[发明专利]微型磁通门肺磁信号检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型磁通门肺磁信号检测装置。

背景技术

由于生活或工作环境污染等原因，人体会吸入粉尘。粉尘是由于人类的各种生产生活行为或自然形成的长期悬浮在空气中的固体颗粒，各种不同成分的粉尘微粒经呼吸道进入肺部，并沉积起来，会引起以肺组织纤维化为主的全身疾病，称为尘肺。大多数粉尘虽然含铁量的多少不同，但都具有磁性，只不过有强弱之分。磁性物质在磁场中要被磁化，磁化了的物质在空间中要产生附加磁场。因此，肺内积蓄的粉尘在外部强的直流磁场作用下将被磁化，撤去直流磁场后，附加磁场仍然存在，这个附加磁场就是肺内积蓄的粉尘在体表产生的微弱磁场，称其为肺磁场，肺磁场信号的大小在10^-11～10^-8T之间。1970年，美国MIT的科学家Cohen.D首先进行了粉尘肺磁信号检测技术研究，并记录了世界上第一个肺磁图，由于这种方法具有无损伤和高分辨力的优点，在尘肺的早期诊断中极具应用价值。

用于肺磁场信号检测的方法主要有两种，一种方法是利用超导量子干涉仪(SQUIDs)进行检测，另一种方法是利用传统工艺加工的磁通门(称为传统磁通门)传感器进行检测。磁通门一般由激励线圈、感应线圈和磁芯构成，磁芯由高磁导率的软糍材料制成。工作时，激励线圈中通以一定频率和波形的交变电流进行激励，使磁芯往复磁化到饱和。当存在被测磁场时，被测磁场在磁芯中形成的磁通被交变磁场所调制，使感应线圈输出发生非对称性变化，利用这种原理可以测量微弱磁场。

SQUIDs检测法的优点是分辨力非常高(可达10^-15T)，缺点是工作在低温环境下，需用液氦或液氮来维持，费用十分昂贵。另外，还有临床占用面积大，易受环境噪声的影响，需进行屏蔽，操作难度大，使用携带不方便等缺点。传统磁通门在体积、功耗、成本及使用方便性方面相比SQUIDs有优势，但受加工工艺的限制，其分辨力不易达到很高(目前国内外报道的传统磁通门肺磁信号检测系统的分辨力基本上在10^-10T量级)，只能用于强磁性粉尘(如铁磁性粉尘)引起的肺磁信号的检测，在弱磁性粉尘(如矽性粉尘，引起的肺磁信号在10^-11T量级)检测方面还得依赖于SQUIDs技术，这极大的限制了磁通门肺磁信号检测技术在尘肺病早期诊断领域的应用。

我国研制传统磁通门肺磁检测装置的单位主要有两家，一家为上海交通大学，他们自己组装了传统磁通门肺磁信号检测装置，分辨力为2-3×10^-10T，另一家为哈尔滨电工仪表研究所，他们研制了小规模产品化的CJX-I型传统磁通门肺磁信号检测装置，分辨力达到3×10^-10T。国外开展传统磁通门肺磁检测装置研制的主要有捷克布拉格工业大学的P.Ripka等，日本东京电机大学的郑以勤等，芬兰赫尔辛基工业大学的K.Aittoniemi等，他们通过实验室自己组装了传统磁通门肺磁信号检测装置，这些装置的分辨力在10^-10T量级。

传统磁通门的制作一般采用冲压、切割、机械缠绕等方法，通过这些传统工艺制作出的磁通门在体积、重量、功耗以及噪声控制等许多方面都存在难以克服的缺点。目前，利用微细加工(MEMS)工艺加工的微磁通门成为磁通门技术发展的突破口。与传统磁通门相比，微磁通门的优点是：

1)可以在加工过程中，严格控制磁通门的结构参数以及加工材料的电磁参数，使其符合设计要求，这有利于消除噪声，提高磁通门的灵敏度和分辨力。

2)可以将磁通门传感器的各部分集成到一起，并且还能将磁通门传感器及其接口电路制作在同一芯片上，使得整个系统的尺寸和重量大大减小，同时减小损失在连线、分立器件等上的功耗，以及由此引起的噪声等，在进一步提高磁通门的灵敏度和分辨力的同时，还降低了系统的制作和运行成本，有利于相关产品的产业化。