WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

На Рис.3 показан спектр фонового магнитного поля в индустриальном городе. Измерять магнитные сигналы от биологических объектов (см. Рис.1) в таком шуме практически невозможно. Существует несколько способов подавления магнитного шума окружающего пространства при измерениях с помощью СКВИДов: магнитоэкранированная комната, градиентометрические приемные петли и электронная компенсация внешнего магнитного поля.

Применение магнитоэкранированных комнат оказывается слишком дорогим и неприемлемым для биомагнитных и медицинских применений.

Известно, что магнитные поля от удаленных источников гораздо более однородны, чем поля от источников, находящихся непосредственно рядом с магнитометром. Исходя из этого очевидно, что сигнал, равный разнице сигналов, измеренных в двух близко расположенных точках, будет иметь амплитуду на несколько порядков меньше, чем амплитуда исходного сигнала.

При этом полезный сигнал практически не будет потерян, так как его источник всегда находится рядом с магнитометром, а шум будет уменьшен существенно.

К сожалению, до настоящего времени на ВТСП-материалах не удается реализовать конфигурацию приемных трансформаторов потока в форме градиометров второго порядка. Альтернативным подходом подавления внешнего магнитного шума может служить использование одного или более референсных магнитометров. В качестве референсных магнитометров могут выступать либо СКВИД-датчики, либо магнитометры любого другого типа.

После вычитания сигнала, измеряемого референсным магнитометром, из другого СКВИД-магнитометра получается градиентометрический сигнал.

Таким образом, для измерения градиентометрического сигнала 2 порядка с помощью ВТСП СКВИДов необходимо измерение магнитного сигнала каждым СКВИД-датчиком и дальнейшее сложение сигналов на электронном уровне по формуле:

(A - B) - (B - C) = A - 2( + )B - C (1) где A, B, C - исходные сигналы с 3 СКВИД-магнитометров,,, подстроечные коэффициенты.

В разделе 3.2 приведено полное описание созданной электронной системы, производящей необходимое сложение сигналов с трех датчиков магнитного поля. Также тут приведена вся информация по системе электронного управления всем электронным градиентометром 2 порядка на базе трех ВТСП СКВИД-магнитометров.

В главе 4 описана настройка, калибровка и балансировка созданной магнитометрической системы.

В результате всей работы была создана система электронного Рис. 5: Градиентометр 2 порядка.

Рис. 6: Блок-схема всей системы, состоящей из измерительной вставки в азотном криостате с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами типа HTM-8, блока трех СКВИД-электроник и блока электронного градиентометра. Управление системой осуществляется с персонального компьютера.

градиентометра, позволяющая измерять градиентометрический магнитный сигнал от различных источников. Система состоит из 3 каналов СКВИДэлектроники, адаптированных для работы с ВТСП СКВИДами в открытом пространстве, блока электронного градиентометра и цифрового блока управления системой. Три СКВИД-датчика располагаются в специальном пластиковом измерительном стержне. Вся система управляется с помощью персонального компьютера. На Рис.6 изображена блок схема созданной системы, основными частями которой являются:

1. 3 ВТСП СКВИД-магнитометра типа HTM-2. пластиковая вставка в азотный криостат 3. азотный криостат из неметаллического материала 4. пенопластовое горло в азотный криостат 5. жидкий азот 6. блок 3-х канальной СКВИД-электроники 7. модуляционная СКВИД-электроника, адаптированная для работы с ВТСП СКВИД-магнитометрами типа HTM-8. соединительный кабель с разъемами типа SCSI 9. система электронного градиентометра 10. соединительный кабель с разъемами типа DVI-11. блок электронного градиентометра, управляемый микроконтроллером типа AVR 12. блок питания всей системы 13. электронный блок управления системой на базе микроконтроллера типа ARMВ заключении сформулированы основные результаты работы.

Заключение 1. Создана модуляционная СКВИД-электроника, адаптированная для работы с ВТСП СКВИДами постоянного тока как в экранированном, так и в открытом пространстве. У созданного варианта СКВИД-электроники расширен динамический диапазон до 150 дБ и имеется возможность подавать в СКВИД переменный ток смещения.

2. Для СКВИД-магнитометра с дополнительным концентратором магнитного потока, обеспечивающим чувствительность в экранированном пространстве 50 фТл/Гц1/2 на частотах выше 10 Гц, продемонстрирована стабильная работа СКВИД-магнитометров типа HTM-8 в неэкранированном пространстве в условиях индустриального города с чувствительностью на уровне 100 фТл/Гц1/2.

3. Спроектирована и собрана измерительная пластиковая вставка в азотный криостат с тремя ВТСП СКВИД-магнитометрами, располагающимися вертикально друг над другом. В конструкции вставки создана прецизионная система механической балансировки электронного градиентометра.

4. Спроектирован и сконструирован электронный градиентометр второго порядка, производящий обработку сигналов с трех СКВИДов по формуле A - 2B + C. Созданное устройство имеет следующие характеристики:

• База градиентометра равна 10 см.

• Предельная чувствительность по магнитному полю составляет фТл/см2Гц1/2 или 100 фТл/Гц1/2, приведенных к нижнему СКВИДмагнитометру.

• Рабочая полоса измеряемого сигнала равна 15 кГц.

• Динамический диапазон измеряемого сигнала равен 144 дБ.

• Скорость слежения изменения измеряемого сигнала равна 250 к0/c.

5. Прибор может быть использован с предельной чувствительностью по магнитному полю 4 фТл/см2Гц1/2 в слабо-экранированном пространстве или в местах, удаленных от индустриальных помех с использованием аккумуляторного питания всей системы. Также возможно использование созданной магнитометрической системы в условиях неэкранированного пространства в индустриальном городе с чувствительность 8 - 12 фТл/см2Гц1/2, что эквивалентно 200 - 300 фТл/Гц1/2, приведенным к нижнему СКВИДмагнитометру.

6. Проведенное исследование показало, что использование высокотемпературным СКВИД-магнитометров в области измерения магнитных сигналов в неэкранированном пространстве в индустриальном городе затруднено наличием сильного и крайне нестабильного низкочастотного магнитного фона.

Результаты диссертации отражены в следующих публикациях [А1] Е.В. Бурмистров, П.Н. Дмитриев, М.А. Тарасов, А.С. Калабухов, С.А.

Ковтонюк, С.А. Гудошников, О.В. Снигирев, Л.С. Кузьмин, В.П. Кошелец, "Реализация планарного СКВИД- пикоамперметра", Радиотехника и Электроника, 2006, т. 51, є 5, стр. 1-6.

[А2] L. Kuzmin, P. Mauskopf, V. Zakosarenko, D. Golubev, E. Burmistrov, H.-G.

Meyer, "Cold-Electron Bolometers with SQUID Readout for OLIMPO Balloon Telescope", 7-th Int. Conf. on Low Temp. Electron., WOLTE-7, 21-23 June 2006, Noordwijk, The Netherlands. ESA Proceedings 264, pp. 117-[А3] Е.В. Бурмистров, В.Ю. Слободчиков, В.В. Ханин, Ю.В. Масленников, О.В. Снигирев, "Модуляционная СКВИД-электроника для работы с высокотемпературными СКВИДами в открытом пространстве", Радиотехника и электроника, 2008, т. 53, є10, стр. 1333-1340.

[А4] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", 2008 Applied Superconductivity Conference, Chicago, Illinois USA, August 17-22, 3EPF02.

[А5] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, O.V. Snigirev, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 19, issue 3, pp. 206-209.

[А6] E.V. Burmistrov, V.Yu. Slobodchikov, V.V. Khanin, Yu.V. Maslennikov, "DC SQUID modulation electronics for operation with HTS DC SQUID magnetometers in the unshielded environment", L1-06, International Conference "Micro- and nanoelectronics", 2009.

[А7] 29.10.2009 в федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РФ принято решение о выдаче патента РФ по заявке є 2008147035(061496) от 28.11.2008 "Магнитометр-градиентометр на основе СКВИДов постоянного тока из высокотемпературных сверхпроводников".

Список литературы [1] Wikswo J.P., Applications of SQUID magnetometers to biomagnetism and nondestructive evaluation, Application of superconductivity, H. Weinstock, pp. 139228, [2] Koch H., SQUID Magnetocardiography: Status and Perspectives, IEEE Trans.

on Appl. Supercond., Vol. 11, No. 1, [3] Fenici R., Brisinda R., and Meloni R., Clinical application of magnetocardiography, Expert Rev. Mol. Diagn. 5 n.3, 291-313 [4] Измеров Н.Ф., Ушаков И.Б., Бухтияров И.В., Васнев А.В., Масленников Ю.В., Кондратюк Л.Л., Никитина Л.С., Магнитокардиография как новый метод кардиодиагностики для медицины труда, Медицина труда и промышленная экология, 2005, є 6, с.32-[5] Howak H., Giessler F., Huonker R., Multichannel magnetocardiography in unshielded environments, Clin. Phys. Physiol. Meas., 12, 5-11, [6] Lounasmaa O.V., Seppa H., SQUIDs in Neuri- and Cardiomagnetism, J. of Low Temp. Phys., V. 135, N. 5/6, [7] J. Clarke, Geophysical applications of SQUID, IEEE Trans. Magn., 19, 288, [8] Foley C.P., Tilbrook D.l., Leslie K.E. et al., Geophysical exploration using magnetic gradiometry based on HTS SQUIDs, IEEE Trans. Appl. Supercond., 11, 1375, [9] Leslie K.E., Binks K.E., Foley C.P. et al. Operation of a geophysical HTS SQUID system in sub-Arctic environments, IEEE Trans. Appl. Supercond., 13, 759, [10] Meyer H.G., Stolz R., Chwala A., Schulz M., SQUID technologies for geophysical exploration, Phys. Stat. Sol., (c) 2, 1504, [11] Weinstock H., A review of SQUID magnetometry applied to nondestructive evaluation, IEEE Trans. Magn., 27, 3231, [12] Mignogna R.B., Chaskelis H.H., Investigation of deformation using SQUID magnetometry, Review of Progress in QNDE vol. 8, ed. Thompson D.O. and Chimenti D., pp. 551-8, [13] Banchet J., Jouglar J., Vuillermoz P.-L., Waltz P. and Weinstock H., Magnetomechanical behaviour of steel via SQUID magnetometry, IEEE Trans. Appl.

Supercond., 5, 2486, [14] Wikswo J.P., Design considerations for magnetic imaging with SQUID microscopes and arrays, Pros. 4th Int. Superconductive Electronics Conf., pp. 189, [15] Jenks W.G., Sadeghi S.S.H. and Wikswo J.P., SQUIDs for nondestructive evaluation, J. Phys. D: Appl. Phys., 30, 293-323, [16] Faley M.I., Poppe U., Urban K., Paulson K. and Fagaly K., A New Generation of the HTS Multilayer DC-SQUID Magnetometers and Gradiometers, Journal of Physics: Conference Series 43, 1199-1202, [17] Фалей М.И., Тонкопленочные гетероструктуры оксидных сверхпроводников и их применение для сверхпроводниковых квантовых интерферометров, Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Москва, [18] Cantor R., Lee L.P., Teepe M., Vinetskiy V., and Longo J., Low-noise singlelayer YBaCuO DC-SQUID magnetometers at 77K, IEEE Trans. Magn., 1991, v.27, N 2, pp. 1434-[19] Lee L.P., Longo J., Vinetskiy V., and Cantor R., Monolitic 77K dc SQUID magnetometer, Appl. Phys. Lett., 1991, V. 59, N 23, pp. 3051-[20] Koch R.H., Rozen J.R., Sun J.R. and Gallagher W.J., Tree SQUID gradiometer, Appl. Phys. Lett. 63, n.3, 19 July 1993.

[21] Zhang Y., Panaitov G., Wang S.G., Wolters N., Otto R., Schubert J., Zander W., Krause H.-J., Soltner H., Bousack H. and Braginski A.I., Second-order, high-temperature superconducting gradiometer for magnetocardiography in unshielded environment, Appl. Phys. Lett. 76, n. 7, 14 February 2000.

[22] Clarke J., Goubau W.M. and Ketchen M.B., Tunnel junction DC SQUID: fabrication, operation and performance, J. Low Temp. Phys., 25, 99-44, [23] D. Drung, "High-TC and Low-TC dc SQUID electronics", Supercond. Sci. Technol. 16 (2003) 1320-1336.

[24] Savo B., Wellstood F.C. and Clarke J., Low frequency excess noise in Nb-Al2O3Nb Josephson tunnel junctions, Appl. Phys. Lett., 50, 1757-9, [25] Koelle D., Kleiner R., Ludwig F., Dantsker E. and Clarke J., High-transitiontemperature superconducting quantum interference devices, Rev. Mod. Phys. 71, 631-86,

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»