头；42、第二磁传感器探头；5、磁屏蔽装置；6、传感器电缆；7、系统机柜； 8、数据电缆；9、系统操作单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。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。

在本发明的描述中，除非上下文另有明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

如图1所述的一种生物磁量子检测系统，包括：

用于测量生物磁场的原子磁传感器组，由多个原子磁传感器组成，原子磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；

用于屏蔽外部磁场及电磁噪声的磁屏蔽装置5；

支撑定位机械装置，包括基座1、用于固定被测人体的检查床组件2和用于固定传感器探头的探头支架4；

系统控制及数据处理单元；

以及系统操作单元；

其中，所述传感器探头包括：

用于采集背景噪声和背景磁场梯度信息的至少三个第一磁传感器探头41，

以及用于接收生物磁场的多个第二磁传感器探头42；

第一磁传感器探头41和第二磁传感器探头42均固定在探头支架4上，第二磁传感器探头42位于第一磁传感器探头41的下方。

本实施例中，探头支架4设置在磁屏蔽装置5内，安装在探头支架4上的传感器探头通过传感器电缆6和安装在磁屏蔽装置5外面的传感器控制器连接。这样，传感器探头靠近人体器官或组织接收人体生物磁场，传感器控制器离开传感器探头一个合适的距离可以减少对被测生物磁场的干扰。

在一种实施方式中，探头支架4上设置有三个第一磁传感器探头41，分别为探头A、探头B和探头C，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，多个第二磁传感器探头42位于第一磁传感器探头41下方并且沿Y方向前后排成一列，三个第一磁传感器探头41和多个第二磁传感器探头42共处于同一YZ平面内。这样，每个探头的坐标已知；探头B的测量值减去探头A的测量值除以AB间的距离，即可求得磁场在z方向上的梯度，同理，探头C的测量值减去探头A的测量值除以AC间的距离，即可求得磁场在y方向上的梯度；则根据下方多个探头距离A的z投影距离，及y投影距离，结合计算出的z方向及y方向的梯度，可以计算出下方各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；将计算出的背景磁场从测量值中减去，即相当于抑制了测量位置的背景噪声，从而提升待测信号的质量。优选的方案是，多个第二磁传感器探头沿Y方向成一行均匀排列，探头排列的长度覆盖待测区域的Y方向尺度。检测心磁信号的优选方案是配置6至12个原子磁传感器，探头之间距离30至50mm。

在另一种实施方式中，探头支架4上设置有四个第一磁传感器探头41，分别为探头A、探头B、探头C和探头D，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y 方向前后排列，探头A和探头D沿X方向左右排列，至少四个第二磁传感器探头42呈阵列方式分布设置在同一检测平面内。这样，用于采集环境噪声及其梯度的四个原子磁传感器探头在空间不同方向上排布，每个探头的坐标已知，探头B的测量值减去探头A的测量值除以AB间的距离，即可求得磁场在z方向上的梯度。同理，探头C的测量值减去探头A 的测量值除以AC间的距离，即可求得磁场在y方向上的梯度。同理，探头D的测量值减去探头A的测量值除以AD间的距离，即可求得磁场在x方向上的梯度。则根据下方各个第二磁传感器探头距离A的z投影距离，x及y投影距离，结合计算出的x方向，y方向及z 方向的梯度，就可以计算出下方各个探头位置处的背景磁场。将计算出的背景磁场从测量值中减去，即相当于抑制了测量位置的背景噪声，从而提升待测信号的质量。优选的方案是多个第二磁传感器探头根据被测目标的形态和区域排布成一个阵列，覆盖全部被测区域。

上述两种实施方式不仅可以用于生物磁场测量，还可以用于其他弱磁测量领域，因此本实施例还公开了：

一种磁场检测方法，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的三个第一磁传感器探头41 和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头42，多个第二磁传感器探头42靠近被测区域设置并且分布在同一个检测平面中，第一磁传感器探头41远离被测区域设置；三个第一磁传感器探头41分别为探头A、探头B和探头C，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，所述检测平面为XY平面，多个第二磁传感器探头沿 Y方向排列成一行，各个第一磁传感器探头41和第二磁传感器探头42共处于同一YZ平面内；检测时包括如下步骤：探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度；根据每个第二磁传感器探头42距离探头A的Z投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向及Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号；通过同步移动第一磁传感器探头41 和第二磁传感器探头42遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。

该实施方式中，还包括6至12个第二磁传感器探头42，相邻两个第二磁传感器探头42 之间的距离为30至50mm。多个第二磁传感器探头42排列的长度覆盖待测区域的Y方向尺度。第一磁传感器探头41和第二磁传感器探头42沿X方向同步移动。

一种磁场检测方法，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的四个第一磁传感器探头41 和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头42，多个第二磁传感器探头42靠近被测区域设置，第一磁传感器探头41远离被测区域设置；四个第一磁传感器探头41分别为探头 A、探头B、探头C和探头D，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y 方向前后排列，探头A和探头D沿X方向左右排列，多个第二磁传感器探头42呈阵列方式分布设置在同一检测平面内，所述检测平面为XY平面；检测时包括如下步骤：探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头 C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度，探头D的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在x方向上的梯度；根据每个第二磁传感器探头42距离探头A的Z投影距离、X投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向、X方向和Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号。

该实施方式中，优选多个第二磁传感器探头排布成一个能够覆盖全部被测区域的阵列。也可以移动第二磁传感器探头(42)遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。

一种磁场检测系统，采用如上所述的一种磁场检测方法。

本实施例中，磁屏蔽装置5由高磁导率材料制成，具有能够容纳探头支架和被测人体的内部空间，磁屏蔽装置5是一个圆筒状磁屏蔽筒，一端封闭，另一端开放。

本实施例中，磁传感器包括基座1、检查床组件2和探头支架4，检查床组件2安装在基座上并能够沿X方向在基座1上直线移动；探头支架4安装在检查床组件2上并能够沿X 方向在检查床组件2上直线移动；基座1的一部分固定在磁屏蔽装置5内部，基座1另外一部分固定在磁屏蔽装置5外面。作为优选，检查床组件由电动机驱动移动，电机位于磁屏蔽装置外部。作为优选，检查床组件2和基座1通过第一锁定装置固定两者之间的相对位置。

本实施例中，检查床组件2包括上层床板和下层床板，其中上层床板能够在下层床板上沿着X方向直线移动；上层床板和下层床板通过定位装置固定两者之间的相对位置；探头支架4安装在检查床组件2的下层床板上，探头支架4和检查床组件2通过第二锁定装置固定两者之间的相对位置。作为优选，探头支架可以沿Z方向直线移动，用于调整传感器探头跟被测人体之间的距离位置。

本实施例中，探头支架4上设置有激光发射装置，该激光发射装置能够沿Z方向向下发出用于指示测量位置的可视激光光束。这样，通过可视激光束用于指示测量区域，协助调整传感器探头跟被测人体之间在X方向和Y方向的位置。优选的，激光光束形状在X-Y平面为点状或者线状；光束数量为1至4束；激光颜色为红色或者绿色。

系统控制和数据处理单元包括传感器控制、系统控制、数据采集、数据处理和数据通信几个模块，以及供电等附属设备，以及一个可选的心电信号模块。其中，传感器控制、系统控制、数据采集、数据处理几个部分还包括程序来实现各自的功能。系统操作单元，由计算机或者平板电脑等智能电子设备和程序构成，通过高速数据通道连接到系统控制及信息处理单元。进一步优选支持多个系统操作单元同时操作和使用系统。该心电模块的信号接入系统的数据采集单元，所得数据用于辅助系统信号处理，获得更好的心磁信号处理结果。这些均为现有技术。

系统各部分进一步具体阐述如下：

1、原子磁传感器组

原子磁传感器，基于光与原子的相互作用，探测原子能级在磁场作用下的改变，从而实现精确的磁场测量。其内部包括激光光源，光学棱镜及镜片，原子气室，及光电转换模块。激光光源选用小型化的激光芯片，其波长与选用的原子对应。光学棱镜及镜片将激光整形，并控制其偏振状态，入射到原子气室中。原子气室是一个高透明度的密闭玻璃容器，里面放置足量的某种碱金属。在一些实例中，原子气室里面放置铷原子；在另外一些实例中，原子气室里面放置铯原子。在低压、适当加温条件下，在原子气室中形成一定浓度的碱金属原子蒸汽。在一些实例中，原子气室里还加入适当的氮气或者惰性气体限制气态碱金属的运动，以获得更好的测量结果。根据实际工程的需要，在一些实例中，原子气室采用正(长)方体形状；在另外一下实例中，原子气室采用圆柱形或者球形形状。原子气室的尺度通常是30mm以下。

通过给原子气室设置合适的温度、磁场环境，提供特定的泵浦激光，原子气室内的碱金属蒸汽被极化，进入某种量子态，成为一个能灵敏感知磁场强度的工作介质。探测激光经过原子气室，跟极化的碱金属原子作用，从而携带了碱金属原子的量子态信息。出射光经光电转换模块，将光信号转化为电信号，并通过线缆传输到控制单元内，实现对磁场的分析提取。根据不同的实现方式，原子磁力测量技术又分为Mx光泵、Mz光泵、无自旋弛豫交换(SERF)等细分技术。

在不同的实现方案中，上述泵浦激光和探测激光可以是不同两束激光，也可以是同一束激光。

一个实现方案是，原子磁传感器包括原子磁传感器探头、原子磁传感器控制器和传感器电缆。其中，原子气室安装在原子磁传感器探头中，用来探测其自身所在位置的磁场。传感器探头中也安装了激光发生装置、磁场发生装置和温度控制装置，以及探测激光检测装置。传感器控制器则提供传感器探头的这些工作装置所需的控制信号，接收并处理激光检测装置的输出信号。这些输入和输出信号，通过传感器电缆传输。

原子磁传感器控制器进一步提供对外接口，用来接收外部设备指令，给外部设备提供检测信号或数据。

根据传感器安装密度要求和设备安装空间的限制，对传感器探头的尺寸有一定限制。在本发明中，要求传感器探头在测量平面的投影小于30mm*30mm，长度小于100mm。优选的实施方式是，传感器探头做成一个20mm*20mm*60mm的长方体，其中20mm*20mm的面正对被测物。

为探测到人体磁场的空间分布情况，系统内布置了多个上述的原子磁传感器。人体磁场非常微弱，以心脏磁场为例，其峰峰值通常小于100pT，地磁场通常大小为50000000pT，因此测量时环境磁场的飘动及变化将严重影响测量到的结果。值得注意的是，环境磁场并不是均匀的，而是存在磁场梯度的。因此，在不同的测量位置，环境磁场的变化带来的影响也不相同，这就引入了测量噪声。这种环境磁场变化带来的噪声甚至会远大于待测的生物磁场信号，使得测到的生物磁信号信噪比低，甚至淹没在背景噪声中。磁屏蔽装置的引入，如下述的磁屏蔽桶，会减弱环境噪声，一定程度上改善这个问题，但不能完全解决。为了进一步提升测量水平，本发明将上述的原子磁传感器分为两组，一组为用来采集测量环境的背景磁噪声及其梯度信息的第一磁传感器探头组41，另一组为用来采集生物磁信号的第二磁传感器探头组42。

如图3所示的一种优选排列方式，其中，用来采集背景噪声及其梯度的第一磁传感器探头41包括ABC三个探头，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，用来采集生物磁信号的第二磁传感器探头42位于第一磁传感器探头41下方并且沿Y方向前后排成一列，ABC三个探头及下方7个探头共处于同一YZ平面内。每个探头的坐标已知。B探头的测量值减去A探头的测量值除以AB间的距离，即可求得磁场在z 方向上的梯度。同理，C探头的测量值减去A探头的测量值除以AC间的距离，即可求得磁场在y方向上的梯度。则根据下方7个探头距离A的z投影距离，及y投影距离，结合计算出的z方向及y方向的梯度，可以计算出下方7个探头位置处的背景磁场。将计算出的背景磁场从测量值中减去，即相当于抑制了测量位置的背景噪声，从而提升待测信号的质量。这样，可计算两个方向上的磁场梯度，则可推算出这两个方向所构成的平面内所有位置的磁场共模噪声。

上述排列方式只考虑了yz平面内的测量，同理，另一种优选的方案为增加一个原子磁传感器探头D，探头D和探头A沿X方向左右排列，则可计算出x方向上的磁场梯度，进而计算出下方所有测量位置处的磁场噪声，如图4所示。

具体的数学计算过程如下。

设A所处位置为(0,0,0)，其测量值为V0。B所处位置为(0,0,lz)，其测量值为 Vz。C所处位置为(0,ly,0)，其测量值为Vy。D所处位置为(lx,0,0)，其测量值为Vx。

则，空间任意位置(x,y,z)出的共模磁场噪声V为：

将采集到的磁场信号减掉算出的共模噪声后，用于后续的数据处理。

这样，由A和B位置的探测数据，即可计算出在y方向上的磁场梯度。同理，由A和 C位置的探测数据，可计算出Z方向的磁场梯度。同理，由A和B位置可计算出X方向上的磁场梯度。可将A位置的探测数据视为环境噪声。根据背景磁场的三轴梯度信息，及一点的磁场噪声，则可计算空间任意位置的共模磁场噪声，用于测量位置的共模噪声抑制。

2、磁屏蔽装置

人体生物磁信号极其微弱，如果不加控制，地球磁场、环境电磁波都会对测量造成严重影响。磁屏蔽装置屏蔽外部的磁场及电磁噪声，使其内部装置避免外部干扰。某些原子磁力技术，比如SERF，传感器探头需要工作在接近零磁场的环境中。

磁屏蔽装置由高磁导率合金材料构成。通常使用的高磁导材料有坡莫合金、硅钢。磁屏蔽装置采用一定厚度的所述的高磁导合金板，做成一个封闭的或者半封闭的空腔，空腔的尺寸至少要可以容纳传感器探头及附属装置、被测人体的局部或者全部。空腔内的全部或局部区域，磁场强度小于一个指定的数值，比如50nT(地球磁场45000nT～60000nT)。这个区域的大小，至少要覆盖全部的测量点。

高磁导合金板的厚度通常在0.1mm～10mm范围。采用多层合金板制作磁屏蔽装置可以获得更好的屏蔽效果，达到所要求的屏蔽性能。本实施例中，采用3～5层坡莫合金制作磁屏蔽装置；在另外一些实施方式中，可以采用8～10层硅钢合金制作磁屏蔽装置。

磁屏蔽装置可以是长(正)方体形状的磁屏蔽室，磁屏蔽装置也可以是圆柱形的磁屏蔽筒。磁屏蔽装置采用全封闭可以获得更好的屏蔽性能，在这种情况下，屏蔽室或者屏蔽筒需要有一个可开合的门或者盖子装置已方便传感器探头和被测目标的进入或移出。

在本实施例中，优选采用一个半封闭的磁屏蔽筒装置，如图1所示。磁屏蔽筒主体采用四层坡莫合金制成，内径Φ3：850mm，外径Φ2：1000，长度L：2m。磁屏蔽筒主体外面再加一个厚度10mm的铝合金圆筒壳体以支撑和保护磁屏蔽筒主体。屏蔽筒一端采用四个坡莫合金盖子依次盖在四层坡莫合金圆筒上，以及一个铝合金盖子盖在铝合金壳体上。屏蔽筒另外一端开放，以方便传感器探头装置和被测人体进出。

3、支撑定位机械装置

支撑定位机械装置包括基座1、检查床组件2和探头支架4，如图1所示。支撑定位机械装置用于固定原子磁传感器探头及被测人体，并可以调整探头和被测人体部位之间的相对位置，使探头定位在合适的位置进行测量。

基座分两部分，一部分固定在磁屏蔽装置内部，另外一部分固定在屏蔽筒外部的地面。基座的两个部分紧密对接，上表面形成一个同平面的坚固平台。

检查床组件由上、下两层床板构成。上层床板和下层床板之间装有滑动轮和滑道，使得上层床板可以在下层床板上沿着X方向直线移动。滑轮可以安装在上层床板，也可以安装在下层床板。被测人平躺在上层床板，随上层床板一起移动，如图2所示。

在一些实施方式中，待测量区域大于配置的传感器覆盖区域，需要移动上层床板改变人体跟传感器探头的相对位置。因此，如图5所示，下层床板21上依次设置了R个标线，依次标记为1，2，…，R，移动上层床板使其外侧边缘对准某根标线来定位某次测量的子位置。标线之间的距离就是测量子位置的距离，具体数值根据测量的空间密度要求确定。优选的，标线均匀分布，距离30mm～50mm。

进一步的，上层床板和下层床板之间安装有锁定装置，启动锁定装置，可以固定上层床板和下层床板之间的位置。在检测过程中，锁定两者位置可以使测量位置准确；在检测准备阶段，锁定两者位置可以方便被测人上下检查床。

探头支架4安装在检查床组件2的下层床板21上，并可以沿X方向移动以调整探头支架跟检查床组件之间的相对位置。在检测的准备阶段，被测人躺在上层床板上之后，调整探头支架的位置到被测人体的目标位置，然后锁定探头支架跟下层床板之间的位置。

检查床组件2安装在基座1上。检查床组件和基座之间有滑动轮和滑道，使得检查床组件可以基座上沿着X方向直线移动。检查床组件跟基座两者之间有锁定装置，在调整到合适位置的情况下固定两者之间的相对位置。

支撑定位机械装置中的运动机构，有传感器探头支架跟检查床组件、检查床组件跟基座，以及检查床组件两层床板之间三处。这几处运动机构，可以采用人工推动移位，也可以采用电机驱动移位，或者两者的结合。具体的实施实例，可以根据需要任意组合几种移动方法。

支撑定位机械装置设置了两个优化位置，分别是初始位置和测量位置。在初始位置，检查床组件的两层床板处于屏蔽筒外最远的位置，传感器探头支架处在靠近屏蔽筒的一端，如图2B所示；在测量状态，检查床组件的两层床板处于屏蔽筒内最里面的位置，传感器探头支架则调整到了合适的测量位置，如图2A所示。

在测量准备阶段和结束阶段，支撑定位机械装置调整到初始状态以方便被测人员上下检查床。

在测量过程中，支撑定位机械装置处在测量位置，传感器探头跟检查床组件的下层床板位置锁定，如有必要，则移动检查床组件的上层床板，被测人体随着上层床板移动，改变测量点。支撑定位机械装置的这个设计，使得传感器在整个测量过程保持不动，有助于测量快速进行，以及有助于测量准确。

在优选的实施方式中，还可以采用激光光束辅助调整传感器探头。在探头支架上安装一个激光发射装置，沿Z方向向下发出可视激光光束，用于指示测量区域，方便系统操作员调整传感器探头跟被测人体之间在X方向和Y方向的位置，使得测量位置准确。激光光束可以用矩形区域、十字交叉线或单点指示人体心脏生物磁检测区域。

进一步优选，激光光束形状在X-Y平面为点状或者线状。光束数量为1～4束。激光颜色为红色或者绿色。

本实施例中，优选采用矩形区域指示传感器探头探测位置。矩形区域由四束平面线状光束围成。具体的，激光发射装置沿Z方向向下发出四束平面线状光束，在人体表面围成一个矩形，该矩形区域指示了传感器探头探测的有效位置。以心脏生物磁检测为例，操作人员可以根据这个矩形框的指示，调整探头支架和人体的相对位置，使人体心脏磁场测量区域对准矩形框。

在其他实施方式中，可以用两束平面线状激光光束形成一个十字交叉线，用于指示传感器探头探测的中心位置。

在其他实施方式中，可以用一束平面点状激光光束形成一个光点，用于指示传感器探头探测的中心位置。

3.1、探头布置和密集点阵采集方法

生物磁检测应用通常需要在一个区域进行高密度测量采集。以人体心脏生物磁检测应用为例，优选以人体心脏为中心的胸部上方贴近人体位置(距离大约1cm)的一个平面区域作为测量区域。在这个区域确定一个N列*R行的均匀网格点，在每一个网格点内测量一段时间(比如30s)的磁场数据。如图7所示，图中一个小方格为一个传感器探头的测量位置，方格中心对应传感器探头探测中心；区域大小，优选X、Y方向都为20～25cm；测量网格点密度，优选相邻测量点中心位置距离为30～50mm；

以一个7列*7行网格点为例，优选网格点大小为3.5cm*3.5cm，计算得到测量的覆盖范围是一个24.5cm*24.5cm的区域。

本实施例中，如图4所示，优选配置7列*7行的传感器探头阵列，总共49个原子磁传感器。

在其他实施方式中，传感器数量小于待测网格点，则需要多次采集以覆盖待测区域。

例如配置7个原子磁传感器，7个传感器的探头沿Y方向排成一行，相邻探头之间的中心距离是3.5cm。图3描述了本配置的心脏生物磁检测系统的测试过程。

测量开始前，原子磁传感器探头调整到测量位置①并锁定位置，然后开始采集数据，得到测量位置①的一行7个测量点的数据。然后沿X方向移动检查床组件的上层床板，也就是移动人体位置，或者检测平面位置，到测量位置②，采集第②行的7个测量点位置；重复上述过程，知道采集完成全部的7行测量点数据，得到7*7网格的全部测量数据。相邻测量位置之间的中心距离是3.5cm。需要说明的是，测量可以从测量位置①～⑦的任意一个位置开始；测量的顺序也可以是任意的，只要最终完成所有7个位置的测量。

4、系统控制与数据处理单元

系统控制及数据处理单元是由电子元器件和程序构成的电子信息系统，包括传感器控制、系统控制、数据采集、数据处理和数据通信几个模块，以及供电等附属设备，以及一个可选的心电信号模块。其中，传感器控制、系统控制、数据采集、数据处理等模块还包括程序，用来自动管理和控制系统内部的电子和机械部件，以及处理系统中的业务数据，这些均为现有技术。

系统控制与数据处理单元的工作原理主要包括业务数据的转移关系和控制信息的作用关系，如图6所示，其中实线为业务数据流，虚线为控制信息流。

系统业务数据流描述了被测目标的磁场强度信息进入系统后的处理过程。传感器控制器从传感器探头接收磁场强度的抽象信息信号，经过分析处理得到具体的表征磁场大小的电信号，由数据采集模块转换为数字数据，然后通过数据通信模块，送给数据处理模块进行数字信号处理、磁图影像分析、临床参数分析、数据保存等处理。数据通信模块还提供了对外接口，可以给外部设备提供数据服务。

系统控制信息流则以系统控制模块为核心。系统控制模块管理系统内的所有模块，包括开启和关闭、运行状态监控、参数设置。同时，系统控制模块也控制系统业务数据流的运行，包括配置业务，管理访问权限。

图1中的系统操作单元，通过向系统控制模块请求服务，可以从数据处理单元取得业务数据。

4.1、数据处理

数据处理主要包括数字信号处理和生物磁模型分析两个步骤。

数字信号处理是对采集的传感器信号(包括原子磁传感器信号，以及选配的心电信号) 进行信号领域的优化处理，去除噪声和不需要的信息，留下需要的高信噪比的信息。对每个网格点的磁场波形数据依次进行滤波、同步、平均等处理，得到一个心跳周期的清晰的波形数据。在一些实施方式中，生物磁检测系统配置一个心电模块，用于信号的同步，以获得更好的处理效果。这些均为现有技术。

在信号处理中，一些噪声成分，特别是低频噪声比较难处理。本实施例中，配置N+M个 (N≥4，M≥3)传感器，其中N个传感器的探头靠近人体用于探测被测人体器官或组织的生物磁信号，M个传感器的探头安装在远离被测人体器官或组织的合适位置，用于采集屏蔽筒内部背景磁场，辅助信号估计处理，获得更优的处理结果。具体的，假定N个用于测量生物磁信号的传感器得到的Z方向的磁场数据分别是：B_Z1，B_Z2，…，B_ZN；M个用于测量生物磁信号的传感器得到的Z方向的磁场数据分别是：D_Z1，D_Z2，…，D_ZM；确定系数矩阵{c_nm}， (n＝1,2,…N；m＝1,2,…,M)，则

B’_zn(n＝1，2，…，N)即为去除了部分背景噪声成分的估计信号。系数矩阵{c_nm}通过零输入，以及一些特殊的训练信号输入进行测试分析得到。实际测试表明，3个传感器用于采集背景噪声可以得到很好的处理效果。

完成数字信号处理步骤之后，进一步对生物磁信号进行生物磁模型分析，提取生物磁的特征值，进行疾病判断。这个过程需要跟临床实验相结合，通过大量的临床数据来确定有效的特征值。

心脏生物磁的研究已经有二十多年的历史，目前也已经有心磁图产品在临床应用。一种优选的做法是，取一个心跳周期中的某些特殊时刻点的心脏生物磁数据，通过插值提高空间高分辨率，用等高线绘制磁场图；同时从磁场数据分析计算伪电流图。这些特殊的时刻点，通常取R峰、T峰、ST阶段开始阶段、T峰前后阶段等时刻，根据它们的磁场图和伪电流图，可以诊断某些心脏疾病。目前临床诊断应用比较成熟的是心肌缺血。

5、系统操作单元

系统操作单元由计算机或者平板电脑等智能电子设备和程序构成。系统操作单元的设备通过高速数据通道连接到系统控制及信息处理单元。这些均为现有技术。

系统操作单元提供使用者操作和维护设备。对于医务人员，系统操作单元提供登陆系统、进行生物磁检测操作、查看病人历史数据等功能；对于维护技术人员，系统操作单元提供系统配置、系统诊断等功能。系统操作单元优选提供图形界面以方便用户使用，并且支持多用户操作，即多个系统操作单元同时操作和使用系统。在发生操作冲突情况下，系统控制及数据处理单元将根据登陆的操作员权限及其它条件做仲裁，选择合适的操作。

下面根据传感器探头的不同布置方式结合具体示例对生物磁检测过程说明如下：

一种实施方式是，第一磁传感器探头和第二磁传感器探头呈同一平面布置，该人体心脏生物磁检测系统包括：

1)一套原子磁传感器组，由10个原子磁传感器组成。如图3所示，其中7个原子磁传感器的探头(第二磁传感器探头42)沿Y方向成一直线均匀安装在探头支架上，相邻探头中心距离3.5cm，用于接收被测人体心磁生物磁场信号；第8-10个原子磁力的探头(第一磁传感器探头41)安装在探头支架上部，距离探测面至少10cm。原子磁传感器的控制器安装在系统机柜中，通过电缆跟传感器探头连接。

2)一套双导联心电模块，心电模块主体安装在系统机柜中，心电电极安放在支撑定位装置的检查床组件上备用。心电电极跟心电模块主体通过电缆连接。

3)一个磁屏蔽筒，由四层坡莫合金圆柱筒、一个厚度10mm的铝合金圆筒壳体构成，内径Φ850mm，外径Φ1000，长度2m。屏蔽筒一端采用四个坡莫合金盖子和一个铝合金盖子封闭，另外一端开放。

4)一套支撑定位机械装置，包括探头支架、检查床组件及基座，其中探头支架上配置矩形激光定位装置；检查床组件设置7个测量子位置标记，相邻位置之间距离3.5cm。

5)一套系统控制及数据处理单元，包括数据传感器控制模块、系统控制模块、数据采集及处理模块、数据通信模块，以及供电模块；其中，传感器控制模块、系统控制模块、数据采集及处理模块包括各自的控制程序。

6)一套系统操作单元，由计算机及运行在计算机上的软件构成。

探头采用上述平面布置的人体心脏生物磁检测方法，步骤如下：

1)开启系统控制及数据处理单元，开启系统操作单元程序并登陆系统；

2)将检查床组件移到屏蔽筒外的初始位置，将探头支架调准到初始位置，如图2B所示。将检查床组件调整到测量子位置4(即最中间的测量子位置)。

3)被测人平躺在上层床板上面，调整人体位置使之在上层床板Y轴方向的中心、头部接近上层床板X轴方向靠近屏蔽筒的一端。把双导联心电模块的电极固定在人体手腕、脚踝位置；

4)沿X方向移动探头支架，使探头到人体心脏上方位置；打开激光定位装置的激光，调整探头支架使激光指示的矩形区域覆盖人体心脏磁场检测区域(大致把心脏位置置于矩形区域中心，需要具备一定医学知识的人员操作)；沿Z方向调整探头支架到合适高度位置，使之在整个测量过程中距离人体部位最近距离大约10mm距离；然后锁定探头支架的X、Z两个位置；

5)将双层检查床连同探头支架、被测人一起沿X方向推进屏蔽筒到测量位置，如图2A 所示；

6)在系统操作单元程序中启动测量程序，初始化传感器到工作状态，然后采集测量子位置4的数据；

7)移动双层检查床的上层床板，依次将人体位置移动到第3、2、1、5、6、7等测量子位置，完成所有子位置的数据采集；

8)系统控制和数据处理单元在后台自动处理和分析数据，完成数据处理的时间不大于 10s。用户可以在系统操作单元查看处理和分析结果。

另一种实施方式是，第一磁传感器探头和第二磁传感器探头呈三维空间布置，该人体心脏生物磁检测系统包括：

1)一套原子磁传感器组，由10个原子磁传感器组成。如图4所示，其中49个原子磁传感器的探头(第二磁传感器探头42)呈7*7测量点阵列分布均匀安装在探头支架上，相邻探头中心距离3.5cm，用于接收被测人体心磁生物磁场信号，第二磁传感器探头形成的检测平面覆盖人体心脏整个待测区域；另有4个原子磁传感器探头(第一磁传感器探头41) 安装在探头支架上部，距离探测面至少10cm。原子磁传感器的控制器安装在系统机柜中，通过传感器电缆跟传感器探头连接。

2)一套双导联心电模块，心电模块主体安装在系统机柜中，心电电极安放在支撑定位装置的检查床组件上备用。心电电极跟心电模块主体通过电缆连接。

3)一个磁屏蔽筒，由四层坡莫合金圆柱筒、一个厚度10mm的铝合金圆筒壳体构成，内径Φ850mm，外径Φ1000，长度2m。屏蔽筒一端采用四个坡莫合金盖子和一个铝合金盖子封闭，另外一端开放。

4)一套支撑定位机械装置，包括探头支架、检查床组件及基座，其中探头支架上配置矩形激光定位装置。

5)一套系统控制及数据处理单元，包括数据传感器控制模块、系统控制模块、数据采集及处理模块、数据通信模块，以及供电模块；其中，传感器控制模块、系统控制模块、数据采集及处理模块包括各自的控制程序。

6)一套系统操作单元，由计算机及运行在计算机上的软件构成。

探头采用上述空间布置的人体心脏生物磁检测方法，方法步骤如下：

1)开启系统控制及数据处理单元，开启系统操作单元程序并登陆系统；

2)将检查床组件移到屏蔽筒外的初始位置，将探头支架调准到初始位置，如图2B所示。

3)被测人平躺在上层床板上面，调整人体位置使之在上层床板Y轴方向的中心、头部接近上层床板X轴方向靠近屏蔽筒的一端。把双导联心电模块的电极固定在人体手腕、脚踝位置；

4)沿X方向移动探头支架，使探头到人体心脏上方位置；打开激光定位装置的激光，调整探头支架使激光指示的矩形区域覆盖人体心脏磁场检测区域(大致把心脏位置置于矩形区域中心，需要具备一定医学知识的人员操作)；沿Z方向调整探头支架到合适高度位置，使之在整个测量过程中距离人体部位最近距离大约10mm距离；然后锁定探头支架的X、Z两个位置；

5)将双层检查床连同探头支架、被测人一起沿X方向推进屏蔽筒到测量位置，如图2A 所示；

9)在系统操作单元程序中启动测量程序，初始化传感器到工作状态，然后一次性采集检测平面内各个测量点的数据；

10)系统控制和数据处理单元在后台自动处理和分析数据，完成数据处理的时间不大于 10s。用户可以在系统操作单元查看处理和分析结果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一种实施方式”、“具体实施方式”、“其他实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例、实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，上述描述的具体特征、结构、材料或者特点也可以在任何的一个或多个实施例、实施方式或示例中以合适的方式结合。本发明记载的技术方案也包括上述描述的任意一个或多个具体特征、结构、材料或者特点以单独或者组合的方式形成的技术方案。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换、变型、删除部分特征、增加特征或重新进行特征组合形成的技术方案，凡是依据本发明的创新原理对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种磁场检测方法，其特征在于，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的三个第一磁传感器探头(41)和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头(42)，多个第二磁传感器探头(42)靠近被测区域设置并且分布在同一个检测平面中，第一磁传感器探头(41)远离被测区域设置；三个第一磁传感器探头(41)分别为探头A、探头B和探头C，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，所述检测平面为XY平面，多个第二磁传感器探头沿Y方向排列成一行，各个第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)共处于同一YZ平面内；检测时包括如下步骤：

1)探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度；

2)根据每个第二磁传感器探头(42)距离探头A的Z投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向及Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；

3)从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号；

4)通过同步移动第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。

2.根据权利要求1所述的一种磁场检测方法，其特征在于，包括6至12个第二磁传感器探头(42)，相邻两个第二磁传感器探头(42)之间的距离为30至50mm。

3.根据权利要求1所述的一种磁场检测方法，其特征在于，多个第二磁传感器探头(42)排列的长度覆盖待测区域的Y方向尺度。

4.根据权利要求1所述的一种磁场检测方法，其特征在于，第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)沿X方向同步移动。

5.一种磁场检测方法，其特征在于，包括用于测量磁场的多个磁传感器，磁传感器包括传感器探头和传感器控制器；传感器探头包括用于采集背景磁场及其梯度信息的四个第一磁传感器探头(41)和用于采集被测磁场信号的多个第二磁传感器探头(42)，多个第二磁传感器探头(42)靠近被测区域设置，第一磁传感器探头(41)远离被测区域设置；四个第一磁传感器探头(41)分别为探头A、探头B、探头C和探头D，探头A和探头B沿Z方向上下排列，探头A和探头C沿Y方向前后排列，探头A和探头D沿X方向左右排列，多个第二磁传感器探头(42)呈阵列方式分布设置在同一检测平面内，所述检测平面为XY平面；检测时包括如下步骤：

1)探头B的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Z方向上的梯度，探头C的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在Y方向上的梯度，探头D的测量值减去探头A的测量值除以两者之间的距离，求得背景磁场在x方向上的梯度；

2)根据每个第二磁传感器探头(42)距离探头A的Z投影距离、X投影距离和Y投影距离，结合计算出的背景磁场在Z方向、X方向和Y方向的梯度，计算出各个第二磁传感器探头位置处的背景磁场；

3)从各个第二磁传感器探头获得的测量值中减去背景磁场，求得被测磁场在各个第二磁传感器探头位置的磁场信号。

6.根据权利要求5所述的一种磁场检测方法，其特征在于，多个第二磁传感器探头排布成一个能够覆盖全部被测区域的阵列。

7.根据权利要求5所述的一种磁场检测方法，其特征在于，移动第二磁传感器探头(42)遍历被测区域的各个测量点位，获得被测区域的全部测量数据。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的一种磁场检测方法，其特征在于，所述磁传感器为原子磁力传感器。

9.根据权利要求8所述的一种磁场检测方法，其特征在于，还包括用于屏蔽外部磁场及电磁噪声的磁屏蔽装置(5)；第一磁传感器探头(41)和第二磁传感器探头(42)均设置在磁屏蔽装置(5)内的探头支架(4)上，安装在探头支架(4)上的传感器探头通过传感器电缆(6)和安装在磁屏蔽装置(5)外面的传感器控制器连接。

10.一种磁场检测系统，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的一种磁场检测方法。

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