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基于超导量子干涉器的磁异常探测

兰香  
【摘要】:磁探测是反潜反水雷的有力手段,随着磁传感器技术的飞速发展,磁探测技术已逐渐成为信息化武器装备最为依赖的技术之一。广泛应用于军事、生物医疗、无损检测等领域。与传统声纳探测相比,磁探测具有更好的有源性及隐蔽性等优点。其原理是通过探测地磁场在磁性物质作用下的变化即磁异常,以获取磁性目标物的大小、位置乃至外形等信息。磁异常信号是极其微弱的。超导量子干涉器(SQUID)是利用超导环中弱连接的约瑟夫森效应制造成的磁通-电压转换元件,能将磁场微小变化转换为可测量的电压。本文集中研究以DC-SQUID做为磁异常信号检出器件,从而实现具有极高接收灵敏度的磁异常信号探测前端系统。本文主要的研究内容和成果如下:1、采用ANSYS Maxwell建立海洋、潜艇模型,提取海洋磁场三分量值以及梯度值,定量分析海洋磁异常信息。2、基于磁异常信号探测前端系统对于DC-SQUID模型的需求,采用WRspice对四种DC-SQUID模型的I_C-Φ以及V-Φ特性曲线进行了仿真实验,从而为该系统选择出了合适的DC-SQUID模型。3、利用外部天线构建磁信号感应回路,设置了DC-SQUID的关键参数,并以双晶YBCO超导薄膜为主体设计SQUID。4、利用零磁通锁定理论,阐述了基于DC-SQUID的磁异常信号探测前端系统的工作过程和原理。分析了系统的电路结构和噪音的产生。5、以零磁通锁定理论为依据,利用所制备的DC-SQUID完成磁异常信号探测前端系统电路模型的构建后,通过超导电路仿真软件对该系统做了仿真,分析其瞬时响应。


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