传感器第4篇 章磁传感器8 - 副本.pptVIP

* * * * * * * * * ns为超导电子对密度 * * * * 第八节 SQUID磁敏传感器 4、约瑟夫森效应 超导体中有弱连接存在时，电子对可以隧穿弱连接而形成超导电流，即约瑟夫森（Josephson）效应。 两块超导体距离较大时，电子对波位相完全无关 h大 * 第八节 SQUID磁敏传感器 二、SQUID基本原理 利用超导环中弱连接的约瑟夫森效应可以制成超导量子干涉器，简称SQUID。 两种形式：RF SQUID、DC SQUID 工作温度：高温 SQUID、低温SQUID * 第八节 SQUID磁敏传感器 RF SQUID基本原理 超导量子干涉器（SQUID）是利用超导体的全磁通量子效应和约瑟夫森效应原理制成的。 含有一个弱连接的超导环 超导环中总磁通量： 由电子对波位相条件，磁场沿闭合曲线引起的位相差： * 第八节 SQUID磁敏传感器 由电子对波相位条件可知，超导体中沿闭合曲线由电流引起的位相差和由磁场引起的位相差之和为 整数倍. ? 超导环电流远小于其临界电流，超导电流密度小，动量小，电子对波的波长很长，超导电流沿着超导环产生的相位差可忽略不计，只在弱连接处产生较大相位差，表示为： 超导环超导电流 弱连接临界电流 超导环临界电流 * 第八节 SQUID磁敏传感器 当超导电流流过弱连接时，弱连接两侧超导体中电子对波相位差： 改写为： 该项表示由于弱连接的存在，超导环中的磁通量不再是量子化的了 * 第八节 SQUID磁敏传感器 解上式得： 将结果代入下式（超导环中总磁通量方程） 代入后解得到含有弱连接的超导环中的磁通方程： 对 求微分，并令 得： * 第八节 SQUID磁敏传感器 总磁通量与外加磁通量关系曲线 * 第八节 SQUID磁敏传感器 三、RF SQUID的工作过程 与超导环耦合的谐振电路 RF SQUID传感器 * 第八节 SQUID磁敏传感器 三、RF SQUID的工作过程 回滞模式下谐振电路 特性曲线 谐振电路 特性曲线 理论上可以通过对磁通量子计数得到被测磁场值，但一个磁通量子对应的磁场值约为nT量级，采用此方法，灵敏度太低，实际中采用零磁通锁定方法进行磁场测量，可以提高4个数量级 * 第八节 SQUID磁敏传感器 SQUID磁敏传感器的检测方法 超导磁通变换器方法 零磁通法 零电流方法 零磁通法 * 第八节 SQUID磁敏传感器 * 第八节 SQUID磁敏传感器 * 高温RF SQUID磁梯度仪 磁梯度仪探头 第八节 SQUID磁敏传感器 * * 本章回顾： 1、共学了几种磁测传感器？ 2、传感器的灵敏度如何，灵敏度比较。 3、各传感器测磁特点，应用领域。 4、哪些传感器可以进行矢量测量，哪些进行总场测量。 * * * * * * * 两种跃迁规则 * 1S轨道 L=0 * L轨道量子数 S总量子数 J磁量子数 * 1、亚稳态原子自动吸收D012光 分别跃迁到激发态不同的能级上 L轨道量子数 J自旋量子数 Mi 磁子能级 * * * * * * * * 传感器原理及应用 传感器原理及应用 第七节 光泵式磁敏传感器 光泵式磁敏传感器是以某些元素的原子在外磁场中产生的塞曼分裂为基础，并采用光泵和磁共振技术研制成的。 光泵磁力仪目前实际生产和科学技术应用中灵敏度较高的一种磁测仪器。 特点： 灵敏度高，一般为0.01nT量级，理论灵敏度高达 10-2~10-4nT。 响应频率高，可在快速变化中进行测量。 可测量磁场的总向量T，并能进行连续测量。 第七节 光泵式磁敏传感器 磁力仪种类： 氦(He)光泵磁力仪，其中又分He3、He4光泵磁力仪； 碱金属光泵磁力仪，其共振元素有铷(Rb85、Rb87)、铯(Cs133)、钾(K39)、汞(Hg)等。 应用领域： 应用于国防工程、空间磁场测量、地磁场微变测量、探矿及天然地震预报等。 第七节 光泵式磁敏传感器 一、氦（He4）光泵式磁敏传感器的物理基础 概念1：原子能级——原子系统能量量子化的形象化表示。 按照量子力学理论，可计算出原子系统的能量是量子化的，能量取一系列分立值；能量值取决于一定的量子数，因此能级用一定的量子数标记。 第七节 光泵式磁敏传感器 塞曼效应：指在外磁场中原子能级产生分裂的现象。 x S S N v2 v0 v1 O v2 v0 v1 z y π成分 σ成分 正常塞曼效应：在弱磁场中,电子自旋量子数为零时(S=0)产生的塞曼效应。 反常塞曼效应：在弱磁场中,电子自旋量子数不为零(S≠0)时产生的塞曼效