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)明所掲示的技 術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。需說明的是，在不沖突的情況下，W下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征 可W相互組合。
[0042] 需要說明的是，W下實(shí)施例中所提供的圖示僅W示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu) 想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸 繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也 可能更為復(fù)雜。
[0043] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器。所述超導(dǎo)量子干涉器磁 傳感器1能夠感應(yīng)外部環(huán)境的磁通在多個(gè)連續(xù)跨度變化的磁通量子變化周期內(nèi)的磁場(chǎng)信 號(hào)，并將所感應(yīng)的磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0044] 所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器1包括；第一超導(dǎo)量子干涉器件11，欠反饋電路12 及信號(hào)處理單元13。
[0045] 所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11用于感應(yīng)外部磁通。其中，所述外部磁通W-個(gè)磁 通量子（2. 07Xl(Ti5韋伯）的整數(shù)倍劃分多個(gè)磁通量子變化周期。所述第一超導(dǎo)量子干涉 器件11被放置在超導(dǎo)環(huán)境中。所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11在一個(gè)所述磁通量子變化周 期內(nèi)感應(yīng)輸出的電信號(hào)具有周期多值性。例如，所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11在一個(gè)磁通 量子變化周期內(nèi)所輸出的電信號(hào)的波形類似于正弦波。
[0046] 所述欠反饋電路12與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11相連、且負(fù)反饋至所述第一 超導(dǎo)量子干涉器件11，用于將所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11所輸出的電信號(hào)按預(yù)設(shè)比例 放大后負(fù)反饋至所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11，使得所述第一超導(dǎo)量子干涉器件經(jīng)反饋后 的電信號(hào)W周期單值特性輸出，并且反饋后的電信號(hào)在所述外部磁通所包含的各磁通量子 變化周期初始時(shí)處于工作零點(diǎn)、所述磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)刻所輸出的電信號(hào)由峰值跳 變至所述工作零點(diǎn)。
[0047] 具體地，本發(fā)明根據(jù)超導(dǎo)量子干涉器件在一個(gè)磁通量子變化周期內(nèi)是周期信號(hào)的 原理，由所述欠反饋電路12將所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11所輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大并 負(fù)反饋至所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11，使得反饋至所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的磁通在 每個(gè)磁通量子變化周期逐步并最終對(duì)等的抵消相應(yīng)磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)的磁通，使得 所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11感應(yīng)外界磁通和負(fù)反饋的磁通后所輸出的電信號(hào)呈現(xiàn)單值 電壓上升/下降的周期特性，并且反饋后的電信號(hào)在所述外部磁通所包含的各磁通量子變 化周期初始時(shí)處于工作零點(diǎn)、所述磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)刻所輸出的電信號(hào)由峰值跳變 至所述工作零點(diǎn)。其中，所述工作零點(diǎn)可W是某一電壓值，該電壓值經(jīng)過偏移電壓的調(diào)節(jié)處 理后，所述工作零點(diǎn)調(diào)節(jié)到Ov。
[004引優(yōu)選地，W圖2中工作零點(diǎn)（即圖2中電壓為Vw,所對(duì)應(yīng)的W_i、W、Wi點(diǎn)）為起點(diǎn)， 當(dāng)外部感應(yīng)磁通正好為工作零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁通量，W此時(shí)的磁通量為基準(zhǔn)。當(dāng)外部磁通從工 作零點(diǎn)向右增大，增加的外部輸入磁通量為。所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11輸出隨 著磁通量增大而增大，同時(shí)欠反饋電路12產(chǎn)生負(fù)反饋磁通阻尼所述第一超導(dǎo)量子干 涉器件11實(shí)際感應(yīng)磁通0,1,的增大速度。當(dāng)外部磁通增大到一個(gè)磁通量子。。時(shí)，所述第 一超導(dǎo)量子干涉器件11所輸出的電壓達(dá)到正的最大值；外部磁通再增大，所述第一超導(dǎo)量 子干涉器件11輸出電壓通過反饋回路產(chǎn)生的磁通不再能維持抵消外磁通的能力，自動(dòng)發(fā) 生工作零點(diǎn)跳躍，由于外部磁通變化量正好為一個(gè)磁通量子，因此跳躍后進(jìn)入下一個(gè)工作 零點(diǎn)，所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11輸出回歸至所述工作零點(diǎn)。
[0049] 反之，外部磁通從工作零點(diǎn)開始減小。磁通量向左減小，減小的外部輸入磁通量為 〇所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11輸出隨著磁通量減小而減小，同時(shí)所述欠反饋電路 12產(chǎn)生負(fù)反饋磁通，阻尼所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11實(shí)際感應(yīng)磁通的減小。當(dāng) 外部磁通減小達(dá)到一個(gè)磁通量子，同時(shí)所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11所輸出的電壓達(dá)到 負(fù)的最大值；當(dāng)外部磁通再減小，所述第一超導(dǎo)量子干涉器件11輸出電壓產(chǎn)生的負(fù)反饋磁 通不足W抵消外磁通的增大，負(fù)反饋不能達(dá)到平衡，則將發(fā)送工作零點(diǎn)跳躍。由于外部磁通 變化量正好為一個(gè)磁通量子，因此跳躍后進(jìn)入下一個(gè)工作零點(diǎn)，所述第一超導(dǎo)量子干涉器 件11輸出回歸至工作零點(diǎn)。
[0050] 由上述分析課件，從工作零點(diǎn)出發(fā)，磁通增大到一個(gè)磁通量子時(shí)，將發(fā)生工作零點(diǎn) 跳躍，滿足臨界條件：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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(fù)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(hào)按預(yù)設(shè)比例放大后負(fù)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(hào)以周期單值特 性輸出，并且反饋后的電信號(hào)在所述外部磁通所包含的各磁通量子變化周期初始時(shí)處于工 作零點(diǎn)、所述磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)刻所輸出的電信號(hào)由峰值跳變至所述工作零點(diǎn)； 與所述第一超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所接收的電信 號(hào)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(hào)的幅值并生成所述 數(shù)字波形信號(hào)，以將所述幅值作為磁通量子的整數(shù)倍計(jì)數(shù)，并將所接收的電信號(hào)與所生成 的數(shù)字波形進(jìn)行疊加，以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(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，所述反饋后的電信 號(hào)在所述外部磁通所包含的各磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)刻所輸出的電信號(hào)由峰值跳變至 所述磁通量子變化周期初始時(shí)的工作零點(diǎn)所滿足的臨界條件為ΦΓ+Of =2·?。，其中， Of7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，Otl為一 個(gè)磁通量子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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(hào)按照預(yù)設(shè)比例予以放 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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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； 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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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La、與所述反饋電感互感且與電感L a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La并聯(lián)的電阻Rb22，以及與所述第二超導(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。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，所述信號(hào)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(jì)數(shù)波形生成器，用于按照所接收的電 信號(hào)的周期和所述電信號(hào)的跳變沿的方向生成數(shù)字波形信號(hào)，其中，當(dāng)所接收的電信號(hào)為 下跳變沿將當(dāng)前數(shù)字波形信號(hào)的幅值增加一個(gè)磁通量子，當(dāng)所接收的電信號(hào)為上跳變沿將 當(dāng)前數(shù)字波形信號(hào)的幅值減少一個(gè)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(hào)進(jìn) 行線性矯正； 與所述計(jì)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(hào)與所生成 的數(shù)字波形信號(hào)進(jìn)行疊加，以得到對(duì)應(yīng)于所述外部磁通的跨多個(gè)磁通量子變化周期的電信 號(hào)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器，其特征在于，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，以 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。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器。所述磁傳感器包括：第一超導(dǎo)量子干涉器件；欠反饋電路，用于將第一超導(dǎo)量子干涉器件所輸出的電信號(hào)按預(yù)設(shè)比例放大后負(fù)反饋至第一超導(dǎo)量子干涉器件，使得反饋后的第一超導(dǎo)量子干涉器輸出的電信號(hào)以周期單值特性輸出并且反饋后的電信號(hào)在外部磁通所包含的各磁通量子變化周期結(jié)束時(shí)刻所輸出的電信號(hào)由峰值跳變至磁通量子變化周期初始時(shí)的工作零點(diǎn)；信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所接收的電信號(hào)中各跳變沿的方向來確定各磁通量子變化周期的數(shù)字波形信號(hào)的幅值并生成數(shù)字波形信號(hào)，并將所接收的電信號(hào)與所生成的數(shù)字波形進(jìn)行疊加。本發(fā)明能夠在多個(gè)磁通量子變化周期的跨度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，有效增加了測(cè)量時(shí)間和量程。
【IPC分類】G01R33-035
【公開號(hào)】CN104880679
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410072398
【發(fā)明人】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 謝曉明
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2014年2月28日