标定电路结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种标定电路结构。所述标定电路结构包括：印刷电路板，印制第一线圈和多个第二线圈，其中，所述第一线圈的尺寸大于所述多通道超导量子干涉传感阵列的尺寸；各所述超导量子干涉器磁传感器位于以所述第一线圈的圆心为圆心的至少两个同心圆的圆周上，各所述第二线圈对应一个同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器，所述第二线圈的尺寸介于所述超导量子干涉器磁传感器中探头的尺寸与比所述探头的尺寸大一预设值之间；与所述印刷电路板相连、且按照设定的输送规则向各所述同心圆线圈输送驱动电流的信号发生器。本实用新型利用印刷电路板的一体化设计来提供同心圆线圈，能有效避免同心圆线圈之间的误差，具有极高的定位精准度。
【专利说明】标定电路结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超导量子干涉器磁传感器的标定，特别是涉及一种标定电路结构。
【背景技术】
[0002]超导量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下简称SQUID)是一种具有极高灵敏度的磁传感器。其探测分别率可达到飞特量级(10_15特斯拉)，是研究生物磁场如心磁、脑磁、胎儿磁的目前采用的主流磁传感器。
[0003]多通道的SQUID磁传感器阵列(包含多通道的超导量子传感阵列和读出电路等)目前已经被制作成多通道心磁图仪(如36通道，64通道心磁图仪)并应用心磁成像的研究，开展冠心病等早期诊断的临床研究中，对心脏电生理及冠心病等研究具有重要参考价值。其中，SQUID磁传感器包含SQUID器件及与之相连的读出电路。
[0004]SQUID磁传感器通道的磁场电压转换系数(也叫磁电转化比)是这种磁传感器阵列的重要参数，通过该参数在测得磁传感器工作情况下，可计算得到实际得的磁场大小。由于每个通道中的SQUID磁传感器特性及相应读出电路的参数不尽相同，因此存在通道间存在不一致性，在测量时，若使用统一的磁电转化比，将会产生一定误差，这对于精度要求高的产品(如心磁图仪)而言，将严重影响分析结果。因此，需要在使用前先标定包含多通道传感阵列的磁传感器中各超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比。
[0005]目前，多通道SQUID磁传感器系统中各SQUID的标定方式通常使用标定线圈来进行。所谓线圈标定，就是使用一个线圈，通入已知的电流，将各SQUID放置线圈的正上方。线圈中加载的电流就使其产生相应的激励磁场，该磁场大小在已知线圈参数、加载电流大小、及各SQUID与线圈的相对位置的情况下是确定的。因此通过这个确定强度的磁场来对各SQUID进行激励，检测各SQUID的相应电压信号，即可计算出该磁传感器的磁场电压转换系数。
[0006]利用上述方式为每个通道单独进行标定对于多通道SQUID磁传感器系统而言效率太低，耗时长，操作复杂。尤其是每个通道都需要确定磁传感器探头与标定线圈的相对位置，否则标定误差会因为线圈定位不精确而增大。
[0007]为了提高标定的效率，技术人员提出了一种相对标定和绝对标定相结合的方法。该方法的原理是:首先使用一个均匀磁场对所有通道进行激励，使得所有磁传感器系统中的所有SQUID对同一个强度的磁场做出响应，并记录所有SQUID所对应的通道的输出响应，并选择其中一个通道定义为参考通道，其电压响应作为参考值，其余通道的响应电压与参考通道的响应电压相比，获得相对标定系数kx。再使用小线圈，单独对该参考通道进行精确的绝对标定，确定该参考通道的磁通电压传输系数G。结合相对标定和绝对标定，在获取参考通道的磁通电压转换系数后，那么，其余通道的磁场电压转换系数则为kx*G。
[0008]上述标定方案，为了提供一个对于各通道的SQUID来说均匀、同一磁通量的磁场环境，在进行标定时，技术人员需要提供一个相比SQUID所构成的阵列大很多的线圈装置，线圈的直径至少为所述阵列所覆盖区域的10倍以上。体积如此大的装置，不但难于测试，实际上很难保证磁场的均匀度，在标定时具有较大误差。
实用新型内容
[0009]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种标定电路结构，用于解决现有技术中标定装置体积过大且不够精准的问题。
[0010]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种标定电路结构，用于标定多通道超导量子干涉传感阵列中的各超导量子干涉器磁传感器，所述标定电路结构包括:印刷电路板，印制第一线圈和多个第二线圈，其中，所述第一线圈的尺寸大于所述多通道超导量子干涉传感阵列的尺寸；各所述超导量子干涉器磁传感器位于以所述第一线圈的圆心为圆心的至少两个同心圆的圆周上，各所述第二线圈对应一个同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器，所述第二线圈的尺寸介于所述超导量子干涉器磁传感器中探头的尺寸与比所述探头的尺寸大一预设值之间；与所述印刷电路板相连、且按照设定的输送规则向各所述同心圆线圈输送驱动电流的信号发生器。
[0011]优选地，所述预设值为所述探头的尺寸的I至2倍。
[0012]优选地，所述第一线圈和/或第二线圈为单匝或多匝。
[0013]优选地，所述第一线圈和/或第二线圈为多匝，所述第一线圈和/或第二线圈由所述印刷电路板中相邻的多导电层的同轴单匝线圈构成、或由所述印刷电路板中的至少一层导电层的同轴多匝线圈构成。
[0014]优选地，所述第一线圈的圆心与盛放所述阵列的容器底部中轴相重合。
[0015]优选地，各所述第二线圈按照各同心圆周上且彼此相邻的超导量子干涉器所在位置进行设置，或按照各同心圆周上且彼此分散的超导量子干涉器磁传感器所在位置进行设置。
[0016]如上所述，本实用新型的标定电路结构，具有以下有益效果:利用印刷电路板的一体化设计来提供第一线圈和第二线圈，能有效避免多个线圈之间的位置误差，具有极高的定位精准度，同时，两种线圈的一体化设计能够帮助使用者在进行标定时，只需确定一个第二线圈位于相应同心圆周上的所述超导量子干涉器磁传感器的正下方，即可确定其他各第二线圈位于各自的所述超导量子干涉器磁传感器的正下方，有效避免了标定时对第二线圈的重复调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1显示为本实用新型的标定电路结构的结构示意图。
[0018]图2显示为本实用新型的标定电路结构在使用过程中的一种实施方式的结构示意图。
[0019]图3A显示为本实用新型的标定电路结构中印刷电路板上的每个线圈为单匝线圈的结构示意图。
[0020]图3B、3C分别显示为本实用新型的标定电路结构中印刷电路板上的每个线圈为多匝线圈的结构示意图。
[0021]图4显示为本实用新型的利用所述标定电路结构来进行标定的方法的流程图。[0022]图5A显示为本实用新型的标定电路结构中对应于36通道的超导量子干涉传感阵列的印刷电路板的结构示意图。
[0023]图5B显示为本实用新型的标定电路结构中对应于36通道的超导量子干涉传感阵列的印刷电路板的又一种结构示意图。
[0024]图6显示为本实用新型的标定方法中将位于同心圆圆周的36通道的超导量子干涉传感阵列中的各超导量子干涉器磁传感器进行分组的示意图。
[0025]元件标号说明
[0026]I标定电路结构
[0027]11印刷电路板
[0028]Illa 用于绝对标定的同心圆线圈
[0029]Illb 用于相对标定的同心圆线圈
[0030]12信号发生器
[0031]2多通道超导量子干涉传感阵列
[0032]21超导量子干涉器磁传感器
[0033]3容器
[0034]4电子设备
[0035]SI ~S4 步骤`【具体实施方式】
[0036]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0037]请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0038]如图1、2所示，本实用新型提供一种标定电路结构，用于标定多通道超导量子干涉传感阵列2中的各超导量子干涉器磁传感器21，以帮助确定所述阵列2中各超导量子干涉器磁传感器21的磁电转化比。
[0039]所述标定电路结构I包括印刷电路板11和信号发生器12。
[0040]所述印刷电路板11上印制第一线圈11 Ia和多个第二线圈11 lb，其中，所述第一线圈Illa的尺寸大于所述多通道超导量子干涉传感阵列的尺寸。
[0041]所述第一线圈Illa和/或第二线圈Illb可以是单匝也可以是多匝，当所述第一线圈Illa和/或第二线圈Illb为多匝时，所述第一线圈Illa和/或第二线圈Illb由所述印刷电路板11中相邻的多导电层的同轴单匝同心圆线圈构成、或由所述印刷电路板11中的至少一层导电层的同轴多匝线圈构成。如图3A、3B和3C所示。其中，图3C中，印刷电路板双面印制线圈，将上下两面刻制的单匝或多匝圈通过过孔连接起来构成更多匝线圈。
[0042]各所述超导量子干涉器磁传感器21位于以所述第一线圈Illa的圆心为圆心的至少两个同心圆的圆周上，各所述第二线圈Illb对应一个同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器21，所述第二线圈Illb的尺寸介于所述超导量子干涉器磁传感器21中探头的尺寸与比所述探头的尺寸大一预设值之间。优选地，所述预设值为所述探头的尺寸的I至2倍。
[0043]各所述第二线圈Illb可随机的选择相应的同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器的位置。优选地，各所述第二线圈Illb按照各同心圆周上且彼此相邻的超导量子干涉器21所在位置进行设置，或按照各同心圆周上且彼此分散的超导量子干涉器磁传感器21所在位置进行设置。
[0044]例如，如图5A、5B所不，以6*6通道的超导量子干涉传感阵列中的各超导量子干涉器磁传感器为例的印刷电路板中第一线圈Illa和各第二线圈Illb各自的位置关系，其中，点画线为以所述第一线圈Illa的圆心为圆心的超导量子干涉器磁传感器所在同心圆圆周。
[0045]又如，对于2*2通道的超导量子干涉传感阵列来说，其中的4个超导量子干涉器磁传感器必须位于至少两个同心圆圆周上，并按照各同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器的位置来设置第二线圈Illb的位置。如此，能够更加精准的标定各超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比。
[0046]所述印刷电路板11在使用时放入盛放所述阵列2的容器3的底部，则所述印刷电路板的尺寸小于或等于盛放所述阵列的容器底部的尺寸。优选地，所述第一线圈Illa的圆心与所述容器底部中轴相重叠。
[0047]所述信号发生器12与所述印刷电路板11相连、且按照设定的输送规则向各同心圆线圈111输送驱动电流。
[0048]具体地，所述信号发生器12通过双绞线与所述印刷电路板11相连，并受外界计算机设备或内置的输送规则向所述第一线圈Illa或第二线圈Illb输送驱动电流。其中,输送规则在后续说明中予以详细描述。
[0049]如图2、4所示，本实用新型还提供一种利用上述标定电路结构来对多通道超导量子干涉传感阵列进行标定的方法。其中，所述标定方法主要通过技术人员操作电子设备2来执行，其中，所述电子设备可以是计算机设备，也可以由所述信号发生器、频谱分析仪及嵌入式设备等构成。其中，所述通道超导量子干涉传感阵列中包括阵列形式的多个超导量子干涉器磁传感器，其中，每个通道对应一个超导量子干涉器磁传感器。
[0050]在步骤SI中，将所述阵列放置在所述印刷电路板上方，使得各所述超导量子干涉器磁传感器位于以所述第一线圈的圆心为圆心的多个同心圆圆周上、并且各所述第二线圈位于各同心圆周上的超导量子干涉器磁传感器的正下方，其中，位于每个同心圆周上的超导量子干涉器磁传感器分为一组，每组中位于第二线圈正上方的超导量子干涉器磁传感器为同组中所选定的用于绝对标定的超导量子干涉器磁传感器。
[0051]具体地，所述技术人员将所述印刷电路板放置在盛放所述阵列的容器底部，并将所述容器底部的中轴与所述印刷电路板中的第一线圈的圆心相重合，再将多通道的超导量子干涉器磁传感器阵列放置所述印刷电路板上方，其中，所述多通道的超导量子干涉器磁传感器阵列中的各超导量子干涉器磁传感器以所述圆心为圆心，通过目测或瞄准仪将各所述超导量子干涉器磁传感器分设在多个同心圆圆周上，且每个第二线圈对应位于一个同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器的正下方。[0052]例如，如图6所示，36通道的超导量子干涉传感阵列中各超导量子干涉器磁传感器以行间距和列间距均相同的形式排列成6*6的阵列，预先设定所述阵列的几何中心、第一线圈的圆心及容器的中轴重合，且所述6*6的阵列中每个同心圆周上的各超导量子干涉器磁传感器按照图6所示分别位于6个同心圆圆周上(点画线为所述同心圆圆周)，对应的在印刷电路板中印有6个第二线圈，且该6个第二线圈分别位于相应的同心圆圆周的一个超导量子干涉器磁传感器的正下方，则技术人员依次将所述印刷电路板和阵列放置在提供超导环境的容器内，并令中心、圆心、中轴重叠，并将各同心圆周上的超导量子干涉器磁传感器都能与相应的第二线圈相正对，再将每个圆周上的超导量子干涉器磁传感器分为一组，每组中位于第二线圈正上方的超导量子干涉器磁传感器为同组中所选定的用于绝对标定的超导量子干涉器磁传感器。
[0053]在步骤S2中，令所述信号发生器向所述第一线圈发送驱动电流，测得各组超导量子干涉器磁传感器所输出的第一感应信号。
[0054]具体地，所述电子设备控制所述信号发生器向所述第一线圈发送驱动电流，以供各组超导量子干涉器磁传感器受到同等磁通量的磁场环境，这时，各组的各超导量子干涉器磁传感器将所感应的磁通转换成第一感应信号，并予以输出，所述电子设备接收并保存各组的所述第一感应信号的幅值。
[0055]优选地，向所述第一线圈输送驱动电流的规则可作为输送规则设置在所述信号发生器中，由所述信号发生器按照所述输送规则来向所述第一线圈发送驱动电流，并由所述电子设备来接收相应的第一感应信号。
[0056]在步骤S3中，令所述信号发生器分别向各所述第二线圈输送驱动电流，并测得各自第二线圈的正上方的超导量子干涉器磁传感器所输出的第二感应信号。
[0057]具体地，所述电子设备控制所述信号发生器依次向各所述第二线圈输送与步骤S2相同或不同的驱动电流，再次测量所选中的超导量子干涉器磁传感器所输出的第二感应信号，并确定各第二感应信号的幅值。
[0058]在步骤S4中，根据各组所输出的第二感应信号及所对应的驱动电流计算所选取的超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比G，以及同组中其他各第一感应信号相对所选取的超导量子干涉器磁传感器的第一感应信号的比值ki;再根据kjG标定同组中的其他超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比，其中，i为同组中除所选取的超导量子干涉器磁传感器之外的超导量子干涉器磁传感器的编号。
[0059]其中，由于所述第二线圈的尺寸与所正对应的超导量子干涉器磁传感器中探头的尺寸相当，则各选取的超导量子干涉器磁传感器所感受的磁场环境为相应第二线圈所提供的磁场环境完全一致或基本一致，因此，能够根据驱动电流的电流值、第二线圈的匝数、各组的第二感应信号的幅值来求得各组所选中的超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比G。
[0060]同时，所述电子设备还计算同组中其他第一感应信号的幅值相对同组所选取的超导量子干涉器磁传感器的第一感应信号的幅值的比值ki;该比值匕为同组中其他第一感应信号相对所选取的超导量子干涉器磁传感器的第一感应信号的相对标定系数；接着，根据公式kjG得到同组中的其他超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比G”由此，确定了每个超导量子干涉器磁传感器的磁电转化比。
[0061]需要说明的是，步骤S2、S3和S4并非一定按顺序执行，所述标定方法也可以先执行步骤S3再执行步骤S2和S4 ;或者在执行完步骤S2后，通过步骤S4来计算比值，然后在执行步骤S3并继续步骤S4中未执行的部分。
[0062]作为一种优选方案，所述标定方法还包括:在测量各组超导量子干涉器磁传感器的输出第一感应信号的过程中，根据所述第二感应信号的幅值来调整所述印刷电路板的方向，并在所述第二感应信号的幅值最大时，确定各所述第二线圈位于各同心圆周上的超导量子干涉器磁传感器的正下方。
[0063]具体地，在测量各组超导量子干涉器磁传感器的输出第二感应信号的过程，技术人员利用工具微调盛放印刷电路板的容器的角度，使得印刷电路板随着容器一起转动，并实时观察各第二感应信号的幅度，当各组第二感应信号的幅值最大时，确定各超导量子干涉器磁传感器与同心圆线圈正对应，并令所述电子设备记录正对应时各超导量子干涉器磁传感器所输出的第二感应信号。
[0064]综上所述，本实用新型的标定电路结构，利用印刷电路板的一体化设计来提供第一线圈和第二线圈，能有效避免多个线圈之间的位置误差，具有极高的定位精准度，同时，两种线圈的一体化设计能够帮助使用者在进行标定时，只需确定一个第二线圈位于相应同心圆周上的所述超导量子干涉器磁传感器的正下方，即可确定其他各第二线圈位于各自的所述超导量子干涉器磁传感器的正下方，有效避免了标定时对第二线圈的重复调整；
[0065]其中，选择各组彼此相邻的超导量子干涉器设置第二线圈(也叫集中式选择规则)，能够有效提高第二线圈引线的集成度；选择各组彼此分散的超导量子干涉器磁传感器设置第二线圈(也叫分散式选择规则)，有利于在同时进行小线圈标定时，减小串扰，提高标定精度；
[0066]在利用所述标定电路结构进行标定时，由于所述印刷电路板中最大的线圈所提供的磁场环境并不均匀，但位于同一同心圆圆周上的每组超导量子干涉器磁传感器所感受的磁场环境是一致的，故而能够精准的测得同一磁场环境下同组超导量子干涉器磁传感器所输出的第一感应信号；
[0067]将多通道的超导量子干涉传感组件按照多个同心圆圆周来分组，能够提供高每组超导量子干涉器磁传感器的标定准确率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0068]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种标定电路结构，用于标定多通道超导量子干涉传感阵列中的各超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，所述标定电路结构包括: 印刷电路板，印制第一线圈和多个第二线圈，其中，所述第一线圈的尺寸大于所述多通道超导量子干涉传感阵列的尺寸； 各所述超导量子干涉器磁传感器位于以所述第一线圈的圆心为圆心的至少两个同心圆的圆周上，各所述第二线圈对应一个同心圆圆周上的超导量子干涉器磁传感器，所述第二线圈的尺寸介于所述超导量子干涉器磁传感器中探头的尺寸与比所述探头的尺寸大一预设值之间； 与所述印刷电路板相连、且按照设定的输送规则向各所述同心圆线圈输送驱动电流的信号发生器。
2.根据权利要求1所述的标定电路结构，其特征在于，所述预设值为所述探头的尺寸的I至2倍。
3.根据权利要求1所述的标定电路结构，其特征在于，所述第一线圈和/或第二线圈为单匝或多匝。
4.根据权利要求3所述的标定电路结构，其特征在于，所述第一线圈和/或第二线圈为多胆，所述第一线圈和/或第二线圈由所述印刷电路板中相邻的多导电层的同轴单匝线圈构成、或由所述印刷电路板中的至少一层导电层的同轴多匝线圈构成。
5.根据权利要求1所述的标定电路结构，其特征在于，所述第一线圈的圆心与盛放所述阵列的容器底部中轴相重合。
6.根据权利要求1所述的标定电路结构，其特征在于，各所述第二线圈按照各同心圆周上且彼此相邻的超导量子干涉器所在位置进行设置，或按照各同心圆周上且彼此分散的超导量子干涉器磁传感器所在位置进行设置。
【文档编号】G01R35/00GK203587792SQ201320799206
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 谢晓明, 邱阳, 张树林 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所