具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件和等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在如下的说明书和所附的权利要求书中，采用了方向性术语“内”和“外”，其中，内、内侧、内表面是指朝向“磁屏蔽室”围绕的工作区域的表面，而外、外侧、外表面是指与所述内、内侧、内表面相反的表面。

已知的多层大型磁屏蔽系统通常采用高磁导率的磁屏蔽材料层来屏蔽外界磁场，但是屏蔽用高磁导率材料本身的剩磁会严重影响磁屏蔽装置内的静磁场，且这些磁屏蔽系统通常只在外层屏蔽层沿棱边布置消磁线圈(屏蔽室)、在外层缠绕消磁线圈(大型磁屏蔽筒)或使用轴向穿线法临时布置消磁线圈(大型磁屏蔽筒)等消磁装置，因此这些磁屏蔽系统难以对内层磁屏蔽材料的剩磁进行有效消除，且这些消磁装置只能在设备安装时或定期维护时进行消磁操作，耗时漫长且多采用人工控制，消磁效果差、消磁效率低、无法在日常使用时对由于屏蔽系统开关和内部设备运行导致的内部静磁场进行实时消磁。这一系列问题使得基于SERF效应的原子磁力计等对静磁场敏感的灵敏磁探测器难以直接在常见的大型磁屏蔽系统中有效工作。

此外，由于原子磁探测器可进行移动式记录，屏蔽室中的梯度场的存在会在其移动过程中引入很大噪音。虽然可以通过位于探测器或屏蔽系统中的主动补偿装置补偿静磁场和梯度场，使其正常工作，但主动补偿系统中的电流会引入额外的噪声。

针对以上问题，本发明提出一种用于大型磁屏蔽系统的自动化快速消磁装置、包括该消磁装置的大型磁屏蔽系统以及消磁方法，可有效减少大型磁屏蔽系统内部的剩磁，并在其长期使用中持续的维持其内部良好的低静磁场(消磁)、低梯度场(匀场)环境，从而减少主动补偿装置所需提供的磁场强度或完全脱离主动补偿装置，进而减少或消除主动补偿装置引入的噪声，从而进一步提高整个磁探测系统的信噪比。此外，布置在磁屏蔽材料层的内层的内表面上的屏蔽线圈可以根据需要切换成主动屏蔽模式，以补偿磁屏蔽室在工作状态下的内部变化磁场，而不需要额外设置主动补偿装置。

以下将参考附图更全面地描述本发明的示例性实施例。

根据本发明的一个实施例的用于大型磁屏蔽室的消磁装置，包括：线圈，布置在磁屏蔽室的磁屏蔽材料层上，并与所述磁屏蔽材料层形成闭合磁路；磁场检测装置，检测所述磁屏蔽室内的磁场强度；控制系统，所述控制系统接收表示所述磁场检测装置检测到的磁场强度大小的信号，并将该磁场强度与预先设定的阈值比较，并在所述磁场强度大于所述预设的阈值时，产生控制信号；以及驱动装置，所述驱动装置在所述控制系统的控制下向所述线圈施加驱动信号。

图1示出了根据本发明一实施例的包括消磁装置的大型磁屏蔽系统的立体图，图2示出了根据本发明一实施例的消磁装置的示意图。

根据本发明的一个实施例的消磁装置，例如，如图1所示，该消磁装置可以设置在大型屏蔽室上，其包括：内层磁屏蔽材料层6和设置在内层磁屏蔽材料层6外侧的外层磁屏蔽材料层7，分别设置在内层磁屏蔽材料层6和外层磁屏蔽材料层上的线圈1、设置在内层磁屏蔽材料层6中以检测内部磁屏蔽材料层6所围绕的工作区域8内的磁场大小的磁场检测装置4、与磁场检测装置4连接以接收表示工作区域内的磁场大小的信号的控制系统2、以及在控制系统2的控制下驱动线圈以消除剩磁的驱动装置3，其中，线圈1布置在磁屏蔽室100的磁屏蔽材料层6、7上，并与磁屏蔽室100形成闭合磁路，更具体地，与磁屏蔽室100的至少一层磁屏蔽材料层形成闭合磁路。线圈1与磁屏蔽材料层6、7的布置方式可以采用绕制，通过屏蔽材料的接缝或开孔在屏蔽室顶点间延棱边进行绕线。本发明不限于此，磁屏蔽室的磁屏蔽材料层可以只包括一层磁屏蔽材料层，或者包括多层内层磁屏蔽材料层和多层外层磁屏蔽材料层。此外，也可以采用其他方式将线圈1布置在磁屏蔽材料层6、7上，本发明主要限定的是线圈在磁屏蔽材料层的布置位置，对于布置方式并不作特别限定。

在本实施例中，磁屏蔽室100构成为立方体结构，如图1所示。替代地，磁屏蔽室也可以构成为其他多面体或圆筒形式，如图3所示。

示例性地，线圈1不仅可以布置在磁屏蔽室的棱边，还可以在磁屏蔽室各表面均匀布置，并通过特定的线圈布置和绕数选择，实现在消磁过程中屏蔽室各面的磁场分布尽量均匀，从而获得最优化的消磁效果。由于大型磁屏蔽装置内部空间宽裕且磁探测器(例如，原子磁力计)通常需要布置在距离磁屏蔽室内壁一定距离之外以减少屏蔽材料剩磁的影响。优选地，可以在磁屏蔽室各层内外两面，尤其是内层的内表面布置线圈以实现最佳消磁效果。

如图1所示，线圈1包括第一线圈11和第二线圈12，第一线圈11布置在内层磁屏蔽材料层6的内、外表面，第二线圈12布置在内层磁屏蔽材料层6的棱边上。对于外层磁屏蔽层7，也可以同样设置线圈(未示出)。

替代地，在其他实施例中，特别是磁屏蔽室为圆筒形式(磁屏蔽筒)时，如图3所示，第一线圈11'沿磁屏蔽材料层的周向布置在内层磁屏蔽材料层6'的内表面，第二线圈12'沿内层磁屏蔽材料层的轴向布置在内层磁屏蔽材料层6'的内表面。同样可以按照类似的方式，在外层磁屏蔽层7'上设置线圈(未示出)。

需要说明的是，布置在内层磁屏蔽材料层6的内表面上的线圈又可以称为主动屏蔽/匀场线圈，这是因为驱动装置3在控制系统2的控制下向屏蔽线圈施加主动屏蔽/匀场信号，以主动屏蔽磁屏蔽室100在工作状态下的内部变化磁场和/或梯度。此时，驱动信号还可以包括根据磁屏蔽室100的内部磁场/梯度变化计算出的主动屏蔽/匀场信号。

本发明所述的“工作状态”指的是磁屏蔽室100中的磁探测器处于磁场探测的工作状态，此时由于被测物体的移动或地磁场的影响，磁屏蔽室内会随时间变化产生的变化的内部磁场和/或梯度场。在这种情况下，需要主动屏蔽装置进一步降低磁屏蔽室内的磁场强度和梯度。

可选地，屏蔽信号为弱电流信号，其大小可以基于磁场检测装置4检测到的内部磁场强度和/或梯度而变化，本发明不以此为限。

示例性地，磁屏蔽室可以包括至少一层磁屏蔽材料层。可选地，磁屏蔽室可以包括至少两层磁屏蔽材料层，不同磁屏蔽材料层之间形成一定间隔并通过支撑结构相互连接。在本实施例中，如上所述，磁屏蔽室100包括两层磁屏蔽材料层，分别为内层磁屏蔽材料层6和外层磁屏蔽材料层7，其中内层磁屏蔽材料层6设置在外层磁屏蔽材料层7之内。进一步地，例如，如图2所示，第一线圈11可以包括第一内线圈111、第二内线圈113和第一外线圈112、第二外线圈114，第一内线圈111布置在内层磁屏蔽材料层6的外表面，第二内线圈113设置在内层磁屏蔽材料层6的内表面；第一外线圈112布置在外层磁屏蔽材料层7的外表面，而第二外线圈114布置在外层磁屏蔽材料层7的内表面上。

可选地，控制系统2可以控制不同组线圈1之间的连接方式，例如，并联、串联、独立控制或断开连接。具体地，驱动信号包括控制线圈之间连接方式的连接信号和控制线圈产生的磁场大小的电流信号，连接信号可以控制线圈之间的连接方式，例如通过控制继电器等电气开关的通断来实现。

优选地，驱动装置3配置为在消磁操作中向线圈1施加连接信号，使得线圈1之间串联连接，以保证消磁过程中通过各线圈的电流强度和相位的一致性，以保证良好的消磁效果。此外，也可根据需求对不同线圈以不同方式进行连接以实现对特定部分的最优化消磁。可选地，屏蔽线圈在消磁操作中与其他线圈串联连接，在主动屏蔽操作中与其他线圈独立控制或断开。由于本发明实施例的消磁装置的控制系统2可以不同组线圈1之间的连接方式，因此线圈的布置范式相对灵活，其布置范式可以兼顾能在弱电流下产生线性或其他规范方式的磁场强度变化和/或梯度变化，即可以兼顾消磁操作和主动屏蔽操作。

可选地，磁屏蔽材料层包括坡莫合金，坡莫合金又称铁镍合金，是常见的用于制造磁屏蔽材料层的软磁材料，具有很高的弱磁场导磁率。本发明并不限于此，本领域技术人员还可以采用其他常见的高磁导率或低剩磁材料作为磁屏蔽材料层。此外，不同的磁屏蔽材料层也可以采用不同的材料，以形成复合磁屏蔽室。

磁场检测装置4设置在磁屏蔽室100内，以检测磁屏蔽室100内的静磁场和梯度场强度。示例性地，磁场检测装置4还配置为比较检测结果和阈值、控制消磁过程或在消磁过程中提供反馈控制。在本实施例中，磁场检测装置4设置在磁屏蔽室100的工作区域中或附近。

需要说明的是，本发明所述的“工作区域”指的是磁探测系统所处的区域，在磁探测系统工作时，受试者或待测样品被容纳在该工作区域中。工作区域中或附近的静磁场强度或梯度场强度需要满足一定要求以确保磁探测器(例如，原子磁力计)的正常工作，例如，极低且空间分布均匀的背景磁场(通常<20nT)。

控制系统2可以包括配置为接收磁探测系统产生的信号，该信号表示所述工作区域中的静磁场强度或梯度磁场强度，并且将检测到的静磁场强度或梯度磁场强度与预先设定的阈值相比较，在检测到的静磁场强度或梯度磁场强度大于该阈值时，控制系统2产生控制信号，以控制驱动装置3产生驱动线圈1的驱动信号(例如驱动电流)。

控制系统2还可以包括处理器，用于基于内置软件程序或可编程硬件系统或用户指令控制消磁装置的工作。处理器可以是微控制单元(Micro Controller Unit,MCU)、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器、CPU、台式电脑、工作站等本领域常见的具有数据接收和处理能力的处理器。

驱动装置3例如包括功率放大器，驱动装置3接收控制系统2的控制信号并通过功率放大器驱动线圈1。

示例性地，驱动信号的电流信号可以是以一定模式衰减的交变信号。在本实施例中，电流信号为随时间对数衰减的正弦信号。

示例性地，驱动装置3施加到线圈1(也即，电流信号)的最大功率不低于使磁屏蔽室100被磁化到饱和状态所需的最低功率。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的大型磁屏蔽系统，包括：磁屏蔽室，构造为多面体或圆筒形式，所述磁屏蔽室包括至少一层磁屏蔽材料层；以及如前所述的消磁装置，其中所述控制系统、所述驱动装置设置在所述磁屏蔽室外部，所述磁场检测装置设置在所述磁屏蔽室内部且通过线缆与所述控制系统连接。

示例性地，不同层之间的间隔中包括空气或绝缘体隔音材料，用于屏蔽电气信号或声音信号。间隔中还可以包括射频屏蔽层(未示出)，用于屏蔽射频信号。

示例性地，磁屏蔽室包括推拉式或旋转式开闭的屏蔽门和用于布置线缆的多个波导管。

图3示出了根据本发明另一实施例的包括消磁装置的大型磁屏蔽系统的立体图。以下将结合图3描述该实施例，为简明起见，以下仅针对与前述实施例不同之处进行描述。

在图3所示的实施例中，磁屏蔽室200构造为圆筒形式，包括旋转式开闭的屏蔽门和用于布置线缆的多个波导管(均未示出)。

线圈包括第一线圈11’和第二线圈12’，第一线圈11’沿磁屏蔽材料层的周向布置在内层屏蔽材料层6的内和外表面，第二线圈12’沿磁屏蔽材料层的轴向布置在内层屏蔽材料层6的内和外表面；另外，在外层屏蔽材料层7的内和外表面可以类似地设置线圈(未示出)。

图4示出了根据本发明一实施例的消磁方法的流程图。以下将结合图4描述该消磁方法的实施例。

本发明一示例性实施例提供的一种用于大型磁屏蔽系统的消磁方法，包括：在磁屏蔽室的工作区域中接收受试者或待测样品；通过磁场检测装置检测所述磁屏蔽室内的静磁场和梯度场强度，并比较所述磁屏蔽室内磁场和阈值；当所述磁屏蔽室内磁场大于阈值时，进行消磁操作。

示例性地，该消磁方法还可以包括：在接收受试者或待测样品之后关闭磁屏蔽室的屏蔽门。

示例性地，消磁操作包括：产生以一定模式衰减的驱动信号；产生以一定模式衰减的驱动信号；将驱动信号施加到所述线圈，使所述磁屏蔽室被磁化到饱和状态；以及使驱动信号衰减至零或接近零。

驱动信号(具体地，电流信号)例如为随时间对数衰减的正弦信号。在驱动信号施加初期，由于驱动装置施加到线圈的最大功率不低于使磁屏蔽室被磁化到饱和状态所需的最低功率，此时磁屏蔽室被磁化到饱和状态。之后随着驱动信号的衰减直至零或接近零，磁屏蔽室的磁化的磁场强度也随之衰减直至零或接近零，此时完成消磁操作。

在消磁过程中，磁场检测装置可以连续或以一定时间间隔来检测磁屏蔽室内的静磁场和梯度场强度，并将其与预设的阈值进行比较。当磁屏蔽室内磁场大于阈值时，继续消磁操作，当磁屏蔽室内磁场小于或等于阈值时，结束消磁操作。

阈值的设定值可以根据实际应用的需求进行选择，以保证消磁效率和较好的消磁效果。

另外，可以设定多个消磁模式，例如，包括快速消磁模式和普通消磁模式，在快速消磁模式下的驱动信号的功率和/或衰减速度大于普通消磁模式下的驱动信号的功率和/或衰减速度。替代地，也可以先进行快速消磁模式，再进行普通消磁模式。

可选地，本发明实施例还可以在主动屏蔽模式下工作，该主动屏蔽模式的方法包括：当所述磁屏蔽室工作时，在主动屏蔽模式下操作。

示例性地，主动屏蔽模式下操作包括：向线圈施加连接信号，以将各线圈构造成独立控制形式；向布置在内层屏蔽层上的屏蔽线圈施加主动屏蔽/匀场信号，以主动屏蔽所述磁屏蔽室的内部变化磁场和梯度。示例性地，屏蔽信号为弱电流信号。

综上所述，本发明提出一种用于大型磁屏蔽系统的自动化快速消磁装置、包括该消磁装置的大型磁屏蔽系统以及消磁方法，可以有效减少大型磁屏蔽系统内部的剩磁，保持良好的低静磁场(消磁)、低梯度场(匀场)环境，减少主动补偿装置所需提供的磁场强度或完全脱离主动补偿装置，进而减少或消除主动补偿装置引入的噪声，从而进一步提高整个磁探测系统的信噪比。此外，布置在磁屏蔽材料层的内层的内表面上的屏蔽线圈可以根据需要切换成主动屏蔽模式，以补偿磁屏蔽室在工作状态下的内部变化磁场，而不需要额外设置主动补偿装置。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明所提出的大型磁屏蔽系统及其消磁装置、消磁方法的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型。另外，也可以对本发明各个方面提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。