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数字滤波在心磁噪声抑制中的应用

孔祥燕 , 王会武 , 朱学敏 , 田野 , 任育峰 , 于洪伟 , 陈赓华 , 张利华 , 杨乾声

低温物理学报 doi:10.3969/j.issn.1000-3258.2005.02.013

提出了一种基于数据重置最小均方算法的自适应数字滤波器, 并将其应用于抑制心磁信号的背景噪声. 数值模拟结果表明该滤波器对于相关噪声,尤其是有幅值变化和时间延迟的情况, 有很强的抑制效果. 该滤波器有很宽的带宽.利用它可以使心磁信号的信噪比提高到器件的本征噪声水平. 利用周期平均的方法进一步提高信噪比, 对滤波前后心磁信号的频谱进行了分析.

关键词: 心磁 , 自适应算法 , 噪声抑制

无人机平台航空超导磁测系统与室内测试

常凯 , 伍俊 , 蒋坤 , 侍文 , 王会武 , 荣亮亮 , 孔祥燕 , 谢晓明

低温物理学报

基于无人机平台的超导航磁测量安全高效,灵敏度高且信息量丰富,探测优势明显.本文研发了一种基于低温超导的固定翼无人机平台的磁测系统,该系统可实现地磁场的垂直三分量磁场同步测量.系统磁场测量噪声水平0.3 pT/√Hz@1kHz,量程＞60μT,采样率为1024Hz,重15 kg.基于该系统初步开展了室内运动测试,实验结果表明该系统可实现运动平台三轴磁测量,适用于无人机航磁平台.

关键词: 低温SQUID , 物探应用 , 固定翼无人机 , 动态范围

目前,无屏蔽心磁测量中主要的噪声抑制技术是梯度计.通常,由于制作工艺不完美和结构不对称等原因,梯度计具有一定的不平衡性.为了提高梯度计的噪声抑制能力,需要采用磁强计进行补偿.本文基于低温超导量子干涉仪（SQUID）设计并制作了平面三轴磁强计.设计思想是通过增加磁通反馈线圈与SQUID间的互感系数,减小了三轴磁强计间的相互串扰,增加了磁强计的动态响应范围,满足城市无屏蔽环境中长时间稳定工作的要求.该平面三轴磁强计成功地应用于无屏蔽心磁图仪中,得到了高信噪比的心磁信号.

关键词: 磁强计 , 心磁图仪 , 超导量子干涉仪

高温DC SQUID在无损检测中的应用

孔祥燕 , 任育峰 , 于洪伟 , 陈赓华 , 张利华 , 杨乾

低温物理学报 doi:10.3969/j.issn.1000-3258.2005.z1.045

成功制备了用于无损检测的YBCO垫圈型DC SQUID,利用该器件建立了一套扫描SQUID显微镜无损检测装置,采用多极激励场的结构,引入高阶梯度,提高敏感元件-高温SQUID的平衡度,以及减小激励场的空间尺度来提高探测元件无损检测的灵敏度,利用该装置对圆孔缺陷的铝材料样品施加电磁激励并进行了二维磁场扫描成像,获得了较好的实验结果.

关键词: SQUID , 激励场 , 无损检测

EMD算法在低温超导瞬变电磁噪声抑制中的应用

王会武 , 荣亮亮 , 孔祥燕 , 谢晓明 , 徐婷 , 常凯

低温物理学报

瞬变电磁信号具有较宽的频谱,为使得超导瞬变电磁信号的接收不产生失真,要求接收信号的超导传感器具有足够高的带宽(100kHz以上),而接收高带宽信号会导致信号的噪声峰峰值变大,传统的滤波(模拟、数字)方法易造成衰减曲线畸变.基于数据驱动的经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)算法能够根据信号本身特性对其进行信号分解和分量选择,具有自适应和不产生波形畸变的特点.本文采用EMD算法分别对数值模拟和野外实测的超导瞬变电磁信号进行EMD滤波处理和分析,结果表明,EMD可以显著压制瞬变电磁信号衰减曲线中的宽频带噪声且波形无畸变.经过EMD滤波的超导瞬变电磁与原始信号相比,信号衰减时间显著延长(从5ms延长至50ms),表明EMD算法能够极大提高瞬变电磁方法对地下深部信息的探测能力.

关键词: SQUID , 瞬变电磁 , EMD , IMF

多个Josephson结性能测试系统与实验验证

陈桦 , 张国峰 , 邱阳 , 徐小峰 , 王永良 , 孔祥燕

低温物理学报

在器件制备过程中,超导量子干涉器件(SQUID)和Josephson结的性能测试是非常重要是一个环节.设计一个合理高效的测试方法对于提高测试效率及可靠性非常必要.本文采用多路复用技术,设计了8通道测试电路,减小了电路面积及所需测试箱体积,降低了液氦使用成本并极大提高了测试一致性.本文对测试箱、器件放置及测试杆连接等进行了设计,成功搭建了一套多个Josephson结测试的系统,并根据常温验证的测试结果对电路进行了优化处理.最后,对多个结进行低温测试验证了该测试系统的可行性与优越性.

关键词: 超导量子干涉器件 , 约瑟夫森结 , 测试电路 , 多通道

低温超导全张量磁梯度计不平衡度补偿研究

汪瀛 , 邱隆清 , 侍文 , 蒋坤 , 荣亮亮 , 孔祥燕

低温物理学报

超导全张量磁梯度仪因其信息量丰富、磁场灵敏度高、体积小等特点,被认为是第三代航磁探测的发展方向.全张量梯度仪可由多个不共面的平面一阶超导量子干涉器件(SQUID)梯度计构成.目前,采用微纳加工工艺制备的超导平面梯度计能获得最好的平衡度,其共模抑制比可达103～104,但仍然不能满足运动条件下的应用需求.在实际应用中,可采用三轴SQUID磁强计对梯度计进行补偿,达到抑制运动噪声的目的.本文基于最小二乘(LMS)自适应滤波算法,通过数值仿真分析了平面梯度计的不平衡度、环境磁场大小以及环境剩余磁梯度对补偿效果的影响.同时,我们构建了六棱锥构型的全张量超导梯度仪,并采用三轴磁强计作为补偿通道,在野外均匀地球磁场下进行了测试.结果表明,该补偿方法能够大幅减小均匀磁场下的梯度计的不平衡输出,可以将梯度值补偿约2个数量级,极大提高了超导全张量磁梯度仪在运动状态下的实用性.

关键词: SQUID平面梯度计 , 全张量磁梯度 , 不平衡度 , 补偿

超导磁力仪射频屏蔽仿真与实验研究

刘洋 , 荣亮亮 , 蒋坤 , 常凯 , 孔祥燕 , 谢晓明

低温物理学报

超导量子干涉器件(SQUID)是超导磁力仪的核心器件,应用于地球物理探测时,环境射频电磁场干扰SQUID工作,导致性能(噪声和工作稳定性等)全面下降,甚至无法正常工作.本文运用电磁场仿真技术和测试方法,对物探SQUID应用的射频干扰屏蔽方法与效果进行分析研究.模拟户外环境仿真,结果表明:随着屏蔽层数增加可屏蔽的射频场的频谱范围增大,8层时就可达到满意的屏蔽效果.测试与仿真结果的规律一致.基于室内和户外两种不同电磁环境开展了低温SQUID工作射频屏蔽对比验证.实验结果表明:不同应用环境对系统射频屏蔽的要求不同(室内:2层以上屏蔽,户外:8层以上屏蔽).本研究为定量分析并解决物探环境射频屏蔽的关键问题奠定了基础.

关键词: SQUID , 物探应用 , 有限元分析 , 射频屏蔽

球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能

材料研究学报

研究了球形孔通孔和闭孔泡沫铝合金在1 MHz～10 MHz的超声衰减性能.结果表明:泡沫铝合金的超声衰减性能决定于其孔结构;通孔泡沫铝合金的超声衰减系数α随着孔径d的减小、孔隙率Ps减小和比表面积Sv的增加而增大;闭孔泡沫铝合金的超声衰减系数α随孔径d的减小、孔隙率Ps的增加和比表面积Sv的增加而增大;当孔径d、孔隙率Ps相近时,闭孔泡沫铝合金的超声衰减性能优于通孔泡沫铝合金;在1 MHz～10 MHz二者是具有良好阻尼性能的轻质材料.其衰减机制为在弹性范围内超声应力波在具有大量孔隙界面的泡沫铝合金中的衰减.

关键词: 金属材料 , 通孔泡沫铝合金 , 闭孔泡沫铝合金 , 超声衰减系数 , 孔径 , 孔隙率 , 比表面积