CN113267741B - 一种squid测试组件串扰的标定、消除方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统，包括：模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场；在多通道SQUID测量模块中被串扰通道及串扰通道均正常工作的情况下，测量被串扰通道及串扰通道的输出信号；在被串扰通道正常工作、串扰通道关闭的情况下，测量被串扰通道的输出信号；基于被串扰通道在有无串扰两种情况下的输出信号变化值及串扰通道的输出信号，计算被串扰通道与串扰通道之间的串扰系数；重复上述步骤依次计算多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数，并获取多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。本发明不仅能提高串扰标定的精度、简化串扰的测量步骤，而且能整体对SQUID测量系统的串扰进行精确标定和消除。

Description

一种SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，特别是涉及一种SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统。

背景技术

超导量子干涉仪(SQUID：Superconducting Quantum Interference Device)是基于约瑟夫森结构建的一种磁通电压转换器，由其构成的超导磁传感器是目前已知灵敏度最高的磁传感器，能够测量非常微弱的磁信号，而由SQUID作为核心器件又可组成超导磁测量系统，在生物磁、地球物理和低场核磁共振等极微弱磁场探测领域已有众多应用。需要注意的是，由多个SQUID构建的磁测量系统在探测器物理空间受限时会存在通道串扰问题，从而会极大地影响系统的测量精度。

超导量子干涉仪作为磁传感器使用时需要读出电路配合，即SQUID需要在噪声匹配后通过基于磁通锁定环(Flux Lock Loop，简称FLL)的读出电路线性化以达到实用化的目的。基于FLL工作模式的SQUID读出电路工作原理是通过SQUID自身的反馈线圈抵消外界磁场的变化，使其工作点始终保持在I–Φ(V–Φ)曲线中某个灵敏度最高的点附近。在此过程中，因其存在主动反馈，故在多个SQUID测量通道同步工作时会引入串扰。

在申请号为2010102206299的发明专利“SQUID平面三维磁强计串扰定量标定及消除方法”中公开了一种SQUID测量组件串扰标定及消除方法，平面三维磁强计的串扰存在于反馈线圈与相邻SQUID之间，测试反馈线圈与SQUID间的互感可对串扰进行定量标定，在此基础上消除串扰。该专利虽然可以互感为指标标定串扰大小并进行消除，但是缺点也很明显，其一，标定是基于理想模型通过间接测量实现，不符合实际产生串扰的工作环境，误差难以控制；其二，串扰标定只涉及芯片级，未能充分考虑SQUID读出电路以及传输线缆等因素的影响。

《低温物理学报》中文期刊2017年第39卷第1期中的《航空超导全张量磁梯度仪的串扰研究》公布了一种SQUID全张量组件串扰标定及消除方法，在良好的屏蔽装置中通过在SQUID的Pick-up线圈加入一个可控的10Hz正弦电压信号，依次测量锁定状态下各SQUID通道两两通道之间的耦合系数，进而完成串扰标定，并通过扩展空间距离来消除串扰。该论文虽然可以完成SQUID全张量组件的串扰评估，但也存在如下缺点，其一，串扰是通过在SQUID的Pick-up线圈中加入测试信号来完成的，忽略了测量系统其它电流环路的影响，不符合实际产生串扰的工作环境，无法完成串扰的精确标定；其二，串扰标定只涉及芯片级，未能充分考虑SQUID读出电路以及传输线缆等因素的影响。

综上所述，现有SQUID测量系统串扰标定及消除方法不但存在测量精度不高等问题，还存在串扰标定及消除因素不全面等问题，而SQUID测量系统的串扰标定及消除对具有战略意义的航空超导磁测量装置至关重要，从而引导出本申请的构思。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统，用于解决现有技术中SQUID测量系统测量精度差、串扰标定及消除因素不全面等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SQUID测试组件串扰的标定系统，所述SQUID测试组件串扰的标定系统至少包括：

功率信号源、三维亥姆霍兹线圈、多通道SQUID测量模块、测量控制模块及串扰标定模块；

所述功率信号源提供激励信号；

所述三维亥姆霍兹线圈连接所述功率信号源，用于产生正弦磁场；

所述多通道SQUID测量模块设置于所述三维亥姆霍兹线圈的磁场区，对所述三维亥姆霍兹线圈产生的磁场进行测量；

所述测量控制模块连接所述功率信号源及所述多通道SQUID测量模块，对所述多通道SQUID测量模块的工作参数进行设置并采集所述多通道SQUID测量模块的数据；

所述串扰标定模块连接于所述测量控制模块的输出端，基于所述测量控制模块的输出信号计算所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数。

可选地，所述功率信号源包括信号源及功率放大器；所述信号源产生激励信号，并提供给所述测量控制模块；所述功率放大器连接于所述信号源的输出端，对所述激励信号进行放大并提供给所述三维亥姆霍兹线圈。

可选地，所述多通道SQUID测量模块包括多通道的SQUID测量组件及SQUID读出电路；所述SQUID测量组件用于测量磁场；所述SQUID读出电路连接于所述SQUID测量组件的输出端，读取所述SQUID测量组件的测量结果。

可选地，所述测量控制模块包括测控组件或双相锁相放大器。

可选地，所述三维亥姆霍兹线圈替换为一维亥姆霍兹线圈，所述SQUID测试组件串扰的标定系统还包括设置于所述一维亥姆霍兹线圈的磁场区的无磁三维转台，基于所述无磁三维转台带动所述多通道SQUID测量模块转动以产生正弦磁场。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种SQUID测试组件串扰的消除系统，所述SQUID测试组件串扰的消除系统至少包括：串扰消除模块及上述SQUID测试组件串扰的标定系统；

所述SQUID测试组件串扰的标定系统输出串扰通道的输出信号、被串扰通道的输出信号及各通道之间的串扰系数；

所述串扰消除模块连接于所述SQUID测试组件串扰的标定系统的输出端，通过物理抵扣的方式消除被串扰通道的串扰。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种SQUID测试组件串扰的标定方法，基于上述SQUID测试组件串扰的标定系统实现，所述SQUID测试组件串扰的标定方法至少包括：

S11)模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场；

S12)在多通道SQUID测量模块中被串扰通道及串扰通道均正常工作的情况下，测量所述被串扰通道及所述串扰通道的输出信号；

S13)在所述被串扰通道正常工作、所述串扰通道关闭的情况下，测量所述被串扰通道的输出信号；

S14)基于所述被串扰通道在有无串扰两种情况下的输出信号变化值及所述串扰通道的输出信号，计算所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；

S15)重复步骤S12)至步骤S14)依次计算所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数，并获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。

可选地，所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数满足：

k_ij＝(V_i ^y-V_i ⁿ)/V_j；

其中，k_ij为所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；V_i ^y为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出信号；V_i ⁿ为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出信号；V_j为所述串扰通道的输出信号。

更可选地，所述被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值满足：

其中，ΔV_ij为所述被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值；

为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出幅值；θ为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出相位；

为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出幅值；δ为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出相位。

可选地，采用双相锁相放大技术检测各通道的输出信号。

可选地，分频段产生相应的正弦磁场，并获取不同频段各通道的输出及对应频段的通道串扰系数矩阵。

更可选地，在相同频率下设置两个信号幅值，并在相同频率不同幅值对应的磁场下进行所述SQUID测试组件串扰的标定方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种SQUID测试组件串扰的消除方法，所述SQUID测试组件串扰的消除方法至少包括：

S21)采用上述SQUID测试组件串扰的标定方法获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵；

S22)基于多通道SQUID测量模块对实际被测磁场进行检测，其中各通道均正常工作，获取各通道的输出信号，基于所述通道串扰系数矩阵在被串扰通道的输出信号中抵消各串扰通道对所述被串扰通道的干扰，最终输出串扰消除后的各通道的输出信号。

如上所述，本发明的SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统，具有以下有益效果：

本发明的SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场，利用SQUID工作点参数可调且工作状态可控的特点，在模拟产生的均匀磁场中通过是否使能SQUID测量系统串扰通道，测量被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值，进而根据加载磁场的幅值获取通道之间的串扰系数，并分频段通过多次两两重复试验获取SQUID测量系统的通道串扰系数矩阵，再由其根据串扰通道在实际工作状态下的输出值以物理抵扣的方式消除被串扰通道的串扰，本发明不仅能提高串扰标定的精度、简化串扰的测量步骤，而且能整体对SQUID测量系统的串扰进行精确标定和消除。

附图说明

图1显示为本发明的SQUID测试组件串扰的标定系统的一种实现方式的结构示意图。

图2显示为本发明的SQUID测试组件串扰的标定系统的另一种实现方式的结构示意图。

图3显示为本发明的SQUID测试组件串扰的消除系统的结构示意图。

图4显示为本发明的SQUID测试组件串扰的标定方法的流程示意图。

图5显示为本发明的SQUID测试组件串扰的消除方法的流程示意图。

元件标号说明

1 SQUID测试组件串扰的标定系统

11 功率信号源

111 信号源

112 功率放大器

12 三维亥姆霍兹线圈

13 多通道SQUID测量模块

131 SQUID测量组件

132 SQUID读出电路

14 测量控制模块

15 串扰标定模块

16 一维亥姆霍兹线圈

17 无磁三维转台

2 串扰消除模块

S11～S15、S21～S22 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种SQUID测试组件串扰的标定系统1，所述SQUID测试组件串扰的标定系统1包括：

功率信号源11、三维亥姆霍兹线圈12、多通道SQUID测量模块13、测量控制模块14及串扰标定模块15。

如图1所示，所述功率信号源11提供激励信号。

具体地，在本实施例中，所述功率信号源11包括信号源111及功率放大器112。所述信号源111产生激励信号，并提供给所述测量控制模块14。所述功率放大器112连接于所述信号源111的输出端，对所述激励信号进行放大并提供给所述三维亥姆霍兹线圈12。在实际使用中，任意可产生激励信号的装置均适用于本发明，在此不一一赘述。

如图1所示，所述三维亥姆霍兹线圈12连接所述功率信号源11，用于产生正弦磁场。

具体地，所述三维亥姆霍兹线圈12基于激励信号模拟合成与实际被测磁场强度相等或相同量级的单频正弦磁场。

如图1所示，所述多通道SQUID测量模块13设置于所述三维亥姆霍兹线圈12的磁场区，对所述三维亥姆霍兹线圈12产生的磁场进行测量。

具体地，所述多通道SQUID测量模块13包括多通道的SQUID测量组件131及SQUID读出电路132，通道数量不小于2个。所述SQUID测量组件131用于测量磁场。所述SQUID读出电路132连接于所述SQUID测量组件131的输出端，读取所述SQUID测量组件131的测量结果。任意能实现磁场探测及信号读出的SQUID测量组件及SQUID读出电路的结构均适用于本发明，在此不一一限定。

如图1所示，所述测量控制模块14连接所述功率信号源11及所述多通道SQUID测量模块13，对所述多通道SQUID测量模块13的工作参数进行设置并采集所述多通道SQUID测量模块13的数据。

具体地，作为本发明的一种实现方式，所述测量控制模块14采用SQUID测试系统自身的测控组件实现，所述测控组件为用于测量控制SQUID组件的模组，包括但不限于显示器、配置单元、滤波器及模数转换单元，所述测控组件基于包括但不限于数字双相锁相放大技术的微弱信号检测方法测量被串扰通道或串扰通道对应所述三维亥姆霍兹线圈所加正弦磁场的输出，任意能配合所述多通道SQUID测量模块13工作的结构均适用于本发明，在此不一一赘述。作为本发明的一种实现方式，所述测量控制模块14采用双相锁相放大器实现，所述测量控制模块14连接于所述SQUID读出电路132的输出端。在实际使用中，任意可检测到微弱信号的检测装置均适用于本发明，不以本实施例为限。

如图1所示，所述串扰标定模块15连接于所述测量控制模块14的输出端，基于所述测量控制模块14的输出信号计算所述多通道SQUID测量模块13中各通道之间的串扰系数。

具体地，所述串扰标定模块15计算所述被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号的变化值及所述串扰通道的输出信号(响应幅值，或响应幅值与相位)获取通道之间的串扰系数，并基于各通道两两之间的串扰获取所述多通道SQUID测量模块13的通道串扰系数矩阵，完成串扰标定。在本实施例中，所述串扰标定模块15采用数字处理器实现，在实际使用中，任意可基于所述测量控制模块14的输出信号计算所述多通道SQUID测量模块13中各通道之间的串扰系数的装置均适用于本发明。

实施例二

如图2所述，本实施例提供一种SQUID测试组件串扰的标定系统1，与实施例一的不同之处在于，所述亥姆霍兹线圈为一维亥姆霍兹线圈16，所述SQUID测试组件串扰的标定系统还包括设置于所述一维亥姆霍兹线圈16的磁场区的无磁三维转台17，基于所述无磁三维转台带动所述多通道SQUID测量模块13转动以产生正弦磁场。

需要说明的是，所述SQUID测试组件串扰的标定系统1的其它器件结构及工作原理与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

如图3所示，本实施例提供一种SQUID测试组件串扰的消除系统，所述SQUID测试组件串扰的消除系统包括：

串扰消除模块2及SQUID测试组件串扰的标定系统1。

如图3所示，所述SQUID测试组件串扰的标定系统1输出串扰通道的输出信号、被串扰通道的输出信号及各通道之间的串扰系数。

具体地，所述SQUID测试组件串扰的标定系统1的结构及原理参见实施例一，在此不一一赘述。

如图3所示，所述串扰消除模块2连接于所述SQUID测试组件串扰的标定系统的输出端，通过物理抵扣的方式消除被串扰通道的串扰。

具体地，所述串扰消除模块2取各通道的输出信号，基于各通道之间的串扰系数在被串扰通道的输出信号中抵消各串扰通道对所述被串扰通道的干扰(串扰通道输出与串扰系数的乘积)，最终输出串扰消除后的各通道的输出信号。在本实施例中，所述串扰消除模块2采用数字处理器实现，在实际使用中，任意可基于各通道之间的串扰系数及各通道的输出信号消除串扰的装置均适用于本发明。

需要说明的是，所述SQUID测试组件串扰的标定系统1也可采用实施例二的SQUID测试组件串扰的标定系统，不以本实施例为限。

实施例四

如图1、图2及图4所示，本实施例提供一种SQUID测试组件串扰的标定方法，在本实施例中，所述SQUID测试组件串扰的标定方法基于实施例一或实施例二的SQUID测试组件串扰的标定系统1实现，在实际应用中任意可实现本发明方法的硬件或软件均适用于本发明，不以本实施例为限。所述SQUID测试组件串扰的标定方法包括：

S11)模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场。

具体地，在本实施例中，将待测的多通道SQUID测量模块13放置在亥姆霍兹线圈的均匀磁场区中，所述测量控制模块14经由所述SQUID读出电路132调整所述多通道SQUID测量模块13的工作参数，使被串扰通道及串扰通道处于锁定状态(Lock)，并调节所述被串扰通道及所述串扰通道的偏置电流(Bias)及偏移电压(Offset)，使所述被串扰通道及所述串扰通道均正常工作。

具体地，对亥姆霍兹线圈输入激励信号模拟实际工作环境，以通过亥姆霍兹线圈在所述多通道SQUID测量模块13的所述被串扰通道及所述串扰通道中产生与实际被测磁场强度相等或相同数量级的正弦磁场。产生所述正弦磁场的方法包括但不限于三维转动所述多通道SQUID测量模块13来实现，或通过三维亥姆霍兹线圈合成单频正弦磁场来实现。

需要说明的是，在实际使用中，可先产生正弦磁场而后对所述多通道SQUID测量模块13的工作状态及工作参数进行调整，不以本实施例为限。

S12)在多通道SQUID测量模块中被串扰通道及串扰通道均正常工作的情况下，测量所述被串扰通道及所述串扰通道的输出信号。

具体地，所述被串扰通道及所述串扰通道均正常工作，所述测量控制模块14采用微弱信号检测方法测量两个通道的输出信号。所述微弱信号检测方法包括但不限于双相锁相放大技术，在实际使用中，任意能检测微弱磁场的技术均适用。各通道的输出信号包括但不限于幅值及相位，作为示例，在磁场为低频时可忽略相位，只对幅值进行处理；在磁场为高频时需要结合幅值及相位进行处理。

S13)在所述被串扰通道正常工作、所述串扰通道关闭的情况下，测量所述被串扰通道的输出信号。

具体地，所述测量控制模块14经由所述SQUID读出电路132调整所述多通道SQUID测量模块13的工作参数，使所述串扰通道从锁定状态(Lock)切换至无反馈状态(Tune)，并调节所述串扰通道的偏置电流(Bias)及偏移电压(Offset)，使所述串扰通道处于关闭状态，不响应外界磁场且输出趋于零值。所述测量控制模块14测量所述被串扰通道对应亥姆霍兹线圈所加正弦磁场的输出信号。

需要说明的是，在实际使用中，可先对无串扰情况下的被串扰通道进行检测，再对有串扰情况下的各通道进行检测，S11)至S13)的顺序可互换，不以本实施例为限。

S14)基于所述被串扰通道在有无串扰两种情况下的输出信号变化值及所述串扰通道的输出信号，计算所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数。

具体地，在本实施例中，所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数满足：

k_ij＝(V_i ^y-V_i ⁿ)/V_j；

其中，k_ij为所述被串扰通道i与所述串扰通道j之间的串扰系数；V_i ^y为所述被串扰通道i在所述串扰通道j影响下的输出信号；V_i ⁿ为所述被串扰通道i在无串扰干扰下的输出信号；V_j为所述串扰通道j的输出信号。在本实施例中，低频情况下，V_i ^y、V_i ⁿ及V_j为对应信号的幅值；在高频情况下，V_i ^y、V_i ⁿ及V_j为对应信号的幅值及相位，作为示例，优选采用矢量代数和方式，满足如下关系：

其中，ΔV_ij为所述被串扰通道i在有无串扰两种状态下的输出信号变化值；

为所述被串扰通道i在所述串扰通道j影响下的输出幅值；θ为所述被串扰通道i在所述串扰通道j影响下的输出相位；

为所述被串扰通道i在无串扰干扰下的输出幅值；δ为所述被串扰通道i在无串扰干扰下的输出相位。

需要说明的是，在低频情况下，也可根据幅值和相位获取串扰系数，不以本实施例为限。

S15)重复步骤S12)至步骤S14)依次计算所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数，并获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。

具体地，重复上述步骤，通过两两组合排列方式获取各通道之间的串扰系数，得到所述多通道SQUID测量模块13的通道串扰系数矩阵，作为示例，以三通道的SQUID测量模块为例，通道串扰系数矩阵满足如下关系：

其中，V_i ^b是通道i进行串扰消除后的输出；V_j是串扰通道j的输出；k_ij是被串扰通道i与串扰通道j之间的通道串扰系数；i＝1、2、3，j＝1、2、3。

作为本发明的另一种实现方式，为进一步提升串扰的标定和消除效果，分频段产生相应的正弦磁场，并获取不同频段各通道的输出及对应频段的通道串扰系数矩阵。即通过亥姆霍兹线圈为模拟实际被测磁场而产生的正弦磁场可根据所述多通道SQUID测量模块13的测量频段分成若干特定频率，并依次按照划分的频率按照上述方法(步骤S11)～步骤S15))求取对应的通道串扰系数矩阵，从而在串扰消除时根据所述多通道SQUID测量模块13的测量频段和对应频段的通道串扰系数矩阵进行消除。

作为本发明的另一种实现方式，为进一步提升串扰的标定和消除效果，在相同频率下设置两个信号幅值，并在相同频率不同幅值对应的磁场下进行所述SQUID测试组件串扰的标定方法。即通过亥姆霍兹线圈在被串扰通道和串扰通道中产生与实际被测磁场强度相同量级的正弦磁场，按照同频不同信号幅值分为两个测试组，并在亥姆霍兹线圈分别产生两组不同幅值正弦磁场时，获取串扰通道对应的输出信号以及被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值，然后，基于它们的相对变化计算所述多通道SQUID测量模块13通道之间的串扰系数，从而替代原对应单幅值正弦磁场的通道串扰系数，满足如下关系式：

其中，

是第x组不同信号幅值测试组中被串扰通道i在串扰通道j影响下的输出信号；

是第x组不同信号幅值测试组中被串扰通道i无串扰干扰下的输出；V_jx是第x组不同信号幅值测试组中串扰通道j的输出；x＝1、2。然后，同样通过多次两两组合排列方式进行重复试验，获取所述多通道SQUID测量模块13的通道串扰系数矩阵。

实施例五

本实施例提供一种SQUID测试组件串扰的消除方法，所述SQUID测试组件串扰的消除方法包括：

S21)获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。

具体地，采用实施例四的SQUID测试组件串扰的标定方法，具体步骤及原理参见实施例四，在此不一一赘述。

S22)基于多通道SQUID测量模块对实际被测磁场进行检测，其中各通道均正常工作，获取各通道的输出信号，基于所述通道串扰系数矩阵在被串扰通道的输出信号中抵消各串扰通道对所述被串扰通道的干扰，最终输出串扰消除后的各通道的输出信号。

具体地，对实际被测磁场进行检测，所述多通道SQUID测量模块13中各通道均正常工作(通过调整工作参数、工作状态使其正常工作)，基于所述测量控制模块14测量各串扰通道对应亥姆霍兹线圈所加正弦磁场的输出信号，根据被串扰通道、串扰通道在实际工作状态下的输出值消除被串扰通道的串扰。在本实施例中，采用物理抵扣的方式消除串扰，以当前通道为被串扰通道、其它通道为串扰通道对当前通道的串扰进行消除，作为示例，多通道SQUID测量模块包括三通道，消除串扰后的通道输出满足如下关系式：

V_i ^b＝V_i-V_j1·k_ij1-V_j2·k_ij2；

其中，V_i ^b是被串扰通道i进行串扰消除后的输出信号，V_i是被串扰通道i的输出；V_j1是第一串扰通道j1的输出信号；V_j2是第二串扰通道j2的输出信号；k_ij1是被串扰通道i与第一串扰通道j1之间的通道串扰系数；k_ij2是被串扰通道i与第二串扰通道j2之间的通道串扰系数。

本发明的串扰发生在所有SQUID两两均工作在锁定状态下，符合实际工作环境；在实现SQUID测量模块串扰标定和消除的同时，不但能提高串扰标定的精度，而且能整体对SQUID测量模块的串扰进行精确标定和消除；此外，按本发明构建的标定实现简单、操作简便，非常适合在超导航磁等基于SQUID的高精度磁测量领域中应用。

综上所述，本发明提供一种SQUID测试组件串扰的标定、消除方法及系统，包括：模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场；在多通道SQUID测量模块中被串扰通道及串扰通道均正常工作的情况下，测量所述被串扰通道及所述串扰通道的输出信号；在所述被串扰通道正常工作、所述串扰通道关闭的情况下，测量所述被串扰通道的输出信号；基于所述被串扰通道在有无串扰两种情况下的输出信号变化值及所述串扰通道的输出信号，计算所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；重复上述步骤依次计算所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数，并获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。本发明模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场，利用SQUID工作点参数可调且工作状态可控的特点，在模拟产生的均匀磁场中通过是否使能SQUID测量系统串扰通道，测量被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值，进而根据加载磁场的幅值获取通道之间的串扰系数，并分频段通过多次两两重复试验获取SQUID测量系统的通道串扰系数矩阵，再由其根据串扰通道在实际工作状态下的输出值以物理抵扣的方式消除被串扰通道的串扰，本发明不仅能提高串扰标定的精度、简化串扰的测量步骤，而且能整体对SQUID测量系统的串扰进行精确标定和消除。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种SQUID测试组件串扰的标定系统，其特征在于，所述SQUID测试组件串扰的标定系统至少包括：

功率信号源、三维亥姆霍兹线圈、多通道SQUID测量模块、测量控制模块及串扰标定模块；

所述功率信号源提供激励信号；

所述三维亥姆霍兹线圈连接所述功率信号源，用于产生正弦磁场；

所述多通道SQUID测量模块设置于所述三维亥姆霍兹线圈的磁场区，对所述三维亥姆霍兹线圈产生的磁场进行测量；

所述测量控制模块连接所述功率信号源及所述多通道SQUID测量模块，对所述多通道SQUID测量模块的工作参数进行设置并采集所述多通道SQUID测量模块的数据；

所述串扰标定模块连接于所述测量控制模块的输出端，基于所述测量控制模块的输出信号计算被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号的变化值及串扰通道的输出信号以获取所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数；所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数满足：

k_ij＝(V_i ^y-V_i ⁿ)/V_j；

其中，k_ij为所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；V_i ^y为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出信号；V_i ⁿ为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出信号；V_j为所述串扰通道的输出信号。

2.根据权利要求1所述的SQUID测试组件串扰的标定系统，其特征在于：所述功率信号源包括信号源及功率放大器；所述信号源产生激励信号，并提供给所述测量控制模块；所述功率放大器连接于所述信号源的输出端，对所述激励信号进行放大并提供给所述三维亥姆霍兹线圈。

3.根据权利要求1所述的SQUID测试组件串扰的标定系统，其特征在于：所述多通道SQUID测量模块包括多通道的SQUID测量组件及SQUID读出电路；所述SQUID测量组件用于测量磁场；所述SQUID读出电路连接于所述SQUID测量组件的输出端，读取所述SQUID测量组件的测量结果。

4.根据权利要求1所述的SQUID测试组件串扰的标定系统，其特征在于：所述测量控制模块包括测控组件或双相锁相放大器。

5.根据权利要求1所述的SQUID测试组件串扰的标定系统，其特征在于：所述三维亥姆霍兹线圈替换为一维亥姆霍兹线圈，所述SQUID测试组件串扰的标定系统还包括设置于所述一维亥姆霍兹线圈的磁场区的无磁三维转台，基于所述无磁三维转台带动所述多通道SQUID测量模块转动以产生正弦磁场。

6.一种SQUID测试组件串扰的消除系统，其特征在于，所述SQUID测试组件串扰的消除系统至少包括：串扰消除模块及如权利要求1-5任意一项所述的SQUID测试组件串扰的标定系统；

所述SQUID测试组件串扰的标定系统输出串扰通道的输出信号、被串扰通道的输出信号及各通道之间的串扰系数；

所述串扰消除模块连接于所述SQUID测试组件串扰的标定系统的输出端，通过物理抵扣的方式消除被串扰通道的串扰。

7.一种SQUID测试组件串扰的标定方法，其特征在于，所述SQUID测试组件串扰的标定方法至少包括：

S11)模拟与实际被测磁场强度相等或相同量级的正弦磁场；

S12)在多通道SQUID测量模块中被串扰通道及串扰通道均正常工作的情况下，测量所述被串扰通道及所述串扰通道的输出信号；

S13)在所述被串扰通道正常工作、所述串扰通道关闭的情况下，测量所述被串扰通道的输出信号；

S14)基于所述被串扰通道在有无串扰两种情况下的输出信号变化值及所述串扰通道的输出信号，计算所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数满足：

k_ij＝(V_i ^y-V_i ⁿ)/V_j；

其中，k_ij为所述被串扰通道与所述串扰通道之间的串扰系数；V_i ^y为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出信号；V_i ⁿ为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出信号；V_j为所述串扰通道的输出信号；

S15)重复步骤S12)至步骤S14)依次计算所述多通道SQUID测量模块中各通道之间的串扰系数，并获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵。

8.根据权利要求7所述的SQUID测试组件串扰的标定方法，其特征在于：所述被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值满足：

其中，ΔV_ij为所述被串扰通道在有无串扰两种状态下的输出信号变化值；

为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出幅值；θ为所述被串扰通道在所述串扰通道影响下的输出相位；

为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出幅值；δ为所述被串扰通道在无串扰干扰下的输出相位。

9.根据权利要求7所述的SQUID测试组件串扰的标定方法，其特征在于：采用双相锁相放大技术检测各通道的输出信号。

10.根据权利要求7所述的SQUID测试组件串扰的标定方法，其特征在于：分频段产生相应的正弦磁场，并获取不同频段各通道的输出及对应频段的通道串扰系数矩阵。

11.根据权利要求7或10所述的SQUID测试组件串扰的标定方法，其特征在于：在相同频率下设置两个信号幅值，并在相同频率不同幅值对应的磁场下进行所述SQUID测试组件串扰的标定方法。

12.一种SQUID测试组件串扰的消除方法，其特征在于，所述SQUID测试组件串扰的消除方法至少包括：

S21)采用权利要求7-11任意一项所述的SQUID测试组件串扰的标定方法获取所述多通道SQUID测量模块的通道串扰系数矩阵；

S22)基于多通道SQUID测量模块对实际被测磁场进行检测，其中各通道均正常工作，获取各通道的输出信号，基于所述通道串扰系数矩阵在被串扰通道的输出信号中抵消各串扰通道对所述被串扰通道的干扰，最终输出串扰消除后的各通道的输出信号。

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