[发明专利]一种超导量子干涉器磁梯度计及高度平衡的磁场探测方法

权利要求书

1.一种超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于，所述超导量子干涉器磁梯度计至少包括：

梯度线圈，包括对称分布、面积相等、绕向相反的环境磁通耦合面和被测磁通耦合面；

分别与环境磁通耦合面和被测磁通耦合面串联的SQUID耦合线圈，对称分布、面积相等、绕向相反；

分别与各SQUID耦合线圈耦合且对称分布的SQUID器件；

分别与各SQUID器件耦合且对称分布的反馈线圈；

用于读出各SQUID器件输出信号的读出电路；

连接于各读出电路输出端的减法电路，用于将环境磁通耦合面和被测磁通耦合面对应的读出电路输出电压相减，以消除被测信号中引入的共模磁通信号。

2.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：所述梯度线圈为平面一阶梯度线圈，超导线依第一对称轴走线，所述第一对称轴两侧包围的环境磁场平衡区和被测信号感应区的面积相等且对称分布，所述第一对称轴两侧超导线的绕线方向相反，超导线的线端在所述第一对称轴处引出。

3.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：所述梯度线圈为平面二阶梯度线圈，超导线依第二对称轴及第三对称轴走线，所述第二对称轴与所述第三对称轴垂直分布，所述第二对称轴及所述第三对称轴形成的4个区域中的两个环境磁场平衡区和两个被测信号感应区面积全部相等、交替分布且相互对称，所述第二对称轴及所述第三对称轴两侧超导线的绕线方向相反，超导线的线端在所述第二对称轴和所述第三对称轴的交汇处引出。

4.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：所述梯度线圈采用微加工工艺制备。

5.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：所述梯度线圈的两个磁通耦合面中还对称地设置有高磁导率材料，所述高磁导率材料的相对磁导率不小于10。

6.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：各SQUID器件的参数一致；各反馈线圈的参数一致。

7.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁梯度计，其特征在于：还包括一系数调节电路，连接于环境磁通耦合面或被测磁通耦合面对应的读出电路的输出端，通过调节读出电路的输出电压幅度消除因加工误差引入的共模磁通。

8.一种高度平衡的磁场探测方法，其特征在于，采用如权利要求1～7任意一项所述的超导量子干涉器磁梯度计，所述高度平衡的磁场探测方法至少包括：

基于一梯度线圈的环境磁通耦合面和被测磁通耦合面检测被测磁场，通过各SQUID耦合线圈得到对应的磁通信号，并将各磁通信号耦合至对应的SQUID器件；SQUID器件对磁通信号进行感应，并分别通过对应的读出电路进行磁通-电压的线性转换得到输出电压；将环境磁通耦合面和被测磁通耦合面对应的读出电路的输出电压进行减法运算，消除输出信号中的共模信号，实现差模信号检测。

9.根据权利要求8所述的高度平衡的磁场探测方法，其特征在于：所述环境磁通耦合面和所述被测磁通耦合面所对应的磁通信号的磁通量大小相等，方向相反。

10.根据权利要求8所述的高度平衡的磁场探测方法，其特征在于：通过调节环境磁通耦合面或被测磁通耦合面对应的读出电路的输出电压幅度的系数消除因加工误差引入的共模磁通，满足如下关系：

其中，S₀为SQUID器件本身的环路面积，ΔS为所述梯度线圈对称的环境磁通耦合面和被测磁通耦合面的面积差。