超导磁强计
磁强计的相关概述

磁强计的相关概述磁强计是一种用于测量磁场强度的仪器,它可以用于测量磁铁、电磁铁、永磁体等产生的磁场强度,也可以用于测量地球磁场、磁体材料磁场等。
本文将对磁强计的相关概述进行介绍。
磁强计的基本原理磁强计测量的是磁场强度,其基本原理是根据电磁感应定律来实现的。
当磁场发生改变时,磁通量也会随之改变,根据电磁感应定律,在感应线圈中会产生电动势。
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与磁场强度的改变速率成正比,因此可以通过测量感应电动势来计算磁场强度。
磁强计的分类按照磁强计的原理和实现方式,可以将其分为以下几类:氦原子核磁共振磁强计氦原子核磁共振磁强计是一种基于原子物理效应的磁强计,它利用氦原子核在磁场中的共振现象来测量磁场强度。
氦原子核磁共振磁强计具有灵敏度高、稳定性好等优点,但其成本较高,需要比较严格的环境条件,因此应用范围较窄。
磁阻式磁强计磁阻式磁强计是一种利用磁阻效应测量磁场强度的磁强计,它通过磁体中的磁阻效应来测量磁场强度。
磁阻式磁强计具有响应速度快、信号输出直接等优点,但受材料性质影响较大,不能同时测量多个方向的磁场强度。
振动磁强计振动磁强计是一种利用振动系统来测量磁场强度的磁强计,它通过测量振动系统的自然频率变化来计算磁场强度。
振动磁强计具有精度高、温度稳定性好等优点,但其结构复杂,对环境干扰较为敏感。
超导量子干涉磁强计超导量子干涉磁强计是一种利用超导量子干涉效应测量磁场强度的磁强计,它通过量子干涉效应来实现对磁场强度的测量。
超导量子干涉磁强计具有极高的灵敏度和精度,但其需要非常低的温度和强磁场等条件,运行成本较高。
磁强计的应用领域磁强计广泛应用于精密测量领域,如磁体材料的磁场测量、地球磁场研究、医学检测等。
在航天领域中,磁强计也被广泛应用于卫星导航、空间定位等精密领域中。
此外,磁强计也被应用于物理学、地质学等科学领域的研究中,如研究地球内部结构、核磁共振研究等。
总结磁强计是一种测量磁场强度的重要工具,其应用范围广泛,包括精密测量领域、航天领域、物理学、地质学等科学领域。
中学生物理百科小知识磁强计

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广泛的阅读有助于使学生认识丰富多彩的世界,获取信息和知识,拓展视野。
快一起来阅读中学生物理百科小知识磁强计吧~磁强计(magnetometers)磁强计(magnetometers)由于约瑟夫森效应的超导电流对磁场很敏感,利用这种效应来精细测量磁场的装置称磁强计,包括直流SQUID和射频SQUID等在内实际上均是磁强计的一种。
由于精密的磁强计现已达到可测量10-11高斯的磁场灵敏度,所以可用来探测磁场很小变化的位移,如可用来作生物磁信号,医疗磁性诊断和引力波等的研究等。
它的应用范围很广,如磁心脏探测器,重力仪,探测含磁性的矿,作相关的监视器和检测器等等。
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opm磁强计原理

OPM磁强计原理1. 引言OPM磁强计是一种基于原子物理原理的磁场测量仪器。
它利用原子的磁共振特性来测量外部磁场的强度。
本文将详细解释与OPM磁强计原理相关的基本原理,并确保解释清楚、易于理解。
2. 磁共振在解释OPM磁强计的原理之前,我们首先需要了解磁共振的基本概念。
磁共振是指当原子或分子处于外加磁场中时,它们的磁矩会与磁场发生相互作用,从而产生共振现象。
磁共振的基本原理可以通过经典物理和量子力学两种方式解释。
经典物理中,原子或分子的磁矩可以看作是一个旋转的矢量,当外加磁场的频率与其旋转频率相等时,磁矩会受到最大的力矩,从而达到共振。
量子力学中,原子或分子的磁矩可以用自旋矢量来描述。
自旋是一个固有的量子力学性质,它可以是半整数或整数。
当外加磁场的频率与自旋的能级差相等时,原子或分子的自旋状态会发生改变,从而产生共振。
3. OPM磁强计的工作原理OPM磁强计利用磁共振原理来测量外部磁场的强度。
它的工作原理可以分为三个主要步骤:原子准备、激发和测量。
3.1 原子准备在OPM磁强计中,常用的原子是碱金属原子,如铷(Rb)或铯(Cs)。
这些原子具有一个未配对的电子自旋,因此可以用来进行磁共振测量。
在原子准备步骤中,首先需要将原子样品制备到合适的状态。
这通常包括将原子样品放入一个高真空的磁共振腔中,并施加一定的温度和压力条件。
在这些条件下,原子会被激发到一个特定的能级,以便进行后续的磁共振测量。
3.2 激发在激发步骤中,外加磁场会与原子样品中的自旋进行相互作用,从而导致自旋状态的改变。
这个过程可以通过应用一个特定的射频场来实现,其频率与原子的能级差相匹配。
当外加磁场的频率与原子的能级差相匹配时,原子的自旋状态会发生共振,从而使得原子的磁矩发生变化。
这个变化可以通过测量原子样品中的电磁信号来检测。
3.3 测量在测量步骤中,原子样品中的电磁信号会被检测器接收并放大。
这个信号可以通过一系列的信号处理步骤来提取出来,并转换成与外部磁场强度相关的测量结果。
高温超导实验报告步骤(3篇)

第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。
2. 学习液氮低温技术,掌握低温环境下的实验操作。
3. 测量高温超导体的临界温度(Tc)和临界磁场(Hc)。
4. 研究高温超导体的临界电流(Ic)与磁场、温度的关系。
二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度(约77K)下表现出超导特性。
实验中,通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数,来研究高温超导体的物理性质。
三、实验仪器与材料1. 高温超导材料(如钇钡铜氧YBCO等)2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备:将高温超导材料制备成合适尺寸的样品,通常为薄片或丝状。
2. 低温环境准备:将低温冰箱预热至液氮温度,并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。
3. 电阻测量:- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。
- 记录电阻值,作为初始数据。
4. 临界温度测量:- 慢慢升温,观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时,记录此时的温度,即为临界温度(Tc)。
5. 临界磁场测量:- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。
- 慢慢增加磁场强度,观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时,记录此时的磁场强度,即为临界磁场(Hc)。
6. 临界电流测量:- 在一定磁场下,逐渐增加电流,观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时,记录此时的电流,即为临界电流(Ic)。
7. 温度与磁场关系研究:- 在不同温度下,重复步骤4和5,研究临界温度(Tc)和临界磁场(Hc)与温度的关系。
- 在不同磁场下,重复步骤6,研究临界电流(Ic)与磁场的关系。
8. 数据整理与分析:- 将实验数据整理成表格,分析高温超导体的物理性质。
- 对比不同高温超导材料的物理性质,总结实验结果。
五、实验注意事项1. 实验过程中,务必保持低温环境,避免样品受热。
2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时,要确保仪器精度。
3. 注意实验安全,防止低温伤害。
超导技术在地球科学研究中的应用

超导技术在地球科学研究中的应用引言地球科学是研究地球的物理、化学和生物特性以及地球内外相互作用的学科。
随着科技的不断发展,超导技术逐渐在地球科学研究中得到广泛应用。
超导技术以其低温、高灵敏度和高精度的特点,为地球科学研究提供了强大的工具和方法。
本文将从地震监测、地磁探测、地球内部结构研究和地球物理实验等方面,探讨超导技术在地球科学研究中的应用。
一、地震监测地震是地球内部能量释放的结果,对于研究地壳运动、地震活动规律和地震预测具有重要意义。
超导技术在地震监测中发挥着重要作用。
1.超导重力仪超导重力仪是一种利用超导磁悬浮技术测量地球重力变化的仪器。
它通过测量地球重力的微小变化,可以探测到地下水位、地壳运动、岩石变形等信息。
超导重力仪具有高灵敏度和高精度的特点,可以实时监测地震前兆信号,提供地震预警和预测的重要数据。
2.超导磁力计超导磁力计是一种利用超导材料的磁性特性测量地球磁场变化的仪器。
地球磁场的变化与地震活动密切相关,超导磁力计可以实时监测地磁场的微小变化,提供地震预警和预测的重要数据。
二、地磁探测地磁场是地球磁性物质产生的磁场,对于研究地球内部结构、地球磁场变化和地磁活动具有重要意义。
超导技术在地磁探测中发挥着重要作用。
1.超导磁力计阵列超导磁力计阵列是一种利用多个超导磁力计组成的网络测量地磁场变化的仪器。
它可以实时监测地磁场的微小变化,提供地球内部结构和地磁活动的重要数据。
超导磁力计阵列具有高灵敏度和高精度的特点,可以提高地磁探测的分辨率和精度。
2.超导磁测仪超导磁测仪是一种利用超导磁性材料测量地球磁场变化的仪器。
它可以实时监测地磁场的微小变化,提供地球磁场变化和地磁活动的重要数据。
超导磁测仪具有高灵敏度和高精度的特点,可以提高地磁探测的分辨率和精度。
三、地球内部结构研究地球内部结构是研究地球内部物质组成、物理性质和运动规律的重要内容。
超导技术在地球内部结构研究中发挥着重要作用。
1.超导磁测仪超导磁测仪可以测量地球磁场的微小变化,通过分析地磁场的变化,可以推断地球内部物质组成和运动规律。
量子物理学破译佛道气功之谜

量子物理学破译佛道气功之谜在磁屏蔽室中用超导磁强计测得的人体电磁信号中,小于一赫兹的成分占有很重要的位置。
一般将小于一赫兹的信号叫准直流离子电流,它与许多电生理过程有关,如机体从一稳态到建立一个新稳态、情绪变化、记忆形成、骨骼肌动作电位、皮肤电位等变化都有关。
香港中文大学的马健南博士发现练气功动功的频率在0.3至0.7赫兹范围内气感最强,得气最快,并认为气功不是直流电,而是核磁共振。
用超导磁强计测得的人体磁感应强度为10的负9次幂至负13次幂特斯拉,神经纤维兴奋时其跨膜磁场为2乘10的负10次幂特斯拉,表面脑磁图强度为10的负12次幂特斯拉。
我们取其中间值10的负11次幂特斯拉作为普通人的磁感应强度。
通过核磁共振公式计算,发现其共振频率比马健南博士发现的频率要低三个数量级,这表明气功并不是人体核磁共振。
进一步研究发现,气功应是人体电子顺磁共振。
其计算过程如下:共振频率值等于电子自旋磁矩和人体磁感应强度的乘积再除以电子自旋量子数和普朗克常数的乘积,也就是9.285乘10的负24次幂和10的负11次幂的乘积再除以2分之1和6.626乘10的负34次幂,约等于0.3赫兹。
为什么气功不是核磁共振,而是电子顺磁共振呢?这是因为电子自旋磁矩比核磁矩约大三个数量级,在其它数值不变的情况下计算所得出的结果要高出三个数量级。
人体电子顺磁共振可以吸收和辐射能量,提高人体超弱光子辐射的光子计数。
中国科学院高能物理研究所的赵永界及国外的理查德多布林等人用光电倍增管侧得,特异功能者的光子计数可达每秒每平方厘米范围内2万至4万个,而普通人只有50至200个,最大计数也只有800个。
现代生理医学发现,入静诱导仅改变了大脑神经中枢的功能状态,便可以大幅度提高经络感传出现率;脑部病变可诱发循经感传现象。
这是由于高度入静及大脑器质性病变时出现的0.5至3.5赫兹δ脑电波,引发了人体电子顺磁共振。
此外,婴儿时期及成人在极度疲劳、深度麻醉、缺氧等状态,亦可出现δ脑电波。
高温SQUID磁强计应用于探测震前地磁场变化的一些浅见

高温SQUID磁强计应用于探测震前地磁场变化的一些浅见王赤军;王宝珍【摘要】基于超导量子干涉器(Superconducting Quantum Interference Device,简称SQUID)的SQUID磁强计有其它传感器只能望其项背的、极高的磁场灵敏度,它能检测到小到fT(10-15T)完整的磁场信号,用其来监测地震前地磁场变化应该是一个极其有效的工具,它能帮助我们拓展研究空间,揭示震前地磁场变化的奥秘,使地震前兆磁场变化特征量浮出水面,将地震预报从经验统计预报向更为科学的用孕震过程产生的地震前兆特征量判定地震进行地震预报推进,有望使地震预报更具科学性而造福于人类.【期刊名称】《地质装备》【年(卷),期】2010(011)005【总页数】3页(P22-24)【关键词】超导量子干涉器(SQUID);磁强计;地磁场;压磁效应;地震预报【作者】王赤军;王宝珍【作者单位】中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊,065000;中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊,065000【正文语种】中文【中图分类】P5地震是大自然中的一种地质现象,是对人类危害极大的一种地质灾害。
1976年的唐山大地震和2008年四川汶川大地震给国人带来了极大的伤痛。
然而让国人无法接受的是某些专家不知是什么原因,在央视访谈节目中渲染地震不可知论。
虽然我们无法不让地震发生,但应该可以认识它,了解它会在何时何地发生,有多大破坏力,可进行有针对性的防灾,减灾。
尽管地震的发生过程非常复杂,有很多我们尚未了解的领域需要去认识它、研究它,当然要想短期内完全搞清楚也是不可能的,了解、认识尚须时日,事实上我国有准确地震预报的范例,尽管他被所谓的专家称为不屑一顾的低水平,应该说这些能准确预报的低水平比那些一点动静都没有的高水平要好得多,他们好歹在地震前能弄出很大动静来,而那些“高水平”的专家在地震前却一点动静都没有。
超导体的磁性研究

超导体的磁性研究超导体是一种特殊的物质,具有零电阻和完全排斥磁场的特性,在许多应用中都有着广泛的应用。
其中,磁性研究是非常重要的一部分。
本文将从多个角度探讨超导体的磁性研究。
一、磁场对超导体的影响在超导体中,磁场是会影响到其性质的。
一方面,超导体可以将磁场完全排斥,在外加磁场下产生的电流会流向超导体表面,在表面形成一个恒定的磁场。
这种现象称为Meissner效应。
另一方面,当外界的磁场超过一定临界值时,超导体就会失去超导状态,电阻变为正常的金属电阻。
这个临界值称为超导临界磁场。
超导临界磁场是超导体研究中的一个非常重要的参数。
它可以反映出超导体在外界磁场下的抗磁性能,同时也是制备高温超导体的关键指标。
目前大部分高温超导体的临界磁场都处于数tesla的范围内,而金属超导体的临界磁场通常只有几十高斯。
因此,磁场对高温超导体的影响更加显著。
二、测量超导临界磁场的方法测量超导临界磁场可以采用多种方法,其中最常用的方法是磁滞回线法。
磁滞回线法是通过在磁场变化过程中测量样品的磁化强度来确定超导临界磁场。
另外,还可以使用交流磁化法、共振吸收法和热电势法等方法测量超导临界磁场。
在进行超导临界磁场的测量时,需要注意避免磁场的不均匀分布和样品的热效应对测量结果的影响。
对于高温超导体,还需要考虑其在液氮温度下的稳定性和对气体的敏感性。
三、超导体中的磁通量量子超导体中的磁通量量子是一个非常神奇的奇观。
它是指超导体在磁场下产生的电流是由小电流环路构成,每个环路的面积是Φ=nhc/2e,其中n为整数,c为光速,e为元电荷,h为普朗克常数。
磁通量量子的大小与超导体的性质有关,同时也具有重要的应用价值。
磁通量量子的发现对超导理论的发展产生了深远的影响。
它不仅使超导理论更加完整,也为超导体的磁性研究提供了新的途径。
一些研究人员通过对磁通量量子的研究,发现了一些新的超导性质,如相分离现象等。
四、超导体的磁性测量技术超导体的磁性测量技术是研究超导体磁性的基础。
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高温超导量子干涉磁强计的发展现状及其应用南京师范大学物科院03级教育硕士王成作为20世纪物理学的重要发现之一的超导电性,在1911年被荷兰物理学家卡末林一昂内斯发现以后,科学家们就对超导电性的实际应用提出了许多设想,并积极开发它的应用领域,超导传感器是最有希望的应用领域之一。
超导传感器的核心是基于隧道效应的超导量子干涉器件(Superconducting quantum devices,常缩写为SQUID). SQUID实质上是将磁通转变成电压的磁通传感器,以它为基础可派生出多种传感器和测量仪器。
超导量子干涉磁强计工作的基础是“隧道效应”,SQUID就其功能来讲,是一种磁通传感器,不仅可以用来测量磁通量的变化,而且还可以测量能转换成磁通的其他物理量,如电流、电压、电阻、电感、磁感应强度、磁场梯度、磁化率、温度、位移等。
SQUID配上输入和读出电路,就构成磁强计,它的灵敏度、动态范围、频率响应、响应时间比同类仪器高几个数量级。
一、超导测量仪器的技术研究发展历程:自20世纪80年代发现了能工作于液氮温度(77K)的铜氧化物高温超导体后,由于液氮相对于液氦的廉价和使用上的方便,给高温超导体SQUID的应用提供了较多有利条件,国际上又掀起了高温超导体量子干涉(高Tc SQUID)磁强计的研制和应用的热潮。
随着高温超导薄膜技术的发展,外延生长高温超导薄膜的技术逐渐成熟,发展出了多种人工可控的采用高性能外延超导薄膜制备Josephson结及SQUID器件的技术。
为了提高SQUID的磁场灵敏度,无论是dc SQUID或rf SQUID,都采用具有较大磁聚焦面积的方垫圈结构,有的还用高温超导薄膜做出磁通变换器、大面积磁聚焦器等与SQUID器件配合到一起,共同组成SQUID磁强计的探头。
在电子线路方面与低温SQUID相比,也做了很多改进和提高。
使磁强计的性能指标可以满足许多弱磁性测量应用的需要。
如图: SQUID磁强计在不同应用中的磁场灵敏度和频率范围现在,国外已有多家小型公司可以提供商品化的高温超导SQUI。
这样性能的高温超导SQUID系统已经被用在了生物磁测量、地磁测量、无损探伤、扫描SQUID显微镜及实验室的弱磁测量等多个方面。
二、下面分别介绍超导量子干涉磁强计的测量应用(一)生物磁测1、生物电场与生物磁场生物磁场是由生物电流引起的.人体内存在生物电流是人们早已熟知的,临床上广泛应用的心电图、脑电图等就是心脏、大脑皮层等器官活动时所记录的生物电变化.生物电现象的产生是由于细胞在未受刺激时细胞膜内外两侧存在着内负外正的电势差(规定膜外电势为零),称为静息电位。
神经传导、肌肉收缩和腺体分泌等都伴有生物电的产生和传播。
心脏的收缩和舒张就是由于心房或心室各部的心肌细胞受动作电位的刺激而以一定的周期同时收缩或舒张的结果。
由此而产生的生物电变化通过心脏周围的导电组织和体液,反映到身体表面,就可以通过放置在人体表面的测量电极记录到反映心脏活动的电压变化,即心电图.既然人体内存在生物电流,根据电磁学理论,这些生物电流必然会产生相应的磁场,如心磁场、脑磁场和肌磁场等等.但这些磁场非常微弱,一般人体的心磁场约为10- 10T,脑磁场约为10一13一10一12T,而人体生活环境所处的外磁场可高达10-5T,这就使一般测量仪器无法检测到生物磁场.正是由于这个原因,1963年鲍尔(Baule)和麦克菲(M cFee )记录到第一张心磁图时,已比心电图的研究晚了约80年.直到六、七十年代,建成了高效的磁屏蔽室以及测量极微弱磁场的高灵敏度的超导量子干涉仪(SQUID)磁强计的出现,才使生物磁的观测和研究得到迅速发展.生物磁场的测最与生物电场的测量相比有以下特点.首先,生物磁场的测量不需要使用电极,只需将探头靠近被测部位即可,对人体没有损害.其次,通过生物磁场的测量可对产生生物磁的源电流作精确的三维空间定位.第三,可以从记录到的生物磁场中了解一个特定刺激所激活区域的大小和参与细胞的数目.2、生物磁场的研究及其应用目前生物磁场的研究主要在器官、细胞和分子三个水平上进行。
器官水平的生物磁研究包括心磁、脑磁和肺磁等研究.心磁研究是生物磁研究中的一个重要领域,心磁图与心电图相比具有较高的空间分辨率、灵敏度和准确度.例如,心脏异常的一个重要标志是在心电图中(见图)ST段有一个垂直的位移。
心磁图能更有效地早期发现轻度的心脏病.又如利用心磁图空间鉴别能力强的特点,可用来检测胎儿心率.胎龄为27-35周时,在母体腹部经常记录不到胎儿心电图(FECG ),这是由于胎儿信号弱,往往被母体信号所掩盖,而胎儿心磁图(FM CG)可以显示其心率(见图, F表示胎儿心率信号、M表示母体心率信号).脑磁图是生物磁研究中最深入、最广泛的一个领域.脑磁图分为自发脑磁图和诱发脑磁图两种,自发脑磁图可对脑部病灶区作出精确的三维空间定位,在临床上主要用于为癫痛和脑瘤患者进行手术前的定位诊断.诱发脑磁图是利用各种刺激(声、光、触等)诱发脑活动,记录刺激前后的脑磁图,从而进行听觉、视觉、躯体感觉等脑功能的定位研究.它是研究神经生理学和心理学的很好工具.肺磁场是肺组织内含有从污染空气中吸入的铁磁性物质产生的剩余磁场.肺磁图是由于磁污染造成的“矽肺”等职业病检查及肺功能状况监测的一种有效手段。
在分子水平上,通过分子磁化率的测量可测定人体肝、脾和心脏内铁的含量,比传统方法安全、准确。
还可用于研究金属蛋白的磁性质.由于SQUID磁强计的灵敏度极高,它在工作时也极易受到外界环境的干扰,特别是在测量心磁等这样微弱的磁信号时,电力线的50赫兹及其谐波、移动通讯、无线电广播、交通工具(如火车、地铁、汽车)带来的振动等都会给SQUID带来噪声,而且干扰信号有可能高于被测信号几个数量级,如电力线的50Hz信号,其峰值可达20nT到1μT的量级,可以将被测信号完全淹没。
在此清况下,人们通常采用磁屏蔽的方式来尽量消除干扰,如在磁屏蔽室中进行心磁测量。
(二)地磁测量通过地磁测量可以获取地质构造、地下矿藏等方面的信息,特别是在探测石油、天然气等方面有重要意义。
在地磁测量中有天然场和人工场两种方法,通常用人工发射场的方法。
用大线圈或长线发射电磁场,用感应线圈作探头,接收从地下传来的电磁波,根据探头的感应电动势反算出磁场后,可进一步得到反映地质构造的电导率信息。
地下越深处的信号对应的频率越低,典型的值在1Q-3IWHz,对应地层深度为50km到150m。
通常,为了得到地下尽可能深的构造信息,需要接收更低频的信号,如低于 1 Hz,此时,常规感应线圈的噪声随信号频率降低呈1/f3/2上升,而SQUID只是呈1 /f1/2上升,在低频段的优势明显。
使用SQUID还有一个优势,就是它直接测得磁场信号,没有麻烦的反算过程,因而误差小、精度高。
另外,为了得到小于1 HZ的低频信号,感应线圈的尺寸也相应要变得更大(几十米见方),在野外进行测量时,为了获得稳定的信号,还要将其埋于地下,这是相当麻烦的一项工作。
从已有的用高TC SQUID磁强计测量地磁的结果来看,在同样测深的情况下,与常规探头相比,数据的准确性是没有问题的,并且SQUID还有能力测到地下甚至更深一倍的信号,有较大的应用优势。
(三)无损探伤将SQUIDSQU.用于材料的无损检测时,通过SQUID.获取样品中的磁场信号(这个磁场信号可以是样品受到激励磁场感应的,也可以是样品本身的),找到磁场的异常分布来判断缺陷的存在及大小。
它与常规涡流探伤方法中用感应线圈相比,由于SQUID在低频段的明显优势,它的空间分辨率更高,可以检测到离材料表面更深处的缺陷,并且更灵敏,检测到更细小的缺陷。
再加上使用高温超导体在液氮下工作,整套装置可以做得更轻巧与便携,因而可用在多种常规手段不易使用的场合,如检测飞机轮毅、具有多层结构的飞机机翼中的结构缺陷,混凝土中的钢筋断裂,还有各种材料(如药片)中的微小磁性颗粒等。
(四)扫描SQUID显微镜由于SQUID具有较高的磁场分辨率和空间分辨率,因而可以用SQULD作为探头,制成磁场扫描显微镜,用无磁材料做成以步进电机驱动的扫描平台,样品在平台上以二维方式移动,对被测样品进行扫描,获得样品的磁场分布。
现在采用高Tc SQUID磁强计,通常它的空间分辨率可以做到微米的量级(从5μm一100μm不等),特殊的用途是可以检测集成电路芯片中的缺陷。
此外,在实验室中,高TC SQULD 磁强计也被用在了多种精密磁测量中,如化学反应的磁场测量。
但是由于高Te SQUID在较强的外磁场中灵敏度会大幅度下降所以目前还不能像低Tc SQUID那样用于强磁场,如超导磁体中。
三、国内外高Tc SQUID磁强计的开发情况(一)我国HTc SQUID研究已取得接近世界水平的成果我国是HTc技术几个先进的国家之一,87年以来利用磁控溅射、脉冲激光沉积等技术,相继制备出了高质量的YBCO和TBCCO高温超导薄膜、多层超导膜及双晶结、台阶结等人工晶界超导结,性能接近世界水平。
《中国科学基金》93年第2期就曾报道,92年底国家超导中心鉴定了TBCCO薄膜DC-SQUID磁强计,磁场分辨率达9 x 10-12Tφ0·Hz-1/2,整机灵敏度达到3.8 x 10-4φ0·Hz-1/2,接近当时世界磁强计研究成果的先进水平。
(二)开展液氮湿区SQUID探测微弱磁场的实用化研究条件已经成熟从国内外的研究情况看,HTc SQUID在下列三个方面,不久可望达到实用化。
1.地球物理,如电磁法探矿,大地探测等,这是一个很大的应用领域,实用化后对HTc SQUID仪器需求量较大,我国已做了初步工作,显示了HTc SQUID一定的优越性,存在的主要间题是HTC SQUID的性能还需进一步提高,如灵敏度、摆率、频带等还需进一步改善。
2.生物磁学,目前国内液氮温区器件的磁场分辨率和灵敏度足以探测心磁信息,探测脑磁信息,灵敏度和分辨率都还不够。
心磁图机、脑磁图机是比现有其他非超导仪器优越的仪器,能在液氮温区稳定工作,就可在临床上推广应用,需求量是很大的。
3.磁异常探测系统,美国防部近年来一直都把超导磁异常探测系统作为重要内容,他们的技术目标是1996年实现液氦温区超导磁异常探测系统,2006年实现液氮温区超导磁异常探测系统,美国防部把超导磁异常探测系统作为静噪潜艇探测、探雷、甚至包括电子支援测量、反潜战、防空、海战、陆战和战略防御领域的重要手段。
随着各种隐身技术的发展,特别是潜艇静噪技术的发展,我海军控制水面和水下海战能力面临挑战,为了保卫漫长的海岸线,加强海防,迫切需要超导磁异常探测手段。
国外SQUID在这三个方面的应用都是从液氦温区开始的,如上所述,我国液氮温区SQUID技术已达到相当水平,可跳过液氦温区阶段,直接进入实用化液氮SQUID研究。