超导量子干涉器磁传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁传感器，特别是涉及一种超导量子干涉器磁传感器。
【背景技术】
[0002] 如图1所示，传统的超导量子干涉器磁传感器(简称S卵ID磁传感器）包括；感应 外部磁通〇。的超导量子干涉器件(简称S卵ID)，其输出的感应信号接入前置放大器，经由 所述前置放大器放大后再接入积分器，所述积分器输出电压驱动反馈电阻Rf和反馈线圈， 通过反馈线圈与S卵ID的互感，将反馈磁通禪合到S卵ID中，形成反馈抵消磁通，保持S卵ID 工作点的稳定。上述电路构成了磁通锁定环路。S卵ID磁传感器就是基于磁通反馈环路来 实现磁通检测并线性转换成电压信号输出。
[0003] 传统磁通锁定环路存在失锁问题；所述磁通锁定环路是一种负反馈原理电路，反 馈在选定工作点上保持平衡，即反馈产生的磁通与外部感应的磁通在工作点处相互抵消。 该负反馈电路的工作过程是：当外部磁通。。发生变化，产生偏离工作点的磁通量，S卵ID 输出电压Vs将产生偏离工作点电压Vb的电压变化量AV，该电压经前置放大后，送入积分 器，驱动积分器积分，调整反馈电压Vf的大小，并通过电阻Rf和反馈线圈，调整抵消磁通 Of,直到将变化的外部磁通完全抵消，S卵ID恢复到工作点状态，整个回路恢复平衡。
[0004] 从上述S卵ID磁传感器回路的运行过程可知，从外部磁通信号激励开始，到输出 做出响应并达到平衡，需要通过所有反馈路径的电路响应才能完成。由于反馈路径中的积 分器的输出电压是输入电压随时间的积分，响应速度较慢。因此整个电路响应输出相对激 励输入是滞后的，即具有延时。由于反馈磁通滞后于输入磁通，因此其S卵ID工作点上的磁 通偏差AOerr会随着响应不足而变大。当磁通偏差超过S卵ID工作线性区最大允许的偏 差，磁通锁定环路将发生失锁，而无法工作。
[0005] 由上可见，传统的S卵ID磁传感器，由于经过前置放大，积分电路等环节的延时， 其响应速度受限，在工作点上产生磁通偏差，且随着输入信号频率和强度的增大，磁通偏差 将越发增大，最终造成失锁。因此传统的S卵ID磁传感器，由于环路响应速度的限制，传感 器摆率和带宽受限，易造成失锁。
【发明内容】
[0006] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超导量子干涉器磁传 感器，用于解决现有技术中由于S卵ID磁传感器中的积分器的响应滞后于外部磁通的变 化，而致使当外部磁通的频率和强度增大时，现有的S卵ID磁传感器易失锁的问题。
[0007] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超导量子干涉器磁传感器，其 包括；超导量子干涉器件；与所述超导量子干涉器件相连的前置放大器；与所述前置放大 器的输出端相连、且反馈至所述超导量子干涉器件的第一反馈电路，用于利用经所述前置 放大器放大后的感应信号来产生用于抵消外部磁通的变化部分的磁通；与所述前置放大器 的输出端相连的积分器；与所述积分器的输出端相连、且反馈至所述超导量子干涉器件的 第二反馈电路，用于将所述积分器所输出的补偿后的感应信号反馈给所述超导量子干涉器 件。
[0008] 优选地，所述第一反馈电路包括；与所述前置放大器的输出端相连的第一反馈电 阻，W及与所述第一反馈电阻相连、且与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈。
[0009] 优选地，所述第一反馈电阻的阻值在IkQ~1化〇之间。
[0010] 优选地，所述第二反馈电路包括；与所述积分器的输出端相连的第二反馈电阻，W 及与所述第二反馈电阻相连、且与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈。
[0011] 优选地，所述第一反馈电路中的反馈线圈与第二反馈电路中的反馈线圈为同一 个。
[001引优选地，所述第二反馈电阻的阻值在1化0~l(K)kQ之间。
[0013] 优选地，所述积分器为同相积分器。
[0014] 优选地，所述超导量子干涉器磁传感器还包括；与所述前置放大器的和积分器的 输出端相连的比例加法器。
[001引优选地，所述比例加法器包括；与所述前置放大器的输出端相连的电阻氏2、与所 述积分器的输出端相连的电阻也1、运算放大器U3、W及电阻也3,其中，所述运算放大器U3 的负输入端与所述电阻氏2和也1相连、正输入端接地，所述电阻也3连接在所述运算放大器 U3的负输入端和输出端之间。 爲
[0016] 优选地，所述电阻Rgl、Rg2满足其中，Rfl为所述第一反馈电路中的第 女。2炭J2 一反馈电阻，Rf2为所述第二反馈电路中的第二反馈电阻。
[0017] 优选地，所述超导量子干涉器件处于外部磁通的变化频率接近所述超导量子干涉 器件的截止频率的环境中。
[0018] 如上所述，本发明的超导量子干涉器磁传感器，具有W下有益效果；通过在前置放 大器后设置第一反馈电路，能够几乎无延时的向S卵ID输出反馈磁通，能够在所述积分器 进行积分补偿处理期间及时抵消外部磁通的变化，使得本发明的超导量子干涉器磁传感器 具有更快的反馈响应，有效减少因积分器的延时而造成的失锁。
【附图说明】
[0019] 图1显示为现有技术的超导量子干涉器磁传感器的结构示意图。
[0020] 图2显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的结构示意图。
[0021] 图3显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的一种优选方案的结构示意图。
[0022] 图4显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的又一种优选方案的结构示意图。
[0023] 图5显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的又一种优选方案的结构示意图。
[0024] 元件标号说明
[00巧]1超导量子干涉器磁传感器
[0026] 11超导量子干涉器件
[0027] 12前置放大器 [002引 13第一反馈电路 [002引 14积分器
[0030] 15第二反馈电路
[00引]16比例加法器
【具体实施方式】
[0032] W下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人±可由本说明 书所掲露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0033] 请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用 W配合说明书所掲示的内容，W供熟悉此技术的人±了解与阅读，并非用W限定本发明可 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，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所掲示的技 术内容得能涵盖的范围内。需说明的是，在不冲突的情况下，W下实施例及实施例中的特征 可W相互组合。
[0034] 需要说明的是，W下实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本发明的基本构 想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸 绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也 可能更为复杂。
[00巧]如图2所示，本发明提供一种超导量子干涉器磁传感器。所述超导量子干涉器磁 传感器为了在临近超导量子干涉器件的截止频率时，能够及时锁定超导量子干涉器件的工 作点，减少工作点的偏移。所述超导量子干涉器磁传感器1包括；超导量子干涉器件11、前 置放大器12、第一反馈电路13、积分器14和第二反馈电路15。
[0036] 所述超导量子干涉器件11工作在盛放有液氮的容器中。随着外部磁通在多个〇。 幅度变化时，所述超导量子干涉器件11输出具有周期变化的感应信号。在0. 50。的幅度 内，所述超导量子干涉器件11所输出的感应信号具有单调性。其中，〇。为2. 07Xl(Ti5韦 伯。为了让所述超导量子干涉器件11能够输出具有单调性的感应信号，需要对所述超导量 子干涉器件11进行工作点锁定。因此，在所述超导量子干涉器磁传感器1中还包含有用于 锁定工作点、放大所感应的感应信号等功能的后续电路。
[0037] 所述前置放大器12与所述超导量子干涉器件11的输出端相连，用于放大所述超 导量子干涉器件11所输出的感应信号。所述前置放大器12的正负输入端分别接所述超导 量子干涉器件11的输出端和外部的偏置电压的输出端，所述前置放大器12的电压噪声在 InV/V化左右，开环增益大于120地，带宽增益积大于lOMHz。常用的低噪声运算放大器有 美国ADI公司的AD797和凌特（LinearTechnology)公司的LT1028。
[0038] 所述第一反馈电路13与所述前置放大器12的输出端相连、且反馈至所述超导量 子干涉器件11，用于利用经所述前置放大器12放大后的感应信号来产生用于抵消外部磁 通的变化部分的磁通，W便锁定所述超导量子干涉器件11的工作点。由于所述前置放大器 12中并不包含积分电路，因此，所述第一反馈电路13能够无延时的将放大后的感应信号所 产生的磁通反馈至所述超导量子干涉器件11，使得所述超导量子干涉器件11所感应的磁 通第一时间无偏差的保持在单调区域内。
[0039] 具体地，所述第一反馈电路13包含与所述超导量子干涉器件11相互感的反馈线 圈。如图3所示，优选地，所述第一反馈电路13还包括连接于所述反馈线圈和前置放大器 12输出端之间的第一反馈电阻。其中，所述第一反馈电阻的阻值在化Q~WkQ之间为 优。
[0040] 当所述超导量子干涉器件11在感应到磁通变化时，所述前置放大器12无延时的 对所感应的感应信号进行前置放大，再将放大后的感应信号通过所述第一反馈电路13无 延时的进行负反馈，W便及时的抵消外部磁通的变化，使得所述超导量子干涉器件11在单 调区间（半