超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器。根據(jù)本實用新型所述的磁探測器，由偏置電路向所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械姆糯笃魈峁┢秒妷?，所述放大器?jīng)分壓電阻分壓，將分壓后的偏置電壓提供給超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械某瑢?dǎo)量子干涉器件，同時，利用所述偏置電壓將所述超導(dǎo)量子干涉器件輸出的電信號予以放大并輸出，其中，所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鬟€被浸放在使超導(dǎo)量子干涉器件處于超導(dǎo)狀態(tài)的容器中。本實用新型所述的磁探測器由放大器向超導(dǎo)量子干涉器件提供偏置電壓能夠有效解決現(xiàn)有的放大器和超導(dǎo)量子干涉器件分用偏置電路而使所述干涉器件的集成度低、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
【專利說明】超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)量子干涉磁探測器是目前已知最靈敏的磁傳感器，在微弱磁信號探測，如心磁、腦磁、核磁共振、地球物理探測中具有重要的應(yīng)用。
[0003]超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅靼哂械妥杩蛊骷膫鞲衅鳎鰝鞲衅魉敵龅男盘柗浅Ｎ⑷?，只有幾十個UV (微伏)，且工作在超導(dǎo)的低溫環(huán)境下，因此，配備給所述傳感器的偏置電壓很低。同時，為了能夠?qū)λ鰝鞲衅魉綔y的電信號進(jìn)行后續(xù)處理，所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鬟€包括放大器，其中，所述放大器也需要偏置電路，但由于現(xiàn)有的放大器的偏置電壓遠(yuǎn)高于所述傳感器的偏置電壓，使得所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦兄荒芴峁﹥商灼秒娐?，所述超?dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鞯募啥鹊汀㈦娐窂?fù)雜。
[0004]此外，為了發(fā)揮超導(dǎo)量子干涉器件的高靈敏度性能，需要與之相連的放大電路具有極低的噪聲性能。目前，為所述超導(dǎo)量子干涉器件提供放大功能的放大電路的噪聲水平為InV/ V Hz，遠(yuǎn)大于超導(dǎo)量子干涉器件本身的噪聲水平。因此，將所述超導(dǎo)量子干涉器件和放大器制作成器件時，噪聲性能主要受制于所述放大器的噪聲性能。
[0005]如何能充分發(fā)揮超導(dǎo)量子干涉器件的極高靈敏度特性，并將該超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鲬?yīng)用到更微弱磁信號的極限探測系統(tǒng)中，是本領(lǐng)域技術(shù)人員所要解決的問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]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?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中超導(dǎo)量子干涉器件的集成度低，及放大器的噪聲水平抑制了超導(dǎo)量子干涉磁探測器的靈敏度等問題。
[0007]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?zhèn)鞲衅?，其至少包?超導(dǎo)量子干涉器件，用于利用超導(dǎo)量子干涉技術(shù)將所探測到的磁信號轉(zhuǎn)換成電信號；與所述超導(dǎo)量子干涉器件和外部的偏置電路相連接的放大器，用于向所述超導(dǎo)量子干涉器件提供偏置電壓，并基于所述偏置電路所提供的偏置電壓將所述超導(dǎo)量子干涉器件輸出的電信號予以放大并輸出。
[0008]優(yōu)選地，所述超導(dǎo)量子干涉器件包括:超導(dǎo)環(huán)，和/或與所述超導(dǎo)環(huán)相連的反饋電路。
[0009]優(yōu)選地，所述放大器為雙極型晶體三極管。
[0010]優(yōu)選地，所述雙極型晶體三極管的發(fā)射極與所述偏置電路連接，所述雙極型晶體三極管的基極與所述超導(dǎo)量子干涉器件連接，所述雙極型晶體三極管的集電極與所述放大器的輸出端連接。
[0011]本實用新型還提供一種超導(dǎo)量子干涉的磁探測器，其至少包括:如上任一所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?；用于為所述超?dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械某瑢?dǎo)量子干涉器件提供超導(dǎo)環(huán)境的容器；及與所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械姆糯笃鬟B接的偏置電路，用于向所述放大器提供偏置電壓。
[0012]優(yōu)選地，所述容器浸泡所述超導(dǎo)量子干涉器件及所述放大器。
[0013]優(yōu)選地，所述容器中盛放液氮或液氦。
[0014]優(yōu)選地，所述偏置電路包括:一端連接供電電源的可調(diào)分壓電阻，與所述可調(diào)分壓電阻另一端連接的至少一個穩(wěn)壓電容，所述穩(wěn)壓電容的另一端接地。
[0015]優(yōu)選地，所述放大器的輸出端通過電阻與反向電源相連。
[0016]如上所述，本實用新型的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器，具有以下有益效果:由放大器向超導(dǎo)量子干涉器件提供偏置電壓能夠有效解決現(xiàn)有的放大器和超導(dǎo)量子干涉器件分用偏置電路而使所述干涉器件的集成度低、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題；還有，利用雙極型晶體三極管中基極-集電極的放大功能，以及發(fā)射機(jī)-基極之間穩(wěn)定的電壓差，將基極與超導(dǎo)量子干涉器件相連不但能夠為超導(dǎo)量子干涉器件提供穩(wěn)定的偏置電壓，還能在所述超導(dǎo)量子干涉器件輸出電信號時，通過集電極予以放大并輸出；另外，將所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅魅拷旁谑⒎乓旱蛞汉さ娜萜髦?，能夠使半?dǎo)體器件始終處于低溫狀態(tài)，有效降低常溫-低溫環(huán)境下器件的熱耦合效應(yīng)所產(chǎn)生的干擾；此外，將所述放大器和超導(dǎo)量子干涉器件集成在一起并浸放在所述容器中，還有效減少超導(dǎo)量子干涉器件和放大器之間的線路長度，在電信號的傳輸過程中進(jìn)一步減少傳輸時的電磁干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1顯示為本實用新型的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2顯示為本實用新型的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鞯囊环N優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
`[0019]圖3顯示為本實用新型的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦谐瑢?dǎo)量子干涉器件的一種優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4顯示為本實用新型的超導(dǎo)量子干涉的磁探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5顯示為本實用新型的超導(dǎo)量子干涉的磁探測器的一種優(yōu)選方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]元件標(biāo)號說明
[0023]I超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?br> [0024]11超導(dǎo)量子干涉器件
[0025]12放大器
[0026]2超導(dǎo)量子干涉的磁探測器
[0027]21偏置電路
[0028]22 容器
【具體實施方式】
[0029]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。
[0030]請參閱圖1至圖5。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(dá)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)。
[0031]如圖1所示，本實用新型提供一種超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?。所述超?dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅包括:超導(dǎo)量子干涉器件11、和放大器12。所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅優(yōu)選為高度集成的電路或芯片。
[0032]所述超導(dǎo)量子干涉器件11用于利用超導(dǎo)量子干涉技術(shù)將所探測到的磁信號轉(zhuǎn)換成電信號。
[0033]具體地，所述超導(dǎo)量子干涉器件11利用超導(dǎo)量子干涉技術(shù)探測某頻率的微弱磁信號，如心磁、腦磁、核磁共振、或地球物理磁信號等，并根據(jù)所探測到的磁信號改變自身的等效電阻，以便輸出相應(yīng)的電信號。如圖2所示，所述超導(dǎo)量子干涉器件11包括:超導(dǎo)環(huán)。優(yōu)選地，所述超導(dǎo)量子干涉器件11還包括:與所述超導(dǎo)環(huán)相連的反饋電路。例如，如圖3所示，所述超導(dǎo)量子干涉器件11包括:超導(dǎo)環(huán)和與所述超導(dǎo)環(huán)并聯(lián)的反饋電路，其中所述反饋電路包括:反饋電阻和與所述反饋電阻的反饋線圈。
[0034]需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述反饋電路僅為舉例，而非對本實用新型的限制，事實上，所述反饋電路還可以是更為復(fù)雜的，或者串聯(lián)在所述超導(dǎo)環(huán)上。
[0035]所述放大器12與所述超導(dǎo)量子干涉器件11和外部的偏置電路21，用于向所述超導(dǎo)量子干涉器件11提供偏置電壓，并基于所述偏置電路21所提供的偏置電壓將所述超導(dǎo)量子干涉器件11輸出的電信號予以放大并輸出。其中，所述放大器12的放大倍數(shù)可以是幾十倍至幾百倍，優(yōu)選地，所述放大器12的放大倍數(shù)在一百倍以上。
[0036]具體地，所述放大器12包括分壓電阻，外部的偏置電路21提供給所述放大器12的偏置電壓經(jīng)所述分壓電阻分壓后提供給所述超導(dǎo)量子干涉器件11，所述放大器12還包括與所述超導(dǎo)量子干涉器件11連接且具有輸出端的放大模塊，當(dāng)所述超導(dǎo)量子干涉器件11在探測到磁信號并輸出電信號時，所述放大模塊將所述電信號予以放大，并由所述輸出端輸出。
[0037]為了將所述超導(dǎo)量子干涉器件11與放大器12高度集成在一起，優(yōu)選地，如圖2、3所示，所述放大器12為雙極型晶體三極管。其中，所述雙極型晶體三極管優(yōu)選為PNP型三極管。
[0038]具體地，根據(jù)所述雙極型晶體三極管的特點:發(fā)射極和基極之間具有穩(wěn)定的電壓差，同時，基極和集電極之間具有放大功能，能夠?qū)⒒鶚O的電流變化予以放大。本實施例中，所述雙極型晶體三極管的發(fā)射極與所述偏置電路21相連，所述雙極型晶體三極管的基極與所述超導(dǎo)量子干涉器件11連接，所述雙極型晶體三極管的集電極與所述放大器12的輸出端連接。
[0039]如圖4所示，本實用新型還提供一種超導(dǎo)量子干涉的磁探測器2，包括:如上所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?、容器22和偏置電路21。
[0040]所述容器22用于為所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅中的超導(dǎo)量子干涉器件11提供超導(dǎo)環(huán)境。其中，所述容器22中盛放有液氮或液氦。所述液氦的溫度在4.2開爾文(相當(dāng)于-269攝氏度)左右，所述液氮的溫度在77開爾文左右。
[0041 ] 具體地，所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅中的超導(dǎo)量子干涉器件11浸放在所述容器22中，以確保所述超導(dǎo)量子干涉器件11在低溫下處于超導(dǎo)狀態(tài)。
[0042]由于所述放大器12為半導(dǎo)體材料，故在低溫環(huán)境下，其自身的噪聲更低，更為優(yōu)選地，所述超導(dǎo)量子干涉器件11和所述放大器12均浸放在所述容器22中。
[0043]所述偏置電路21與所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅中的放大器12連接，用于向所述放大器12提供偏置電壓。
[0044]具體地，所述偏置電路21包含分壓電阻。其中，所述分壓電阻的阻值根據(jù)所述放大器12的偏置電壓而定，所述分壓電阻將所連接的直流電源進(jìn)行分壓，并將分壓后的直流電源提供給所述放大器12。
[0045]優(yōu)選地，所述偏置電路21包括:一端連接供電電源的可調(diào)分壓電阻，與所述可調(diào)分壓電阻另一端連接的至少一個穩(wěn)壓電容，所述穩(wěn)壓電容的另一端接地。
[0046]具體地，如圖5所示，所述偏置電路21的結(jié)構(gòu)為:在供電電源(直流電源)和地線之間依次連接有可調(diào)分壓電阻Rl和分壓電阻R0，與所述電阻RO并聯(lián)有穩(wěn)壓電容CO和Cl，其中，穩(wěn)壓電容CO的容量大于穩(wěn)壓電容C12的容量，所述電阻RO還與所述放大器12相連。
[0047]優(yōu)選地，所述電阻Rl的阻值在700-1K歐姆之間。可調(diào)電阻RO的阻值可根據(jù)所述偏置電路的供電電源的電壓調(diào)整。例如，所述供電電源的電壓為15V，則所述電阻RO的阻值為Rl的15倍?；蛘吒鶕?jù)實際的三極管和超導(dǎo)量子干涉器件的偏置電壓，將所述電阻RO的阻值調(diào)整在200-20K歐姆之間，電容CO的容量在1-100微法之間，電容Cl的容量在1-100納法之間。由此，所述偏置電路采用大阻值分壓、大電容和小電容的穩(wěn)壓，來提供高精度的穩(wěn)定的偏置電壓。
[0048]更為優(yōu)選地，所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鱅中的放大器的輸出端通過電阻與反向電源連接。
[0049]所述超導(dǎo)量子干涉的磁探測器2的工作過程舉例如下:
[0050]外部的偏置電路21通過可調(diào)電阻將所輸出的電壓調(diào)整為所述雙極型晶體三極管所需的偏置電壓，并提供給所述雙極型晶體三極管的發(fā)射極，在所述偏置電路21所提供的偏置電壓下，所述雙極型晶體三極管的集電極能夠?qū)⒘鹘?jīng)基極的電流予以放大；同時，所述雙極型晶體三極管的發(fā)射極和基極之間的溝道形成分壓電阻，所述雙極型晶體三極管的基極與所述超導(dǎo)量子干涉器件11相連，所述基極向所述超導(dǎo)量子干涉器件11提供所需的偏置電壓，當(dāng)所述超導(dǎo)量子干涉器件11在探測到磁信號時將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號并予以輸出，由于所述超導(dǎo)量子干涉器件11所輸出的電信號在所述基極所提供的偏置電壓基礎(chǔ)上進(jìn)行浮動，使得流經(jīng)所述基極的電流發(fā)生變化，此時，所述集電極輸出對應(yīng)于所述基極電流的變化而成倍放大變化的電流。
[0051]綜上所述，本實用新型的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅骷八m用的磁探測器，由放大器向超導(dǎo)量子干涉器件提供偏置電壓能夠有效解決現(xiàn)有的放大器和超導(dǎo)量子干涉器件分用偏置電路而使所述干涉器件的集成度低、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題；
[0052]還有，利用雙極型晶體三極管中基極-集電極的放大功能，以及發(fā)射機(jī)-基極之間穩(wěn)定的電壓差，將基極與超導(dǎo)量子干涉器件相連不但能夠為超導(dǎo)量子干涉器件提供穩(wěn)定的偏置電壓，還能在所述超導(dǎo)量子干涉器件輸出電信號時，通過集電極予以放大并輸出；
[0053]另外，將所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅魅拷旁谑⒎乓旱蛞汉さ娜萜髦?，能夠使半?dǎo)體器件始終處于低溫狀態(tài)，有效降低常溫-低溫環(huán)境下器件的熱耦合效應(yīng)所產(chǎn)生的干擾；
[0054]此外，將所述放大器和超導(dǎo)量子干涉器件集成在一起并浸放在所述容器中，還有效減少超導(dǎo)量子干涉器件和放大器之間的線路長度，在電信號的傳輸過程中進(jìn)一步減少傳輸時的電磁干擾。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0055]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?，其特征在于，至少包? 超導(dǎo)量子干涉器件，用于利用超導(dǎo)量子干涉技術(shù)將所探測到的磁信號轉(zhuǎn)換成電信號； 與所述超導(dǎo)量子干涉器件和外部的偏置電路相連接的放大器，用于向所述超導(dǎo)量子干涉器件提供偏置電壓，并基于所述偏置電路所提供的偏置電壓將所述超導(dǎo)量子干涉器件輸出的電信號予以放大并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?，其特征在于，所述超?dǎo)量子干涉器件包括:超導(dǎo)環(huán)，和/或與所述超導(dǎo)環(huán)相連的反饋電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?，所述放大器為雙極型晶體三極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?，所述雙極型晶體三極管的發(fā)射極與所述偏置電路連接，所述雙極型晶體三極管的基極與所述超導(dǎo)量子干涉器件連接，所述雙極型晶體三極管的集電極與所述放大器的輸出端連接。
5.一種超導(dǎo)量子干涉的磁探測器，其特征在于，至少包括: 如權(quán)利要求1-4中任一所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅鳎? 用于為所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械某瑢?dǎo)量子干涉器件提供超導(dǎo)環(huán)境的容器；及 與所述超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅髦械姆糯笃鬟B接的偏置電路，用于向所述放大器提供偏置電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)量子干涉的磁探測器，其特征在于，所述容器浸泡所述超導(dǎo)量子干涉器件及所述放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)量子干涉的磁探測器，其特征在于，所述容器中盛放液氮或液氦。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)量子干涉的磁探測器，其特征在于，所述偏置電路包括:一端連接供電電源的可調(diào)分壓電阻，與所述可調(diào)分壓電阻另一端連接的至少一個穩(wěn)壓電容，所述穩(wěn)壓電容的另一端接地。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超導(dǎo)量子干涉?zhèn)鞲衅?，其特征在于，所述放大器的輸出端通過電阻與反向電源相連。
【文檔編號】G01R33/035GK203376462SQ201320434495
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】王永良, 徐小峰, 張國峰, 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