超导量子干涉仪用研究.pdfVIP

摘 要 超导量子干涉仪（即 SQUID ），能将磁场的微小变化转换为可测量的电压，其 实质上是一种磁通传感器，是目前为止测量磁场灵敏度最高的仪器，它可以分辨相 当于十亿分之一的地磁场(0.5×10－4T)变化，以它为基础可派生出多种传感器和测量 仪器。作为灵敏度极高的磁传感器，SQUID 在生物磁测量，大地测量，无损探伤等 方面获得了广泛的应用。因此，SQUID 的应用和研究是一个很有价值的研究课题。 本文在全面、系统地阐述超导量子干涉仪发展和应用现状的基础上，对我国如何开 展该方面的研究进行了探索和分析，并重点研究了 SQUID 心磁信号特性分析，实用 数字滤波器的设计，并提出了一种基于小波包分析的心磁信号消噪方法，结果证明 该方法能取得很好的效果。最后对系统的总体设计进行了研究，并设计和实现了一 种微弱信号的放大电路。全文的内容主要包括如下几个部分： 第一部分论述了超导量子干涉仪发展和应用现状。具体介绍了超导量子干涉仪 的基本原理，制作工艺以及发展现状，并总结了目前的应用热点和国内外研究进 展，根据我国的实际发展情况，对我国的超导量子干涉仪应用发展提出了相应对策 和建议。 第二部分首先分析了 MCG （即心磁图信号）的特点和干扰噪声的主要来源，在 傅立叶变换的基础上设计了实用的数字滤波器，提出了一种使用小波包分析的方 法，比较了常规傅立叶方法和本文提出的小波包消除噪声的方法对实际MCG 信号的 消噪效果，结果表明提出的基于小波包分析的心磁信号消噪方法能在失真较小的前 提下获得很好滤波效果。 MCG 是一种无创性记录和分析心脏电磁场的方法，是 SQUID 最重要应用的方 向之一。心磁信号消噪处理已经成为心磁图仪在医疗中获得广泛应用急需解决的热 点问题，所以解决这个问题对SQUID 在生物医学方面的研究具有重大的意义。 第三部分对 SQUID 系统进行了综合设计和分析，并重点对其中的关键技术即微 弱信号放大电路的硬件设计进行了深入研究，并实现了毫伏级电压放大。 关键词：超导量子干涉仪 心磁图仪 傅立叶变换 小波 噪声 I Abstract Superconducting Quantum Interference Device(SQUID) can change the weak magnetic signal into measurable voltage, i.e. it is magnetic flux sensor. SQUID is the most sensitive instrument for measuring magnetic field, it can detect a change of one billionth of geomagnetism(0.5×10－4T) . On the basis of SQUID, we can have many kinds of sensors and instruments. As a sensitive magnetic sensor, it is widely applicable in biomagnetism, geophysics and nondestructive evaluations etc.. Therefore, it is a worthwhile project about the application and study of SQUID. This paper launches an exploration and analyse about the way of the study, which is based on the comprehensive and systematic illustration of the applications and perspectives on SQUID, meanwhile, it puts emphasis on the research of characteristic analyse of SQUID magnetocardiography and design of p