超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置。本實用新型所述裝置包括：基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件提供高頻交流掃描磁場環(huán)境的掃描磁通加載單元；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的供電端相連、且提供變化的偏置電流的偏置電壓發(fā)生單元；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的放大濾波單元；與所述偏置電壓發(fā)生單元和所述放大濾波單元相連的特性曲線生成單元，用于將所述偏置電壓發(fā)生單元所提供的變化的偏置電流與所述放大濾波單元所輸出的感應(yīng)信號幅度描繪成磁通電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流關(guān)系的特性曲線。本實用新型能夠直接利用該特性曲線來確定所述超導(dǎo)量子干涉器件的磁通轉(zhuǎn)換的情況，并判斷超導(dǎo)量子干涉器件的性能好壞，依此篩選出合格的所述超導(dǎo)量子干涉器件。
【專利說明】超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種器件的特性掃描技術(shù)，特別是涉及一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下簡稱SQUID)是基于磁通量子化和超導(dǎo)約瑟夫遜效應(yīng)的極其靈敏磁傳感器。SQUID是目前已知的最靈敏的磁傳感器，已經(jīng)在生物磁學(xué)，無損檢測，地球物理探測等多種弱磁探測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]超導(dǎo)量子干涉器件，因使用高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料的不同，分為高溫SQUID和低溫SQUID兩種。本說明書所述的SQUID包括了以上兩種SQUID器件。
[0004]超導(dǎo)量子干涉器件是非線性的磁通電壓轉(zhuǎn)換器件。SQUID器件流過一定電流，且電流超過器件約瑟夫森結(jié)的臨界電流后，SQUID器件兩端就會產(chǎn)生電壓，且電壓受到磁通調(diào)制。這種輸出電壓受感應(yīng)磁通影響的特性，使SQUID成為了磁敏感器件，被用作磁傳感器。
[0005]由于超導(dǎo)量子干涉器件采用超導(dǎo)材料的薄膜制備而成，工藝難度大，器件一致性較差，因此一批器件中，并不是每個器件都可以使用，需要通過測試，選則其中電壓響應(yīng)幅度較大的器件，用于制作磁傳感器。
[0006]目前超導(dǎo)量子干涉器件通過在不同磁場下的多條1-V特性曲線，來反映SQUID的信息，再根據(jù)所反映的信息來確定SQUID性能的好壞，也就是說，上述方式無法直觀地從曲線中判斷器件的好壞，實現(xiàn)器件篩選。因此，需要對現(xiàn)有的特性掃描技術(shù)進行改進。
實用新型內(nèi)容
[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法直觀地從一條1-V特性曲線中判斷器件的好壞的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其至少包括:基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件提供高頻交流掃描磁場環(huán)境的掃描磁通加載單元；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的供電端相連、且提供變化的偏置電流的偏置電壓發(fā)生單元，其中，所述變化電壓信號的頻率是所述偏置電流的頻率的十倍以上；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的放大濾波單元；與所述偏置電壓發(fā)生單元和所述放大濾波單元相連的特性曲線生成單元，用于將所述偏置電壓發(fā)生單元所提供的變化的偏置電流與所述放大濾波單元所輸出的所述超導(dǎo)量子干涉器件在所述高頻交流掃描磁場環(huán)境下所產(chǎn)生的感應(yīng)信號描繪成反映磁通電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流關(guān)系的特性曲線。
[0009]優(yōu)選地，所述掃描磁通加載單元包括:電壓發(fā)生器、與所述電壓發(fā)生器相連的反饋電阻以及與所述反饋電阻相連且與所述超導(dǎo)量子干涉器件互感的線圈。[0010]優(yōu)選地，所述掃描磁通加載單元所提供的高頻交流掃描磁場環(huán)境的磁通為磁通量子的整數(shù)倍。
[0011]優(yōu)選地，所述放大濾波單元包括:與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的前置放大器；與所述前置放大器的輸出端相連的濾波組件，用于將經(jīng)過所述前置放大器放大的所述超導(dǎo)量子干涉器件所輸出的感應(yīng)信號進行濾波，并得到所述感應(yīng)信號的電壓變化。
[0012]優(yōu)選地，所述濾波組件包括:與所述前置放大器的輸出端相連的高通濾波器；與所述高通濾波器相連的幅值解調(diào)器；以及與所述幅值解調(diào)器相連的低通濾波器。
[0013]基于上述目的，本實用新型還提供一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其至少包括:基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件提供高頻交流掃描磁場環(huán)境的掃描磁通加載單元；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的供電端相連、且提供變化的偏置電流的偏置電壓發(fā)生單元，其中，所述變化電壓信號的頻率是所述偏置電流的頻率的十倍以上；與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的放大濾波單元；與所述放大濾波單元和偏置電壓發(fā)生單元相連的采樣控制單元，用于基于所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的當(dāng)前的偏置電流，對所述放大濾波單元所輸出的所述超導(dǎo)量子干涉器件在所述高頻交流掃描磁場環(huán)境下所產(chǎn)生的感應(yīng)信號進行采樣，并在完成采樣完成后向所述偏置電壓發(fā)生單元輸出控制指令，以控制所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的偏置電流的變化；與所述采樣處理單元相連的特性曲線生成單元，用于將每個所述偏置電流和相應(yīng)的感應(yīng)信號描繪成反映磁通電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流關(guān)系的特性曲線。
[0014]優(yōu)選地，所述掃描磁通加載單元包括:電壓發(fā)生器、與所述電壓發(fā)生器相連的反饋電阻以及與所述反饋電阻相連且與所述超導(dǎo)量子干涉器件互感的線圈。
[0015]優(yōu)選地，所述掃描磁通加載單元所提供的高頻交流掃描磁場環(huán)境的磁通為磁通量子的整數(shù)倍。
[0016]優(yōu)選地，所述采樣控制單元包括:與所述偏置電壓發(fā)生單元相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的偏置電流轉(zhuǎn)成數(shù)字的偏置電流；與所述放大濾波單元相連的采樣模塊；與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和采樣模塊相連的處理模塊，用于在所述采樣模塊完成一個磁通掃描信號周期的采樣后向所述偏置電壓發(fā)生單元中的控制接收模塊輸出控制指令，并從所采樣的各感應(yīng)信號中確定所采樣的感應(yīng)信號的電壓均值。
[0017]優(yōu)選地，所述處理模塊根據(jù)所采樣的感應(yīng)信號的電壓值進行均方根或絕對值計算平均電壓值，所得到的電壓值為對應(yīng)當(dāng)前所述偏置電流的感應(yīng)信號的電壓均值。
[0018]優(yōu)選地，所述控制模塊還用于基于預(yù)設(shè)的所述偏置電流的變化范圍設(shè)置所述偏置電流變化的步長，并輸出包含所述步長的控制指令，以便所述偏置電壓發(fā)生單元根據(jù)預(yù)設(shè)的偏置電流的周期將當(dāng)前所輸出的偏置電流調(diào)整為所述步長后的新的偏置電流。
[0019]如上所述，本實用新型的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，具有以下有益效果:本專利應(yīng)用一套電路繪制出傳感器磁場-電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流的關(guān)系曲線，來反映SQUID傳感器本征的靈敏度與偏置電流的關(guān)系。該關(guān)系比傳統(tǒng)的1-V曲線更直觀反映SQUID傳感器的靈敏度特性，便于用戶快速識別傳感器特性是否滿足應(yīng)用要求，及該傳感器在具有最佳靈敏度時刻所需的偏置電流，指導(dǎo)傳感器即讀出電路偏置電流調(diào)節(jié)。
【專利附圖】

【附圖說明】[0020]圖1顯示為本實用新型的實施例一中超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2顯示為本實用新型的實施例一中超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置的一種優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3顯示為本實用新型的實施例二中超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4顯示為本實用新型的實施例二中超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置的一種優(yōu)選方案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]元件標(biāo)號說明
[0025]1、10特性掃描裝置
[0026]11、101掃描磁通加載單元
[0027]12、102偏置電壓發(fā)生單元
[0028]13、103放大濾波單元
[0029]14、104特性曲線生成單元
[0030]105采樣控制單元
【具體實施方式】
[0031]以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。
[0032]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，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，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，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。
[0033]實施例一
[0034]如圖1所示，本實用新型提供一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置。所述特性掃描裝置I包括:掃描磁通加載單元11、偏置電壓發(fā)生單元12、放大濾波單元13、特性曲線生成單元14。
[0035]所述掃描磁通加載單元11用于基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件2 (SQUID)提供高頻交流掃描磁場環(huán)境。
[0036]具體地，所述掃描磁通加載單元11包括位于所述超導(dǎo)量子干涉器件2中的超導(dǎo)環(huán)旁邊但不相連的電感線圈，流經(jīng)所述線圈的變化的電流在所述超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生互感電流，由此為超導(dǎo)量子干涉器件2提供高頻交流掃描磁場環(huán)境。
[0037]優(yōu)選地，所述掃描磁通加載單元11包括:電壓發(fā)生器、與所述電壓發(fā)生器相連的反饋電阻以及與所述反饋電阻相連且與所述超導(dǎo)量子干涉器件2互感的線圈。如圖2所示。
[0038]具體地，所述電壓發(fā)生器產(chǎn)生周期性電壓信號，所述電壓信號驅(qū)動所述反饋電阻在所述線圈上產(chǎn)生與所述電壓信號的周期相同的磁通掃描信號，所述線圈到超導(dǎo)環(huán)的互感為Mf，因此所述磁通掃描信號加載到所述SQUID的磁通為九。所述磁通優(yōu)選為磁通量子Otl的整數(shù)倍(一個磁通量子ΦΡ2.07*10_15韋伯)。其中，所述電壓信號可以為三角波或正弦波。所述電壓信號的頻率為所述偏置電壓發(fā)生單元12所提供的偏置電流的頻率的十倍以上，優(yōu)選的，所述電壓信號的頻率在IOOKHz以上。同時，所述電壓發(fā)生器所輸
出的電壓信號的幅度
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，至少包括: 基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件提供高頻交流掃描磁場環(huán)境的掃描磁通加載單元； 與所述超導(dǎo)量子干涉器件的供電端相連、且提供變化的偏置電流的偏置電壓發(fā)生單元，其中，所述變化電壓信號的頻率是所述偏置電流的頻率的十倍以上； 與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的放大濾波單元； 與所述偏置電壓發(fā)生單元和所述放大濾波單元相連的特性曲線生成單元，用于將所述偏置電壓發(fā)生單元所提供的變化的偏置電流與所述放大濾波單元所輸出的所述超導(dǎo)量子干涉器件在所述高頻交流掃描磁場環(huán)境下所產(chǎn)生的感應(yīng)信號幅度描繪成反映磁通電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流關(guān)系的特性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述掃描磁通加載單元包括:電壓發(fā)生器、與所述電壓發(fā)生器相連的反饋電阻以及與所述反饋電阻相連且與所述超導(dǎo)量子干涉器件互感的線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述掃描磁通加載單元所提供的高頻交流掃描磁場環(huán)境的磁通為磁通量子的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述放大濾波單元包括: 與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的前置放大器； 與所述前置放大器的輸出端相連的濾波組件，用于將經(jīng)過所述前置放大器放大的所述超導(dǎo)量子干涉器件所輸出的感應(yīng)信號進行濾波，并得到所述感應(yīng)信號的電壓變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述濾波組件包括: 與所述前置放大器的輸出端相連的高通濾波器； 與所述高通濾波器相連的幅值解調(diào)器；以及 與所述幅值解調(diào)器相連的低通濾波器。
6.一種超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，至少包括: 基于互感原理輸出變化電壓信號并向超導(dǎo)量子干涉器件提供高頻交流掃描磁場環(huán)境的掃描磁通加載單元； 與所述超導(dǎo)量子干涉器件的供電端相連、且提供變化的偏置電流的偏置電壓發(fā)生單元，其中，所述變化電壓信號的頻率是所述偏置電流的頻率的十倍以上； 與所述超導(dǎo)量子干涉器件的輸出端相連的放大濾波單元； 與所述放大濾波單元和偏置電壓發(fā)生單元相連的采樣控制單元，用于基于所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的當(dāng)前的偏置電流，對所述放大濾波單元所輸出的感應(yīng)信號進行采樣，并在完成采樣完成后向所述偏置電壓發(fā)生單元輸出控制指令，以控制所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的偏置電流的變化； 與所述采樣處理單元相連的特性曲線生成單元，用于將每個所述偏置電流和相應(yīng)的感應(yīng)信號幅度描繪成反映磁通電壓轉(zhuǎn)換強度與偏置電流關(guān)系的特性曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述掃描磁通加載單元包括:電壓發(fā)生器、與所述電壓發(fā)生器相連的反饋電阻以及與所述反饋電阻相連且與所述超導(dǎo)量子干涉器件互感的線圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述掃描磁通加載單元所提供的高頻交流掃描磁場環(huán)境的磁通為磁通量子的整數(shù)倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超導(dǎo)量子干涉器件的特性掃描裝置，其特征在于，所述采樣控制單元包括: 與所述偏置電壓發(fā)生單元相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述偏置電壓發(fā)生單元所輸出的偏置電流轉(zhuǎn)成數(shù)字的偏置電流； 與所述放大濾波單元相連的采樣模塊； 與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和采樣模塊相連的處理模塊，用于在所述采樣模塊完成一個磁通掃描信號周期的采樣后向所述偏置電壓發(fā)生單元中的控制接收模塊輸出控制指令，并從所采樣的各感應(yīng)信號中確定所采樣的感應(yīng)信號的電壓均值。
【文檔編號】G01R33/035GK203480013SQ201320625213
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 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