用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法，至少包括：與所述讀出電路和超導(dǎo)量子干涉器件連接的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器，用于將外接的電源分別轉(zhuǎn)換成超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓和讀出電路的偏移電壓；與所述讀出電路的測試信號輸入端、輸出端及數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器相連的調(diào)控裝置，用于基于所述測試信號輸入端所輸入的信號的周期，檢測所述輸出端所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和直流偏移電壓，基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓，實現(xiàn)超導(dǎo)量子干涉器及其讀出電路工作參數(shù)的自動調(diào)試設(shè)置。
【專利說明】用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]米用超導(dǎo)量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下簡稱SQUID)的傳感器是目前已知的最靈敏的磁傳感器。由于其非線性特性且輸出電壓極其微弱(幾十個微伏以內(nèi))的原因，傳感器不能直接通過檢測所輸出電壓來判斷磁場的大小。這使得傳感器的一致性和可重復(fù)性較差。另外由于工藝穩(wěn)定性等問題，不同傳感器中器件的工作參數(shù)也不同。因此每個器件都要獨立調(diào)試參數(shù)。
[0003]其中，所述傳感器中的包括:超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)和讀出電路。
[0004]SQUID是一個由兩個約瑟夫森結(jié)(類似半導(dǎo)體的PN結(jié))構(gòu)成的超導(dǎo)量子干涉器件，當(dāng)給SQUID兩端加一定的偏置電流時，偏置電流大到一定值(1uA量級)時，就表現(xiàn)出磁敏感特性，即SQUID兩端的電壓會隨著加載在它上面的磁通而變化，稱為磁通電壓轉(zhuǎn)換特性，當(dāng)磁通電壓轉(zhuǎn)換特性達(dá)到最強(qiáng)時，此時最敏感，此時的這個偏置電流稱為最佳工作電流，也是本調(diào)試系統(tǒng)要調(diào)節(jié)的關(guān)鍵參數(shù)。在實際應(yīng)用中，SQUID的這個工作電流是通過一個外部加載的電壓源驅(qū)動一個與SQUID串聯(lián)的大電阻來產(chǎn)生的，因此，外部需要加載這個電壓源稱為偏置電壓，偏置電壓對應(yīng)產(chǎn)生偏置電流。
[0005]讀出電路部分的功能是將SQUID兩端的電壓信號檢測并放大，送到積分器通過積分反饋的方式(磁通鎖定原理)實現(xiàn)磁通電壓的線性轉(zhuǎn)換。這個電路原理要求在工作點處送入積分器的電壓為零。而SQUID輸出電壓中帶有直流偏移量，因此在送入積分器輸入端時，包含了直流偏移電壓，因此需要通過一個減法調(diào)零電路，即從外面輸入一個偏移電壓，兩個電壓相減，將這個直流偏移電壓消除，滿足讀出電路工作的要求。因此外部加載的這個用于消除SQUID器件工作點處直流量的調(diào)零電壓，稱為偏移電壓。這是為了電路能正常工作所需的參數(shù)。
[0006]目前，采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器在使用前需要熟悉傳感器特性的專業(yè)人員人工完成參數(shù)的調(diào)試，人工參數(shù)調(diào)試所述傳感器不僅精度低，而且在投入運行前要在器件參數(shù)調(diào)試上耗費時間，使得系統(tǒng)效率受限。具體地，專業(yè)人員主要在所述傳感器的調(diào)試狀態(tài)下來人工調(diào)試所述偏置電壓和偏移電壓。
[0007]由多個超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成的多通道系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣，如64通道心磁系統(tǒng)，200通道的腦磁系統(tǒng)，以及天文觀測應(yīng)用的SQUID探測陣列系統(tǒng)。在多通道系統(tǒng)中，需要人工調(diào)試每個通道上的傳感器。人工調(diào)試需要熟悉SQUID特性的專業(yè)技術(shù)人員在外部儀器如示波器，信號發(fā)生器等的輔助下，逐個調(diào)試電路參數(shù)，通過人工判別實現(xiàn)傳感器最佳工作參數(shù)的調(diào)試。由此可見，人工調(diào)試所耗費的時間將隨著通道數(shù)的增加而大大增加，成為系統(tǒng)使用過程中的一個障礙，同時人工調(diào)試，對調(diào)試人員的在SQUID器件方面的專業(yè)技術(shù)要求高，不利于SQUID系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。
[0008]因此，需要提高傳感器在使用前的調(diào)試效率和精度，縮短傳感器投入運行的時間，消除對SQUID專業(yè)人員的依賴，消除SQUID應(yīng)用的推廣的壁壘。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中傳感器在使用前的調(diào)試對專業(yè)人員的依賴度過高的問題。
[0010]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，所述傳感器包括:超導(dǎo)量子干涉器件和與所述超導(dǎo)量子干涉器件相連的讀出電路，所述調(diào)試系統(tǒng)至少包括:與所述讀出電路和超導(dǎo)量子干涉器件連接的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器，用于將外接的電源分別轉(zhuǎn)換成所述超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓和所述讀出電路的偏移電壓；與所述讀出電路的測試信號輸入端、輸出端及數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器相連的調(diào)控裝置，用于基于所述測試信號輸入端所輸入的信號的周期，檢測所述輸出端所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓，基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓。
[0011]優(yōu)選地，所述調(diào)控裝置包括:與所述讀出電路的測試信號輸入端相連的測試信號產(chǎn)生模塊，用于按照所述超導(dǎo)量子的磁通周期生成交變的測試信號，并輸出至所述測試信號輸入端；與所述讀出電路的輸出端相連的采樣模塊，用于基于所述測試信號的周期過采樣所述輸出端所輸出的感應(yīng)信號的電壓值；與所述測試信號產(chǎn)生模塊和采樣模塊相連的調(diào)控單元，包括:
[0012]與所述采樣模塊相連的運算模塊，用于從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓；與所述運算模塊連接的第一調(diào)控模塊，用于比較所確定的相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出增大預(yù)設(shè)步長后的偏置電壓，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0013]優(yōu)選地，所述第一調(diào)控模塊還用于在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出減少減半后的步長后的偏置電壓，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0014]優(yōu)選地，所述第一調(diào)控模塊還用于在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上增加本次所減半后的步長并予以輸出，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上減少本次所減半后的步長并予以輸出，如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0015]優(yōu)選地，所述調(diào)試系統(tǒng)還包括:與外界電源相連的受控電源開關(guān)，用于在所述調(diào)控單元開始調(diào)試時閉合，在所述調(diào)控單元確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓斷開。
[0016]優(yōu)選地，所述調(diào)控單元還包括:與所述運算模塊連接的第二調(diào)控模塊，用于若所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)整。
[0017]基于上述目的，本發(fā)明還提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其中，所述傳感器外接偏置電壓和偏移電壓，至少包括:基于輸入所述傳感器的信號的周期，檢測所述傳感器所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓；基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所外接的偏置電壓；將所外接的偏移電壓調(diào)整為所確定的偏移電壓或所確定的偏移電壓的相反值。
[0018]優(yōu)選地，從所檢測的感應(yīng)信號中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓的步驟包括:基于輸入所述傳感器的信號的周期，過采樣所述傳感器所輸出的感應(yīng)信號的電壓值；從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓。
[0019]優(yōu)選地，所述逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式包括:比較相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，將外接的偏置電壓增加預(yù)設(shè)步長，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整外接的偏置電壓。
[0020]優(yōu)選地，所述逐步調(diào)整外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并將外接偏置電壓減少減半后的步長后輸至所述傳感器，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述偏置電壓。
[0021]優(yōu)選地，所述逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，將外接偏置電壓增加本次減半后的步長并輸至所述傳感器，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，將外接偏置電壓減少本次減半后的步長并予以輸出；如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0022]優(yōu)選地，所述逐步調(diào)整所外接的偏移電壓的方式包括:若所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所外接的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)整。
[0023]優(yōu)選地，所述調(diào)試方法還包括:基于外界啟動調(diào)試信號控制所述傳感器將當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)為調(diào)試狀態(tài)；以及在確定不再調(diào)整所述偏置電壓時，控制所述傳感器由調(diào)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。
[0024]如上所述，本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:在傳感器的外部接入可調(diào)的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器，并由調(diào)控單元根據(jù)相鄰檢測的電壓峰峰值的比較，采用逐步調(diào)整的方式來調(diào)整超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓，能夠有效解決人工調(diào)試所帶來的不準(zhǔn)確、費時等問題，還能夠提高調(diào)整精度，特別適用在多通道的傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方式的的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)的一種優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法的流程圖。
[0029]圖5顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法的一種優(yōu)選方式的流程圖。
[0030]圖6顯示為本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法的又一種優(yōu)選方式的流程圖。
[0031]元件標(biāo)號說明
[0032]I調(diào)試系統(tǒng)
[0033]11數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器
[0034]12調(diào)控裝置
[0035]121采樣模塊
[0036]122運算模塊
[0037]123第一調(diào)控模塊
[0038]124第二調(diào)控模塊
[0039]125測試信號產(chǎn)生模塊
[0040]126調(diào)控單元
[0041]13受控電源開關(guān)
[0042]14控制單元
[0043]2傳感器
[0044]21超導(dǎo)量子干涉器件
[0045]22讀出電路
[0046]221單刀多置的受控開關(guān)
[0047]222復(fù)位受控開關(guān)
[0048]SI ?S3、S4、S5 步驟

【具體實施方式】
[0049]以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
[0050]請參閱圖1至圖3。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。
[0051]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)。其中，所述傳感器2包括:超導(dǎo)量子干涉器件21和與所述超導(dǎo)量子干涉器件21相連的讀出電路22。
[0052]其中，所述讀出電路22具有調(diào)試功能，如圖2所示，所述讀出電路22中的積分電路包括:開環(huán)/閉環(huán)的單刀多置的受控開關(guān)221，當(dāng)所述單刀多置的受控開關(guān)221在開環(huán)一偵牝則所述傳感器2進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，當(dāng)所述單刀多置的受控開關(guān)221在閉環(huán)一側(cè)，則所述傳感器2進(jìn)入工作狀態(tài)。所述讀出電路22中的積分電路還包括復(fù)位受控開關(guān)222，當(dāng)所述復(fù)位受控開關(guān)受222控閉合時，所述積分電路處于復(fù)位狀態(tài)，反之，所述積分電路處于反饋狀態(tài)。其中，所述單刀多置的受控開關(guān)221和復(fù)位受控開關(guān)222可由外部的計算機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制。優(yōu)選地，所述調(diào)試系統(tǒng)I中包括控制單元14。
[0053]所述控制單元14與所述讀出電路22的控制端相連，用于基于所接收的啟動調(diào)試信號來向所述控制端輸出開關(guān)信號，以令所述讀出電路22進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。
[0054]具體地，所述控制端為所述單刀多置的受控開關(guān)221和復(fù)位受控開關(guān)222的控制接口。當(dāng)所述控制單元14接收到來自外部計算機(jī)設(shè)備發(fā)送的啟動調(diào)試信號時，向所述控制端中單刀多置的受控開關(guān)221的接口輸出將所述單刀多置的受控開關(guān)221向開環(huán)反饋方向閉合的開關(guān)信號，同時向所述控制端中的復(fù)位受控開關(guān)222的接口輸出將所述復(fù)位受控開關(guān)222斷開的開關(guān)信號，由此，所述讀出電路進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。
[0055]所述調(diào)試系統(tǒng)I在所述傳感器2處于調(diào)試狀態(tài)時，自動的對所述傳感器2進(jìn)行調(diào)試，以便所述傳感器2能夠正常工作。
[0056]所述調(diào)試系統(tǒng)I包括:數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11、調(diào)控裝置12。
[0057]所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11與所述讀出電路22和超導(dǎo)量子干涉器件21連接，用于將外接的電源分別轉(zhuǎn)換成所述超導(dǎo)量子干涉器件21的偏置電壓和所述讀出電路22的偏移電壓。其中，所述調(diào)試時的偏置電壓和偏移電壓可以按照經(jīng)驗設(shè)定初始值，所述初始值可以是零，也可以按照經(jīng)驗以遠(yuǎn)低于所述傳感器2正常工作時所需的相應(yīng)電壓來預(yù)設(shè)。所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11還與外界的電源相連，同時還與所述調(diào)控單元12相連。
[0058]所述調(diào)控裝置12與所述讀出電路22的測試信號輸入端、輸出端及數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11相連，用于基于所述測試信號輸入端所輸入的信號的周期，檢測所述輸出端所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓，基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓。其中，所述調(diào)控裝置12為包含模擬器件、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及具有處理能力的芯片的電路。
[0059]具體地，所述調(diào)控裝置12向所述讀出電路22的測試信號輸入端輸入預(yù)設(shè)周期的三角波信號，所述超導(dǎo)量子干涉器件21在所述三角波信號的感應(yīng)下通過所述讀出電路22輸出與所述三角波信號的周期相同的感應(yīng)信號，所述調(diào)控裝置12從所述讀出電路22的輸出端接收所述感應(yīng)信號，并利用所包含的模擬電路檢測一個周期內(nèi)所述感應(yīng)信號的電壓峰峰值和所述讀出電路22的偏移電壓，從所檢測的第二個周期開始，當(dāng)所確定的前一電壓峰峰值小于等于后一電壓峰峰值，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓增加預(yù)設(shè)步長后再予以輸出，直至所述后一所述電壓峰峰值小于等于前一所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓，同時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將所輸出的偏移電壓改為當(dāng)前所確定的偏移電壓或所確定的偏移電壓的相反值，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將調(diào)整后的偏移電壓輸至所述讀出電路22中的調(diào)零電路中，由此來抵消所述讀出電路22中產(chǎn)生的偏移電壓。其中，所述調(diào)零電路可以為加法器、或減法器。
[0060]例如，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓為0，偏移電壓為0，則所述調(diào)控裝置12經(jīng)過檢測兩個周期的感應(yīng)信號，確定所述兩個周期的感應(yīng)信號的電壓峰峰值和偏移電壓也均為0，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(0+L)，其中，L為預(yù)設(shè)的步長，同時仍令所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出Ov偏移電壓；接著，在所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出偏置電壓L和偏移電壓O時，所述調(diào)控裝置12再檢測一個周期的感應(yīng)信號，并確定當(dāng)前周期的電壓峰峰值為al、偏移電壓a2，其中，al>0，通過比較可知，所檢測的前一周期的電壓峰峰值a0〈(小于)后一周期的電壓峰峰值al，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(al+L)，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏移電壓調(diào)整為_a2，以此類推，直至所檢測的后一所述電壓峰峰值小于等于前一所述電壓峰峰值，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓，同時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將所輸出的偏移電壓改為當(dāng)前所確定的偏移電壓的相反值。
[0061]優(yōu)選地，如圖3所示，所述調(diào)控裝置12包括:測試信號產(chǎn)生模塊125、采樣模塊121、調(diào)控單元126，。其中，所述調(diào)控單元126包括:運算模塊122、第一調(diào)控模塊123及第二調(diào)控模塊124。其中，所述調(diào)試單元為一種能夠按照事先存儲的程序，自動、高速地進(jìn)行大量數(shù)值計算和各種信息處理的現(xiàn)代化智能電子設(shè)備，且能與測試信號產(chǎn)生模塊125、采樣模塊121進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其硬件包括但不限于微處理器、FPGA、DSP、嵌入式設(shè)備等。
[0062]所述測試信號產(chǎn)生模塊125與所述讀出電路22的測試信號輸入端相連，用于按照所述超導(dǎo)量子的磁通周期生成交變的測試信號，并輸出至所述測試信號輸入端。
[0063]具體地，所述測試信號產(chǎn)生模塊125產(chǎn)生在SQUID上加載磁通量子滿足:Φ0=2.07*10-15Wb的周期磁通作為測試信號，以便檢測SQUID的感應(yīng)信號。其中，所述測試信號優(yōu)選為三角波信號。
[0064]所述采樣模塊121與所述讀出電路22的輸出端相連，用于基于所述測試信號輸入端所輸入的周期過采樣所述輸出端所輸出的感應(yīng)信號的電壓值。
[0065]具體地，所述采樣模塊121為采樣電路，按照所述讀出電路22的測試信號輸入端所輸入的三角波信號的周期的8倍以上(或16倍、24倍等)，將所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行過采樣，并保存一個周期內(nèi)所采樣的各電壓值。
[0066]所述運算模塊122與所述采樣模塊121相連，用于從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓。其中，所述運算模塊122可以是MCU (微控制單元)，也可以是包含運算器件的運算電路。
[0067]所述第一調(diào)控模塊123與所述運算模塊122連接，用于比較所確定的相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出增大預(yù)設(shè)步長后的偏置電壓，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓。
[0068]所述第二調(diào)控模塊124與所述運算模塊122連接，用于若所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)整。
[0069]其中，所述第一調(diào)控模塊123和所述第二調(diào)控模塊124可以安裝在一個MCU中，也可以由多個MCU來實現(xiàn)。
[0070]例如，所述采樣模塊121在第(η-l)個和第η個周期中采樣12個所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號的電壓值，并將所采樣的12個電壓值輸至所述運算模塊122，所述運算模塊122從中提取最大電壓值和最小電壓值，并分別代入公式:Vpp= (Vmax - Vmin)和Vdc=(Vmax+Vmin)/2,以得到所述第(n_l)個周期中感應(yīng)信號的電壓峰峰值Vpp (n_l)和偏移電壓Vdc (η-l)，以及所述第η個周期中感應(yīng)信號的電壓峰峰值Vpp (η)和偏移電壓Vdc (η)，其中,Vpp為所采樣的周期內(nèi)的電壓峰峰值,Vmax為所采樣的周期內(nèi)的最大電壓值,Vmin為所采樣的周期內(nèi)的最小電壓值，Vdc為所采樣的周期內(nèi)的偏移電壓；
[0071]接著,所述第一調(diào)控模塊123將Vpp (n)、Vpp(n_l)進(jìn)行比較,若Vpp (n) >Vpp (n_l),則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將當(dāng)前的偏置電壓提高至(a3+L)，以便輸至所述超導(dǎo)量子干涉器件21，其中，a3為調(diào)整前的偏置電壓，L為預(yù)設(shè)的步長；
[0072]與此同時，所述第二調(diào)控模塊124判斷Vdc(n)是否大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，若大于所述最小偏移電壓，則將當(dāng)前的偏移電壓調(diào)整為-Vdc (η)，并輸至所述讀出電路22中的包含加法器的調(diào)零電路中，反之，則不予調(diào)整。
[0073]需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，所述第一調(diào)控模塊123和第二調(diào)控模塊124可以是同時執(zhí)行，也可以先執(zhí)行所述第二調(diào)控模塊124再執(zhí)行第一調(diào)控模塊123，或者先執(zhí)行所述第一調(diào)控模塊123再執(zhí)行第二調(diào)控模塊124。
[0074]優(yōu)選地，所述第一調(diào)控模塊123還用于在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，將前一次步長的基礎(chǔ)上減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出減去所述減半后的步長后的偏置電壓，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓。
[0075]具體地，當(dāng)所述第一調(diào)控模塊123在確定后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，意味著對超導(dǎo)量子干涉器件21的偏置電壓調(diào)過了，故，以所述預(yù)設(shè)步長為基礎(chǔ)，將前一次步長的基礎(chǔ)上減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出減去所述減半后的步長后的偏置電壓，以反調(diào)所述超導(dǎo)量子干涉器件21的偏置電壓，直至后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓。
[0076]例如，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓為a4，所述第一調(diào)控模塊123在確定當(dāng)前所述電壓峰峰值Vpp (η)小于前一個所述電壓峰峰值Vpp (η-l)時，將步長調(diào)整為L/2，其中，L為預(yù)設(shè)步長，則所述第一調(diào)控模塊123將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓調(diào)整為(a4 - L/2)，接著，再通過采樣模塊121和運算模塊122得到新一周期的電壓峰峰值Vpp (n+1)，當(dāng)Vpp (n+1) <Vpp (η)，則將步長調(diào)整為L/4，則所述第一調(diào)控模塊123將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓調(diào)整為(a4 - L/2 - L/4),以此類推，直至電壓峰峰值Vpp (n+i)彡Vpp (η+1-l)，則不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓。
[0077]更為優(yōu)選地，所述第一調(diào)控模塊123還用于在后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值轉(zhuǎn)為后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上增加本次所減半后的步長并予以輸出，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上減少本次所減半后的步長并予以輸出，如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0078]例如，所述第一調(diào)控模塊123在最初的調(diào)試階段，基于后一電壓峰峰值大于前一電壓峰峰值時，按照預(yù)設(shè)的步長L逐步增大所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器的偏置電壓，直至后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，得到偏置電壓M，并以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將輸出的偏置電壓改為(M-L/2)，并判斷得到減半后的步長大于預(yù)設(shè)步長閾值，并繼續(xù)判斷得到后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值時，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將輸出的偏置電壓改為(M-L/2-L/4)。。。以此類推；
[0079]直至判斷后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值，并且減半后的步長L/(2(n+1))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將輸出的偏置電壓改為(M-L/2-L/4-…-L/ (2n)) +L/ (2(n+1))，并繼續(xù)判斷后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值，且減半后的步長L/(2(n+2))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將輸出的偏置電壓改為(M-L/2-L/4—..-L/(2n))+L/(2(n+1))+L/(2(n+2))。。。以此類推；
[0080]直至判斷后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值，并且減半后的步長L/(2(_+1))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將輸出的偏置電壓改為(M-L/2-L/4——L/ (2n)) +L/ (2(n+1))+L/ (2(n+2)) +…+L/ (2(n+m))-L/ (2(n+m+1))，此時，判斷得到 L/(2(n+m+2))小于等于預(yù)設(shè)步長閾值，則確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓，則所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓為(M-L/2-L/4-"-L/(2n))+L/(2(n+1))+L/(2(n+2))+...+L/(2(n+m))-L/(2(n+m+1))。其中，η為減少偏置電壓的次數(shù)，m為增加偏置電壓的次數(shù)。
[0081]作為一種優(yōu)選方案，如圖3所示，所述調(diào)試系統(tǒng)I還包括:與所述調(diào)控裝置12連接的受控電源開關(guān)13。
[0082]所述受控電源開關(guān)13與外界電源相連，用于在所述調(diào)控裝置12開始調(diào)試時閉合，在所述調(diào)控裝置12確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏置電壓斷開。其中，所述受控電源開關(guān)13可以包含D觸發(fā)器和受所述D觸發(fā)器控制的開關(guān)，也可以包含與非門及受所述與非門控制的開關(guān)。
[0083]具體地，所述調(diào)控裝置12受外部計算機(jī)設(shè)備控制，當(dāng)所述外部計算機(jī)設(shè)備控制所述調(diào)控裝置12開始調(diào)試時，向所述受控電源開關(guān)13輸出高電平，則所述受控電源開關(guān)中的D觸發(fā)器(或與非門)控制相應(yīng)的開關(guān)閉合，以向所述調(diào)控裝置12中的有源器件供電，反之，所述外部計算機(jī)設(shè)備在接收到所述調(diào)控裝置12不再繼續(xù)調(diào)試的信號時，向所述受控電源開關(guān)13輸出低電平，則所述受控電源開關(guān)中的D觸發(fā)器(或與非門)控制相應(yīng)的開關(guān)斷開，由此令所述調(diào)控裝置12退出對所述傳感器2的調(diào)試。
[0084]所述調(diào)控系統(tǒng)調(diào)試傳感器2的工作過程舉例如下:
[0085]所述控制單元14接收到來自外部計算機(jī)設(shè)備發(fā)送的啟動調(diào)試信號時，向所述控制端中單刀多置的受控開關(guān)221的接口輸出將所述單刀多置的受控開關(guān)221向開環(huán)反饋方向閉合的開關(guān)信號，同時向所述控制端中的復(fù)位受控開關(guān)222的接口輸出將所述復(fù)位受控開關(guān)222斷開的開關(guān)信號，由此，所述讀出電路22進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)；
[0086]所述受控電源開關(guān)13在外部計算機(jī)設(shè)備的控制下閉合，此時所述調(diào)控單元12上電，并將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11所輸出的偏置電壓和偏移電壓均初始化為0，以及將所調(diào)試的傳感器2中的讀出電路22調(diào)為開環(huán)反饋；
[0087]接著，所述調(diào)控單元126中的測試信號產(chǎn)生模塊125開始向所述讀出電路22輸入預(yù)設(shè)周期的三角波信號，同時，所述調(diào)控單元12中的采樣模塊121按照所述周期對所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行12倍采樣，并由運算模塊122利用公式:Vpp=(Vmax -Vmin)和Vdc= (Vmax+Vmin) /2來確定所輸出的感應(yīng)信號在兩個周期內(nèi)各自的電壓峰峰值Vpp (O)、Vpp (I)及Vdc (O)、Vdc (I)，由于初始化的偏置電壓和偏移電壓均為0，則所述第一調(diào)控模塊123比較Vpp (O) =Vpp(I)=O,則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(0+L)，同時，所述第二調(diào)控模塊124將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏移電壓調(diào)為O ;
[0088]在第一次調(diào)整后，所述采樣模塊121繼續(xù)按照所述周期對所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行12倍采樣，并由運算模塊122利用上述公式確定所輸出的感應(yīng)信號在所采樣的周期中的電壓峰峰值Vpp (2)和偏移電壓Vdc(2)，再由所述第一調(diào)控模塊123比較Vpp(l)〈Vpp(2)，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(L+L)，同時，所述第二調(diào)控模塊124將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏移電壓調(diào)為-Vdc (2)；
[0089]在第二次調(diào)整后，所述采樣模塊121繼續(xù)按照所述周期對所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行12倍采樣，并由運算模塊122利用上述公式確定所輸出的感應(yīng)信號在所采樣的周期中的電壓峰峰值Vpp (3)和偏移電壓Vdc (3)，再由所述第一調(diào)控模塊123比較Vpp (2) >Vpp (3)，則將步長減半，并將減半后的步長與預(yù)設(shè)步長閾值L’進(jìn)行比較，此時，減半后的步長L/2>L’，則所述第一調(diào)控模塊123控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(2L-L/2)，同時，所述第二調(diào)控模塊124將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏移電壓調(diào)為-Vdc (3)；
[0090]在第三次調(diào)整后，所述采樣模塊121繼續(xù)按照所述周期對所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行12倍采樣，并由運算模塊122利用上述公式確定所輸出的感應(yīng)信號在所采樣的周期中的電壓峰峰值Vpp (4)和偏移電壓Vdc (4)，再由所述第一調(diào)控模塊123比較Vpp (3) <Vpp (4)、且L/4>L’，則所述第一調(diào)控模塊123控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(2L-L/2+L/4)，同時，所述第二調(diào)控模塊124將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏移電壓調(diào)為-Vdc⑷；
[0091]在第四次調(diào)整后，所述采樣模塊121繼續(xù)按照所述周期對所述讀出電路22所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行12倍采樣，并由運算模塊122利用上述公式確定所輸出的感應(yīng)信號在所采樣的周期中的電壓峰峰值Vpp (5)和偏移電壓Vdc(5)，再由所述第一調(diào)控模塊123比較Vpp (4) <Vpp (5)、且L/8〈L’，則確定不再調(diào)整偏置電壓，同時，所述第一調(diào)控模塊123控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11將偏置電壓調(diào)整為(2L-L/2+L/4)，所述第二調(diào)控模塊124將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11輸出的偏移電壓調(diào)為-Vdc (5)，所述第一調(diào)控模塊123通知所述受控電源開關(guān)斷開和所述控制單元14將所述傳感器由調(diào)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)；
[0092]所述受控電源開關(guān)13受控斷開后，所述調(diào)控單元12無電源供電而自動退出調(diào)試；所述控制單元14向所述單刀多置的受控開關(guān)輸出低電平，則所述單刀多置的受控開關(guān)轉(zhuǎn)向接通積分電路的閉環(huán)環(huán)路，由此，所述傳感器2的讀出電路22中的形成閉環(huán)反饋，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器11按照最后一次調(diào)整的偏置電壓(2L-L/2+L/4)和偏移電壓_Vdc(5)分別向所述超導(dǎo)量子干涉器件21和讀出電路22中的調(diào)零點路供電。
[0093]如圖4所示，本發(fā)明還提供一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法。其中，傳感器由數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器提供偏置電壓和偏移電壓。所述調(diào)試方法主要由調(diào)控單元來執(zhí)行，所述調(diào)控單元為安裝在MCU的應(yīng)用軟件。
[0094]在步驟SI中，所述調(diào)控單元基于輸入所述傳感器的信號的周期，檢測所述傳感器所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓。
[0095]具體地，所述調(diào)控單元向所述讀出電路的測試信號輸入端輸入預(yù)設(shè)周期的三角波信號，所述超導(dǎo)量子干涉器件在所述三角波信號的感應(yīng)下通過所述讀出電路輸出與所述三角波信號的周期相同的感應(yīng)信號，所述調(diào)控單元從所述讀出電路的輸出端接收所述感應(yīng)信號，并利用所包含的模擬電路檢測一個周期內(nèi)所述感應(yīng)信號的電壓峰峰值和所述讀出電路的偏移電壓。
[0096]優(yōu)選地，所述步驟SI包括步驟Sll、S12 (均未予圖示)。
[0097]在步驟Sll中，所述調(diào)控單元基于輸入所述傳感器的信號的周期，過采樣所述傳感器所輸出的感應(yīng)信號的電壓值。
[0098]具體地，所述調(diào)控單元按照所述讀出電路的測試信號輸入端所輸入的三角波信號的周期的12倍(或16倍、24倍等)，將所述讀出電路所輸出的感應(yīng)信號進(jìn)行過采樣，并保存一個周期內(nèi)所采樣的各電壓值。
[0099]在步驟S12中，所述調(diào)控單元從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓。其中，所述調(diào)控單元中還可以是包含運算器件及MCU的電路。
[0100]在步驟S2中，所述調(diào)控單元基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所外接的偏置電壓。
[0101]具體地，所述調(diào)控單元從所檢測的第二個周期開始，當(dāng)所確定的前一電壓峰峰值小于等于后一電壓峰峰值，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將偏置電壓增加預(yù)設(shè)步長后再予以輸出，直至所述后一所述電壓峰峰值小于等于前一所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0102]例如，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓為0，偏移電壓為0，則所述調(diào)控單元經(jīng)過檢測兩個周期的感應(yīng)信號，確定所述兩個周期的感應(yīng)信號的電壓峰峰值和偏移電壓也均為0，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將偏置電壓調(diào)整為(0+L)，其中，L為預(yù)設(shè)的步長，同時仍令所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出Ov偏移電壓；接著，在所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出偏置電壓L和偏移電壓O時，所述調(diào)控單元再檢測一個周期的感應(yīng)信號，并確定當(dāng)前周期的電壓峰峰值為al、偏移電壓a2，其中，al>0，通過比較可知，所檢測的前一周期的電壓峰峰值O〈后一周期的電壓峰峰值al，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將偏置電壓調(diào)整為(al+L)，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將偏移電壓調(diào)整為_a2，以此類推，直至所檢測的后一所述電壓峰峰值小于等于前一所述電壓峰峰值，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0103]優(yōu)選地，所述調(diào)控單元逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式包括:比較相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，將外接的偏置電壓增加預(yù)設(shè)步長，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整外接的偏置電壓。
[0104]例如，所述調(diào)控單元在第(η-l)個和第η個周期中采樣12個所述讀出電路所輸出的感應(yīng)信號的電壓值，并將所采樣的12個電壓值輸至所述調(diào)控單元，所述調(diào)控單元從中提取最大電壓值和最小電壓值，并分別代入公式:Vpp= (Vmax - Vmin)和Vdc= (Vmax+Vmin)/2，以得到所述第(η-l)個周期中感應(yīng)信號的電壓峰峰值Vpp (η-l)和偏移電壓Vdc (n_l)，以及所述第η個周期中感應(yīng)信號的電壓峰峰值Vpp(n)和偏移電壓Vdc (η)，其中，Vpp為所采樣的周期內(nèi)的電壓峰峰值，Vmax為所采樣的周期內(nèi)的最大電壓值，Vmin為所采樣的周期內(nèi)的最小電壓值，Vdc為所采樣的周期內(nèi)的偏移電壓；接著，所述調(diào)控單元將Vpp (η)、Vpp (η-l)進(jìn)行比較，若Vpp (n) >Vpp (n_l)，則控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將當(dāng)前的偏置電壓提高至(a3+L)，并輸至所述超導(dǎo)量子干涉器件，其中，a3為調(diào)整前的偏置電壓，L為預(yù)設(shè)的步長。
[0105]更為優(yōu)選地，所述調(diào)控單元逐步調(diào)整外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，在前一次步長的基礎(chǔ)上減半，并將外接偏置電壓減少減半后的步長后輸至所述傳感器，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述偏置電壓。
[0106]具體地，當(dāng)所述調(diào)控單元在確定后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，意味著對超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓調(diào)過了，故，以所述預(yù)設(shè)步長為基礎(chǔ)，將前一次步長的基礎(chǔ)上減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出減去所述減半后的步長后的偏置電壓，以反調(diào)所述超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓，直至后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0107]例如，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓為a4，所述調(diào)控單元在確定當(dāng)前所述電壓峰峰值Vpp(n)小于前一個所述電壓峰峰值Vpp(n-l)時，將步長調(diào)整為L/2，其中，L為預(yù)設(shè)步長，則所述調(diào)控單元將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓調(diào)整為(a4 - L/2),接著，再通過調(diào)控單元和調(diào)控單元得到新一周期的電壓峰峰值Vpp (n+1)，當(dāng)Vpp (n+1) <Vpp (η)，則將步長調(diào)整為L/4，則所述調(diào)控單元將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓調(diào)整為(a4 - L/2 -L/4),以此類推，直至電壓峰峰值Vpp (n+i)彡Vpp (η+1-l)，則不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
[0108]更為優(yōu)選地，所述調(diào)控單元逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值轉(zhuǎn)為后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，將外接偏置電壓增加本次減半后的步長并輸至所述傳感器，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，將外接偏置電壓減少本次減半后的步長并予以輸出；
[0109]如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整外接的偏置電壓。
[0110]例如，參照圖5所示，所述調(diào)控單元在最初的調(diào)試階段，基于后一電壓峰峰值Vpp (2) >前一電壓峰峰值Vpp (I)時，按照預(yù)設(shè)的步長L逐步增大外接偏置電壓，直至后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，得到偏置電壓M，并以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，將外接偏置電壓改為(M-L/2)，并判斷得到減半后的步長大于預(yù)設(shè)步長閾值，并繼續(xù)判斷得到后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值時，則將外接偏置電壓改為(M-L/2-L/4)。。。以此類推；
[0111]直至判斷后一個所述電壓峰峰值Vpp(n)大于等于前一個所述電壓峰峰值Vpp(n-l)，并且減半后的步長L/(2(n+1))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，將外接偏置電壓改為(M-L/2-L/4-…-L/(2n))+L/(2(n+1))，并繼續(xù)判斷后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值，且減半后的步長L/(2(n+2))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，將外接偏置電壓改為(M-L/2-L/4——L/ (2n) +L/ (2(n+1))+L/ (2(n+2)))。。。以此類推；
[0112]直至判斷后一個所述電壓峰峰值Vpp(n+m)小于等于前一個所述電壓峰峰值Vpp(n+m-l)，并且減半后的步長L/(2(n+m+1))大于預(yù)設(shè)步長閾值時，則將外接偏置電壓改為(M-L/2-L/4——L/ (2n) +L/ (2(n+1))+L/ (2(n+2)) +…+L/ (2(n+m))-L/ (2(n+m+1)))，此時，判斷得到L/(2(n+m+2))小于等于預(yù)設(shè)步長閾值，則確定不再調(diào)整外接偏置電壓，則外接偏置電壓為
(M-L/2-L/4-----L/ (2n) +L/ (2(n+1))+L/ (2(n+2)) +...+L/ (2(n+m))-L/ (2(n+m+1)))。其中，n 為減少偏置電壓的次數(shù)，m為增加偏置電壓的次數(shù)。
[0113]在步驟S3中，所述調(diào)控單元將所外接的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓。
[0114]具體地，所述調(diào)控單元控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將所輸出的偏移電壓改為當(dāng)前所確定的偏移電壓或所確定的偏移電壓的相反值，所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器將調(diào)整后的偏移電壓輸至所述讀出電路中的調(diào)零電路中，由此來抵消所述讀出電路中產(chǎn)生的偏移電壓。其中，所述調(diào)零電路可以為加法器、或減法器。
[0115]優(yōu)選地，所述調(diào)控單元若按照步驟SI中所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所外接的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)難
iF.0
[0116]例如，所述調(diào)控單元判斷Vdc (η)是否大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，若大于所述最小偏移電壓，則將外接的偏移電壓調(diào)整為-Vdc (η)，并輸至所述讀出電路中的包含加法器的調(diào)零電路中，反之，則不予調(diào)整。
[0117]需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，所述步驟S2和S3可以是同時執(zhí)行，也可以先執(zhí)行所述步驟S2再執(zhí)行步驟S3，或者先執(zhí)行所述S3再執(zhí)行步驟S2。
[0118]優(yōu)選地,如圖6所示,所述調(diào)試方法還包括:步驟S4、S5。
[0119]在步驟SI執(zhí)行之前，所述調(diào)試系統(tǒng)先執(zhí)行步驟S4.
[0120]在步驟S4中，所述調(diào)試系統(tǒng)基于外界啟動調(diào)試信號控制所述傳感器將當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)為調(diào)試狀態(tài)。
[0121]具體地，所述調(diào)試系統(tǒng)將外部的計算機(jī)設(shè)備所發(fā)送的啟動調(diào)試信號轉(zhuǎn)換成用于控制所述傳感器中的單刀多置的受控開關(guān)轉(zhuǎn)向開環(huán)反饋，以及控制所述傳感器中的復(fù)位受控開關(guān)斷開，以將所述傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)為調(diào)試狀態(tài)，然后執(zhí)行步驟S1.
[0122]當(dāng)所述調(diào)試系統(tǒng)根據(jù)步驟S3確定不再調(diào)整所述偏置電壓時，所述調(diào)試系統(tǒng)執(zhí)行步驟S5。
[0123]在步驟S5中，所述調(diào)試系統(tǒng)控制所述傳感器由調(diào)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。
[0124]具體地，所述調(diào)試系統(tǒng)在確定不再調(diào)整所述偏置電壓時一方面控制所述單刀多置的受控開關(guān)轉(zhuǎn)向閉環(huán)反饋，同時繼續(xù)令所述復(fù)位受控開關(guān)斷開，以便所述傳感器轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)，另一方面切斷自身電源。
[0125]綜上所述，本發(fā)明的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)及方法，在傳感器的外部接入可調(diào)的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器，并由調(diào)控單元根據(jù)相鄰檢測的電壓峰峰值的比較，采用逐步調(diào)整的方式來調(diào)整超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓，能夠有效解決人工調(diào)試所帶來的不準(zhǔn)確、費時等問題，還能夠提高調(diào)整精度，特別適用在多通道的傳感器；特別的，根據(jù)超導(dǎo)量子干涉器件的工作原理，在電壓峰峰值隨著偏置電壓的增大而增大階段，按照預(yù)設(shè)步長來增加所述超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓能夠快速地將所述超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓調(diào)整到電壓峰峰值的最大值附近，同時，在電壓峰峰值隨著偏置電壓的增大而減小階段，逐步的將偏置電壓減少前次步長的一半，能夠高精度的將偏置電壓定位在電壓峰峰值最大值附近；另外，當(dāng)調(diào)試完畢后，由受控電源開關(guān)斷開對調(diào)控單元的供電，使得所述傳感器直接進(jìn)入工作狀態(tài)，徹底避免了人工干預(yù)；還有，所述調(diào)控單元在調(diào)試完成時控制受控電源開關(guān)斷開，以及時斷電并令所述傳感器進(jìn)入工作狀態(tài)，由此時限調(diào)試的全自動處理，以杜絕人工參與。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0126]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，所述傳感器包括:超導(dǎo)量子干涉器件和與所述超導(dǎo)量子干涉器件相連的讀出電路，其特征在于，至少包括: 與所述讀出電路和超導(dǎo)量子干涉器件連接的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器，用于將外接的電源分別轉(zhuǎn)換成所述超導(dǎo)量子干涉器件的可調(diào)節(jié)的偏置電壓和讀出電路的偏移電壓； 與所述讀出電路的測試信號輸入端、輸出端及數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器相連的調(diào)控裝置，用于基于所述測試信號輸入端所輸入的測試信號的周期，檢測所述輸出端所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓，基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏置電壓，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器調(diào)整偏移電壓以抵消所確定的偏移電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)控裝置包括: 與所述讀出電路的測試信號輸入端相連的測試信號產(chǎn)生模塊，用于按照所述超導(dǎo)量子的磁通周期生成交變的測試信號，并輸出至所述測試信號輸入端； 與所述讀出電路的輸出端相連的采樣模塊，用于基于所述測試信號的周期過采樣所述輸出端所輸出的感應(yīng)信號的電壓值； 與所述測試信號產(chǎn)生模塊和采樣模塊相連的調(diào)控單元，包括: 與所述采樣模塊相連的運算模塊，用于從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓； 與所述運算模塊連接的第一調(diào)控模塊，用于比較所確定的相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出增大預(yù)設(shè)步長后的偏置電壓，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)控模塊還用于在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出減少減半后的步長后的偏置電壓，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)控模塊還用于在后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值轉(zhuǎn)為后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上增加本次所減半后的步長并予以輸出，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，控制所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器在當(dāng)前的偏置電壓基礎(chǔ)上減少本次所減半后的步長并予以輸出，如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)控單元還包括: 與所述運算模塊連接的第二調(diào)控模塊，用于若所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)控系統(tǒng)還包括:與所述讀出電路的控制端相連的控制單元，用于基于所接收的啟動調(diào)試信號來向所述控制端輸出開關(guān)信號，以令所述讀出電路進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)試系統(tǒng)還包括:與外界電源相連的受控電源開關(guān)，用于在所述調(diào)控裝置開始調(diào)試時閉合，在所述調(diào)控裝置確定不再調(diào)整所述數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換器輸出的偏置電壓斷開。
8.一種用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其中，所述傳感器外接偏置電壓和偏移電壓，其特征在于，至少包括: 基于輸入所述傳感器的測試信號的周期，檢測所述傳感器所輸出的具有所述周期的感應(yīng)信號，并從中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓； 基于相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值的比較結(jié)果來逐步調(diào)整所外接的偏置電壓； 將所外接的偏移電壓調(diào)整為所確定的偏移電壓或所確定的偏移電壓的相反值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，從所檢測的感應(yīng)信號中確定所述周期內(nèi)的電壓峰峰值和偏移電壓的步驟包括: 基于輸入所述傳感器的信號的周期，過采樣所述傳感器所輸出的感應(yīng)信號的電壓值； 從所采樣的一個周期的各電壓值中提取最大電壓值和最小電壓值，并將所述最大電壓值與最小電壓值之差確定為所述電壓峰峰值，將最大電壓值與最小電壓值之和的一半確定為所述偏移電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，所述逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式包括: 比較相鄰檢測的兩個所述電壓峰峰值，在后一個所述電壓峰峰值大于前一個所述電壓峰峰值時，將外接的偏置電壓增加預(yù)設(shè)步長，直至所述后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整外接的偏置電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，所述逐步調(diào)整外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值小于前一個所述電壓峰峰值時，以所述預(yù)設(shè)步長為基準(zhǔn)，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，并將外接偏置電壓減少減半后的步長后輸至所述傳感器，直至在后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，確定不再調(diào)整所述偏置電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，所述逐步調(diào)整所外接的偏置電壓的方式還包括:在后一個所述電壓峰峰值由小于等于前一個所述電壓峰峰值轉(zhuǎn)為后一個所述電壓峰峰值大于等于前一個所述電壓峰峰值時，在前一次步長的基礎(chǔ)上予以減半，將外接偏置電壓增加本次減半后的步長并輸至所述傳感器，直至當(dāng)后一個所述電壓峰峰值小于等于前一個所述電壓峰峰值時，將外接偏置電壓減少本次減半后的步長并予以輸出； 如此反復(fù)，直至本次減半后的步長小于等于預(yù)設(shè)的步長閾值，則確定不再調(diào)整外接的偏置電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，所述逐步調(diào)整所外接的偏移電壓的方式包括: 若所確定的偏移電壓大于預(yù)設(shè)的最小偏移電壓，則將所外接的偏移電壓調(diào)整為抵消所確定的偏移電壓的偏移電壓，反之，則不予調(diào)整。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于采用超導(dǎo)量子干涉器件的傳感器的調(diào)試方法，其特征在于，所述調(diào)試方法還包括: 基于外界啟動調(diào)試信號控制所述傳感器將當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)為調(diào)試狀態(tài)；以及 在確定不再調(diào)整所述偏置電壓時，控制所述傳感器由調(diào)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)。
【文檔編號】G01R33/035GK104422903SQ201310374497
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】王永良, 常凱, 榮亮亮, 孔祥燕, 徐小峰, 謝曉明 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所