一种超导量子干涉装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种超导量子干涉装置，包括：第一探测模块和第二探测模块分别加载偏置电流；偏置电流使得第一探测模块和第二探测模块具有最大磁通电压传输率；磁通变换模块用于感应磁通信号，将磁通信号转换成第一电流，通过与第一探测模块和第二探测模块互感耦合，将第一电流再转换成第一磁通，并将第一磁通耦合至第一探测模块和第二探测模块；跨接在第一探测模块和第二探测模块之间的反馈模块，用于将第一探测模块和第二探测模块上加载的电压之间的压差转换成第二电流，将第二电流转换成第二磁通，并将第二磁通反馈至所述第一探测模块和第二探测模块。本发明专利技术所述的超导量子干涉装置增大了器件磁通-电压转换的电压响应幅度，提高了传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器
，涉及一种量子干涉装置，特别是涉及一种超导量子干涉装置。
技术介绍
超导量子干涉器(superconducting Quantum Interference Device，简称SQUID)是一种非常灵敏的磁通电压转换元件。采用SQUID制作的传感器具有极高的灵敏度，就其功能而言是一种磁通传感器，不仅可以用来测量磁通量的变化，还可以测量能转换为磁通的其他物理量，如电压、电流、电阻、电感、磁感应强度、磁场梯度、磁化率等。SQUID的基本原理是建立在磁通量子化和约瑟夫森效应的基础上的，根据偏置电流的不同，分为直流和射频两类。SQUID作为探测器，可以测量出10-11高斯的微弱磁场，仅相当于地磁场的一百亿分之一，比常规的磁强计灵敏度提高几个数量级，是进行超导、纳米、磁性和半导体等材料磁学性质研究的基本仪器设备，特别是对薄膜和纳米等微量样品是必需的。超导量子干涉器广泛应用于心磁、脑磁、极低场核磁共振以及地球物理磁探测等极微弱磁信号检测和极微弱磁场异常研究中，具有很好的应用前景。SQUID将感应磁通转换成相应的电压信号是基于其磁通-电压转换特性曲线实现的。典型SQUID磁通电压传输特性曲线如图1所示。图1所示的SQUID磁通-电压转换特性曲线中，有两个重要参数表征SQUID的性能：1)工作点(图中所示W点)处的磁通电压转换率，即图中的该转换率表示器件的灵敏度，器件灵敏度越高，则表示用其实现的传感器噪声越低，性能越好。2)SQUID器件实现磁通-电压转换的最大幅度，即图中的VPP，VPP是SQUID感应磁通输出电压的最大摆幅。SQUID感应磁通输出电压的最大摆幅越大，表示SQUID传感器响应外磁通变化的容差越大，稳定性越好。由于SQUID器件输出信号微弱，且工作在低温容器中，因此无论是磁通电压转换率还是信号的幅度都很小，且不能很好地与传感器放大电路匹配。因此，如何提供一种超导量子干涉装置，以解决现有技术中传感器的超导量子干涉装置的磁通电压传输率低，也就是解决现有技术中SQUID器件的磁通电压传输率和磁通电压转换幅度等性能低的种种缺陷，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种超导量子干涉装置，用于解决现有技术中传感器的超导量子干涉装置磁通电压传输率和磁通电压转换幅度等性能低而导致SQUID器件与电路配合工作后的工作点容差能力不高，传感器工作稳定性低等的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种超导量子干涉装置，用于探测磁通信号，包括：第一探测模块，与第二探测模块；所述第一探测模块和第二探测模块分别加载偏置电流；所述偏置电流使得所述第一探测模块和第二探测模块具有最大磁通电压传输率；磁通变换模块，用于感应所述磁通信号，将所述磁通信号转换成第一电流，通过与所述第一探测模块和第二探测模块互感耦合，将所述第一电流再转换成第一磁通，并将所述第一磁通耦合至所述第一探测模块和所述第二探测模块；及跨接在所述第一探测模块和第二探测模块之间的反馈模块，用于将所述第一探测模块和第二探测模块上加载的电压之间的压差转换成第二电流，将所述第二电流转换成第二磁通，并将所述第二磁通反馈至所述第一探测模块和第二探测模块。可选地，所述超导量子干涉装置还包括用于调节所述第一探测模块和/或第二探测模块处于工作状态时的磁通量以调节加载在所述第一探测模块和第二探测模块的电压之间的压差达到最大的调节模块。可选地，所述第二磁通以直接耦合方式或间接耦合方式耦合至所述第一探测模块和第二探测模块中。可选地，当所述第二磁通以直接耦合方式耦合至所述第一探测模块和第二探测模块中时，所述磁通变换模块包括磁通信号感应单元、第一互感单元、及第二互感单元，其中所述磁通信号感应单元的一端与所述第一互感单元的一端相连接，第一互感单元的另一端与第二互感单元的一端相连接，第二互感单元的另一端与所述磁通信号感应单元的另一端相连接以形成闭合环路。可选地，当所述第二磁通以间接耦合方式耦合至所述第一探测模块和第二探测模块中时，所述磁通变换模块包括磁通信号感应单元、第一互感单元、第二互感单元、及第三互感单元，其中所述磁通信号感应单元的一端与第一互感单元的一端相连接，第一互感单元的另一端与第三互感单元的一端相连接，第三互感单元的另一端与第二互感单元的一端相连接，第二互感单元的另一端与磁通信号感应单元的另一端相连接以形成闭合环路。可选地，所述反馈模块包括第四互感单元，当所述第一探测模块和第二探测模块上加载的电压之间的压差转换成第二电流时，所述第二电流通过第四互感单元与所述磁通转换模块中的第三互感单元互感，将所述第二电流产生的磁通转换到所述磁通转换模块中，再通过所述磁通转换模块中的第一互感单元和第二互感单元将所述第二电流产生的磁通分配至所述第一探测模块和第二探测模块。可选地，所述第一互感单元和第二互感单元以同相耦合或反向耦合方式与所述第一探测模块和第二探测模块进行耦合。可选地，所述第一探测模块和第二探测模块包括N个超导量子干涉器，其中，N大于等于1。如上所述，本专利技术所述的超导量子干涉装置，具有以下有益效果：1、本专利技术所述的超导量子干涉装置通过两个并联的探测模块对外加磁通极性相反的响应，形成差模电压输出，该电压是单个探测模块电压变化幅度的两倍，因此增大了器件磁通-电压转换的电压响应幅度。2、本专利技术所述的超导量子干涉装置通过跨接的附加电感和电阻，将差模电压转换成差流并通过附加电感作用于探测模块，形成正反馈效应，大大提高差压的输出，使得器件实现更大的磁通-电压传输率，提高了传感器的灵敏度。3、由于磁通电压响应幅度是提高SQUID器件与电路配合工作后的工作点容差能力，从而提高了传感器的工作稳定性，磁通电压传输率的提高可抑制常温电路中前置放大器等效磁通噪声的影响，大大提升了基于SQUID器件和电路的传感器系统的性能。附图说明图1显示为典型SQUID磁通电压传输特性曲线示意图。图2显示为本专利技术的超导量子干涉装置的原理结构示意图。图3显示为本专利技术的超导量子干涉装置的第一种实施方式示意图。图4显示为本专利技术的超导量子干涉装置的第二种实施方式示意图。图5显示为本专利技术的超导量子干涉装置的第三种实施方式示意图。图6显示为本专利技术的在同相耦合方式下第一探测模块和第二探测模块的磁通电压传输特性曲线示意图。图7显示为本专利技术的磁通信号产生变化时第一探测模块和第二探测模块的磁通电压传输特性曲线示意图。图8显示为本专利技术的在反向相耦合方式下第一探测模块和第二探测模块的磁通电压传输特性曲线示意图。图9显示为本专利技术的理想状态的磁通电压转换特性曲线示意图。图10显示为本专利技术的超导量子干涉装置的第四种实施方式示意图。元件标号说明1 超导量子干涉装置11 第一探测模块12 第二探测模块13 磁通变换模块14 反馈模块15 调节模块131 磁通信号感应单元132 第一互感单元133 第二互感单元134 第三互感单元141 第四互感单元151 偏置互感单元具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导量子干涉装置，用于探测磁通信号，其特征在于，包括：第一探测模块，与第二探测模块；所述第一探测模块和第二探测模块分别加载偏置电流；所述偏置电流使得所述第一探测模块和第二探测模块具有最大磁通电压传输率；磁通变换模块，用于感应所述磁通信号，将所述磁通信号转换成第一电流，通过与所述第一探测模块和第二探测模块互感耦合，将所述第一电流再转换成第一磁通，并将所述第一磁通耦合至所述第一探测模块和所述第二探测模块；及跨接在所述第一探测模块和第二探测模块之间的反馈模块，用于将所述第一探测模块和第二探测模块上加载的电压之间的压差转换成第二电流，将所述第二电流转换成第二磁通，并将所述第二磁通反馈至所述第一探测模块和第二探测模块。

【技术特征摘要】
1.一种超导量子干涉装置，用于探测磁通信号，其特征在于，包括：第一探测模块，与第二探测模块；所述第一探测模块和第二探测模块分别加载偏置电流；所述偏置电流使得所述第一探测模块和第二探测模块具有最大磁通电压传输率；磁通变换模块，用于感应所述磁通信号，将所述磁通信号转换成第一电流，通过与所述第一探测模块和第二探测模块互感耦合，将所述第一电流再转换成第一磁通，并将所述第一磁通耦合至所述第一探测模块和所述第二探测模块；及跨接在所述第一探测模块和第二探测模块之间的反馈模块，用于将所述第一探测模块和第二探测模块上加载的电压之间的压差转换成第二电流，将所述第二电流转换成第二磁通，并将所述第二磁通反馈至所述第一探测模块和第二探测模块。2.根据权利要求1所述的超导量子干涉装置，其特征在于：所述超导量子干涉装置还包括用于调节所述第一探测模块和/或第二探测模块处于工作状态时的磁通量以调节加载在所述第一探测模块和第二探测模块的电压之间的压差达到最大的调节模块。3.根据权利要求1所述的超导量子干涉装置，其特征在于：所述第二磁通以直接耦合方式或间接耦合方式耦合至所述第一探测模块和第二探测模块中。4.根据权利要求3所述的超导量子干涉装置，其特征在于：当所述第二磁通以直接耦合方式耦合至所述第一探测模块和第二探测模块中时，所述磁通变换模块包括磁通信号感应单元、第一互感单元、及第二互感单元，其中所述磁通信号感应单元的一端与所述第一互感单元的一端相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永良，张国峰，徐小峰，孔祥燕，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31