【技术实现步骤摘要】
采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器
本专利技术涉及一种采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器,更确切地说涉及一种超导量子干涉器件读出电路,属于电路
技术介绍
采用超导量子干涉器件(SuperconductingQuantumInterferenceDevice,以下简称SQUID)构建的磁传感器是目前已知最灵敏的磁传感器。广泛应用于生物磁场、地球磁场异常、极低场核磁共振等微弱磁场探测应用领域,其磁场探测灵敏度已经达到飞特(10-15特斯拉)量级。是极微弱磁场探测和研究中重要的磁传感器。直流超导量子干涉器(简称dcSQUID)是由两个超导约瑟夫森结并联形成一个超导环。在约瑟夫森结两端引出接线,形成了一个两端子元件。当SQUID两端加载一定的偏置电流时,基于超导量子化效应和约瑟夫森效应,SQUID两端产生的电压将随超导环感应外磁通大小而变化。由于SQUID输出电压与其探测磁通成非线性关系,无法直接通过测量SQUID两端电压来获得探测的磁通大小。因此,实际应用的SQUID磁传感器是由SQUID器件与放大电路构成的磁通锁定环路(Flux-LockedLoop,以下简称FLL)来实现的。该磁通锁定环路称为SQUID读出电路。文献【D.DrungandM.Mück,TheSQUIDHandbook,vol.I,J.ClarkeandA.I.Braginski,Ed.Weinheim:Wiley-VCH,pp.128–155,2006.】中典型的SQUID磁通锁定环路如图1所示。首先给SQUID加载一定偏置电流Ib使其具有最大的磁通电压传输率。将S ...
【技术保护点】
一种采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器,其特征在于只使用一个低噪声的运算放大器,以开环的方式对SQUID电压信号进行放大,并由单个运算放大器开环输出直接驱动反馈电阻及反馈线圈,从而取代了传统磁通锁定环路中的前置放大器和积分器。
【技术特征摘要】
1.一种采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器,其特征在于只使用一个低噪声的运算放大器,以开环的方式对SQUID电压信号进行放大,并由单个运算放大器开环输出直接驱动反馈电阻及反馈线圈,从而取代了传统磁通锁定环路中的前置放大器和积分器;采用单个运算放大器的SQUID磁通锁定环路有以下两种接线方式:1)正端输入接线方式:偏置电流源提供的偏置电流Ib加载到SQUID中,SQUID电压信号接入运算放大器的正输入端;偏置电压Vb接入运算放大器的负输入端,运算放大器的输出端接反馈电阻Rf的一端,反馈电阻的另一端接反馈线圈,反馈线圈与SQUID通过互感耦合,运算放大器输出电压驱动反馈电阻Rf产生电流,通过反馈线圈与SQUID互感Mf产生反馈磁通,构成磁通锁定环路;2)负端输入接线方式:偏置电流源提供的偏置电流Ib加载到SQUID中,SQUID电压信号接运算放大器的负输入端,偏置电压Vb接运算放大器的正输入端,运算放大器的输出端接反馈电阻Rf的一端,反馈电阻的另一端连接反馈线圈,反馈线圈与SQUID通过互感耦合,运算放大器输出电压驱动反馈电阻Rf产生电流,通过反馈线圈与SQUID互感Mf产生反馈磁通,构成磁通锁定环路;此外,(一)正端输入接线方式有以下A、B和C三种中的任一种:A:①供电电源+Vs和-Vs:整个电路采用双极性电源供电,即正电源端+Vs接入正电压电源和负电源端-Vs接入负电压电源;②SQUID偏置电流调节电路B1:其功能是给SQUID加载一个流向SQUID的两个约瑟夫森结的偏置电流,通过调节加载到SQUID偏置电流的大小,使得SQUID获得最佳的磁通电压转换特性;可调偏置电流电路中可调电位器RA1是一个三端子的可调电阻,其中电位器的1和2的两端为一个固定阻值的电阻,电位器的3端为可调电阻抽头,电位器RA1的1和2两端分别接到正电源+Vs和负电源-Vs;电位器RA1的3端输出电位器电阻分压,通过调节电位器抽头位置产生可调电压;该电压输出接电阻R1,电阻R1的另一端与SQUID串联;③SQUID偏置电压调节电路B2:其功能是产生一个可调节的直流电压,接入运算放大器的负输入端;通过调节使该电压与SQUID工作点处的直流电压相同,实现工作点调零,可调偏置电压电路中的可调电位器RA2是一个三端子的可调电阻器,其中电位器的1和2两端为一个固定端,其电阻值在10k欧姆到100k欧姆之间,电位器RA1的1和2两端分别接正电源+Vs和负电源-Vs,可变电阻引出抽头端3端输出电阻分压,该电压接电阻R3的一端,R3另一端与R2串联,R2另一端接地;R2与R3的连接端将产生的电阻分压引出作为偏置电压信号Vb;④SQUID器件SQ1:SQ1使用放置在4.2K的液氦温度下工作的低温直流超导量子干涉器件或放置在77K的液氮温度下工作的高温直流超导量子干涉器件,是一个两端子器件,SQ1的一端接入运算放大器正输入端,同时与偏置电流电路B1的电流输出端相连,SQ1的另一端接地;⑤反馈线圈L1:是一个与SQUID具有互感耦合的线圈,反馈线圈将反馈回路产生的电流转变成反馈磁通耦合到SQUID中,形成抵消磁通;反馈线圈L1一端接反馈电阻Rf,另一端接地;⑥运算放大器U1:采用双极性供电的...
【专利技术属性】
技术研发人员:王永良,张懿,常凯,汉斯约阿希姆·克劳斯,徐小峰,邱阳,
申请(专利权)人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所,于利希研究中心有限公司,
类型:发明
国别省市:上海;31
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