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      超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的制造方法

      文檔序號:8556915閱讀:506來源:國知局
      超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的制造方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及一種磁傳感器,特別是涉及一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 采用超導(dǎo)量子干涉器件(SuperconductingQuantumInte;rferenceDevice,W下 簡稱S卵ID)的傳感器是目前已知的最靈敏、高分辨率的磁傳感器。其最低可探測磁場強度 達到飛特(10-15特斯拉)量級。廣泛應(yīng)用于也磁、腦磁、極低場核磁共振等微弱磁信號探測 和科學(xué)研究中。
      [0003] 直流超導(dǎo)量子干涉器件(簡稱dcS卵ID)采用兩個并聯(lián)的約瑟夫森結(jié)并聯(lián)構(gòu)成超 導(dǎo)環(huán),將結(jié)的兩端引出形成一個兩端子元件,W下所涉及的S卵ID都指直流超導(dǎo)量子干涉 器件。給S卵ID兩端加載一定的偏置電流,S卵ID兩端電壓具有隨外部感應(yīng)磁通大小而變 化的磁敏特性。典型的S卵ID磁通電壓傳輸特性曲線是周期非線性的,W-個磁通量子〇。 的磁通(2. 07X10-15韋伯)為周期。具有很大的磁通感應(yīng)范圍,文獻報道其磁通測量范圍 可達8X104個0。W上。
      [0004] 然而,上述S卵ID周期性非線性的磁通電壓傳輸特性曲線,不具有單值函數(shù)特性。 即無法通過根據(jù)S卵ID電壓輸出大小,獲知實際感應(yīng)磁通的大小。因此無法將S卵ID器件 直接用作磁傳感器。
      [0005] 目前S卵ID磁傳感器是通過一種稱為磁通鎖定環(huán)路(flux-lockedloop,簡稱 化L)的讀出電路來實現(xiàn)磁通電壓的線性轉(zhuǎn)換,構(gòu)建線性磁傳感器。采用化L的磁傳感器受 讀出電路輸出電壓的限制(通常為+-10V)其量程是有限的。同時由于環(huán)路工作時會發(fā)生不 可預(yù)知的工作零點跳變而失鎖,造成測量中斷,信號輸出不連續(xù)。因此采用化L的S卵ID傳 感器無法發(fā)揮S卵ID器件大量程的性能,且易發(fā)生失鎖,造成測量中斷,鎖定一次工作零點 只能測量lOOms-ls時長內(nèi)的磁通變化。該是由于常規(guī)S卵ID傳感器鎖定一次的工作時間 要根據(jù)外部環(huán)境磁場干擾情況而定,有的能工作幾分鐘到幾個小時,它是在受到外部如電 力裝置、手機等電磁場發(fā)生裝置的干擾,造成失鎖。該種干擾具有一定的隨機性。因此該里 主要說明基于化L的S卵ID磁傳感器易受干擾,且重新鎖定后不能回復(fù)到原先的工作零點, 無法實現(xiàn)測量的連續(xù)性。因此,現(xiàn)有的S卵ID磁傳感器不適用長時間連續(xù)工作的系統(tǒng)。因 此限制了S卵ID的應(yīng)用。
      [0006] 隨著S卵ID磁傳感器在地磁測量等領(lǐng)域的擴展,如何發(fā)揮S卵ID器件的特點并能 長時間(如1天甚至一個月W上)的測量外部磁通,避免傳統(tǒng)S卵ID磁傳感器工作零點跳變 造成測量不連續(xù),是本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的問題。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007] 鑒于W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超導(dǎo)量子干涉器磁傳 感器,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的S卵ID磁傳感器無法長時間、無需在鎖定工作零點所在量程 區(qū)間內(nèi)測量外部磁通的問題。
      [000引為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明提供一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器,包 括;用于感應(yīng)外部磁通的第一超導(dǎo)量子干涉器件;與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件相連、且 負反饋至所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的欠反饋電路,用于將所述第一超導(dǎo)量子干涉器件所 輸出的電信號按預(yù)設(shè)比例放大后負反饋至所述第一超導(dǎo)量子干涉器件,使得所述第一超導(dǎo) 量子干涉器件經(jīng)反饋后的電信號W周期單值特性輸出,并且反饋后的電信號在所述外部磁 通所包含的各磁通量子變化周期初始時處于工作零點、所述磁通量子變化周期結(jié)束時刻所 輸出的電信號由峰值跳變至所述工作零點;與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的 信號處理單元,用于根據(jù)所接收的電信號中各跳變沿的方向來確定各所述磁通量子變化周 期的數(shù)字波形信號的幅值并生成所述數(shù)字波形信號,W將所述幅值作為磁通量子的整數(shù)倍 計數(shù),并將所接收的電信號與所生成的數(shù)字波形進行疊加,W得到反映所述外部磁通在連 續(xù)的磁通量子的整數(shù)倍變化期間的電信號。
      [0009] 優(yōu)選地,所述反饋后的電信號在所述外部磁通所包含的各磁通量子變化周期結(jié)束 時刻所輸出的電信號由峰值跳變至所述磁通量子變化周期初始時的工作零點所滿足的臨 界條件為。f+ = 2? ?。,其中,Of為所述欠反饋電路輸出為電壓峰峰值期間所述第 一超導(dǎo)量子干涉器件所感應(yīng)的磁通變化量,為所述反饋電路輸出為電壓峰峰值期間自 身產(chǎn)生的反饋磁通變化量,〇。為一個磁通量子。
      [0010] 優(yōu)選地,所述欠反饋電路包括:放大單元,用于將所述第一超導(dǎo)量子干涉器件所感 應(yīng)的電信號按照預(yù)設(shè)比例予W放大;依次與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件相連的反饋電阻和 反饋電感。
      [0011] 優(yōu)選地,所述放大單元為與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件相連的比例放大器,所述 比例放大器的輸出端為所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端;則所述反饋電阻與所述比例 放大器的輸出端連接,所述反饋電感與所述反饋電阻相連且所述第一超導(dǎo)量子干涉器件互 感。
      [0012] 優(yōu)選地,所述第一超導(dǎo)量子干涉器件通過所述比例放大器的輸出端輸出經(jīng)欠反饋 后的電信號。
      [0013] 優(yōu)選地,所述放大單元包括:與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件互感連接的磁通放大 回路包括;與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件互感的電感L。、與所述反饋電感互感且與電感k 串聯(lián)的第二超導(dǎo)量子干涉器件、與所述第二超導(dǎo)量子干涉器件和電感L。并聯(lián)的電阻Rb22,W 及與所述第二超導(dǎo)量子干涉器件互感的直流磁通調(diào)節(jié)回路;則所述反饋電阻與所述第一超 導(dǎo)量子干涉器件相連,所述反饋電感與所述反饋電阻相連;所述反饋電阻與所述第一超導(dǎo) 量子干涉器件的連接端還與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連。
      [0014] 優(yōu)選地,所述信號處理單元包括;與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的 計數(shù)波形生成器,用于按照所接收的電信號的周期和所述電信號的跳變沿的方向生成數(shù)字 波形信號,其中,當(dāng)所接收的電信號為下跳變沿將當(dāng)前數(shù)字波形信號的幅值增加一個磁通 量子,當(dāng)所接收的電信號為上跳變沿將當(dāng)前數(shù)字波形信號的幅值減少一個磁通量子;與所 述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的整型濾波器,用于將所接收的電信號進行線性矯 正;與所述計數(shù)波形生成器和整型濾波器相連的合成器,用于將矯正后的電信號與所生成 的數(shù)字波形信號進行疊加,W得到對應(yīng)于所述外部磁通的跨多個磁通量子變化周期的電信 號。
      [0015] 優(yōu)選地,所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器還包括;向所述第一超導(dǎo)量子干涉器件提 供可調(diào)偏置電流的第一偏置電路。
      [0016] 優(yōu)選地,所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器還包括;向所述第一超導(dǎo)量子干涉器件提 供可調(diào)偏置電流的第一偏置電路,W及向所述第二超導(dǎo)量子干涉器件提供可調(diào)偏置電流的 第二偏置電路。
      [0017] 如上所述,本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器,具有W下有益效果;利用欠反饋電 路來改變第一超導(dǎo)量子干涉器件所輸出的電信號的周期特性,W實現(xiàn)在一個磁通量子變化 周期內(nèi)電信號的周期單值輸出,且在連續(xù)變化的多個磁通量子變化周期內(nèi),呈現(xiàn)若磁通增 加一個變化周期,電信號具有一個下跳變沿,若磁通減少一個變化周期,電信號具有一個上 跳變沿的特征,如此,本發(fā)明所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器能夠在多個磁通量子變化周 期的跨度范圍內(nèi)進行測量且無需進行工作零點鎖定,能有效增加超導(dǎo)量子干涉器件磁傳感 器的測量時間和量程。
      【附圖說明】
      [0018] 圖1顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0019] 圖2顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器在一個磁通量子變化周期中第一 超導(dǎo)量子干涉器件在欠反饋電路的反饋前后輸出的電信號波形示意圖。
      [0020] 圖3顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器在連續(xù)跨越兩個磁通量子變化周 期內(nèi)所述欠反饋電路所輸出的電信號波形示意圖。
      [0021] 圖4顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的一種優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0022] 圖5顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的又一種優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0023] 圖6顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器中信號處理單元的一種優(yōu)選方式 的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0024] 圖7顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器在連續(xù)跨越兩個磁通量子變化周 期內(nèi)所述信號處理單元中整型濾波器、計數(shù)波形生成器和合成器各自所輸出的電信號波形 示意圖。
      [00巧]元件標(biāo)號說明
      [0026] 1 超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器
      [0027] 11 第一超導(dǎo)量子干涉器件
      [002引 12 欠反饋電路
      [0029] 121 比例放大器
      [0030] 121' 磁通回路放大器
      [0031] 122、122' 反饋電阻
      [0032] 123、123, 反饋電感
      [0033] 124 直流磁通調(diào)節(jié)回路
      [0034] 13 信號處理單元
      [00巧]131 計數(shù)波形生成器
      [0036] 132 整型濾波器
      [0037] 133 合成器
      [003引 14 第一偏置電路
      [003引 1 第二偏置電路
      【具體實施方式】
      [0040] W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±可由本說明 書所掲露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
      [0041] 請參閱圖1至圖7。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 W配合說明書所掲示的內(nèi)容,W供熟悉此技術(shù)的人±了解與閱讀,并非用W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,
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