[发明专利]用于测量时变磁场或磁场梯度的测量仪器、电阻元件和测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于时变磁场或磁场梯度的测量仪器、可用作测量仪器中的核心部件的电阻元件、以及一种具有根据本发明的测量仪器或电阻元件的测量系统。

背景技术

超导量子干涉仪（SQUID）是当前最灵敏的用于磁场的传感器。但是其动态范围是有限的。如果测量位置不是仅被要测量的时变磁场穿过，而是还被高出多个数量级的静态干扰场或仅非常慢变化的干扰场穿过，则传感器单单由于干扰场而常常陷入饱和。本来的测量信号仅仅是由于干扰场造成的高背景信号上的非常小的调制。

为了将测量信号与背景信号分离，使用磁通变换器。该磁通变换器通过接收线圈（拾取线圈）将磁通的在该拾取线圈中由要测量的磁场所生成的时变分量转换成电流。该电流馈送给磁场源、通常为线圈（输入耦合线圈），该线圈然后生成辅助磁场。该辅助磁场由本来的传感器、通常为SQUID来测量。

在此，为了在低频时最灵敏的测量通常使用超导磁通变换器，以便最小化信号损失（J.E.Zimmermann,N.V.Frederick的“MiniatureUltrasensitiveSuperconductingMagneticGradiometerandItsUseinCardiographyandOtherApplications”，Appl.Phys.Lett.19,16(1971)）。不利的是，在由拾取线圈和磁场源构成的电流回路中积累逐步的干扰分量，这些干扰分量由强静态的以及非常慢地变化（时间常数>10分钟）的干扰磁场造成。测量系统的动态范围和灵敏度由此逐渐恶化。

常导磁通变换器例如由（T.Q.Yang,Kenichiro,Yao,DaisukeYamaski,KeijiEnpuku的“MagnetometerutilizingSQUIDpicovoltmeterandcoolednormalpickupcoil”PhysicalC426-431,1596-1600(2005)）和（D.F.He,H.Itozaki,M.Tachiki“Improvingthesensitivityofahigh-TcSQUIDatMHzfrequencyusinganormalmetaltransformer”,SuperconductorScienceandTechnology19,S231-S234(2006)）中公知。不利的是，这些磁通变换器具有过短的、大致为10μs的豫驰时间常数，使得在大致100kHz以下的低频时出现过高的损耗，并且所得到的测量结果因此不再是令人信服的。同时，这些磁通变换器在该频率范围中给测量信号施加以大的噪声。

从（H.Dyvorne,J.Scola,C.Fermon,J.F.Jacquinot,M.Pannetier-Lecoeur的“Fluxtransformermadeofcommercialhighcriticaltemperaturesuperconductingwires”,ReviewofScientificInstruments79,025917(2008)）中公知一种磁通变换器，其拾取线圈和输入耦合线圈分别由带状导线制成，并且通过带状双线线路彼此连接。通过线圈与双线线路之间的常导的焊接位置，在超导线圈中积累的干扰分量被耗散。不利的是，该装置的灵敏度尤其是对于生物磁测量和地理磁测量是不够的。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种测量仪器和一种方法，利用该测量仪器和该方法，与现有技术所能实现的相比，能够在低频以及高频时以可在更大范围内选择的时间常数以及以更高的灵敏度同时在噪声更小的情况下测量时变磁场或磁场梯度。

根据本发明，该任务通过根据主权利要求所述的测量仪器、通过根据并列权利要求所述的可用作为测量仪器中的核心部件的电阻元件、以及通过根据另一并列权利要求所述的测量系统来解决。另外的有利的构型分别从引用这些权利要求的从属权利要求中得出。

本发明的主题

在本发明的范围内，开发出一种用于测量时变磁场或磁场梯度的测量仪器。该测量仪器具有磁通变换器。该磁通变换器具有：具有基本材料的线环（“拾取线圈”）以及从线环馈送的磁场源，所述基本材料具有到超导状态的相变，所述线环用于将时变磁通或磁通梯度转换成电流，所述磁场源用于将电流转换成辅助磁场。在此，该磁场源的材料有利地同样具有到超导状态的相变。时变磁通或磁通梯度有利地仅仅由要测量的磁场或磁场梯度的时变分量生成。测量仪器具有用于辅助磁场的传感器、例如SQUID。