一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法，所述轴向梯度计包括SQUID芯片和梯度线圈，所述制造装置包括铌线退火设备和铌线键合设备；所述铌线退火设备用于对铌线进行退火操作；所述铌线键合设备用于将退火后的铌线分别超声键合在所述SQUID芯片和所示梯度线圈上，以实现所述SQUID芯片和所述梯度线圈之间的超导连接。本发明专利技术的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法通过超导连接的方式制造一体式轴向梯度计模块，极大地提升了轴向梯度计的性能。

A manufacturing device and method of an axial gradient meter based on superconducting connection

The invention provides a device for producing axial gradient superconducting connection based on the meter and method, the axial gradiometer includes SQUID chip and gradient coils, the manufacturing equipment including niobium and niobium wire annealing equipment of wire bonding equipment; for niobium wire annealing annealing equipment of the operation of the niobium niobium wire; wire bonding apparatus for annealed niobium wire were ultrasonic bonding in the SQUID chip and shown the gradient coil, in order to achieve the SQUID superconducting between the chip and the gradient coil connection. The manufacturing device and method of the axial gradient meter based on superconducting connection are manufactured by means of superconducting connection to create an integrated axial gradiometer module, which greatly improves the performance of axial gradiometer.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法
本专利技术涉及轴向梯度计的
，特别是涉及一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法。
技术介绍
心磁图仪由于其灵敏度高、非接触、完全无创的特点，有望成为新一代的医疗研究及临床诊断设备。心磁图仪的性能取决于探测到的心磁信号的质量。心磁信号的典型值为几十到一百pT(10-12T)，而环境场噪声十分强烈，如地球磁场的典型强度为30～50μT，城市环境场噪声可达数百nT。为了从如此强大的背景磁场中提取极为微弱的心磁信号，不仅需要高灵敏度的磁传感器，如超导量子干涉器件(SuperconductingQuantumInterferenceDevice，SQUID)，还需采取一定的噪声抑制技术。现有技术中，常用的噪声抑制技术包括磁屏蔽室技术、梯度计技术和信号处理技术。其中，屏蔽室技术是采用高电导率的金属屏蔽环境场中的高频成分，以及利用高磁导率的金属屏蔽环境磁场中的低频成分，其造价昂贵，且经常出现剩磁。信号处理技术由于自身算法的缺陷，只能用来进行部分数据的后处理。因此，心磁图仪中通常使用轴向梯度计来进行噪声抑制。一般轴向梯度计由SQUID芯片和梯度线圈构成，梯度线圈可根据不同的环境设计为不同的阶数。其中，最简单的一阶梯度线圈是由两个面积相等、方向相反、间隔一定距离的线圈构成的。轴向梯度计既可以在无屏蔽环境中进行心磁信号的探测，也可以在简易屏蔽室环境中来抑制剩磁，从而得到更高质量的心磁信号。因此，轴向梯度计作为心磁图仪的核心模块，其性能直接决定心磁信号的质量。目前，中国科学院上海微系统与信息技术研究所已成功开发出4通道及9通道心磁图仪，其中的核心探测模块均采用轴向梯度计。但是，目前使用的轴向梯度计依赖国外进口，还没有实现完全自主化，严重制约着心磁系统进一步发展。而且，这种轴向梯度计是通过螺母压合的方式来实现SQUID芯片和梯度线圈的连接，某些情况下会出现弱连接，并且由于操作不当也会引起SQUID芯片的损坏。另外，在使用过程中，由于SQUID芯片和梯度线圈不是一体化的，也会造成装配的困难。因此，如何实现SQUID芯片和梯度线圈的稳定连接成为当前研究的热点课题。
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基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法，通过超导连接的方式制造一体式轴向梯度计模块，极大地提升了轴向梯度计的性能。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，所述轴向梯度计包括SQUID芯片和梯度线圈，所述制造装置包括铌线退火设备和铌线键合设备；所述铌线退火设备用于对铌线进行退火操作；所述铌线键合设备用于将退火后的铌线分别超声键合在所述SQUID芯片和所示梯度线圈上，以实现所述SQUID芯片和所述梯度线圈之间的超导连接。于本专利技术一实施例中，所述铌线退火设备包括真空腔、机械支架、机械泵、分子泵、电阻规、电离规、电阻规示数表、电离规示数表、转速表和稳压直流电源；所述真空腔的顶部设置有正负电极，腔壁上设置有进气口；所述正负电极的一端与所述稳压直流电源的输出端相连，另一端与待退火的铌线相连；所述机械支架用于固定放置所述真空腔；所述机械泵用于对所述真空腔抽真空；所述分子泵用于对所述真空腔抽真空；所述电阻规设置在所述真空腔上，用于探测所述机械泵运行期间所述真空腔的真空度；所述电离规设置在所述真空泵上，用于探测所述分子泵运行期间所述真空腔的真空度；所述电阻规示数表与所述电阻规相连，用于显示所述电阻规探测到的真空度的数值；所述电离规示数表与所述电离规相连，用于显示所述电离规探测到的真空度的数值；所述转速表与所述分子泵相连，用于显示所述分子泵的转速；所述稳压直流电源与所述真空腔上的正负电极相连，用于提供铌线退火所需的稳压电流。于本专利技术一实施例中，所述真空腔的腔壁上设置有观察窗，用于观察铌线在退火过程中的亮度及是否熔断；所述真空腔的底部设有隔离层，用于隔离所述分子泵和所述机械泵。同时，本专利技术提供一种基于超导连接的轴向梯度计的制造方法，应用上述的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，包括以下步骤：确定轴向梯度计的阶数、基线以及半径大小；根据所述轴向梯度计的阶数、基线以及半径大小加工所述轴向梯度计的骨架；在所述轴向梯度计的骨架上绕制梯度线圈；将SQUID芯片固定在所述轴向梯度计的骨架上；将所述梯度线圈的头部双绞至距离所述SQUID芯片1mm处，并涂覆增强型双组份环氧胶；去除所述梯度线圈头部上的增强型双组份环氧胶；在去除增强型双组份环氧胶的所述梯度线圈头部，刮拭出一与所述SQUID芯片平面相平行的光滑平面；对铌线进行预处理；将预处理后的铌线放入真空腔；采用机械泵和分子泵对所述真空腔抽真空；对预处理后的铌线进行退火；将退火后的铌线分别超声键合在SQUID芯片和梯度线圈上，以实现所述SQUID芯片和所述梯度线圈之间的超导连接。于本专利技术一实施例中，将SQUID芯片固定在所述轴向梯度计的骨架上包括以下步骤：用酒精将所述轴向梯度计的骨架清洁干净，涂覆一层低温胶；将所述SQUID芯片压合在所述低温胶上，并在常温下放置5-6小时来实现固化，从而将所述SQUID芯片和所述梯度线圈均固定在所述轴向梯度计的骨架上。于本专利技术一实施例中，将所述梯度线圈的头部双绞至距离所述SQUID芯片1mm处，并涂覆增强型双组份环氧胶时，包括以下步骤：将所述梯度线圈头部双绞至距离所述SQUID芯片1mm处并固定，再用增强型双组份环氧胶涂覆在所述梯度线圈头部，涂覆厚度为0.5-1mm；将处理好的梯度线圈水平放置在湿度小于22.1％的室温干燥环境中10-12小时以实现固化。于本专利技术一实施例中，采用机械泵和分子泵对所述真空腔抽真空包括以下步骤：关闭所述真空腔顶部的盖板，打开机械泵，待电阻规示数表示数为1*10-1Pa时，再打开分子泵，直至所述电离规示数表示数为1*10-4Pa。于本专利技术一实施例中，对预处理后的铌线进行退火包括以下步骤：打开稳压直流电源，在4-5分钟内将电流调节到0.17A；持续退火50-60分钟后，在4-5分钟内，缓缓将电流从0.17A降低至0A。于本专利技术一实施例中，采用Bonding机进行铌线键合，所述Bonding机的功率参数设置为375，时间参数为80ms。于本专利技术一实施例中，还包括将制作好的轴向梯度计放置在液氦中进行测试，并根据获得的测试I-Ф曲线、频域噪声谱来判断该轴向梯度计是否合格。如上所述，本专利技术的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置及方法，具有以下有益效果：(1)通过退火得到硬度为80kgf·mm-2的超导铌线，利用Bonding机对此超导铌线进行超声键合，即可实现SQUID芯片与轴向梯度线圈的超导连接，从而制成一体式轴向梯度计；(2)制造的一体式轴向梯度计的SQUID芯片与梯度线圈之间的距离可缩短至10mm内，磁通噪声可低至6μФ0/√Hz，显著地增加了使用该轴向梯度计的心磁图仪的有效运行时间，适用于更多通道的心磁图仪甚至脑磁系统中；(3)克服了现有轴向梯度计制造过程中使用螺母压合带来的问题，避免了制造时SQUID芯片的损坏。附图说明图1显示为本专利技术的铌线退火设备于一实施例中的结构示意图；图2显示为本专利技术的基于超导连接的轴向梯度计的制造方法于一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，其特征在于：所述轴向梯度计包括SQUID芯片和梯度线圈，所述制造装置包括铌线退火设备和铌线键合设备；所述铌线退火设备用于对铌线进行退火操作；所述铌线键合设备用于将退火后的铌线分别超声键合在所述SQUID芯片和所示梯度线圈上，以实现所述SQUID芯片和所述梯度线圈之间的超导连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，其特征在于：所述轴向梯度计包括SQUID芯片和梯度线圈，所述制造装置包括铌线退火设备和铌线键合设备；所述铌线退火设备用于对铌线进行退火操作；所述铌线键合设备用于将退火后的铌线分别超声键合在所述SQUID芯片和所示梯度线圈上，以实现所述SQUID芯片和所述梯度线圈之间的超导连接。2.根据权利要求1所述的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，其特征在于：所述铌线退火设备包括真空腔、机械支架、机械泵、分子泵、电阻规、电离规、电阻规示数表、电离规示数表、转速表和稳压直流电源；所述真空腔的顶部设置有正负电极，腔壁上设置有进气口；所述正负电极的一端与所述稳压直流电源的输出端相连，另一端与待退火的铌线相连；所述机械支架用于固定放置所述真空腔；所述机械泵用于对所述真空腔抽真空；所述分子泵用于对所述真空腔抽真空；所述电阻规设置在所述真空腔上，用于探测所述机械泵运行期间所述真空腔的真空度；所述电离规设置在所述真空泵上，用于探测所述分子泵运行期间所述真空腔的真空度；所述电阻规示数表与所述电阻规相连，用于显示所述电阻规探测到的真空度的数值；所述电离规示数表与所述电离规相连，用于显示所述电离规探测到的真空度的数值；所述转速表与所述分子泵相连，用于显示所述分子泵的转速；所述稳压直流电源与所述真空腔上的正负电极相连，用于提供铌线退火所需的稳压电流。3.根据权利要求2所述的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，其特征在于：所述真空腔的腔壁上设置有观察窗，用于观察铌线在退火过程中的亮度及是否熔断；所述真空腔的底部设有隔离层，用于隔离所述分子泵和所述机械泵。4.一种基于超导连接的轴向梯度计的制造方法，应用权利要求1-3之一所述的基于超导连接的轴向梯度计的制造装置，其特征在于：包括以下步骤：确定轴向梯度计的阶数、基线以及半径大小；根据所述轴向梯度计的阶数、基线以及半径大小加工所述轴向梯度计的骨架；在所述轴向梯度计的骨架上绕制梯度线圈；将SQUID芯片固定在所述轴向梯度计的骨架上；将所述梯度线圈的头部双绞至距离所述SQUID芯片1mm处，并涂覆增强型双组份环氧胶；去除所述梯度线圈头部上的增强型双组份环氧胶；在去除增强型双组份环氧胶的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥燕，杨康，王佳磊，陈威，彭炜，
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