Overhauser效应磁传感器研究

发布时间：2023-02-07 18:33

　　弱磁测量作为探测物质特性和未知世界的有效手段之一,被广泛应用于地球物理勘探、军事和医疗等领域。基于不同测量原理的弱磁传感器的结构、特性、以及应用领域也各不相同。Overhauser传感器(也称为探头)是一种基于自由基物质动态核极化(Dynamic Nuclear Polarisation,DNP)效应的弱磁测量传感器,具有高精度和高灵敏度的特点,在陆地磁测、海洋磁测、空间磁测、军事和各类工程领域已得到广泛应用。自由基物质动态核极化的实质是自由基溶液中电子系统与质子系统的双共振现象,也就是电子-核的Overhauser效应。其原理是利用射频(Radio Frequency,RF)电磁波使溶液中的电子系统达到激发状态,由于耦合作用,处于激发状态的电子系统将能量传递给质子系统,使质子系统也处于激发状态,从而产生电子-质子双共振现象。与直接激发质子相比,这种方式可使质子的激发程度得到增强,从而可增加探头输出信号的信噪比,提高磁场测量精度。本论文旨在研究基于自由基物质动态核极化效应的磁场测量原理和传感器谐振腔等关键技术,并结合现代电子技术研制出对传感器进行激励的相关测试装置和Overhauser...

【文章页数】：106 页

【学位级别】：博士

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作者简历
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 弱磁测量传感器发展趋势
        1.2.2 Overhauser传感器研究现状
    1.3 论文研究意义与组织结构
第二章 Overhauser效应磁传感器理论研究
    2.1 磁场中的质子共振
        2.1.1 质子的旋进运动与能级分裂
        2.1.2 质子的磁化
    2.2 电子与质子双共振
        2.2.1 电子-核Overhauser效应
        2.2.2 自由基溶液动态核极化
    2.3 传感器中电磁场分析方法
        2.3.1 电磁场分析理论基础
        2.3.2 计算电磁场的有限元方法
    2.4 本章小结
第三章 Overhauser磁传感器设计
    3.1 磁传感器总体结构设计
    3.2 传感器工作物质
    3.3 谐振腔研究
        3.3.1 传感器极化线圈实现方式
        3.3.2 电容加载型同轴谐振腔
        3.3.3 基于笼式线圈的谐振腔研究
        3.3.4 笼式谐振腔仿真与分析
    3.4 信号接收线圈研究
    3.5 传感器输出端抗干扰设计
        3.5.1 信号噪声分析
        3.5.2 输出端谐振降噪设计
    3.6 本章小结
第四章 传感器样机测试
    4.1 射频与直流激励实验
        4.1.1 Overhauser传感器磁场测量工作过程
        4.1.2 激励实验平台
        4.1.3 工作时序及射频激励实验
        4.1.4 直流激励实验
    4.2 传感器参数及性能测试
        4.2.1 传感器参数标定及与商用仪器参数对比
        4.2.2 传感器输出信号测试及室外对比实验
    4.3 本章小结
第五章 结论与建议
    5.1 论文总结
    5.2 创新点
    5.3 研究展望与建议
致谢
参考文献



本文编号：3737233