一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，属于核辐射探测技术领域，该系统包括MMC探测器芯片和SQUID放大器芯片，MMC探测器芯片和SQUID放大器芯片之间通过超导变压器结构进行信号耦合；MMC探测器芯片包括两个串联的拾波线圈，每个拾波线圈上都覆盖一个平板型顺磁温度传感器，每个顺磁温度传感器上设置一个吸收体，MMC探测器芯片采用从两个拾波线圈间取差分连接的方式读取顺磁温度传感器产生的磁通信号；SQUID放大器芯片包括初级SQUID放大器，初级SQUID放大器包括SQUID信号输入线圈和SQUID超导环，MMC探测器芯片的拾波线圈与SQUID信号输入线圈间超导连接。本发明专利技术提供的耦合系统能够使磁量热计的输出信号在不同芯片间传递，达到方便加工的同时确保传递过程准确可信。过程准确可信。过程准确可信。

【技术实现步骤摘要】
一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统


[0001]本专利技术属于核辐射探测
，具体为一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统。

技术介绍

[0002]核材料、国土安全、环保、核医学等方面核归因与核不扩散方面的精确测量依赖于能量相近的γ射线分析的区分，其中特征能量位于康普顿平台的低能γ核素利用现有的传统探测技术实现高准确度、高分辨力的测量存在着困难，难以探测到同位素组成之间的微弱差别。而基于超导量子干涉仪(Superconducting Quantumn Interference Device，简称SQUID)的低能γ射线探测技术能解决该难题，且能拓展探测下限，提高低能γ核素放射性活度计量能力。
[0003]金属磁量热计(Metallic Magnetic Calorimeter，简称MMC)探测器芯片中的拾波线圈兼具提供磁场与拾取感应电流的功能，在拾波线圈中产生的电流通过SQUID放大器芯片放大，最终转化为伏特级的输出电压。但在探测器芯片与SQUID放大器芯片连接过程中，会受到多种因素的影响，从而影响读出精度。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，使用该耦合系统能够使磁量热计的输出信号在不同芯片间传递，达到方便加工的同时确保传递过程准确可信。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采用的一种技术方案是：
[0006]一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，包括MMC探测器芯片和SQUID放大器芯片，其中：
[0007]所述MMC探测器芯片包括两个串联的复用拾波线圈，每个所述拾波线圈上都覆盖有一个平板型顺磁温度传感器，每个所述顺磁温度传感器上设置有一个吸收体，所述吸收体用于将入射粒子的能量转换成热能，热能引起所述顺磁温度传感器的温升造成顺磁温度传感器磁化状态的改变，从而产生磁通信号；所述MMC探测器芯片采用从两个所述拾波线圈间取差分连接的方式读取所述磁通信号；
[0008]所述SQUID放大器芯片包括初级SQUID放大器，所述初级SQUID放大器包括SQUID信号输入线圈和SQUID超导环，所述MMC探测器芯片的拾波线圈与所述SQUID信号输入线圈连接；
[0009]所述MMC探测器芯片和所述SQUID放大器芯片之间通过超导变压器结构进行信号耦合，所述超导变压器结构的初级线圈为所述MMC探测器芯片的拾波线圈，次级线圈为所述SQUID信号输入线圈。
[0010]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述初级SQUID放大器用于将所述拾波线圈传递来的磁通信号转变为百微伏特至毫伏特量级的电压信号。
[0011]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述MMC探测器芯片的拾波线圈与所述SQUID信号输入线圈间通过超导铝线实现连接。
[0012]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述SQUID放大器芯片还包括次级SQUID串联阵列放大器，所述初级SQUID放大器和所述次级SQUID串联阵列放大器共同构成一个两级SQUID放大电路，所述次级SQUID串联阵列放大器用于将所述初级SQUID放大器传递来的电压信号进一步放大为数百毫伏特至伏特量级的信号，之后输送给室温电子学模块。
[0013]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述次级SQUID串联阵列放大器包括多个串联的SQUID放大器，每个所述SQUID放大器的超导环与其输入线圈的耦合、超导环与其反馈线圈的耦合、临界电流均保持一致，从而所述次级SQUID串联阵列放大器的磁通
‑
电压特性类似于单一SQUID放大器。
[0014]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述复用拾波线圈为平板型蛇形复用拾波线圈，材料为铌。
[0015]进一步，如上所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，所述初级SQUID放大器和所述次级SQUID串联阵列放大器制备在同一块芯片上。
[0016]采用本专利技术所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合方法，具有以下显著的技术效果：
[0017]1、MMC探测器芯片采取两个复用拾波线圈串联，并从两者间取差分连接的方式进行信号拾取，从而稳定激励电流不经过SQUID线圈，避免激励电流使SQUID饱和；
[0018]2、将探测器芯片的拾波线圈与SQUID放大器的信号输入线圈通过超导变压器结构进行信号耦合，同时使用SQUID串联阵列放大器构建一个两级SQUID放大电路，具备结构简单、系统可靠性高、读出噪声低、信号带宽大的优势。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中提供的一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统的结构示意图；
[0020]图2为MMC探测器芯片的两个串联的复用拾波线圈的等效电路模型；
[0021]图3为MMC探测器芯片与SQUID放大器芯片间的超导变压器耦合原理图；
[0022]图4为SQUID放大器的两级SQUID放大电路图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体的实施例与说明书附图对本专利技术进行进一步的描述。
[0024]针对
技术介绍
中提到的金属磁量热计在探测器芯片与SQUID放大器芯片连接过程中由于受到多种因素的影响从而影响读出精度问题，本专利技术提出一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，该系统具有结构简单、系统可靠性高、读出噪声低的优势。
[0025]图1为本专利技术实施例中提供的一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统的结构示意图，该耦合系统包括MMC探测器芯片100和SQUID放大器芯片200，MMC探测器芯片100和SQUID放大器芯片200之间通过超导变压器结构进行信号耦合，MMC探测器芯片100输出的磁通信号由SQUID放大器芯片200进行测量。
[0026]MMC探测器芯片100包括两个串联的复用拾波线圈110，每个拾波线圈110上都覆盖有一个平板型顺磁温度传感器，每个顺磁温度传感器上设置有一个吸收体，吸收体与顺磁温度传感器之间保持良好的热接触。针对不同的探测对象，吸收体的材料与结构有所区别，但主要功能均是用于将入射粒子的能量转换成热能；热能引起顺磁温度传感器的温升造成顺磁温度传感器磁化状态的改变，从而产生磁通信号；采用从两个拾波线圈110间取差分连接的方式读取该磁通信号及产生稳定的磁场。图2示出了两个串联的复用拾波线圈110的等效电路模型，L1、L2代表两个复用拾波线圈110的电感量，TP_S1和TP_S2为拾取磁通信号的两个输出点，TP_I1和TP_I2为超导电流的两个输入点。在稳定工作状态下，超导电流流经L1‑
L2‑
L_Nb_Bypass形成闭合超导回路，由于回路完全处于超导态，超导激励电流保持恒定。L1、L2的电磁场与位于其上部的顺磁温度传感器耦合，复用拾波线圈110产生的磁力线穿过顺磁温度传感器敏感区与其进行耦合。这种结构具有许多优点，例如拾波线圈磁场与激励线圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，其特征在于，所述系统包括MMC探测器芯片(100)和SQUID放大器芯片(200)，其中：所述MMC探测器芯片(100)包括两个串联的复用拾波线圈(110)，每个所述复用拾波线圈(110)上都覆盖有一个平板型顺磁温度传感器，每个所述顺磁温度传感器上设置有一个吸收体，所述吸收体用于将入射粒子的能量转换成热能，热能引起所述顺磁温度传感器的温升造成顺磁温度传感器磁化状态的改变，从而产生磁通信号；所述MMC探测器芯片采用从两个所述复用拾波线圈(110)间取差分连接的方式读取所述磁通信号；所述SQUID放大器芯片(200)包括初级SQUID放大器(210)，所述初级SQUID放大器(210)包括SQUID信号输入线圈(211)和SQUID超导环(212)，所述MMC探测器芯片(100)的复用拾波线圈(110)与所述SQUID信号输入线圈(211)连接；所述MMC探测器芯片(100)和所述SQUID放大器芯片(200)之间通过超导变压器结构进行信号耦合，所述超导变压器结构的初级线圈为所述MMC探测器芯片的复用拾波线圈(110)，次级线圈为所述SQUID信号输入线圈(211)。2.根据权利要求1所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合系统，其特征在于，所述初级SQUID放大器(210)用于将所述复用拾波线圈(110)传递来的磁通信号转变为百微伏特至毫伏特量级的电压信号。3.根据权利要求1或2所述的用于金属磁量热计的芯片信号耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨禾，徐利军，刘蕴韬，郝丽杰，高波，孟思勤，王洪亮，张俊博，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：