个周期）内工作。对于所述外部磁通变化频率接近所述超导量子干涉器件11的 截止频率的环境来说，所述第一反馈电路13能够作为快速响应的磁通锁定环，及时避免在 工作点上的磁通偏差超出线性区所允许的最大偏差而造成失锁。
[0041] 所述积分器14与所述前置放大器12的输出端相连，用于对经所述前置放大器12 放大的感应信号进行积分处理。其中，所述积分器14为同相积分器14。若所述积分器14 为反相积分器14,则需在所述积分器14的输入端增加反相器，W达到同相积分器14的作 用。
[0042] 具体地，所述积分器14在所述前置放大器12输出放大后的感应信号时，对放大后 的所述感应信号的变化进行积分补偿，在经过延时的积分补偿之后，将补偿后的感应信号 予W输出。其中，所述积分器14可W进行一级或多级积分补偿处理。
[0043] 所述第二反馈电路15与所述积分器14的输出端相连、且反馈至所述超导量子干 涉器件11，用于将所述积分器14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11，W进一步消除所述超导量子干涉器件11在工作点的磁通偏差。
[0044] 具体地，所述第二反馈电路15中也包含与所述超导量子干涉器件11相互干扰的 反馈线圈。如图3所示，优选地，所述第二反馈电路15中的反馈线圈与所述第一反馈电路 13中的反馈线圈为同一个。更为优选地，所述第二反馈电路15中的反馈线圈和所述积分器 14的输出端之间还连有第二反馈电阻。所述第二反馈电阻的阻值在1化〇~10化〇之间 为优。
[0045] 当所述前置放大器12将放大后的感应信号输至所述积分器14时，所述积分器14 的积分补偿过程需要一定延时，在延时后输出补偿后的感应信号，由所述第二反馈电路15 在该延时后反馈至所述超导量子干涉器件11，W进一步消除所述超导量子干涉器件11在 工作点的磁通偏差。
[0046] 所述超导量子干涉器磁传感器1的工作过程举例如下：
[0047] 所述超导量子干涉器件11根据外部磁通的变化锁定工作点，当所述外部磁通变 化时，所述超导量子干涉器件11输出感应信号，与所述超导量子干涉器件11相连的前置放 大器12将所述感应信号进行前置放大后一方面输至所述积分器14,同时还通过所述第一 反馈电路13无延时的负反馈给所述超导量子干涉器件11，其中，所述第一反馈电路13通过 电磁转换将放大后的感应信号转换成磁通，W无延时的抵消外部磁通的变化，使得所述超 导量子干涉器件11所感应的磁通变化保持在半个〇。范围内。此时，由于所述外部磁通收 到所述第一反馈电路13的抵消，使得所述超导量子干涉器件11所输出的感应信号的电压 逐渐减小。
[0048] 与此同时，所述积分器14将放大后的感应信号进行积分补偿，由于积分补偿需要 一定时间，在延时之后，所述积分器14输出补偿后的感应信号，并将所述补偿后的感应信 号通过所述第二反馈电路15反馈至所述超导量子干涉器件11。在延时期间，由于所述第一 反馈电路13所反馈的磁通逐步减少，使得在延时之后，所述第二反馈电路15起到补充反馈 的作用，两个反馈电路互补工作，既及时响应了外磁通更快的变化，使得工作点稳定，还提 高了放失锁的能力。因此具有更高的响应速度和带宽，性能更稳定。
[0049] 作为一种优选方案，为了确保所述超导量子干涉器磁传感器1输出的感应信号更 准确的反映出外部磁通的变化，则所述超导量子干涉器磁传感器1还包括；与所述前置放 大器12的和积分器14的输出端相连的比例加法器16。如图4所示。
[0050] 所述比例加法器16用于按照预设比例将所述前置放大器12和积分器14各自所 输出的感应信号进行相加，并予W输出。所述比例加法器16在所述积分器14进行积分补 偿处理期间，主要W所述前置放大器12所输出的感应信号为主，当所述积分器14延时输出 补偿后的感应信号时，所述前置放大器12所输出的感应信号相比于补偿后的感应信号可 忽略，则显然，所述比例加法器16所输出的感应信号可W认定为补偿后的感应信号。其中， 所示比例加法器可W通过内设比例参数的方式预设比例。
[0051] 本实施例中，如图5所示，所述比例加法器16包括；与所述前置放大器12的输出 端相连的电阻也2、与所述积分器14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R。,和也1相连、正输入端接地，所述电阻 Rg3连接在所述运算放大器U3的负输入端和输出端之间。
[005引其中，所述电阻也1、也2的阻值与所述预设比例相关。电阻也3对所述运算放大器U3起到稳压作用。
[005引优选地，所述电阻Rai、Ra2满足其中，Rfi为所述第一反馈电路13中的 贫。2致/2 第一反馈电阻，Rf2为所述第二反馈电路15中的第二反馈电阻。
[0054] 综上所述，本发明的超导量子干涉器磁传感器，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；另外，本发明依旧保留现有技术中积分器输出 端所反馈的第二反馈电路，是为了在所述第一反馈电路所反馈的磁通逐渐减小且所述积分 器积分补偿时序之后，能够及时向S卵ID发出抵消外部磁通的反馈磁通，由此能够提供更 宽的带宽、具有更稳定的性能；此外，在所述前置放大器和积分器的输出端连接比例加法 器，能够在积分器输出感应信号的基础上，增加了前置放大器的磁通反馈的贡献，能够提高 所述磁传感器暂态时期的响应能力和精度。所W，本发明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。
[00巧]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人±皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明所掲示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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。2. 根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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，以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。3. 根据权利要求2所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，所述第一反馈电阻 的阻值在lkQ~10kQ之间。4. 根据权利要求1或2所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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，以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。5. 根据权利要求4所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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。6. 根据权利要求4所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，所述第二反馈电阻 的阻值在l〇kQ~100kQ之间。7. 根据权利要求4所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，所述积分器为同相 积分器。8. 根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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。9. 根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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Ra2、与所述积分器的输出端相连的电阻Ral、运 算放大器U3、以及电阻Ra3，其中，所述运算放大器U3的负输入端与所述电阻Ra2和Ral相连、 正输入端接地，所述电阻Ra3连接在所述运算放大器U3的负输入端和输出端之间。10. 根据权利要求9所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，所述电阻Ral、Ra2满 足其中，Rfl为所述第一反馈电路中的第一反馈电阻，Rf2为所述第二反馈电路 中的第二反馈电阻。11. 根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器，其特征在于，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。
【专利摘要】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；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。本发明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SQUID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，维持工作点稳定，使得本发明的超导量子干涉器磁传感器具有更快的速度响应，有效减少因积分器的延时而造成的失锁。
【IPC分类】G01R33/035, G01R33/025
【公开号】CN104950268
【申请号】CN201410127223
【发明人】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 谢晓明
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月31日