高温超导量子干涉器制备及其应用研究

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本论文主要工作是研制高温超导量子干涉器件(DCSQUID)并将其应用于无损检测。 论文论述了DCSQUID的基本物理原理,介绍了高温超导YBa2Cu3O7-δ(YBCO)DCSQUID的设计原理和制作过程,特别是运用磁控溅射和微加工设备制备高温超导YBCO薄膜SQUID样品的过程。我们设计了几种SQUID结构,包括其中用于无损检测的垫圈型SQUID,其垫圈外径6mm×6mm,环孔尺寸30×30μm2,有效面积0.18mm2,环电感约为47pH。测得磁场分辨率为6.5pT/Hz1/2量级,其磁通灵敏度为10-4φ0/Hz1/2量级。为了保护高温超导SQUID器件和方便实验操作,我们对SQUID样品进行了封装。该器件成功用于无损检测系统中。 本论文的主要贡献为建立了一套无屏蔽环境下工作的无损检测系统。具体说包括如下几点:①与上海交通大学联合设计、制作了无磁玻璃钢液氮杜瓦,可连续工作48小时,操作方便;改进了SQUID低温匹配电路;自行研制了小型室温电子学电路;②与我所技术部合作,改进了基于USB接口的步进电机控制器和数据采集系统,以及相应的数据处理软件;③改进了激励线圈的设计,将带有磁芯的四极激励线圈进行原理上改进,设计为新型双四极(八极)激励线圈,从而减小激励线圈在SQUID处的背景场,提高了无损检测系统空间分辨率。用简单金属颗粒模型讨论系统的灵敏度与系统结构参数之间的关系,为系统的建立提供参考。④用我们建立的这套系统对板形无磁金属(铝)中的孔形缺陷进行探测,在2mm厚Al板上探测到直径0.3mm的缺陷。⑤我们提出两种新型滤波算法:噪声反馈最小均方算法和高斯型低通滤波方法,并将其应用于心磁测量中的噪声抑制,使噪声降低到SQUID的本征噪声水平。新滤波算法的发展和应用大大降低了屏蔽室的建造费用,它对普及和推广心磁图仪在医学上的应用有重要意义。
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