專利名稱：：次-皮可特斯拉磁場檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明總體上涉及測量磁場的領(lǐng)域。更具體而言，本發(fā)明涉及通過在非屏蔽環(huán)境中使用超導(dǎo)量子干涉設(shè)備(SQUID)，利用梯度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)來測量低電平磁場。
背景技術(shù)：
：超導(dǎo)量子干涉設(shè)備(SQUID)磁傳感器是旨在測量低于約10-12特斯拉(T)的許多靈敏磁強(qiáng)計(jì)的核心。這個(gè)水平在例如由活性有機(jī)體所產(chǎn)生的磁場(經(jīng)常被稱為生物磁場)范圍內(nèi)。SQUID對(duì)磁通量(J)B敏感。磁通量(I)B可被定義為沿著正交于給定面積而被定位的矢量z穿過所述給定面積的平均磁場的投影，或從數(shù)學(xué)上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>低特斯拉直流(DC)SQUID典型地由兩個(gè)額定相同的Josephson結(jié)組成，所述結(jié)串連在典型直徑為10_14至10-2mm數(shù)量級(jí)的超導(dǎo)、電連續(xù)的回路中?；赟QUID的磁強(qiáng)計(jì)及梯度計(jì)是目前使用當(dāng)中的最靈敏的磁場檢測器。SQUID典型地通過使用鈮-鋁-氧化鋁-鈮(Nb-Al-A10x-Nb)結(jié)技術(shù)被制造在芯片上，其中相關(guān)的結(jié)以及SQUID環(huán)路由薄膜形成。所述設(shè)備的微米級(jí)特征可通過使用照相平版印刷技術(shù)而形成。SQUID芯片被典型地密封在超導(dǎo)屏蔽中用于將設(shè)備屏蔽于環(huán)境磁通量。要被測量的磁通量典型地凈皮顯著較大直徑的環(huán)路或線圈(例如，10-20mm)截?cái)?，所述環(huán)路或線圈經(jīng)由輸入線圏被感性耦合到SQUID。這些較大的線圈通常由在絕緣圓柱形支撐上面所纏繞的薄絕緣超導(dǎo)線(例如，鈮)構(gòu)成。具有單個(gè)線圏或環(huán)路的設(shè)備可被稱為磁強(qiáng)計(jì)，具有多于一個(gè)線圏或環(huán)路的組合的設(shè)備可被稱為梯度計(jì)。這樣的設(shè)備被示意性地示例于例如圖4中。不幸地，基于SQUID的梯度計(jì)的這一史無前例的靈敏度的取得要付出很大代價(jià)，因?yàn)殪`敏度可以致使設(shè)備被周圍噪聲所淹沒并且當(dāng)^J^露于射頻干擾(RFI)時(shí)則停止工作。結(jié)果是，這些設(shè)備經(jīng)常僅可以操作在高度屏蔽的密封內(nèi)，這對(duì)所有現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用是不實(shí)際的。因而，如果基于SQUID的設(shè)備無需這種屏蔽而能夠操作，則將是非常有益的。如果我們能夠做到于此，則我們便擁有了實(shí)用的靈敏磁場測量儀器.本申請(qǐng)公開了用于取得這個(gè)目標(biāo)的方法和裝置。在RFI存在時(shí)，SQUID可失去靈敏度，或甚至停止發(fā)揮作用。強(qiáng)的RFI源包括，例如在醫(yī)院中的超聲波機(jī)器、AM及FM無線電信號(hào)、電視和蜂窩通信傳輸。在低于RF帶的頻率下，SQUID電子裝置可以被用來測量噪聲，并且已知的軟件技術(shù)可以被用來消除這個(gè)噪聲(例如，Bick等人的"SQUIDGradiometryforMagnetocardiographyUsingDifferentNoiseCancellationTechniques")。在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中用來消除RFI的簡單但經(jīng)常不實(shí)用的方案一直是將系統(tǒng)環(huán)繞幾層精細(xì)的銅網(wǎng)并且對(duì)操作區(qū)域進(jìn)行絕緣.銅網(wǎng)顯著地降低了RFI，但并不消除它，因?yàn)殡y以削減通過連接電纜的傳輸.雖然SQUID本身可被適宜地屏蔽在小的Nb管內(nèi)部，但是撿拾測量信號(hào)且將它饋送到SQUID的未被屏蔽的梯度計(jì)仍然要將RFI耦合進(jìn)入SQUID,因?yàn)樘荻扔?jì)本身不能夠被屏蔽(否則它不可能撿拾要被測量的信號(hào))。因此，存在對(duì)如此技術(shù)的需要，即其允許梯度計(jì)將感興趣的信號(hào)耦合進(jìn)SQUID,而無需附加地將RFI耦合進(jìn)入SQUID。下述參考提供了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的SQUID系統(tǒng)的總體說明，但是它們未能提供有效手段用來將SQUID屏蔽于射頻干擾。Fujimaki的日本專利(JP4212079)提供了SQUID磁場傳感器，其中阻尼電阻器Rl和R2被用來僅消除RFI的磁部分。Ishikawa等人的題為"EffectofRFInterferenceonCharacteristicsofDCSQUIDSystem"以及Koch等人(Appl.Phys.Lett.,vol65，pp.100-102)的題為"EffectsofradiofrequencyradiationonthedcSQUID"的非專利文獻(xiàn)提供有關(guān)SQUID系統(tǒng)中RFI干擾的背景信息。Bick等人("SQUIDGradiometryforMagnetocardiographyUsingDifferentNoiseCancellationTechniques")及Tarasov等人("OptimizationofInputImpedanceandMechanismofNoiseSuppressioninaDCSQUIDRFAmplifier")的非專利文獻(xiàn)總體上示例SQUID設(shè)備使用噪聲消除技術(shù)。Simmonds的U.S.專利(5,319,307)涵蓋了改善SQUID的性能。對(duì)超導(dǎo)屏蔽層的參考文獻(xiàn)指向使SQUID芯片屏蔽于RFI，并且應(yīng)該注意到總體上所有的SQUID，甚至是用在被屏蔽的密封內(nèi)的那些SQUID,均被保持在超導(dǎo)Nb管內(nèi)部，使梯度計(jì)經(jīng)過Nb管中的小孔從外部被連接。Colclough的U.S.專利(5,532,592)涵蓋了在多通道系統(tǒng)中的電子裝置(通量被鎖定的環(huán)路)。應(yīng)該注意到對(duì)黃銅密封的參考是在電子裝置中用來屏蔽于RFI的常規(guī)程序；但是這個(gè)程序不適合于阻止通過穿過密封的線而傳輸?shù)腞FI。Seppa的U.S.專利(6,066,948)公開了SQUID的阻尼獨(dú)立結(jié)。應(yīng)該注意到這是公用的程序且有關(guān)這個(gè)程序的更多信息可見于由Weinstock所著的題為"ApplicationsofSuperconductivity"(Kluwer，Netherlands,2000)的書籍。還應(yīng)該進(jìn)一步注意到這個(gè)程序允許對(duì)影響SQUID操作的結(jié)的內(nèi)部振蕩進(jìn)行阻尼并且并不降低被耦合到SQUID本身的RFI。Steinbach等人的U.S.專利說明一種阻尼SQUID的內(nèi)部諧振的方法。所述阻尼有助于4吏SQUID屏蔽于RFI的磁部分并且類似于Goto(JP4160380)的日本專利，所述日本專利提供如在現(xiàn)有技術(shù)SQUID系統(tǒng)中所實(shí)施的噪聲抑制技術(shù)中的總體背景。此外，Kawai(JP7198815)的日本專利顯然講授沿著與Steinbach等人的專利相同的線路。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種裝置和方法，用于防止RFI被耦合進(jìn)SQUID而無需犧牲系統(tǒng)的信噪比，同時(shí)在未被屏蔽的真實(shí)情形下操作系統(tǒng)。在優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器電路以新穎的方式被結(jié)合以將RFI從SQUID中去除而無需屏蔽梯度計(jì)環(huán)路。濾波器電路采用電阻器和電容器的組合(RC電路)而形成，其中電阻器從SQUID的輸入線圈中將被磁耦合的RFI旁路，并且電容器從SQUID中將被電耦合的RFI旁路。應(yīng)該注意，盡管描述的是采用傳統(tǒng)電阻器和電容器的各種RC電路，但是可以使用具有類似特性(例如，就截止頻率和清晰度)的任何形式的濾波器電路。例如，可有效地使用由超導(dǎo)帶狀線制成的濾波器，所述超導(dǎo)帶狀線切斷RFI分量以免其從未被屏蔽的梯度計(jì)被耦合進(jìn)被屏蔽的SQUID.本發(fā)明還設(shè)想用于從電磁上將濾波器電路與SQUID隔離以用于改善的RFI屏蔽的密封罩，以及設(shè)想一種用于將經(jīng)改善的RFI從SQUID中去耦合的方法，其使輸入線圈與SQUID之間的阻抗Zci能夠得到增加而無需損失裝置的靈敏度。本發(fā)明允許在未受屏蔽的環(huán)境中廣泛使用SQUID系統(tǒng)，甚至在存在強(qiáng)的RFI時(shí)。這提供了在各種生物醫(yī)療和無損評(píng)估應(yīng)用中無需犧牲性能而采用SQUID的可能性。事實(shí)上，本發(fā)明使能對(duì)實(shí)用的次-皮可特斯拉檢測器的制造。通過閱讀本發(fā)明具體示例性實(shí)施例的下述說明并結(jié)合所附附圖，可獲得對(duì)本發(fā)明更全面的理解，其中圖l示出對(duì)稱式SQUID偏置電子裝置的示意圖，其中絞合線對(duì)(絞合未被示出)防止磁通量穿過環(huán)路；圖2示出對(duì)稱式SQUID加熱器電子裝置的示意圖，其中絞合線對(duì)(絞合未被示出)防止磁通量穿過環(huán)路；圖3示出被耦合到SQUID的反饋/調(diào)制線圈的示意圖4示出本發(fā)明的第一實(shí)施例；圖5示出本發(fā)明的第二實(shí)施例；圖6示出在低頻情況下圖4實(shí)施例的等效電路圖7示出在高頻情況下圖4實(shí)施例的等效電路圖8示出圖4實(shí)施例的第一變型；圖9示出圖5實(shí)施例的笫一變型；圖IO示出圖4實(shí)施例的第二變型；圖11(a)-11(d)示出根據(jù)本發(fā)明原理的SQUID設(shè)計(jì)，其使能減少RFI被耦合進(jìn)SQUID。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)被示于圖11(a)和11(c)，并且發(fā)明性設(shè)計(jì)被示于圖11(b)和ll(d);以及圖12示出為將SQUID容納在腔中而設(shè)計(jì)的鈮屏蔽，所述室從電磁上隔離于圖4-10的濾波器電路。在各種附圖中，同樣的參考數(shù)字指定同樣的或相似的本發(fā)明元件。具體實(shí)施例方式本公開內(nèi)容被視為對(duì)本發(fā)明原理的示范以及對(duì)其結(jié)構(gòu)的相關(guān)功能性技術(shù)說明，并且并不旨在意味著限制本發(fā)明超出具體要求的范圍。本領(lǐng)域中那些普通的技術(shù)人員可預(yù)想到超出在此所示范的、屬于所提出權(quán)利要求的本發(fā)明范圍之內(nèi)的其它可能的變型。圖4呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例而構(gòu)建的基于SQUID的梯度計(jì)的電路圖。傳統(tǒng)地，裝置100包括經(jīng)由輸入線圏30(由電感Li表示且相對(duì)于SQUID墊圈20具有互感Mi和電容d)被耦合到SQUID20(具有墊圈電感LsQ)的梯度計(jì)IO(在圖4中由電感Lg表示).RFI可以電和磁兩種方法被耦合進(jìn)SQUID20。例如，參考圖4，借助于充當(dāng)像電磁天線的連接線(如經(jīng)由輸入線圈耦合梯度計(jì)10的傳輸線14,14a和/或經(jīng)由變壓器40耦合放大器50的連接線45，和/或參考圖3，經(jīng)由反饋/調(diào)制線圈33耦合RFI的傳輸線15)RFI可耦合進(jìn)SQUID墊圏20。RFI還可以經(jīng)由穿過由傳輸線14，14a和45所形成的各種環(huán)路的磁通量被耦合進(jìn)SQUID墊圈20。此外，在一些情形下，RFI可在SQUID墊圈24上產(chǎn)生大的DC場。由于SQUID是非常低阻抗的設(shè)備，所以它們通常最受被磁耦合的RFI的影響.然而被磁耦合的RFI還可是大量的，特別地在接近及超出FM無線電帶頻率時(shí)，在此時(shí)SQUID連接線可以充當(dāng)傳輸線。從根本上，RFI和其它形式的電磁干擾(EMI)可經(jīng)由任何電子連接被耦合進(jìn)SQUID。正如已經(jīng)理解到的，通過采用允許人們?nèi)コ絊QUID的地連接的對(duì)稱電子裝置，RFI可被降低或消除。電子裝置的對(duì)稱性使被耦合進(jìn)SQUID的經(jīng)傳輸?shù)腞F能量得到降低。例如，參考圖3，通過傳輸線15被撿拾的RFI，包括通過反饋/調(diào)制線圈33和到SQUED墊團(tuán)20的剩余電連接可被耦合的殘余能量，根據(jù)本發(fā)明的原理通過使用特殊的對(duì)稱濾波器電路可^L消除。對(duì)稱的SQUID電子裝置消除了接地環(huán)路問題。圖1和2分別示出對(duì)稱的SQUID偏置和加熱器電子裝置。在圖2中，加熱出現(xiàn)在電阻器7(被描述為RH)上。對(duì)稱性確保如果連接線充當(dāng)天線，則在它們上所感應(yīng)的RFI電壓可在SQUID位置處被抵消。如由例如圖1-3所示，對(duì)稱信號(hào)源1、2和3將信號(hào)放置到傳輸線17、16和15上面。在進(jìn)行此的同時(shí)，RFI和其它周圍的噪聲還經(jīng)由線15-17被傳輸。這在傳輸線15-17上感應(yīng)出RF電場，以及在由這些傳輸線15-17所形成環(huán)路上的磁通量①以及被磁耦合的干擾RF<p。如圖1和3所示，對(duì)稱的RC濾波器5(fc:l-10兆赫)和電容器6防止駐波在諧振頻率被建立(a)在傳輸線15-17以及45上，在接近10-100兆赫，以及(b)在SQUID墊圏以及或者輸入線圏和/或者反饋/調(diào)制線圈33之間，處于幾千兆赫。附加地，如果傳輸線15-17和45被配置成牢固的絞合線對(duì)，實(shí)際上沒有磁通量0穿it^目聯(lián)系的電路環(huán)路。電路對(duì)稱性確保例如，如果圖1的傳輸線17充當(dāng)天線，則在它們上面所感應(yīng)的RFI電壓在SQUID墊圈20處被抵消.圖3示例反饋/調(diào)制線圏33，其共享SQUID反饋和調(diào)制電路。通過環(huán)路的磁干擾被形成傳輸線15的牢固的絞合線對(duì)消除(這樣①實(shí)際上為0)。應(yīng)該注意到RFI天線般的撿拾還可以通過反饋線圏33和SQUID墊圈20之間的電容耦合^皮耦合到SQUID。調(diào)制線圏33的電容Cf可典型地為約10皮法拉(pF)。調(diào)制信號(hào)具有最大達(dá)l兆赫(MHz)的分量.因此，RC濾波器5被如此選擇以便于它具有大于10MHz的有效帶寬，并且電容C足夠大(與Cf相比較)以縮小來自SQUID墊圈20的大多數(shù)RFI。RC濾波器5的代表值是R=100歐姆(Q)以及C=l毫微法拉(nF),圖4示例作為測量裝置IOO部件的本發(fā)明的第一實(shí)施例。RC濾波器5(也被示例于圖3中)可以被用來減低經(jīng)天線耦合的RFI，但是梯度計(jì)10還引入穿過由傳輸線14所形成環(huán)路的磁通量。結(jié)果是，為了消除經(jīng)天線耦合的RFI以及磁通量RF。，圖4的本發(fā)明將電阻性旁路器60耦合到接地電容器70以為了將這個(gè)磁通量從分量環(huán)路14a和輸入線圍30中短路掉(shortout).作為選擇地，單個(gè)電阻性旁路器60可隨著如圖5中所示用于測量裝置的對(duì)稱RC濾波器5凈皮耦合。為了更好地理解本發(fā)明是如何工作的，適用于工作系統(tǒng)的參數(shù),皮示例如下。應(yīng)該注意到這些具體的實(shí)例^t提供僅用于示例性和說明性的目的，并且因此不應(yīng)該被推斷為對(duì)所提出權(quán)利要求的本發(fā)明范圍的限制。針對(duì)圖4中的電路100，在各種操作頻率下的阻抗值被列表于表1中。各種參數(shù)的值是Ci=140pF(測量的)，Li=300毫微亨利(nH)，Cg=10000nF，Rs=1.5Q。表l圖4中第一實(shí)施例的阻抗計(jì)算<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖5中電路200的阻抗值被提供在圖2中。除Rs-3Q和RG=1.5Q以外，所有的值與表l中的相同'圖5中的電路200因此基本上等效于圖4中的電路IOO。表2圖5中實(shí)施例的阻抗計(jì)算<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>對(duì)于被表示為圖6中等效電路300的圖4中的電路IOO，在較低的頻率(即低于5MHz)下，輸入線圏阻抗ZLi足夠低并且伴隨RFI的波長足夠長。正如可從表1和2以及圖4和5中所觀察到，接地抽頭電容器70(,練示為Cg)能夠有效地旁路出從SQUID中所撿拾的RFI電分量，因?yàn)檩斎刖€圍30和SQUID墊團(tuán)20之間的電容性阻抗Zci遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Zcg+Rs(或表2中的Zcg+Rg)。在較高頻率下，圖4中的電路IOO根據(jù)圖7中所示的等效電路400工作，其具有分布式的L-C電路元件經(jīng)由分布式電容性阻抗21和互感224皮耦合的分布式的輸入線圈元件30和分布式的感應(yīng)SQUID墊圈元件20。在這種情況下元件dZci、dZLi的表示性近似值被列表于表1和2中的最后兩列。通過考慮在相同的長度段上，一旦某一長度反饋線圏30的部分電感性阻抗(其中dZLi與輸入線團(tuán)30的長度成比例)開始變成大于反饋線圈30和SQUID墊圈20之間的電容性阻抗21(其中dZa與輸入線圈30的長度成反比，因?yàn)閷?duì)于L和C兩者線圏寬度被固定)時(shí)，這些近似值4皮加以估算，然后可以有效地被視為作為分布式LC網(wǎng)絡(luò)而工作。例如對(duì)于針對(duì)Zu和Za約為10-20Q的值這可發(fā)生。在那些頻率下這些數(shù)字仍然高出Zcg+Rs(或表2中的Zcg+Rg)約10這樣的因子，這樣由RC電路60、70進(jìn)行的旁路仍然有效。在超出1GHz的頻率下，圖7中的系統(tǒng)30-21-22-20表現(xiàn)為被耦合到得到良好阻尼(具有Rs或Rg)的輸入環(huán)路電路的橫向磁(TM)模式諧振器，因此仍然避免了操作的非穩(wěn)定性.如例如由圖4所示，通過對(duì)由傳輸線14所限定的梯度計(jì)環(huán)路進(jìn)行短路，旁路電阻器60有效地去除穿過由傳輸線14a所限定的輸入環(huán)路的KF磁通量以防止影響SQUID。對(duì)于高于約5MHz的頻率Zu遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Rs(例如，如表1和2中所示)。對(duì)于較低的頻率，通過將部分RF通量從SQUID墊圈20中旁路，旁路電阻器Rs仍然有所幫助。原則上，這個(gè)效應(yīng)可進(jìn)一步通過降低Rs的值而得到改善。不幸地，在較小的Rs和通量噪聲之間存在平衡，根據(jù)下述關(guān)系式它(從通過輸入線圏30凈皮耦合的Johnson電流噪聲中)添加進(jìn)SQUID中其中KB是玻爾茲曼(Boltzmaim)常數(shù)且T是電阻器R的溫度，in是Johnson電流噪聲且①n是在SQUID中所感應(yīng)的通量噪聲。因此我們可以得出結(jié)論對(duì)于圖4和5中的裝置100、200，Rs的最佳值是3Q(在表l中是2*1^或在表2中是Rs)。然而，應(yīng)該注意到這個(gè)最佳值可基于與本發(fā)明系統(tǒng)電路相聯(lián)系的其它^而變化。鑒于前面的討論，清楚地是它可證明消除被磁耦合的低頻RFI(低于5MHz)是非常困難的。在這種情況下，我們想要指出通過在5MHz或更高下使用傳統(tǒng)的SQUID通量鎖定環(huán)路(FLL)(例如，見由H.Weinstock所著題為"ApplicationsofSuperconductivity"，Kluwer，Netherlands,2000)我們可以被更好地加以服務(wù)。在這種情況下，棘手的低頻RFI可以被FLL作廢，因?yàn)楝F(xiàn)在它將足夠快以在這個(gè)頻率范圍跟蹤RFI。從增加FLL頻率將取得的另一優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)速率也將變快，并且因此對(duì)來自附近的主功率源和大氣中的電發(fā)光的快速切換噪聲更加具有免疫力。圖4、5的創(chuàng)造性實(shí)施例的附加變化包括特色性的與旁路電阻器60串聯(lián)(見，例如圖8和9的電路500和600)的旁路電容器71(由Cs表示)，以及占主要位置的與由旁路電阻器60和接地電容器70所限定的電路(見，例如圖10的電路700)并聯(lián)的附加旁路電阻器61(由R表示)。旁路電容器71被如此選擇，以便于它形成阻擋低頻通量噪聲RF。進(jìn)入SQUID墊圈20的高通電路(具有Rs和Li).然而Cs的引入可在一些情況下導(dǎo)致SQUID操作的不穩(wěn)定性。這個(gè)問題可以由圖10的電路700加以避免，其中可以致使并聯(lián)的電路旁路電阻器61具有非常小的電阻。這有助于在低于5MHz的頻率下降低RFI。在圖4和10中所示的實(shí)施例簡單且緊湊，并且因此較圖5、8和9中所示的實(shí)施例對(duì)寄生效應(yīng)具有更高的抵抗力。另一方面，在圖5中所示的實(shí)施例具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即可以使Rg更小，因此使Zcg+Rg遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Za。由于電路200的對(duì)稱性，這個(gè)方案將改善RF的電壓濾波而沒有將附加的通量噪聲引入進(jìn)SQUID。同樣，如圖9中的電路600所示，Rs可以單獨(dú)地被降低用于對(duì)RF磁撿拾進(jìn)行濾波，并且僅一個(gè)附加的旁路電容器71需要被添加。在圖8的電路500中，Rs可以得到降低，因此使ZCg+Rs遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Zci，并且因此使能RF電壓濾波得到改善。但是，在這種情況下，需要兩個(gè)附加的旁路電容器71。雖然在本說明中僅示例了幾個(gè)具體的電阻式和電容式濾波器，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將容易地意識(shí)到可使用具有類型特性(截止頻率和清晰度特征以及消除干擾的電及磁分量)的任何其它形式的濾波器電路。作為實(shí)例，一個(gè)實(shí)施例可以包括由超導(dǎo)帶狀線組成的超導(dǎo)濾波器，所述超導(dǎo)帶狀線切斷所有RFI分量以防從未經(jīng)屏蔽的梯度計(jì)被耦合進(jìn)經(jīng)屏蔽的SQUID。表1和2建議如果SQUID被如此重新設(shè)計(jì)，以便于輸入線圏30和SQUID墊圈20(由Ci所表示)之間的電容得到降低，則Za將變得較大.這個(gè)增加的阻抗4吏SQUID20更加免疫于RFI的電分量。圖11(a)-11(d)示出包括SQUED墊圏20和螺旋輸入線圈30、31的SQUID。線圈30、31通過提供間隔厚度t的隔離器29與SQUID墊圈20分開。為了清楚起見輸入線圏30、31的僅N-5匝數(shù)被示出，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)中N可接近IOO(對(duì)于包括后面的感應(yīng)計(jì)算和公式的詳細(xì)討論，請(qǐng)參見由H.Weinstock所著題為"ApplicationsofSuperconductivity"Kluwer，Netherlands,2000的書籍中的章節(jié)l和2)。圖ll(c)和ll(d)示出SQUID的頂視圖，以及圖11(a)和11(b)示出通過虛線"e-e"所取的橫斷面視圖。與輸入線圏30相比較，降低輸入線圈31的線寬度w將以C"N.w/t的比例來減少電容(比較圖llc和lld)。輸入線圈30、31與SQUID墊圏20之間的互感Mi;故給出如下械,Z^e(3)其中Lsq是SQUID墊圍的電感。因而，通過降低線寬度w，Mi沒有^t改變。輸入線圈的電感LH皮給出如下丄尸7V2丄sQ+L—(4)其中Lstrip是組成輸入線圈30的線的帶狀線電感。雖然對(duì)于足夠大的N(對(duì)于額定的SQUID設(shè)計(jì)，這對(duì)應(yīng)于N大于20)當(dāng)w被減少時(shí)Lstrips//0.t/(w+2t)增加，但是Lstrip可以被忽略且丄,-7V2./^2。在此//。是自由空間的介電常數(shù).因此，對(duì)于實(shí)用設(shè)計(jì)，Li也獨(dú)立于w.因此，概括地，輸入線團(tuán)線的線寬度的降低(如由圖ll(c)和ll(d)中的輸入線圈30和輸入線圈31所示)導(dǎo)致Ci的減小，但是當(dāng)Mi和Li未發(fā)生變化時(shí)，并不導(dǎo)致任何靈敏度S"Mi4)/(Li+Lg)的損失(在此Lg是梯度計(jì)的電感且獨(dú)立于SQUID的設(shè)計(jì))。Q的減小導(dǎo)致Za的增加從而使它遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Zcg，并且這反過來進(jìn)一步降低進(jìn)入SQUID墊圈20的電RFI(請(qǐng)參見表1和2以及圖6和7),如果濾波器線靠近SQUID墊圈20，則流經(jīng)濾波器電路線的RF電流還可以4皮耦合進(jìn)SQUID。為了防止這(見，例如圖12(a)-12(c))，包括兩個(gè)被電磁隔離室91、92的SQUID屏蔽卯可被用來單獨(dú)地容納SQUID91a(被示出在室91中)和濾波器電路92a(被示出在室92中)。現(xiàn)有技術(shù)SQUID屏蔽僅具有一個(gè)室。雖然附加室的使用增添了制造過程的難度，但是它被需要以實(shí)現(xiàn)SQUID儀器非屏蔽操作所需要的RF免疫水平。圖12(a)-12(c)示例了包括外殼96的示范性SQUID屏蔽90，所述外殼帶有孔97用于接收具有突出部分98、99的插件93.當(dāng)插件93被插入進(jìn)孔97時(shí)，每個(gè)突出部分98、99密封地裝配在孔97內(nèi)以分別地限定4皮電磁密封的室91、92.在插件93中的第二孔94(例如，小于屏蔽直徑的十分之一)允許在室91中的SQUID91a與室92中的濾波器電路92a之間連接的電線通路，而沒有任何泄漏。為室92中的濾波器電路92a提供接地連接95，這樣現(xiàn)在接地環(huán)路電流屏蔽于SQUID。除了對(duì)稱性電子裝置以外，這個(gè)隔離完全消除了在裝置中的任何接地問題。概括地，用于有效實(shí)施對(duì)RFI不靈敏的實(shí)用次-皮可特斯拉磁場檢測器的一種系統(tǒng)和方法被公開。雖然已經(jīng)示出和說明了各種實(shí)施例，但是要理解到這種公開內(nèi)容并不旨在限制本發(fā)明，而是它旨在涵蓋如所附權(quán)利要求所限定的屬于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)的許多修改和可選擇的結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明不應(yīng)該被限制于具體的硬件或?yàn)V波器電路類型。因此，本領(lǐng)域中的一個(gè)技術(shù)人員可以通過使用具有類似特性(例如，截止頻率和特征的清晰度)的任何形式的濾波器電路(僅作為一實(shí)例，同超導(dǎo)帶狀線所構(gòu)成的濾波器)來加以設(shè)想.權(quán)利要求1.在用于測量磁場的包括被電耦合到梯度計(jì)的超導(dǎo)量子干擾設(shè)備SQUID的裝置中，其中所述SQUID包括將SQUID墊圈與輸入線圈分離開預(yù)定距離t的隔離器，所述輸入線圈被互連到梯度計(jì)，通過增加輸入線圈和SQUID墊圈之間的電容性阻抗ZCi，一種方法用于降低通過梯度計(jì)而將射頻干擾RFI耦合進(jìn)SQUID，所述方法包括下述步驟減少輸入線圈中的導(dǎo)體寬度，以為了減少線圈的電容Ci；以及提供具有若干匝數(shù)N的線圈，以便于輸入線圈Lstrip的帶狀線電感同N2*LSQ相比較可被忽略，其中LSQ是SQUID墊圈的電感，這樣輸入線圈的電感Li約等于N2*LSQ；這樣Ci得到減少，并且ZCi得到增加，并且裝置的靈敏度S未被改變，其中S反比于梯度計(jì)電感Lg和輸入線圈電感Li之和。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中N超過20。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中N超過100。全文摘要一種通過使用被感應(yīng)性地耦合到未被屏蔽的梯度計(jì)的超導(dǎo)量子干擾設(shè)備(SQUID)而用于測量次-皮可特斯拉磁場的儀器包括一濾波器，所述濾波器用于將從磁和電上被耦合的射頻干擾(RFI)濾出SQUID。這個(gè)RFI經(jīng)由未被屏蔽的梯度計(jì)被大體上耦合到SQUID。此外，屏蔽密封被用來從電磁上將濾波器電路屏蔽于SQUID，并且采用一方法來增加輸入線圈與SQUID之間的阻抗而不減少儀器的總靈敏度。文檔編號(hào)G01R33/035GK101303398SQ20081009601公開日2008年11月12日申請(qǐng)日期2003年2月26日優(yōu)先權(quán)日2002年2月26日發(fā)明者A·巴克哈雷夫,N·特拉爾沙瓦拉,Y·波利亞科夫申請(qǐng)人:心臟磁力成像公司