基于碳材料的光学传感器 - QU antum BE lgium 开发用于太空应用的量子金刚石磁力仪
磁场传感器(磁力计)是一种测量磁场强度、方向或相对变化的设备。最早的磁场传感器是指南针,用于确定地球磁场的方向 [1]–[4]。可以说,第一台磁力计是由卡尔·弗里德里希·高斯于 1833 年发明的,用于测量绝对磁强度 [3]–[7]。它由一根金纤维水平悬挂的永久条形磁铁组成。高斯用它来测定地球磁场的强度。他们与威廉·爱德华·韦伯一起继续开发磁力计,并进一步改进它,直到 19 世纪 40 年代末。除了高斯和韦伯,19 世纪还有其他几位科学家开发了新型磁场传感器。然而,磁力仪技术在 20 世纪初发生了根本性变化,当时通过某些线圈结构的电流被用于确定局部磁场的性质 [3]–[14]。这种新方法使得开发更精确的磁场传感器成为可能,同时显著缩短了测量时间。从 20 世纪中叶开始,材料科学的进步带来了非常精确的微型磁力仪,如今,磁力仪被认为是多个系统的关键组件 [8]–[12]、[15]。
博世量子传感是一家内部初创公司,成立于 2022 年初,经过多年的研究活动,开发出一种量子磁力仪来测量微小磁场。这种能力很有用,因为任何电活动都会产生磁场,无论它有多小。从长远来看,这可能有助于观察大脑中的电活动。博世量子传感的原型磁力仪使用金刚石靶,其中添加了氮原子作为缺陷,即所谓的 NV 中心。在这种优秀的材料中,额外的氮原子提供额外的电子,充当微小的磁场传感元件。
磁场传感器(磁力计)是一种测量磁场大小、方向或相对变化的装置。最早的磁场传感器是指南针,用来确定地球磁场的方向 [1]–[4]。可以说,第一台磁力计是由卡尔·弗里德里希·高斯于 1833 年发明的,用于测量绝对磁强度 [3]–[7]。它由一个由金纤维水平悬挂的永久条形磁铁组成。高斯用它来测定地球磁场的强度。他们与威廉·爱德华·韦伯一起继续开发磁力计,并对其进行了进一步改进,直到 19 世纪 40 年代末。除了高斯和韦伯之外,其他几位科学家在 19 世纪也开发了新型磁场传感器。然而,20 世纪初,磁力仪技术发生了根本性变化,当时人们开始利用通过某些线圈结构的电流来确定局部磁场的特性 [3]–[14]。这种新方法使得开发更精确的磁场传感器成为可能,同时大大缩短了测量时间。20 世纪中叶以来,材料科学的进步带来了非常精确的微型磁力仪,如今,这种磁力仪被认为是多个系统的关键组件 [8]–[12], [15]。
简介 磁传感器的发明已有 2000 多年的历史。市场对提高传感器性能、减小尺寸、与电子系统集成以及降低价格等各种需求推动了磁传感器技术的发展。根据对磁场感应范围的需求,磁传感器可大致分为三类:低场(小于 1 微高斯)、中场(1 微高斯至 10 高斯)和高场感应(10 高斯以上)[1]。低场传感器主要用于医疗应用和军事监视,例如超导量子干涉装置 (SQUID)、搜索线圈和光纤磁力仪。中场传感器适用于检测地球磁场,例如磁通门和磁感应磁力仪。大多数用于高场感应的工业传感器使用永磁体(偏置)作为检测磁场的源。磁传感器在生物技术中有着重要的应用。典型应用之一是感应生理功能产生的磁场,例如神经元信号和心脏信号。
100029,中国 2 中国科学院大学地球科学学院,北京,中国 3 中国科学院上海微小卫星工程中心,上海,中国 4 苏州大学电子信息工程学院
图 4 全头部 OPM 和混合 OPM/EEG 设计。(a – d)OPM 和混合 OPM/EEG 系统的误差指标与所考虑的头皮磁力仪数量的关系。两个系统的 r 95 的中值和最大值均与市售阵列(不同颜色)相对应的指标一起显示,这些指标是恒定的并且与 OPM 的数量无关。(e – g)仅 OPM(e)、混合 OPM/EEG(f)和完整 OPM ABC 160(g)阵列的等效不确定半径的空间分布,前两个阵列采用 100 个头皮磁力仪。(h – i)所有源的等效不确定半径的归一化直方图,采用线性(h)和半对数(i)尺度。(j)三个系统的 r 95 平均值与源深度的关系(每 5 毫米分箱一次)。 (k – l)最佳混合 OPM/EEG 阵列传感器位置(k)和布局(l)。EEG 电极和 OPM 分别用蓝点和红点表示
3. 测量设备................................................................................................................................3.1 电磁系统....................................................................................................................3.1 RESOLVE 系统校准...................................................................................................3.2 机载磁力仪................................................................................................................3.4 磁力基站.......................................................................................................................3.4 导航(全球定位系统).......................................................................................3.6 雷达高度计....................................................................................................................3.7 气压和温度传感器......................................................................................................3.8 激光高度计....................................................................................................................3.8 数字数据采集系统....................................................................................................3.9 飞行路径视频记录系统.............................................................................................3.9