超导量子干涉器件的特性扫描装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种器件的特性扫描技术，特别是涉及一种超导量子干涉器件的特性 扫描装置及方法。
【背景技术】
[0002] 超导量子干涉器件（Superconducting Quantum Inte;rference Device, W下简称 S卵ID)是基于磁通量子化和超导约瑟夫逊效应的极其灵敏磁传感器。S卵ID是目前已知的 最灵敏的磁传感器，已经在生物磁学，无损检测，地球物理探测等多种弱磁探测领域得到广 泛应用。
[0003] 超导量子干涉器件，因使用高温超导材料和低温超导材料的不同，分为高温S卵ID 和低温S卵ID两种。本说明书所述的S卵ID包括了 W上两种S卵ID器件。
[0004] 超导量子干涉器件是非线性的磁通电压转换器件。S卵ID器件流过一定电流，且 电流超过器件约瑟夫森结的临界电流后，S卵ID器件两端就会产生电压，且电压受到磁通调 巧1|。该种输出电压受感应磁通影响的特性，使S卵ID成为了磁敏感器件，被用作磁传感器。
[0005] 由于超导量子干涉器件采用超导材料的薄膜制备而成，工艺难度大，器件一致性 较差，因此一批器件中，并不是每个器件都可W使用，需要通过测试，选则其中电压响应幅 度较大的器件，用于制作磁传感器。
[0006] 目前超导量子干涉器件通过在不同磁场下的多条I-V特性曲线，来反映S卵ID的 信息，再根据所反映的信息来确定S卵ID性能的好坏，也就是说，上述方式无法直观地从曲 线中判断器件的好坏，实现器件筛选。因此，需要对现有的特性扫描技术进行改进。
【发明内容】
[0007] 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件的 特性扫描装置及方法，用于解决现有技术中无法直观地从一条I-V特性曲线中判断器件的 好坏的问题。
[0008] 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件的特性扫描 装置，其至少包括：基于互感原理输出变化电压信号并向超导量子干涉器件提供高频交流 扫描磁场环境的扫描磁通加载单元；与所述超导量子干涉器件的供电端相连、且提供变化 的偏置电流的偏置电压发生单元，其中，所述变化电压信号的频率是所述偏置电流的频率 的十倍W上；与所述超导量子干涉器件的输出端相连的放大滤波单元；与所述偏置电压发 生单元和所述放大滤波单元相连的特性曲线生成单元，用于将所述偏置电压发生单元所提 供的变化的偏置电流与所述放大滤波单元所输出的所述超导量子干涉器件在所述高频交 流扫描磁场环境下所产生的感应信号描绘成反映磁通电压转换强度与偏置电流关系的特 性曲线。
[0009] 优选地，所述扫描磁通加载单元包括；电压发生器、与所述电压发生器相连的反馈 电阻W及与所述反馈电阻相连且与所述超导量子干涉器件互感的线圈。
[0010] 优选地，所述扫描磁通加载单元所提供的高频交流扫描磁场环境的磁通为磁通量 子的整数倍。
[0011] 优选地，所述放大滤波单元包括；与所述超导量子干涉器件的输出端相连的前置 放大器；与所述前置放大器的输出端相连的滤波组件，用于将经过所述前置放大器放大的 所述超导量子干涉器件所输出的感应信号进行滤波，并得到所述感应信号的电压变化。
[0012] 优选地，所述滤波组件包括；与所述前置放大器的输出端相连的高通滤波器；与 所述高通滤波器相连的幅值解调器；W及与所述幅值解调器相连的低通滤波器。
[0013] 基于上述目的，本发明还提供一种超导量子干涉器件的特性扫描装置，其至少包 括：基于互感原理输出变化电压信号并向超导量子干涉器件提供高频交流扫描磁场环境的 扫描磁通加载单元；与所述超导量子干涉器件的供电端相连、且提供变化的偏置电流的偏 置电压发生单元，其中，所述变化电压信号的频率是所述偏置电流的频率的十倍W上；与所 述超导量子干涉器件的输出端相连的放大滤波单元；与所述放大滤波单元和偏置电压发生 单元相连的采样控制单元，用于基于所述偏置电压发生单元所输出的当前的偏置电流，对 所述放大滤波单元所输出的所述超导量子干涉器件在所述高频交流扫描磁场环境下所产 生的感应信号进行采样，并在完成采样完成后向所述偏置电压发生单元输出控制指令，W 控制所述偏置电压发生单元所输出的偏置电流的变化；与所述采样处理单元相连的特性曲 线生成单元，用于将每个所述偏置电流和相应的感应信号描绘成反映磁通电压转换强度与 偏置电流关系的特性曲线。
[0014] 优选地，所述扫描磁通加载单元包括；电压发生器、与所述电压发生器相连的反馈 电阻W及与所述反馈电阻相连且与所述超导量子干涉器件互感的线圈。
[0015] 优选地，所述扫描磁通加载单元所提供的高频交流扫描磁场环境的磁通为磁通量 子的整数倍。
[0016] 优选地，所述采样控制单元包括；与所述偏置电压发生单元相连接的模数转换器， 用于将所述偏置电压发生单元所输出的偏置电流转成数字的偏置电流；与所述放大滤波单 元相连的采样模块；与所述模数转换器和采样模块相连的处理模块，用于在所述采样模块 完成一个磁通扫描信号周期的采样后向所述偏置电压发生单元中的控制接收模块输出控 制指令，并从所采样的各感应信号中确定所采样的感应信号的电压均值。
[0017] 优选地，所述处理模块根据所采样的感应信号的电压值进行均方根或绝对值计算 平均电压值，所得到的电压值为对应当前所述偏置电流的感应信号的电压均值。
[0018] 优选地，所述控制模块还用于基于预设的所述偏置电流的变化范围设置所述偏置 电流变化的步长，并输出包含所述步长的控制指令，W便所述偏置电压发生单元根据预设 的偏置电流的周期将当前所输出的偏置电流调整为所述步长后的新的偏置电流。
[0019] 基于上述目的，本发明还提供一种超导量子干涉器件的特性扫描方法，至少包括： 基于互感原理输出变化电压信号并向超导量子干涉器件提供高频交流扫描磁场环境，向超 导量子干涉器件提供变化的偏置电流，W及对所述超导量子干涉器件所输出的所述超导量 子干涉器件在所述高频交流扫描磁场环境下所产生的感应信号进行放大、滤波处理；基于 当前提供给所述超导量子干涉器件的偏置电流，对经放大滤波处理的感应信号进行采样， 在完成所述采样后控制所述偏置电流进行逐步变化，其中，所述变化电压信号的频率是所 述偏置电流的频率的十倍W上；将每次变化的所述偏置电流和相应的感应信号描绘成反映 磁通电压转换强度与偏置电流关系的特性曲线。
[0020] 优选地，控制所述偏置电流进行逐步变化的方式包括；基于预设的偏置电流的变 化范围设置令所述偏置电流变化的步长，并按照所述步来控制所述偏置电流的变化。
[0021] 优选地，所述特性扫描方法还包括：在完成所述采样后从所采样的各感应信号中 确定所采样的感应信号的电压均值。
[0022] 优选地，从所采样的各感应信号中确定所采样的感应信号的电压均值的方式包 括：根据所采样的感应信号的电压值进行均方根或绝对值计算平均电压值。
[0023] 如上所述，本发明的超导量子干涉器件的特性扫描装置及方法，具有W下有益效 果：本专利应用一套电路绘制出传感器磁场-电压转换强度与偏置电流的关系曲线，来反 映S卵ID传感器本征的灵敏度与偏置电流的关系。该关系比传统的I-V曲线更直观反映 S卵ID传感器的灵敏度特性，便于用户快速识别传感器特性是否满足应用要求，及该传感器 在具有最佳灵敏度时刻所需的偏置电流，指导传感器即读出电路偏置电流调节。
【附图说明】
[0024] 图1显示为本发明的实施例一中超导量子