[发明专利]一种基于预失真的超导磁补偿装置及方法

权利要求书

1.一种基于预失真的超导磁补偿装置，其特征在于所述的磁补偿装置由参考磁传感器、磁补偿电路和补偿线圈三部分组成，其中参考磁传感器用于测量待补偿区域的磁场信号；磁补偿电路则从参考磁传感器测得的磁场信号中提取出待补偿频段的信号，然后通过补偿线圈形对特定区域的磁场进行补偿；所述装置的三部分组成的特征是：

①与磁补偿电路配合的SQUID读出电路是一个相对稳定的负反馈系统；

②磁补偿电路由磁补偿反馈电阻(8)、单刀双掷开关(9)、功率放大器(10)、同步采样ADC通道A(11)、数模转换器(12)、同步采样ADC通道B(13)、嵌入式控制器(14)和同步采样ADC通道C(15)组成，其中同步采样ADC通道A(11)、数模转换器(12)、同步采样ADC通道B(13)和同步采样ADC通道C(15)由基于PXI平台的2输入/2输出动态信号分析仪PXI 4461提供，并与嵌入式控制器(14)通信，磁补偿反馈电阻(8)通过单刀双掷开关(9)与功率放大器(10)连接；而功率放大器(10)则选择由运算放大器OPA627构建的跟随器；

③补偿线圈采用铌线绕制，放在SQUID器件的正下方或正上方，反馈系数根据磁场补偿范围确定；补偿线圈由高反馈系数补偿线圈架和铌线两部分组成，铌线通过低温导线与磁补偿反馈电阻(8)连接。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于SQUID读出电路基于磁通锁定环，放置于杜瓦液氦中的SBC超导磁传感器(1)通过低温线缆与前端放大器(2)连接，前端放大器(2)则选用增益为80～100dB的反向放大器，前端放大器(2)的输出连接基于加法器的偏置调节器(3)，用于消除此直流电压偏移量；偏置调节器(3)的输出与组成PID负反馈的关键电路模拟积分器(4)连接，模拟积分器(4)除通过其时间常数可用来调节PID负反馈外还包含复位功能和SBC超导磁传感器(1)工作在Tune状态下的旁路功能，构建偏置调节器(3)和模拟积分器(4)的运算放大器均选择德州仪器的OPA4130。

3.按权利要求2所述的装置，其特征在于在Lock状态，模拟积分器(4)通过串联磁通锁定环反馈电阻(5)与SQUID Feedback线圈(6)连接，将磁通锁定环的磁通反馈信号以耦合的方式传递给SBC超导磁传感器(1)；在Tune状态，通过调节SBC超导磁传感器(1)的工作参数使模拟积分器(4)在旁路的情况下其输出信号幅度最大，从而达到最佳的工作点。

4.按权利要求1所述的装置，其特征在于所述的参考磁传感器为磁通门、磁阻或SQUID。

5.由权利要求1～3中任一项所述的装置提供的补偿方法，其特征在于首先通过模数转换器获取外部参考磁传感器的测量值后在控制器中进行降噪或阈值判断数字信号处理；然后由数模转换器经功率放大器和反馈电阻驱动一个比SQUID器件自身反馈系数10-500倍的线圈对其输入信号选择性地进行预失真，最后通过同步数据采集设备对磁通锁定环和功率放大器的输出信号采样。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于进行阀值判断数字信号处理是由同步采样ADC通道C(15)对其测量值数字化后传输至嵌入式控制器(14)，然后选定基于磁通锁定环的SBC超导磁传感器(1)读出电路量程的0.1倍作为阈值对测量结果进行判断，如果参考磁传感器(16)的测量值相对基准值的变化超过阈值时，则将此测量值作为新的基准值，初始基准值选择SBC超导磁传感器(1)读出电路进入Lock状态时参考磁传感器(16)的测量值，并由嵌入式控制器(14)控制数模转换器(12)按照阈值的整数倍在单刀双掷开关(9)处于常开状态时经功率放大器(10)和磁补偿反馈电阻(8)驱动高反馈系数补偿线圈(7)对SBC超导磁传感器(1)预失真，其中补偿线圈(7)的反馈系数为SQUID Feedback线圈的50倍，而且数模转换器(12)的输出不应超过SQUID读出电路摆率的0.5倍；如果参考磁传感器(16)的测量值相对基准值的变化未超过阈值时，则嵌入式控制器(14)只需等待下组测试数据的输入；在SBC超导磁传感器(1)无需预失真时，则将功率放大器(10)和磁补偿反馈电阻(8)之间的单刀双掷开关(9)置于常闭状态，从而使高反馈系数补偿线圈(7)远端接地以降低外界的干扰。