超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感器的性能測(cè)試技術(shù)，特別是涉及一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感 器的性能測(cè)試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器(簡(jiǎn)稱S卵ID磁傳感器）是目前已知的最靈敏的磁傳感 器。廣泛應(yīng)用于也磁、腦磁、極低場(chǎng)核磁共振等微弱磁信號(hào)探測(cè)和科學(xué)研究中。
[0003]S卵ID磁傳感器由S卵ID器件及其磁通鎖定環(huán)路構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)檢測(cè)并按一定比 例線性轉(zhuǎn)換成輸出電壓。S卵ID磁傳感器感應(yīng)變化的磁通信號(hào)，輸出變化的電壓信號(hào)。其輸 入輸出的比值，定義為傳感器磁場(chǎng)電壓轉(zhuǎn)換的增益。
[0004]原則上，根據(jù)上述關(guān)系，在某個(gè)頻率點(diǎn)處，已知輸入磁通信號(hào)的強(qiáng)度，可推算磁傳 感器輸出電壓的幅度。
[0005]但實(shí)際上，由于S卵ID磁傳感器存在工作點(diǎn)失鎖的問(wèn)題，上述傳輸特性，并不能真 正反映S卵ID實(shí)際的工作性能。
[0006]S卵ID磁感器的磁通電壓傳輸特性曲線是周期非線性的，W-個(gè)磁通量子。〇的 磁通（2. 07X10-15韋伯）為周期。用于工作的只能是其中的一小段線性區(qū)，涉及的磁通變 化范圍不到1/2個(gè)〇0。當(dāng)外部被測(cè)磁通幅度過(guò)大，磁通鎖定環(huán)路的響應(yīng)誤差逐漸增大，并 超過(guò)該線性區(qū)磁通誤差容許的范圍，整個(gè)S卵ID磁傳感器將發(fā)生失鎖而無(wú)法工作。
[0007] 舉例說(shuō)明，某個(gè)S卵ID磁傳感器在直流或低頻率上的增益是1V/O0,到了某個(gè)頻 率點(diǎn)處，其增益為0. 9V/O0。如果外部輸入磁通10個(gè)〇0,根據(jù)傳輸特性，S卵ID磁傳感器 輸出電壓應(yīng)為9V。而實(shí)際在該種輸入情況下，S卵ID磁傳感器工作點(diǎn)處的磁通誤差遠(yuǎn)超器 誤差容忍范圍，而發(fā)生失鎖，無(wú)法正常工作。
[0008]因此單用傳輸特性測(cè)試，無(wú)法確切描述S卵ID磁傳感器實(shí)際的頻率響應(yīng)能力，需 要不斷的調(diào)整鎖定工作點(diǎn)并進(jìn)行重復(fù)測(cè)試才能夠測(cè)得S卵ID磁傳感器的性能，該使得測(cè)試 過(guò)程十分繁兀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于W上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳 感器的性能測(cè)試裝置及方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中S卵ID磁傳感器的測(cè)試過(guò)程過(guò)于繁兀的 問(wèn)題。
[0010] 為實(shí)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的性 能測(cè)試裝置，其中，所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器包括；超導(dǎo)量子干涉器件和與所述超導(dǎo) 量子干涉器件相連并向所述超導(dǎo)量子干涉器件反饋磁通的磁通鎖定環(huán)路，所述磁通鎖定環(huán) 路預(yù)先鎖定超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的工作點(diǎn)，所述性能測(cè)試裝置包括；外部磁通加載單 元，用于向所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器提供包含頻率變化的外部磁通和用于抵消所述超 導(dǎo)量子干涉器件所處環(huán)境磁通的抵消磁通，其中，所述外部磁通的幅度小于預(yù)設(shè)值；與所 述磁通鎖定環(huán)路相連的磁通偏差獲取單元，用于獲取所述外部磁通和反饋磁通之間的磁通 偏差；與所述磁通偏差獲取單元和外部磁通加載單元相連的測(cè)試單元，用于根據(jù)所獲取的 所述磁通偏差及所對(duì)應(yīng)的頻率來(lái)計(jì)算所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器不失鎖時(shí)最大可測(cè)磁 通-頻率變化的特性。
[0011] 優(yōu)選地，所述外部磁通加載單元包括；與所述磁通鎖定環(huán)路中的反饋線圈相連的 變化磁通加載模塊，用于將頻率變化的電流輸至所述反饋線圈，W利用互感原理向所述超 導(dǎo)量子干涉器件提供所述外部磁通；與所述反饋線圈相連的直流磁通調(diào)節(jié)模塊，用于將根 據(jù)所述超導(dǎo)量子干涉器件所處環(huán)境磁通所調(diào)解的直流電流輸至所述反饋線圈。
[0012] 優(yōu)選地，所述磁通鎖定環(huán)路包括；與所述超導(dǎo)量子干涉器件互感的反饋線圈W及 與所述反饋線圈相連的偏置及放大積分電路；所述磁通偏差獲取單元包括：用于采集對(duì)應(yīng) 所述磁通偏差的電流的采集模塊；W及與所述采集模塊相連的轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)超導(dǎo)量 子干涉器件的磁通-電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)將所采集的電流轉(zhuǎn)換為所述磁通偏差。
[0013]優(yōu)選地，所述采集模塊包括：第一放大器，其中，所述第一放大器的負(fù)輸入端分別 通過(guò)電阻氏1、也2與所述外部磁通加載單元和所述偏置及放大積分電路的輸出端相連，所述 第一放大器的正輸入端接地，所述第一放大器的負(fù)輸入端和輸出端之間還通過(guò)電阻也3相 連。
[0014]優(yōu)選地，所述采集模塊包括：與所述反饋線圈串連的采樣電阻、與所述采樣電阻相 連的第二放大器；
[0015]所述外部磁通加載單元將頻率變化的電流通過(guò)所述采樣電阻輸至所述磁通鎖定 環(huán)路中的反饋線圈。
[0016]優(yōu)選地，所述測(cè)試單元用于利用所述超導(dǎo)量子干涉器件的磁通-電流轉(zhuǎn)換系數(shù) 將所采集的電流轉(zhuǎn)換為所對(duì)應(yīng)的磁通偏差，利用公式&胃?聽(tīng)。，來(lái)確定每次所采 ^err 集的磁通偏差所對(duì)應(yīng)的頻率上的最大可測(cè)磁通；其中，所述為所述外部磁通的幅度，A為所獲取的磁通偏差，A〇11。為預(yù)設(shè)的所述工作點(diǎn)處最大容許的磁通偏差范圍， 為所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器不失鎖時(shí)最大可測(cè)磁通。
[0017]優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)值為《0.5〇〇。
[0018]基于上述目的，本發(fā)明還提供一種超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試方法，其 中，所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器包括；超導(dǎo)量子干涉器件和與所述超導(dǎo)量子干涉器件相 連并向所述超導(dǎo)量子干涉器件反饋磁通的磁通鎖定環(huán)路，其中，所述磁通鎖定環(huán)路預(yù)先鎖 定所述超導(dǎo)量子干涉器件的工作點(diǎn)，包括：向所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器提供包含頻率 變化的外部磁通、和用于抵消所述超導(dǎo)量子干涉器件所處環(huán)境磁通的抵消磁通；獲取所述 外部磁通和反饋磁通之間的磁通偏差，其中，所述外部磁通的幅度小于預(yù)設(shè)值；根據(jù)所獲取 的所述磁通偏差及所對(duì)應(yīng)的頻率來(lái)計(jì)算所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器不失鎖時(shí)最大可測(cè) 磁通-頻率變化的特性。
[0019]優(yōu)選地，獲取所述外部磁通和反饋磁通之間的磁通偏差的方式包括；采集對(duì)應(yīng)所 述磁通偏差的電流，根據(jù)預(yù)設(shè)的磁通-電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)將所述電流轉(zhuǎn)換成所述磁通偏差； 或者，采集對(duì)應(yīng)所述外部磁通的電流和對(duì)應(yīng)所述反饋磁通的電流，并通過(guò)計(jì)算電流差來(lái)確 定對(duì)應(yīng)所述磁通偏差的電流，根據(jù)預(yù)設(shè)的磁通-電流的轉(zhuǎn)換系數(shù)將對(duì)應(yīng)所述磁通偏差的電 流轉(zhuǎn)換成所述磁通偏差。
[0020] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)值為《0.50。。
[0021] 優(yōu)選地，根據(jù)所獲取的所述磁通偏差及所對(duì)應(yīng)的頻率來(lái)計(jì)算所述超導(dǎo)量子 干涉器磁傳感器不失鎖時(shí)最大可測(cè)磁通-頻率變化的特性的方式包括：利用公式 。胃來(lái)確定每次所獲取的磁通偏差所對(duì)應(yīng)的頻率上的最大可測(cè)磁通，其中，所 述為所述外部磁通的幅度，A〇。"為所獲取的磁通偏差，A〇11。為預(yù)設(shè)的所述工作 點(diǎn)處最大容許的磁通偏差范圍，為所述超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器不失鎖時(shí)最大可測(cè)磁 通。
[0022] 如上所述，本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置及方法，具有W下 有益效果：在超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的正常工作時(shí)通過(guò)逐步增加外部磁通的頻率來(lái)測(cè)試 傳感器的反應(yīng)能力，并根據(jù)所采集的反應(yīng)磁通偏差的電流和所對(duì)應(yīng)的頻率來(lái)確定在相應(yīng)頻 率下傳感器能承受的外部磁通的最大可測(cè)幅度，由此來(lái)持續(xù)的測(cè)定傳感器在該頻率下的工 作能力。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置的一種優(yōu)選方案 的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖3顯示為本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置的又一種優(yōu)選方 案的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖4a顯示為利用本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置所測(cè)得的磁 通偏差幅度-頻率變化的關(guān)系曲線圖。
[0027] 圖4b顯示為利用本發(fā)明的超導(dǎo)量子干涉器磁傳感器的性能測(cè)試裝置所測(cè)