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自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置

阅读：192发布：2020-05-26

专利汇可以提供自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置。是由单片机控制三角波信号发生器输出标准三角波扫场电流模拟外磁场，多路DAC产生三路模拟电压，既调谐电压、射频电平电压和直流补偿电压，用来控制读出电路中射频振荡器的频率补偿、衰减器的衰减系数以及放大器的直流补偿。三路DAC和ADC 自动调节完成后，超导量子干涉仪达到最佳工作点，锁定该工作点，完成高温超导磁力仪调试。本发明不仅实现了高温超导磁力仪工作点的自动锁定，而且解决了现有高温超导磁力仪测控装置需要通过计算机观测波形，调节磁力仪的最佳工作点，工作点调节时间过长，不适用于长时间野外作业等问题。提高了工作效率，降低了野外工作成本，使高温超导磁力仪更适于野外。，下面是自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置自动锁定工作点的方法，所述高温超导磁力仪测控装置是由单片机(1)分别经多路DAC(3)和三角波信号发生器(2)与读出电路(4)连接，读出电路(4)经超导量子干涉仪(5)、多路ADC(6)与单片机(1)连接构成，所述读出电路(4)由定向耦合器(7)、高频放大器(8)、混频器(9)、低频放大器(12)、积分器(13)、反馈电路(14)、高频振荡器(10)和衰减器(11)构成，所述超导量子干涉仪(5)经定向耦合器(7)、高频放大器(8)、混频器(9)、低频放大器(12)、积分器(13)和反馈电路(14)反馈到定向耦合器(7)，高频振荡器(10)分别输出到混频器(9)和衰减器(11)，衰减器(11)的输出端与定向耦合器(7)连接，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a、单片机(1)控制三角波信号发生器(2)产生标准三角波，并向读出电路(4)发送三角波信号，对超导量子干涉仪(5)进行调试，输出标准三角波扫场电流模拟外磁场，单片机(1)控制多路DAC(3)产生三路模拟电压，分别为调谐电压、高频电平电压以及直流补偿电压，用来控制读出电路(4)中高频振荡器(10)的频率、衰减器(11)的衰减系数以及低频放大器(12)的直流补偿；
b、通道一自动调节：单片机(1)自动控制和调节读出电路(4)里的高频振荡器(10)的频率，将高频振荡器(10)产生的信号送入超导量子干涉仪(5)，多路ADC(6)采集超导量子干涉仪(5)的输出波形，根据输出波形的频率自动调整高频振荡器(10)的频率，直至产生外磁通调制曲线，此时超导量子干涉仪(5)处于谐振状态；
c、通道二自动调节：单片机(1)自动控制和调节读出电路(4)里的衰减器(11)的衰减系数，多路ADC(6)采集超导量子干涉仪(5)输出波形，根据输出波形的幅值自动调整衰减器(11)的衰减系数，当外磁通调制曲线的幅值最大时，输出波形达到最大信噪比，结束衰减器(11)衰减系数调节；
d、通道三自动调节：单片机自动控制和调节读出电路(4)里的低频放大器(12)的直流补偿，多路ADC(6)采集超导量子干涉仪(5)的输出波形，根据输出波形自动调整低频放大器的直流补偿，当直流电平为零时，结束低频放大器(12)的直流补偿调节；
e、多路DAC(3)调节完成后，超导量子干涉仪(5)达到最佳工作点，多路ADC(6)采集超导量子干涉仪(5)的输出波形，送回单片机(1)，单片机(1)锁定该工作点，完成超导量子干涉仪(5)调试；
f、单片机(1)测量磁场，多路ADC(6)采集测量数据，单片机(1)存储数据并显示测量磁场值。

说明书全文

自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置

技术领域：

[0001] 本发明涉及高温超导磁力仪测控装置，尤其涉及一种带有自动锁定工作点功能的高温超导磁力仪的测控装置及自动锁定工作点的方法。背景技术：

[0002] 超导量子干涉器(SQUID)是目前为止灵敏度最高的弱磁测量传感器。利用工作于液氮环境的高温SQUID制成的高温超导磁力仪可用生物磁(如心磁、脑磁)测量、无损探伤、磁法勘探以及军事探潜等领域。

[0003] CN2473670Y公开了一种超导量子干涉仪自动控制接口装置，采取MCS51 微处理器为核心的多功能电路；此多功能电路包含一个或者两个以上完全相同的分电路，每个分电路的输出端与一个9针插头和一个Q9插头相连接，9针插头和Q9插头再与超导量子干涉仪前置放大器上的9针插座和Q9插座相连；多功能电路的另一个9针插头相连接，此插头与计算机通讯口相连。CN2739694Y公开了一种超导量子干涉仪计算机接口装置，所述的自动测量装置采用AVR单片机，该单片机与计算机之间采用USB接口连接，自动测量装置与超导量子干涉仪连接处设置有15针插头，该15针插头与超导量子干涉仪上的15针插座相对应连接。以上发明都将超导量子干涉仪测控装置的操作从手动改为PC机作主控的自动方式，但都存在不足，如需要通过计算机观测波形，调节磁力仪的最佳工作点；工作点调节时间过长，而计算机又有供电时间的限制，不适用于长时间野外作业。发明内容：

[0004] 本发明的目的就是针对以上现有技术的不足，提供一种适合于长时间野外工作，可自动锁定最佳工作点的高温超导磁力仪测控装置及方法。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0006] 自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置，是由单片机1分别经多路DAC3和三角波信号发生器2与读出电路4连接，读出电路4经超导量子干涉仪5、多路ADC6与单片机1连接构成。

[0007] 读出电路4是由超导量子干涉仪5经定向耦合器7、高频放大器8、混频器9、低频放大器12积分器13和反馈电路14反馈到定向耦合器7构成。

[0008] 高温超导磁力仪测控装置自动锁定工作点的方法，包括以下顺序和步骤：

[0009] a、单片机1 控制信号发生器2产生标准三角波，并向读出电路4发送三角波信号，对超导量子干涉仪5进行调试，输出标准三角波扫场电流模拟外磁场，单片机1控制多路DAC3产生三路模拟电压，分别为调谐电压、高频电平电压以及直流补偿电压，用来控制读出电路4中高频振荡器10的频率、衰减器11的衰减系数以及低频放大器12的直流补偿；

[0010] b、通道一自动调节：单片机1自动控制和调节读出电路4里的高频振荡器10的频率，将高频振荡器10产生的信号送入超导量子干涉仪5，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形的频率自动调整高频振荡器10的频率，直至产生外磁通调制曲线既三角波，此时超导量子干涉仪5处于谐振状态；

[0011] c、通道二自动调节：单片机1自动控制和调节读出电路4里的衰减器11的衰减系数，多路ADC6采集超导量子干涉仪5输出波形，根据输出波形的幅值自动调整衰减器11的衰减系数，当外磁通调制曲线的幅值最大时，输出波形达到最大信噪比，结束衰减器11衰减系数调节；

[0012] d、通道三自动调节：单片机自动控制和调节读出电路4里的低频放大器12的直流补偿，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形自动调整放大器的直流补偿，当直流电平为零时，结束低频放大器12的直流补偿调节；

[0013] e、多路DAC3调节完成后，超导量子干涉仪5达到最佳工作点，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，送回单片机1，单片机1锁定该工作点，完成超导量子干涉仪5的调试。

[0014] f、单片机1测量磁场，多路DAC6采集测量数据，单片机1存储数据并显示测量磁场值。

[0015] 有益效果：本发明不仅实现了高温超导磁力仪工作点的自动锁定，而且解决了现有高温超导磁力仪测控装置需要通过计算机观测波形，调节磁力仪的最佳工作点，工作点调节时间过长，不适用于长时间野外作业等问题。提高了工作效率，降低了野外工作成本，使高温超导磁力仪更适于野外。附图说明：

[0016] 附图1自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置结构框图

[0017] 附图2附图1中读出电路4结构框图

[0018] 附图3自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置工作流程图

[0019] 附图4自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置自动锁定工作点软件流程图1单片机，2三角波信号发生器，3多路DAC，4读出电路，5超导量子干涉器，6多路ADC，7定向耦合器，8高频放大器，9混频器，10高频振荡器，11衰减器，12低频放大器，13积分器，14反馈电路。具体实施方式：

[0020] 下面结合附图和实施例作进一步的详细说明：

[0021] 自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置，是由单片机1分别经多路DAC3和三角波信号发生器2与读出电路4连接，读出电路4经超导量子干涉仪5、多路ADC6与单片机1连接构成。

[0022] 读出电路4是由超导量子干涉仪5经定向耦合器7、高频放大器8、混频器9、低频放大器12积分器13和反馈电路14反馈到定向耦合器7构成。

[0023] 自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置操作控制是由单片机1负责，单片机1是测控装置的核心，控制和协调各部分工作。通过单片机1控制三角波信号发生器产生标准三角波，用于高温超导磁力仪调试时，输出标准三角波扫场电流模拟外磁场。

[0024] 单片机1控制DAC3产生三路模拟电压，分别为调谐电压、高频电平电压以及直流补偿电压，主要用来控制读出电路4中低频放大器12的直流补偿、高频振荡器10的频率以及衰减器11的衰减系数。调谐电压用来调节读出电路4中高频振荡器10的频率，将高频振荡器10产生的频率送入超导量子干涉仪5，采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形的频率自动调节高频振荡器10的频率，当两者频率相等时，产生外磁通调制曲线(三角波)，此时超导量子干涉仪5处于谐振状态。高频电平电压用来调节读出电路4中衰减器的衰减系数，采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形的幅值自动调节调节衰减器11的衰减系数，当外磁通调制曲线(三角波)的幅值最大时，输出波形达到最大信噪比。直流补偿用来调节低频放大器12的直流补偿，采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形自动调节低频放大器12的直流补偿，使外磁通调制曲线(三角波)关于X轴对称。

[0025] 当完成3路DAC3自动调节之后，超导量子干涉仪5达到最佳工作点，多路ADC6采集超导量子干涉仪5输出波形，送回到单片机1，单片机1锁定该工作点，最后单片机测量磁场及显示磁场值。

[0026] 高温超导磁力仪测控装置自动锁定工作点的方法，包括以下顺序和步骤：

[0027] a、单片机1控制信号发生器2产生标准三角波，并向读出电路4发送三角波信号，对超导量子干涉仪5进行调试，输出标准三角波扫场电流模拟外磁场，单片机1控制多路DAC3产生三路模拟电压，分别为调谐电压、高频电平电压以及直流补偿电压，用来控制读出电路4中高频振荡器10的频率、衰减器11的衰减系数以及低频放大器12的直流补偿；

[0028] b、通道一自动调节：单片机1自动控制和调节读出电路4里的高频振荡器10频率，将高频振荡器产生的信号送入超导量子干涉仪5，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形的频率自动调整高频振荡器10的频率，直至产生外磁通调制曲线既三角波，此时超导量子干涉仪5处于谐振状态；

[0029] c、通道二自动调节：单片机1自动控制和调节读出电路4里的衰减器11的衰减系数，多路ADC6采集超导量子干涉仪5输出波形，根据输出波形的幅值自动调整衰减器11的衰减系数，当外磁通调制曲线的幅值最大时，输出波形达到最大信噪比，结束衰减器11衰减系数调节；

[0030] d、通道三自动调节：单片机自动控制和调节读出电路4里的低频放大器12的直流补偿，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形自动调整低频放大器12的直流补偿，当直流电平为零时，结束低频放大器12的直流补偿调节；

[0031] e、多路DAC3调节完成后，超导量子干涉仪5达到最佳工作点，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，送回单片机1，单片机1锁定该工作点，完成超导量子干涉仪5的调试。

[0032] f、单片机1测量磁场，多路DAC6采集测量数据，单片机1存储数据并显示测量磁场值。

[0033] 自动锁定工作点的高温超导磁力仪测控装置具体工作方法：

[0034] 步骤1：首先通过单片机1控制三角波信号发生器2产生标准三角波，用于进行高温超导磁力仪调试时，输出标准三角波扫场电流模拟外磁场。

[0035] 步骤2：单片机控制多路DAC3产生三路模拟电压，分别为调谐电压、高频电平电压以及直流补偿电压，用来控制读出电路4中高频振荡器10的频率、衰减器11的衰减系数以及低频放大器12的直流补偿。

[0036] 步骤3：单片机1自动控制和调节读出电路里4的高频振荡器10的频率，将高频振荡器10产生的信号送入超导量子干涉仪5，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形的频率自动调整高频振荡器10的频率，直至产生外磁通调制曲线(三角波)，此时超导量子干涉仪5处于谐振状态。

[0037] 步骤4：单片机自动控制和调节读出电路4里的衰减器11的衰减系数，多路ADC6采集超导量子干涉仪5输出波形，根据输出波形的幅值自动调整衰减器11的衰减系数，当外磁通调制曲线(三角波)的幅值最大时，输出波形达到最大信噪比，结束衰减器11衰减系数调节。

[0038] 步骤5：单片机自动控制和调节读出电路4里的低频放大器12的直流补偿，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，根据输出波形自动调整放大器的直流补偿，当直流电平为零时，结束低频放大器12的直流补偿调节。

[0039] 步骤6：三路DAC调节完成后，超导量子干涉仪5达到最佳工作点，多路ADC6采集超导量子干涉仪5的输出波形，送回单片机1，单片机1锁定该工作点，完成超导量子干涉仪5的调试。

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