1、1 感應(yīng)式磁敏傳感器是以天然場(chǎng)或人工場(chǎng)感應(yīng)式磁敏傳感器是以天然場(chǎng)或人工場(chǎng)為場(chǎng)源，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，采用某為場(chǎng)源，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，采用某些特殊技術(shù)研制成的測(cè)磁裝置，些特殊技術(shù)研制成的測(cè)磁裝置，可用于測(cè)量交可用于測(cè)量交變場(chǎng)中磁場(chǎng)變化率。變場(chǎng)中磁場(chǎng)變化率。 感應(yīng)式磁傳感器一般有空氣芯和鐵芯兩種，感應(yīng)式磁傳感器一般有空氣芯和鐵芯兩種，早期使用的磁傳感器都是空氣芯的。目前使早期使用的磁傳感器都是空氣芯的。目前使用傳感器的鐵芯有鐵氧體鐵芯、坡莫合金鐵用傳感器的鐵芯有鐵氧體鐵芯、坡莫合金鐵芯和非晶態(tài)鐵芯。芯和非晶態(tài)鐵芯。第四節(jié)第四節(jié) 感應(yīng)式磁敏傳感器感應(yīng)式磁敏傳感器2 一、感應(yīng)式磁敏傳感器的物

2、理基礎(chǔ)一、感應(yīng)式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ) 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律對(duì)于帶有磁芯導(dǎo)磁率為對(duì)于帶有磁芯導(dǎo)磁率為的螺線管線圈，其感應(yīng)電的螺線管線圈，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì)e (t)e (t)為：為： dttdBNSdttdNte)()()(dttdHNSdttdHNSdttdBNSter)()()()(0被測(cè)磁場(chǎng)的變化率可由線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所反映。 3 屏蔽銅箔屏蔽銅箔鋁管鋁管鋁蓋輸出輸出線圈線圈長(zhǎng)螺旋管式傳感器構(gòu)成示意圖長(zhǎng)螺旋管式傳感器構(gòu)成示意圖磁芯磁芯感應(yīng)式磁傳感器通常由線圈和放大器兩部分組成。線感應(yīng)式磁傳感器通常由線圈和放大器兩部分組成。線圈中包括繞組和磁芯兩部分。磁芯通常采用高導(dǎo)磁率圈中包

3、括繞組和磁芯兩部分。磁芯通常采用高導(dǎo)磁率的磁性材料做成。的磁性材料做成。 4 二、感應(yīng)式磁敏傳感器的設(shè)計(jì)二、感應(yīng)式磁敏傳感器的設(shè)計(jì)考慮因素：考慮因素：要有一定的靈敏度，體積不宜過(guò)大。要有一定的靈敏度，體積不宜過(guò)大。噪音要盡量低，這里包括熱噪音、溫差電勢(shì)、潮噪音要盡量低，這里包括熱噪音、溫差電勢(shì)、潮濕和接觸污染等引起的噪音；線圈內(nèi)阻要?。痪€圈濕和接觸污染等引起的噪音；線圈內(nèi)阻要小；線圈避免用普通焊錫接頭；信號(hào)線要雙層屏蔽，且不能避免用普通焊錫接頭；信號(hào)線要雙層屏蔽，且不能鍍錫；要求嚴(yán)格密封。鍍錫；要求嚴(yán)格密封。要有完善的電屏蔽。要有完善的電屏蔽。要盡量降低磁芯的損耗，尤其是要降低渦流損耗。要盡量

4、降低磁芯的損耗，尤其是要降低渦流損耗。因此各片磁芯間要求嚴(yán)格絕緣。因此各片磁芯間要求嚴(yán)格絕緣。磁芯的抗震性和溫度穩(wěn)定性要好。磁芯的抗震性和溫度穩(wěn)定性要好。 5 1 1、靈敏度、靈敏度為了獲得最大靈敏度，就必須使乘積NS為最大。dttdHNSter)()(rNSdtdHe初始靈敏度初始靈敏度 為了獲得最大信號(hào)，必須使接入放大器輸入電路之為了獲得最大信號(hào)，必須使接入放大器輸入電路之前的線圈本身具有較高的靈敏度，即能感應(yīng)出較高前的線圈本身具有較高的靈敏度，即能感應(yīng)出較高的電動(dòng)勢(shì)。這種靈敏度也稱為初始靈敏度的電動(dòng)勢(shì)。這種靈敏度也稱為初始靈敏度。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，

5、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 62 2、信噪比、信噪比主要考慮線圈電阻和匝數(shù)等參數(shù)的選擇。假設(shè)磁場(chǎng)的頻譜密度為假設(shè)磁場(chǎng)的頻譜密度為H、頻帶寬度為、頻帶寬度為F，則線，則線圈的感應(yīng)信號(hào)，而根據(jù)熱力學(xué)定律，噪聲為圈的感應(yīng)信號(hào)，而根據(jù)熱力學(xué)定律，噪聲為 式中，式中，K為波茲曼常數(shù)；為波茲曼常數(shù)；T為絕對(duì)溫度為絕對(duì)溫度則信噪比則信噪比4RLeKR T F4HRLnSjeeKR T 73 3、磁芯材料、磁芯材料8 三、測(cè)試與標(biāo)定三、測(cè)試與標(biāo)定9感應(yīng)式磁敏傳感器的應(yīng)用感應(yīng)式磁敏傳感器的應(yīng)用 10 磁通門(mén)式磁敏傳感器又稱為磁飽和式磁敏傳感器。磁通門(mén)式磁敏傳感器又稱為磁飽和式磁敏傳感器。 利用某些高導(dǎo)磁率的軟磁性材料（如坡莫合

6、金）作磁利用某些高導(dǎo)磁率的軟磁性材料（如坡莫合金）作磁芯，以其在交變磁場(chǎng)作用下的磁飽和特性及法拉第電芯，以其在交變磁場(chǎng)作用下的磁飽和特性及法拉第電磁感應(yīng)原理研制成的測(cè)磁裝置。磁感應(yīng)原理研制成的測(cè)磁裝置。第五節(jié)第五節(jié) 磁通門(mén)式磁敏傳感器磁通門(mén)式磁敏傳感器最大特點(diǎn)最大特點(diǎn)：適合在零磁場(chǎng)附近工作的：適合在零磁場(chǎng)附近工作的弱磁場(chǎng)弱磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量。傳感器可作成傳感器可作成體積小，重量輕、功耗低體積小，重量輕、功耗低，既可測(cè)縱向向，既可測(cè)縱向向量量T、垂直向量垂直向量Z，也可測(cè)，也可測(cè)T、Z，不受磁場(chǎng)梯度影響，不受磁場(chǎng)梯度影響，測(cè)量的測(cè)量的靈敏度可達(dá)靈敏度可達(dá)0.01nT，且可和磁秤混合使用組成磁

7、，且可和磁秤混合使用組成磁測(cè)儀器。測(cè)儀器。應(yīng)用應(yīng)用：航空、地面、測(cè)井等方面的磁法勘探，在軍事上，：航空、地面、測(cè)井等方面的磁法勘探，在軍事上，也可用于尋找地下武器（炮彈、地雷等）和反潛。還可也可用于尋找地下武器（炮彈、地雷等）和反潛。還可用于預(yù)報(bào)天然地震及空間磁測(cè)等。用于預(yù)報(bào)天然地震及空間磁測(cè)等。11一、磁通門(mén)式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)一、磁通門(mén)式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)磁飽和現(xiàn)象磁飽和現(xiàn)象飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Hs （一）磁滯回線和磁飽和現(xiàn)象（一）磁滯回線和磁飽和現(xiàn)象BAHsHcFBr-HcE-BrDC靜態(tài)磁滯回線示意圖BsHOB磁滯現(xiàn)象：磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁滯現(xiàn)象：磁感

8、應(yīng)強(qiáng)度的變化滯后于磁場(chǎng)變化滯后于磁場(chǎng)H H的變化的變化最大剩磁最大剩磁B Br rB Br r, , B Bs s，H Hs s及矯頑力及矯頑力H Hc c是磁性材是磁性材料的四個(gè)重要參數(shù)。料的四個(gè)重要參數(shù)。磁通門(mén)傳感器使用軟磁性材料。磁通門(mén)傳感器使用軟磁性材料。動(dòng)態(tài)導(dǎo)磁率動(dòng)態(tài)導(dǎo)磁率dHdBd12定義：物體在磁場(chǎng)中被磁化后，在磁化方向定義：物體在磁場(chǎng)中被磁化后，在磁化方向上會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短現(xiàn)象。上會(huì)產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短現(xiàn)象。幾種磁性材料的伸縮系數(shù)3020100-10-20-30l/lFeCoNi010203040 H/10-4T45 坡莫合金（二）磁致伸縮現(xiàn)象（二）磁致伸縮現(xiàn)象飽和磁致伸縮系數(shù)飽和磁

9、致伸縮系數(shù)lls13內(nèi)容：內(nèi)容：不論何種原因使通過(guò)一回路所包不論何種原因使通過(guò)一回路所包圍面積內(nèi)的磁通量圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路上產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)，回路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E與磁通隨時(shí)間與磁通隨時(shí)間t的變化率的變化率的負(fù)值成正比。的負(fù)值成正比。dtdkE（三）法拉第電磁感應(yīng)定律（三）法拉第電磁感應(yīng)定律式中式中 k k比例系數(shù)。比例系數(shù)。 14圓形磁芯跑道形磁芯長(zhǎng)方形磁芯閉合式磁芯長(zhǎng)條形雙磁芯長(zhǎng)條形單磁芯非閉合式磁芯磁芯從這幾種磁芯的性能來(lái)說(shuō)，以圓形較好，跑道形次之。在磁場(chǎng)的分量測(cè)量中，用跑道形磁芯較多。磁通門(mén)傳感器的磁芯幾何形狀二、磁通門(mén)式磁敏傳感器的二次諧波法測(cè)磁原理二、磁通

10、門(mén)式磁敏傳感器的二次諧波法測(cè)磁原理151. 長(zhǎng)軸狀跑道形磁芯長(zhǎng)軸狀跑道形磁芯跑道型磁芯機(jī)構(gòu)示意圖1 靈敏元件架；2初級(jí)線圈3輸出線圈；4坡莫合金環(huán) 如圖所示，一般沿長(zhǎng)軸方如圖所示，一般沿長(zhǎng)軸方向的尺寸遠(yuǎn)大于短軸方向的尺向的尺寸遠(yuǎn)大于短軸方向的尺寸，故當(dāng)沿長(zhǎng)軸方向磁化時(shí)，寸，故當(dāng)沿長(zhǎng)軸方向磁化時(shí)，要比沿短軸方向磁化時(shí)的要比沿短軸方向磁化時(shí)的退磁退磁作用作用及及退磁系數(shù)退磁系數(shù)小得多。小得多。這樣，這樣，就可以認(rèn)為跑道形磁芯僅被沿就可以認(rèn)為跑道形磁芯僅被沿長(zhǎng)軸方向的磁場(chǎng)所磁化。在實(shí)長(zhǎng)軸方向的磁場(chǎng)所磁化。在實(shí)踐中，也僅測(cè)量沿長(zhǎng)軸方向的踐中，也僅測(cè)量沿長(zhǎng)軸方向的磁場(chǎng)分量磁場(chǎng)分量。 H1=2Hmsint

11、H2=-2Hmsint41LS2ff2L1L2316由分段函數(shù)組式可知，由分段函數(shù)組式可知，Es是一奇函數(shù)。富氏是一奇函數(shù)。富氏分解中的余弦項(xiàng)的系數(shù)分解中的余弦項(xiàng)的系數(shù)an=0，a2=0。可計(jì)算?？捎?jì)算出富氏分解中正弦項(xiàng)的系數(shù)出富氏分解中正弦項(xiàng)的系數(shù)b2，進(jìn)而得出總，進(jìn)而得出總感應(yīng)電壓表達(dá)式：感應(yīng)電壓表達(dá)式： 2. 2. 富氏分解法富氏分解法tHHHfSnEemssdS2sin10168這就是測(cè)量線圈中感應(yīng)電壓信號(hào)二次諧波的這就是測(cè)量線圈中感應(yīng)電壓信號(hào)二次諧波的完整表達(dá)式。由此可得出如下結(jié)論：完整表達(dá)式。由此可得出如下結(jié)論：17 質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器是利用質(zhì)子在外磁場(chǎng)質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器是利用

12、質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的旋進(jìn)現(xiàn)象，根據(jù)磁共振原理研制成功的。中的旋進(jìn)現(xiàn)象，根據(jù)磁共振原理研制成功的。物理學(xué)已證明物質(zhì)是具有磁性的。物理學(xué)已證明物質(zhì)是具有磁性的。對(duì)水分子（對(duì)水分子（H2O）而言，從其分）而言，從其分子結(jié)構(gòu)、原子排列和化學(xué)價(jià)的性子結(jié)構(gòu)、原子排列和化學(xué)價(jià)的性質(zhì)分析得知：質(zhì)分析得知：水分子磁矩（即氫水分子磁矩（即氫質(zhì)子磁矩）在外磁場(chǎng)作用下繞外質(zhì)子磁矩）在外磁場(chǎng)作用下繞外磁場(chǎng)旋進(jìn)磁場(chǎng)旋進(jìn)。 一、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的測(cè)磁原理一、質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的測(cè)磁原理質(zhì)子磁矩旋進(jìn)質(zhì)子磁矩旋進(jìn)T M 質(zhì)子的旋進(jìn)頻率質(zhì)子的旋進(jìn)頻率p 為質(zhì)子旋磁比；為質(zhì)子旋磁比；T為外磁場(chǎng)強(qiáng)度為外磁場(chǎng)強(qiáng)度f(wàn)=p T /2第六

13、節(jié)第六節(jié) 質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器18當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)很弱時(shí)，信號(hào)幅度大大衰減。對(duì)微弱的被測(cè)當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)很弱時(shí)，信號(hào)幅度大大衰減。對(duì)微弱的被測(cè)磁場(chǎng)，用一般的核磁共振檢測(cè)方法是接收不到旋進(jìn)信號(hào)磁場(chǎng)，用一般的核磁共振檢測(cè)方法是接收不到旋進(jìn)信號(hào)的。為了測(cè)得質(zhì)子磁矩的。為了測(cè)得質(zhì)子磁矩M繞外磁場(chǎng)的旋進(jìn)頻率繞外磁場(chǎng)的旋進(jìn)頻率 f 信號(hào)，信號(hào)，必須采取特殊方法：必須采取特殊方法：二、磁場(chǎng)的測(cè)量與旋進(jìn)信號(hào)二、磁場(chǎng)的測(cè)量與旋進(jìn)信號(hào)在核磁共振中，共振信號(hào)的幅度與被測(cè)磁場(chǎng)在核磁共振中，共振信號(hào)的幅度與被測(cè)磁場(chǎng)T3/2成正比。成正比。使沿外磁場(chǎng)方向排列的質(zhì)子磁矩使沿外磁場(chǎng)方向排列的質(zhì)子磁矩,在極化場(chǎng)的激勵(lì)下

14、在極化場(chǎng)的激勵(lì)下,建立建立質(zhì)子宏觀磁矩質(zhì)子宏觀磁矩,并使其方向于外磁場(chǎng)方向垂直或接近垂直并使其方向于外磁場(chǎng)方向垂直或接近垂直 通常采用預(yù)極化方法或輔助磁場(chǎng)方法來(lái)建立質(zhì)子宏觀通常采用預(yù)極化方法或輔助磁場(chǎng)方法來(lái)建立質(zhì)子宏觀磁矩，以增強(qiáng)信號(hào)幅度。磁矩，以增強(qiáng)信號(hào)幅度。具體作法是具體作法是:用圓柱形玻璃容器裝滿水樣品或含氫質(zhì)子液用圓柱形玻璃容器裝滿水樣品或含氫質(zhì)子液體，作為靈敏元件，在容器周圍繞上極化線圈和測(cè)量線體，作為靈敏元件，在容器周圍繞上極化線圈和測(cè)量線圈或共用一個(gè)線圈，使線圈軸向垂直于外磁場(chǎng)圈或共用一個(gè)線圈，使線圈軸向垂直于外磁場(chǎng)T方向。方向。19在垂直于外磁場(chǎng)方向加一極化場(chǎng)在垂直于外磁場(chǎng)方向

15、加一極化場(chǎng)H（該場(chǎng)強(qiáng)約為外磁場(chǎng)（該場(chǎng)強(qiáng)約為外磁場(chǎng)的的200倍）。在極化場(chǎng)作用下，容器內(nèi)水中質(zhì)子磁矩沿倍）。在極化場(chǎng)作用下，容器內(nèi)水中質(zhì)子磁矩沿極化場(chǎng)方向排列，形成宏觀磁矩，如下圖所示。極化場(chǎng)方向排列，形成宏觀磁矩，如下圖所示。 預(yù)極化法示意圖H*MMMHT當(dāng)質(zhì)子磁矩在旋進(jìn)過(guò)程當(dāng)質(zhì)子磁矩在旋進(jìn)過(guò)程中切割線圈，使線圈環(huán)中切割線圈，使線圈環(huán)繞面積中的磁通量發(fā)生繞面積中的磁通量發(fā)生變化，于是在線圈中就變化，于是在線圈中就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)去掉極化場(chǎng)當(dāng)去掉極化場(chǎng)H，質(zhì)子，質(zhì)子磁矩則以拉莫爾旋進(jìn)頻磁矩則以拉莫爾旋進(jìn)頻率繞外磁場(chǎng)旋進(jìn)。率繞外磁場(chǎng)旋進(jìn)。20M 若測(cè)出感應(yīng)電壓的頻率，就可計(jì)算出外

16、磁場(chǎng)的大小若測(cè)出感應(yīng)電壓的頻率，就可計(jì)算出外磁場(chǎng)的大小。因?yàn)闃O化場(chǎng)因?yàn)闃O化場(chǎng)H大于外磁場(chǎng)，因此大于外磁場(chǎng)，因此,可使信噪比增大可使信噪比增大H/T倍。設(shè)外磁場(chǎng)倍。設(shè)外磁場(chǎng)T的磁感強(qiáng)度為的磁感強(qiáng)度為0.510-4T，極化場(chǎng)，極化場(chǎng)H的的磁感強(qiáng)度為磁感強(qiáng)度為10010-4 T，則可使信噪比增大，則可使信噪比增大200倍。倍。= Tt2t在自由旋進(jìn)的過(guò)程中，磁矩在自由旋進(jìn)的過(guò)程中，磁矩M的橫向分量以的橫向分量以t2（橫向（橫向弛豫時(shí)間）為時(shí)間常數(shù)并隨時(shí)間逐漸趨近于零；在測(cè)弛豫時(shí)間）為時(shí)間常數(shù)并隨時(shí)間逐漸趨近于零；在測(cè)量線圈中所接收的感應(yīng)信號(hào)，也是以量線圈中所接收的感應(yīng)信號(hào)，也是以t2為時(shí)間常數(shù)按為時(shí)

17、間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律衰減的。指數(shù)規(guī)律衰減的。M衰減示意圖感應(yīng)信號(hào)衰減示意圖xy21核心：核心：500cc左右有機(jī)玻璃容器左右有機(jī)玻璃容器,在容器外面繞以在容器外面繞以數(shù)百匝數(shù)百匝的導(dǎo)線的導(dǎo)線,使使線圈線圈軸向與外磁場(chǎng)方向大致軸向與外磁場(chǎng)方向大致垂直垂直,線圈中通以線圈中通以 13A的電流的電流,而形成約而形成約0.01T的極化場(chǎng)的極化場(chǎng),使水中質(zhì)子磁矩使水中質(zhì)子磁矩指向極化場(chǎng)指向極化場(chǎng)H的方向。的方向。 質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器蒸餾水T計(jì)數(shù)器放大器線圈質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器的組成E若迅速撤去極化磁場(chǎng)若迅速撤去極化磁場(chǎng),則則M的數(shù)值與方向均來(lái)不及變化的數(shù)值與方向均來(lái)不及變化,弛豫過(guò)程弛豫過(guò)程來(lái)不及影響來(lái)不

18、及影響M的行為的行為,此時(shí)此時(shí),質(zhì)子磁矩在自旋和外磁場(chǎng)質(zhì)子磁矩在自旋和外磁場(chǎng)T的作用下以的作用下以角速度角速度繞外磁場(chǎng)繞外磁場(chǎng)T旋進(jìn)。在旋進(jìn)的過(guò)程中，周期性切割測(cè)量線旋進(jìn)。在旋進(jìn)的過(guò)程中，周期性切割測(cè)量線圈，產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。由于弛豫過(guò)程的作用，其信號(hào)幅度圈，產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。由于弛豫過(guò)程的作用，其信號(hào)幅度Vt的大小的大小隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，其表示式為：隨時(shí)間按指數(shù)規(guī)律衰減，其表示式為：22主要優(yōu)點(diǎn)：主要優(yōu)點(diǎn)：精度高精度高，一般在（0.110）nT范圍內(nèi)；穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好（因p是一常數(shù)，其值只與質(zhì)子本身有關(guān)，它的值與外界溫度、壓力、濕度等因素均無(wú)關(guān)）；工作速度快工作速度快，可直讀外磁場(chǎng)nT 值；絕對(duì)

19、值測(cè)量絕對(duì)值測(cè)量缺點(diǎn)是：極化功率大極化功率大,只能進(jìn)行快速點(diǎn)測(cè)；受磁場(chǎng)梯度影只能進(jìn)行快速點(diǎn)測(cè)；受磁場(chǎng)梯度影響較大響較大23光泵式磁敏傳感器是高靈敏度光泵磁力儀的核心部件。光泵式磁敏傳感器是高靈敏度光泵磁力儀的核心部件。它它是以某些元素的原子在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的塞曼分裂為基是以某些元素的原子在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的塞曼分裂為基礎(chǔ)，并采用光泵和磁共振技術(shù)研制成的。礎(chǔ)，并采用光泵和磁共振技術(shù)研制成的。第七節(jié)第七節(jié) 光泵式磁敏傳感器光泵式磁敏傳感器磁力儀種類：磁力儀種類：氦氦(He)光泵磁力儀光泵磁力儀,其中又分其中又分He3、He4光泵光泵磁力儀磁力儀;堿金屬光泵磁力儀堿金屬光泵磁力儀,其共振元素有銣其共振元素

20、有銣(Rb85、Rb87)、銫銫(Cs133)、鉀、鉀(K39)、汞、汞(Hg)等。等。靈敏度高靈敏度高,一般為一般為0.01nT量級(jí)量級(jí),理論靈敏度高達(dá)理論靈敏度高達(dá)10-210-4nT響應(yīng)頻率高響應(yīng)頻率高，可在快速變化中進(jìn)行測(cè)量，可在快速變化中進(jìn)行測(cè)量可測(cè)量磁場(chǎng)的總向量可測(cè)量磁場(chǎng)的總向量T及其分量，并能進(jìn)行及其分量，并能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量連續(xù)測(cè)量利用光泵傳感器做成的測(cè)磁儀器，是目前實(shí)際生產(chǎn)和科利用光泵傳感器做成的測(cè)磁儀器，是目前實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中靈敏度較高的一種磁測(cè)儀器。它同質(zhì)子旋學(xué)技術(shù)應(yīng)用中靈敏度較高的一種磁測(cè)儀器。它同質(zhì)子旋進(jìn)式磁力儀相比有以下特點(diǎn)：進(jìn)式磁力儀相比有以下特點(diǎn)：24塞曼效

21、應(yīng)是指在外磁場(chǎng)中原子能級(jí)產(chǎn)生分裂的現(xiàn)象。塞曼效應(yīng)是指在外磁場(chǎng)中原子能級(jí)產(chǎn)生分裂的現(xiàn)象。一、氦（一、氦（HeHe4 4）光泵式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)）光泵式磁敏傳感器的物理基礎(chǔ)xSSNv2v0v1Ov2v0v1zy塞曼效應(yīng)：正常和反常塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng)：正常和反常塞曼效應(yīng)正常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)正常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)中中,電子自旋量子數(shù)為零時(shí)電子自旋量子數(shù)為零時(shí)(S=0)產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)。產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)。反常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)反常塞曼效應(yīng)：在弱磁場(chǎng)中中,電子自旋量子數(shù)不為零電子自旋量子數(shù)不為零(S0)時(shí)產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的塞曼效應(yīng)光泵式磁敏傳感器，不管是堿金屬光泵式磁敏傳感器，不管是堿金屬Cs、Rb還

22、是還是He4、He3光泵傳光泵傳感器，電子自旋量子數(shù)均不為零（感器，電子自旋量子數(shù)均不為零（S0），并且均是在弱磁場(chǎng)中），并且均是在弱磁場(chǎng)中工作，故屬反常塞曼效應(yīng)。工作，故屬反常塞曼效應(yīng)。成分成分25He4原子在穩(wěn)態(tài)下既不具有原子在穩(wěn)態(tài)下既不具有核核磁矩磁矩,也不具有也不具有殼層殼層磁矩磁矩,整整個(gè)原子不顯示磁性個(gè)原子不顯示磁性,在外磁場(chǎng)中不產(chǎn)生塞曼能級(jí)分裂。在外磁場(chǎng)中不產(chǎn)生塞曼能級(jí)分裂。 當(dāng)把當(dāng)把He4原子中一電子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)時(shí)原子中一電子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)時(shí),對(duì)正氦對(duì)正氦s=l的的情況，則具有電子自旋磁矩。這時(shí)是單個(gè)電子的自旋磁情況，則具有電子自旋磁矩。這時(shí)是單個(gè)電子的自旋磁矩矩 ，即原子的總磁

23、矩，即原子的總磁矩J等于電子的總自旋磁矩等于電子的總自旋磁矩S，即，即J =S。由于電子自旋磁矩。由于電子自旋磁矩J是在外磁場(chǎng)作用下是在外磁場(chǎng)作用下,故故二、氦（二、氦（He4He4）光泵式磁敏傳感器的測(cè)磁原理）光泵式磁敏傳感器的測(cè)磁原理s電子的總磁矩比電子的總磁矩比頻率頻率f與外磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)T成正比關(guān)系，只要測(cè)出頻率成正比關(guān)系，只要測(cè)出頻率f即可求得即可求得外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)T的大小。的大小。2TfSHe4光泵式磁敏傳感器測(cè)磁原理公式26j=11111j=1D123S122P1D1線作用下線作用下He4亞穩(wěn)態(tài)原子的光泵作用示意圖亞穩(wěn)態(tài)原子的光泵作用示意圖00mj利用光使原子磁矩達(dá)到定向排列的過(guò)程利

24、用光使原子磁矩達(dá)到定向排列的過(guò)程,也稱光學(xué)取向。也稱光學(xué)取向。 （一）光泵作用（一）光泵作用實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)27過(guò)程：在垂直于外磁場(chǎng)方向過(guò)程：在垂直于外磁場(chǎng)方向(即垂直于光軸即垂直于光軸)加加一交變的磁場(chǎng)一交變的磁場(chǎng)射頻場(chǎng)，使射頻場(chǎng)的頻率射頻場(chǎng)，使射頻場(chǎng)的頻率f0等于相鄰磁子能級(jí)間的躍遷頻率。根據(jù)受激等于相鄰磁子能級(jí)間的躍遷頻率。根據(jù)受激躍遷原則，射頻場(chǎng)將使富集在躍遷原則，射頻場(chǎng)將使富集在mj=+1磁子能級(jí)磁子能級(jí)上的原子，產(chǎn)生受激躍遷。首先向上的原子，產(chǎn)生受激躍遷。首先向mj=0磁子磁子能級(jí)上躍遷，再逐漸向能級(jí)上躍遷，再逐漸向mj=- -1的磁子能級(jí)躍遷，的磁子能級(jí)躍遷，使原子的分布規(guī)律服從玻爾茲曼

25、分布規(guī)律。使原子的分布規(guī)律服從玻爾茲曼分布規(guī)律。于是原子磁矩的定向排列被打亂，完成了磁于是原子磁矩的定向排列被打亂，完成了磁共振的整個(gè)過(guò)程。共振的整個(gè)過(guò)程。 （二）磁共振作用（二）磁共振作用用射頻場(chǎng)打亂原子磁矩定向排列的過(guò)程。用射頻場(chǎng)打亂原子磁矩定向排列的過(guò)程。282345891061放大He4光泵式磁敏傳感器的組成框圖1高頻激發(fā)振蕩器； 2氦燈； 3透鏡1； 4偏振偏； 5 /4 ； 6吸收室； 7RF振蕩器； 8射頻線圈； 9透鏡2； 10光敏元件7He4光泵式磁敏傳感器系由光泵式磁敏傳感器系由吸收室、氦燈、兩個(gè)透鏡、吸收室、氦燈、兩個(gè)透鏡、偏振片、偏振片、/4、光敏元件、光敏元件等元器件

26、組成。等元器件組成。 三、光泵式磁敏傳感器的組成及工作原理三、光泵式磁敏傳感器的組成及工作原理29靈敏度極高靈敏度極高：可達(dá)：可達(dá)10-15T，比靈敏度較高的光泵式，比靈敏度較高的光泵式磁敏傳感器要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)；磁敏傳感器要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)；第八節(jié)第八節(jié) SQUIDSQUID磁敏傳感器磁敏傳感器SQUIDSQUID磁敏傳感器是一種新型的靈敏度極高的磁敏傳感磁敏傳感器是一種新型的靈敏度極高的磁敏傳感器，是以約瑟夫遜（器，是以約瑟夫遜（Jose PhsonJose Phson）效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，）效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，用超導(dǎo)材料制成的，在超導(dǎo)狀態(tài)下檢測(cè)外磁場(chǎng)變化的用超導(dǎo)材料制成的，在超導(dǎo)狀態(tài)下檢測(cè)外磁場(chǎng)變

27、化的一種新型磁測(cè)裝置。一種新型磁測(cè)裝置。特點(diǎn)特點(diǎn)頻帶寬頻帶寬：響應(yīng)頻率可從零響應(yīng)到幾響應(yīng)頻率可從零響應(yīng)到幾kHz kHz 。測(cè)量范圍寬測(cè)量范圍寬：可從零場(chǎng)測(cè)量到幾：可從零場(chǎng)測(cè)量到幾kTkT；30n深部地球物理深部地球物理：用帶有：用帶有SQUID磁敏傳感器的大地電磁磁敏傳感器的大地電磁測(cè)深儀進(jìn)行大地電磁測(cè)深，效果甚好。測(cè)深儀進(jìn)行大地電磁測(cè)深，效果甚好。n古地磁考古古地磁考古、測(cè)井測(cè)井、重力勘探重力勘探及及預(yù)報(bào)天然地震預(yù)報(bào)天然地震。n生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)：應(yīng)用應(yīng)用SQUID磁測(cè)儀器可測(cè)量心磁圖、腦磁磁測(cè)儀器可測(cè)量心磁圖、腦磁圖等，從而出現(xiàn)了神經(jīng)磁學(xué)、腦磁學(xué)等新興學(xué)科，為醫(yī)圖等，從而出現(xiàn)了神經(jīng)磁學(xué)、腦

28、磁學(xué)等新興學(xué)科，為醫(yī)學(xué)研究開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。學(xué)研究開(kāi)辟了新的領(lǐng)域。n固體物理固體物理、生物物理生物物理、宇宙空間宇宙空間：SQUID可用來(lái)測(cè)量可用來(lái)測(cè)量極微弱的磁場(chǎng)，如美國(guó)國(guó)家航空宇航局用極微弱的磁場(chǎng)，如美國(guó)國(guó)家航空宇航局用SQUID磁測(cè)儀磁測(cè)儀器測(cè)量了阿波羅飛行器帶回的月球樣品的磁矩。器測(cè)量了阿波羅飛行器帶回的月球樣品的磁矩。nSQUID技術(shù)還可用作電流計(jì)，電壓標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)中存技術(shù)還可用作電流計(jì)，電壓標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)器，通訊電纜等；在超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)磁流儲(chǔ)器，通訊電纜等；在超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)磁流體發(fā)電、超導(dǎo)磁懸浮列車等方面，均得到廣泛應(yīng)用。體發(fā)電、超導(dǎo)磁懸浮列車等方面，均得到廣

29、泛應(yīng)用。 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域31超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性：在某一溫度：在某一溫度T TC C以下電阻值突然消失的現(xiàn)象以下電阻值突然消失的現(xiàn)象。（a）T/K0T/K 00K0TC（b）電阻隨溫度變化曲線a、正常導(dǎo)體；b、超導(dǎo)體一、一、SQUIDSQUID磁敏傳感器的基本原理磁敏傳感器的基本原理超導(dǎo)體超導(dǎo)體：具有超導(dǎo)電性的物體。具有超導(dǎo)電性的物體。臨界溫度臨界溫度( (T TC C) )：超導(dǎo)體從具有一定電阻值的正常態(tài)轉(zhuǎn)變：超導(dǎo)體從具有一定電阻值的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚低蝗粸榱銜r(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度為電阻值突然為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度, ,其值一般從其值一般從3.4K3.4K至至18K18K超導(dǎo)體特性：理想導(dǎo)電性；完全逆磁性

30、；磁通量子化。超導(dǎo)體特性：理想導(dǎo)電性；完全逆磁性；磁通量子化。32SSNNHH（c）（b）（a）（a）TTc H 0（b）TTC H 0（c）TTC H = 0理想導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)1 1、理想導(dǎo)電性、理想導(dǎo)電性零電阻特性零電阻特性 若將一超導(dǎo)環(huán)置于外磁場(chǎng)中，然后使其降溫至臨若將一超導(dǎo)環(huán)置于外磁場(chǎng)中，然后使其降溫至臨界溫度以下，再撤掉外加磁場(chǎng)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)內(nèi)有界溫度以下，再撤掉外加磁場(chǎng)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)內(nèi)有一感生電流一感生電流I，超導(dǎo)環(huán)內(nèi)無(wú)電阻消耗能量，此電流將永，超導(dǎo)環(huán)內(nèi)無(wú)電阻消耗能量，此電流將永遠(yuǎn)維持下去遠(yuǎn)維持下去 ，因無(wú)電阻。，因無(wú)電阻。 33（a）（b）邁斯納效應(yīng)示意圖（a）正常態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)

31、部磁場(chǎng)分布（b）在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部磁場(chǎng)分布2 2、完全逆磁性，邁斯納、完全逆磁性，邁斯納( (Meissner) )效應(yīng)，效應(yīng)， 或排磁效應(yīng)或排磁效應(yīng) 超導(dǎo)體不管在有無(wú)外磁場(chǎng)存在情況下，一旦進(jìn)入超導(dǎo)超導(dǎo)體不管在有無(wú)外磁場(chǎng)存在情況下，一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，其內(nèi)部磁場(chǎng)均為零，即磁場(chǎng)不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)狀態(tài)，其內(nèi)部磁場(chǎng)均為零，即磁場(chǎng)不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部而具有排磁性，亦稱之為邁斯納效應(yīng)。部而具有排磁性，亦稱之為邁斯納效應(yīng)。 34根據(jù)邁斯納效應(yīng)，把磁體放在超導(dǎo)盤(pán)上方，或在超導(dǎo)根據(jù)邁斯納效應(yīng)，把磁體放在超導(dǎo)盤(pán)上方，或在超導(dǎo)環(huán)上方放一超導(dǎo)球時(shí)，環(huán)上方放一超導(dǎo)球時(shí)， 圖圖(a)中超導(dǎo)盤(pán)和磁鐵之間有排中超導(dǎo)盤(pán)和磁鐵之

32、間有排斥力，能把磁鐵浮在超導(dǎo)盤(pán)的上面；圖斥力，能把磁鐵浮在超導(dǎo)盤(pán)的上面；圖(b)中由于超導(dǎo)中由于超導(dǎo)球有磁屏蔽作用，其結(jié)果可使超導(dǎo)球懸浮起來(lái)。這種球有磁屏蔽作用，其結(jié)果可使超導(dǎo)球懸浮起來(lái)。這種現(xiàn)象稱為磁懸浮現(xiàn)象?，F(xiàn)象稱為磁懸浮現(xiàn)象。 N S 超導(dǎo)球超導(dǎo)球磁導(dǎo)盤(pán)磁導(dǎo)盤(pán)（a）（b）磁懸浮現(xiàn)象示意圖磁懸浮現(xiàn)象示意圖超導(dǎo)環(huán)超導(dǎo)環(huán)35 假定有一假定有一中空?qǐng)A筒形超導(dǎo)體中空?qǐng)A筒形超導(dǎo)體(如圖如圖)并并 按下列步驟進(jìn)行：按下列步驟進(jìn)行：(1)常態(tài)讓磁場(chǎng)常態(tài)讓磁場(chǎng)H穿過(guò)圓筒的中空部分。穿過(guò)圓筒的中空部分。(2)超導(dǎo)態(tài)筒的中空部分有磁場(chǎng)。超導(dǎo)態(tài)筒的中空部分有磁場(chǎng)。3 3、 磁通量子化磁通量子化感生電流H0 TT

33、C凍結(jié)磁通示意圖(3)超導(dǎo)態(tài)撤掉磁場(chǎng)超導(dǎo)態(tài)撤掉磁場(chǎng)H，圓筒的中，圓筒的中空部分仍有磁場(chǎng)，并使磁場(chǎng)保持空部分仍有磁場(chǎng)，并使磁場(chǎng)保持不變。稱為不變。稱為凍結(jié)磁通現(xiàn)象凍結(jié)磁通現(xiàn)象。超導(dǎo)圓筒在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，中空部分的磁通量是量子化的，超導(dǎo)圓筒在超導(dǎo)態(tài)時(shí)，中空部分的磁通量是量子化的，并且只能取并且只能取0 0的整數(shù)倍，而不能取任何別的值。的整數(shù)倍，而不能取任何別的值。Wbeh1501007. 22h h普郎克常數(shù)，普郎克常數(shù)，e e 電子電量，電子電量，0 0磁通量量子，磁通量自然單位磁通量量子，磁通量自然單位中空部分通過(guò)的總磁通量中空部分通過(guò)的總磁通量01n36 該圖是兩塊超導(dǎo)體中間隔該圖是兩塊超導(dǎo)體中間

34、隔著一厚度僅著一厚度僅1030的絕緣介質(zhì)的絕緣介質(zhì)層而形成的層而形成的 “超導(dǎo)體超導(dǎo)體絕緣絕緣層層超導(dǎo)體超導(dǎo)體”的結(jié)構(gòu)，通常稱這的結(jié)構(gòu)，通常稱這種結(jié)構(gòu)為超導(dǎo)隧道結(jié)，也稱約瑟種結(jié)構(gòu)為超導(dǎo)隧道結(jié)，也稱約瑟夫遜夫遜結(jié)。中間的薄層區(qū)域稱為結(jié)區(qū)。這種超導(dǎo)隧道結(jié)具有特結(jié)。中間的薄層區(qū)域稱為結(jié)區(qū)。這種超導(dǎo)隧道結(jié)具有特殊而有用的性質(zhì)。殊而有用的性質(zhì)。 超導(dǎo)電子能通過(guò)絕緣介質(zhì)層，表現(xiàn)為電流能夠無(wú)阻擋超導(dǎo)電子能通過(guò)絕緣介質(zhì)層，表現(xiàn)為電流能夠無(wú)阻擋地流過(guò)，表明夾在兩超導(dǎo)體之間的絕緣層很薄且具有超地流過(guò)，表明夾在兩超導(dǎo)體之間的絕緣層很薄且具有超導(dǎo)性。約瑟夫遜結(jié)能夠通過(guò)很小超導(dǎo)電流的現(xiàn)象，稱為導(dǎo)性。約瑟夫遜結(jié)能夠通過(guò)很

35、小超導(dǎo)電流的現(xiàn)象，稱為超導(dǎo)隧道結(jié)的約瑟夫遜效應(yīng)，也稱直流約瑟夫遜效應(yīng)。超導(dǎo)隧道結(jié)的約瑟夫遜效應(yīng)，也稱直流約瑟夫遜效應(yīng)。超導(dǎo)結(jié)在直流電壓作用下可產(chǎn)生交變電流，從而輻射和超導(dǎo)結(jié)在直流電壓作用下可產(chǎn)生交變電流，從而輻射和吸收電磁波。這種特性稱為交流約瑟夫遜效應(yīng)。吸收電磁波。這種特性稱為交流約瑟夫遜效應(yīng)。 絕緣層絕緣層 超導(dǎo)體超導(dǎo)體超導(dǎo)體超導(dǎo)體超導(dǎo)結(jié)示意圖超導(dǎo)結(jié)示意圖4 4、約瑟夫遜效應(yīng)、約瑟夫遜效應(yīng)37 直流約瑟夫遜效應(yīng)表明，超導(dǎo)隧道結(jié)的介質(zhì)層具直流約瑟夫遜效應(yīng)表明，超導(dǎo)隧道結(jié)的介質(zhì)層具有超導(dǎo)體的一些性質(zhì)，但不能認(rèn)為它是臨界電流很小有超導(dǎo)體的一些性質(zhì)，但不能認(rèn)為它是臨界電流很小的超導(dǎo)體，它還有一般超

36、導(dǎo)體所沒(méi)有的性質(zhì)。的超導(dǎo)體，它還有一般超導(dǎo)體所沒(méi)有的性質(zhì)。 實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)結(jié)區(qū)兩端加上直流電壓時(shí)，結(jié)區(qū)會(huì)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)結(jié)區(qū)兩端加上直流電壓時(shí)，結(jié)區(qū)會(huì)出現(xiàn)高頻的正弦電流，其頻率正比于所加的直流電壓出現(xiàn)高頻的正弦電流，其頻率正比于所加的直流電壓，即，即 f = KV式中式中 K=2e/h=483.61012Hz/V。根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論高頻電流會(huì)從結(jié)區(qū)向外輻射電磁波根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論高頻電流會(huì)從結(jié)區(qū)向外輻射電磁波?？梢?jiàn)，超導(dǎo)隧道結(jié)在直流電壓作用下，產(chǎn)生交變電流，可見(jiàn)，超導(dǎo)隧道結(jié)在直流電壓作用下，產(chǎn)生交變電流，輻射和吸收電磁波，這種特性即交流約瑟夫遜效應(yīng)。輻射和吸收電磁波，這種特性即交流約瑟夫遜效應(yīng)。38 約

37、瑟夫遜的直流效應(yīng)受約瑟夫遜的直流效應(yīng)受著磁場(chǎng)的影響。而臨界電流著磁場(chǎng)的影響。而臨界電流IC對(duì)磁場(chǎng)亦很敏感，即隨著對(duì)磁場(chǎng)亦很敏感，即隨著磁場(chǎng)的加大臨界電流磁場(chǎng)的加大臨界電流IC逐漸逐漸變小，如圖。變小，如圖。 超導(dǎo)結(jié)的超導(dǎo)結(jié)的Ic-H曲線曲線01234562010H=0Ic5、ICH 特性特性根據(jù)量子力學(xué)理論，超導(dǎo)根據(jù)量子力學(xué)理論，超導(dǎo)結(jié)允許通過(guò)的最大超導(dǎo)電結(jié)允許通過(guò)的最大超導(dǎo)電流流I Imaxmax與與的關(guān)系式的關(guān)系式沿介質(zhì)層及其兩側(cè)超導(dǎo)體邊緣透入超導(dǎo)結(jié)的磁通量；沿介質(zhì)層及其兩側(cè)超導(dǎo)體邊緣透入超導(dǎo)結(jié)的磁通量；0 0磁通量子；磁通量子；I IC C(0)(0)沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，超導(dǎo)結(jié)的臨界電流。

38、沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，超導(dǎo)結(jié)的臨界電流。00sin)0()(CCIIIC是是的的周期函數(shù)周期函數(shù)39超導(dǎo)結(jié)臨界電流隨外加磁場(chǎng)而周期起伏變化的原理超導(dǎo)結(jié)臨界電流隨外加磁場(chǎng)而周期起伏變化的原理, 用用于磁場(chǎng)測(cè)量。如于磁場(chǎng)測(cè)量。如,若在超導(dǎo)結(jié)的兩端接上電源若在超導(dǎo)結(jié)的兩端接上電源,電壓表無(wú)電壓表無(wú)顯示時(shí)顯示時(shí),電流表所顯示的電流是為超導(dǎo)電流電流表所顯示的電流是為超導(dǎo)電流;電壓表開(kāi)始電壓表開(kāi)始有電壓顯示時(shí)有電壓顯示時(shí),則電流表所顯示的電流為臨界電流則電流表所顯示的電流為臨界電流IC,此時(shí)此時(shí),加入外磁場(chǎng)后加入外磁場(chǎng)后,臨界電流將有周期性的起伏臨界電流將有周期性的起伏,且其極大值且其極大值逐漸衰減逐漸衰減,

39、振蕩的次數(shù)振蕩的次數(shù)n乘以磁通量子乘以磁通量子0,可得到透入超導(dǎo)可得到透入超導(dǎo)結(jié)的磁通量結(jié)的磁通量=n0。而磁通量和磁場(chǎng)。而磁通量和磁場(chǎng)H成正比關(guān)系成正比關(guān)系,如果如果能求出能求出,磁場(chǎng)磁場(chǎng)H即可求出。同理即可求出。同理,若外磁場(chǎng)若外磁場(chǎng)H有變化有變化,則磁則磁通量亦隨變化通量亦隨變化,在此變化過(guò)程中在此變化過(guò)程中,臨界電流的振蕩次數(shù)臨界電流的振蕩次數(shù)n乘乘以以0即得到磁通量的大小即得到磁通量的大小,亦反映了外磁場(chǎng)變化的大小。亦反映了外磁場(chǎng)變化的大小。因而因而,可利用超導(dǎo)技術(shù)測(cè)定外磁場(chǎng)的大小及其變化?？衫贸瑢?dǎo)技術(shù)測(cè)定外磁場(chǎng)的大小及其變化。 臨界電流臨界電流隨外磁場(chǎng)周期起伏變化，這是由于在一定

40、磁場(chǎng)隨外磁場(chǎng)周期起伏變化，這是由于在一定磁場(chǎng)作用下，超導(dǎo)結(jié)各點(diǎn)的超導(dǎo)電流具有確定的作用下，超導(dǎo)結(jié)各點(diǎn)的超導(dǎo)電流具有確定的相位相位。相位。相位相反的電流互相抵消；相位相同的電流互相迭加。相反的電流互相抵消；相位相同的電流互相迭加。 測(cè)磁原理測(cè)磁原理: :40TmmTdL42112150102101102測(cè)量外磁場(chǎng)的靈敏度與測(cè)定振蕩的次數(shù)測(cè)量外磁場(chǎng)的靈敏度與測(cè)定振蕩的次數(shù)n n的精度及的精度及的的大小有關(guān)。設(shè)大小有關(guān)。設(shè)n n可測(cè)準(zhǔn)至一個(gè)周期的可測(cè)準(zhǔn)至一個(gè)周期的1/1001/100，則測(cè)得最小，則測(cè)得最小的變化量應(yīng)為的變化量應(yīng)為0 0/100=2/100=21010-17-17T Tm m2 2。若假設(shè)磁場(chǎng)在超導(dǎo)。若假設(shè)磁場(chǎng)在超導(dǎo)結(jié)上的透入面積為結(jié)上的透入面積為L(zhǎng) Ld d ( (L L是