复位系统及所适用的超导量子干涉传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种复位系统及所适用的超导量子干涉传感器。所述传感器中包括用于复位输出端的第一复位电路，用于复位反馈电路的第二复位电路，以及用于复位积分电路的第三复位电路，当所述传感器中的时序控制电路接收到复位指令，控制所述第二复位电路和第三复位电路不早于第一复位电路进行各自复位，当所述复位指令消失时，控制所述第二复位电路和第三复位电路早于第一复位电路结束各自的复位。本实用新型能够有效避免复位时所述传感器中的储电器件对与输出端连接的下级电路及传感器内部电路之间的影响。
【专利说明】复位系统及所适用的超导量子干涉传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种复位系统，特别是涉及一种复位系统及所适用的超导量子干涉传感器。
【背景技术】
[0002]超导量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下简称SQUID)用于目前已知的最灵敏的磁传感器中，其中低温超导SQUID灵敏度由于10飞特，高温超导SQUID灵敏度由于100飞特。是重要的高端应用传感器，广泛应用于生物磁，地球物理探测，极低场核磁共振仪器设备中。
[0003]SQUID是非线性的磁通电压转化器件，需要借助磁通锁定环路来实现磁通电压的线性转化，磁通锁定环路由前置放大器，积分器，反馈电阻和反馈线圈构成，形成一个磁通负反馈闭环，在闭环工作的情况下，反馈端的电压与SQUID检测到的磁通成正比，用该电压即可测量SQUID检测到的磁通信号。
[0004]由于SQUID传输特性，在磁通锁定环路原理的SQUID的读出电路(位于传感器中配套所述SQUID的电路)中，包含多个工作点。电路在工作中，随着干扰到来，会发生工作点跳跃，需要所述读出电路能够及时的锁定到新的工作点。久而久之，工作点经过几次跳跃，使得所述读出电路的输出接近溢出(超过+-1OV电压)，而无法稳定工作。
[0005]或者，当SQUID受到射频干扰，致使所述读出电路溢出时，所述读出电路无法回到正常工作的状态，造成电路失锁。
[0006]针对以上情形,所述读出电路需要通过手动或自动的方式能够复位。为此,现有技术中常用的方式是，通过对积分电容快速放电使输出归零来使读出电路回到正常工作的状态。然而，由于磁通锁定环路仍处于闭环状态，积分电容瞬时放电脉冲会通过反馈电阻和反馈线圈耦合到SQUID传感器，引起环路输出过冲和振荡等暂态现象。同时，环路输出的过冲或振荡电压，一方面会传输到后续的数据采集系统，通过后端信号调理系统会放大影响数据采集系统。另一方面在多通道系统中，该脉冲电压通过反馈回路对临近通道SQUID器件造成串扰，弓I起更多通道失锁现象。
[0007]为了解决上述问题，本领域技术人员需要对现有的复位电路进行改进。
实用新型内容
[0008]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复位系统及所适用的超导量子干涉传感器，用于解决现有技术中的复位电路在复位传感器中的积分电容时会对所述传感器内部及与所述传感器相连的下级电路造成干扰的问题。
[0009]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种超导量子干涉传感器的复位系统，所述超导量子干涉传感器包括:超导量子干涉传感器电路、与所述传感器的输出端相连的积分电路、以及与所述超导量子干涉传感器电路相连的反馈电路，其中，所述复位系统至少包括:与超导量子干涉传感器的输出端相连的第一复位电路，用于复位所述输出端；与所述反馈电路相连的第二复位电路，用于复位所述反馈电路；与所述积分电路相连的第三复位电路，用于复位所述积分电路；以及与所述第一复位电路、第二复位电路及第三复位电路连接的时序控制电路，用于在监测到复位指令时，控制所述第二复位电路和第三复位电路不早于第一复位电路进行各自复位，以及在监测到所述复位指令消失时，控制所述第二复位电路和第三复位电路早于第一复位电路结束各自的复位；其中，所述复位指令所持续的时长不小于所述积分电路复位所需时长。
[0010]优选地，所述时序控制电路在接收到复位指令时，同时向所述第一复位电路、第二复位电路及第三复位电路发出复位信号。
[0011]优选地，所述时序控制电路在向所述第一复位电路发出复位信号后的第一延时期限时，再向所述第二复位电路和第三复位电路发出复位信号，以供所述第二复位电路复位所述反馈电路、所述第三复位电路复位所述积分电路，其中，所述第一延时期限不小于所述第一复位电路的反应时限。
[0012]优选地，所述时序控制电路具有两个控制信号的输出端，其中，一个输出端与所述第一复位电路相连，另一个输出端分别与所述第二复位电路和第三复位电路相连。
[0013]优选地，所述时序控制电路监测到所接收的复位指令消失时，同时向所述第二复位电路和第三复位电路发出复位结束的信号。
[0014]优选地，所述时序控制电路监测到所接收的复位指令消失的第二延时期限后，向所述第一复位电路发出复位结束的信号，其中，所述第二延时期限不小于所述反馈电路结束复位后恢复重建所需时间。
[0015]优选地，所述第一复位电路、第二复位电路和第三复位电路均为受控开关。
[0016]基于上述目的，本实用新型还提供一种超导量子干涉传感器，其至少包括:超导量子干涉传感器电路；与所述传感器的输出端相连的积分电路；与所述超导量子干涉传感器电路和所述传感器的输出端相连的反馈电路；如上任一所述的第一复位电路；如上任一所述的第二复位电路；如上任一所述的第三复位电路；以及如上任一所述的时序控制电路。
[0017]优选地，所述超导量子干涉传感器电路包括:超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连的前置放大器。
[0018]优选地，所述反馈电路包括:反馈电阻及与所述反馈电阻相连的反馈线圈，其中，所述反馈线圈位于所述超导量子干涉传感器电路一侧。
[0019]优选地，所述第一复位电路、第二复位电路和第三复位电路均为受控开关时，所述第一复位电路与所述输出端串联，所述第二复位电路与所述反馈电路串联，以及所述第三复位电路与所述积分电路并联。
[0020]如上所述，本实用新型的复位系统及所适用的超导量子干涉传感器，具有以下有益效果:将所述传感器中的多个复位点按照时序进行复位，能够有效避免复位初期，所述传感器内部的电容、电感等储电器件放电时对与输出端连接的下级电路的影响；此外，所述复位系统在复位结束时，由时序控制电路按照预设的时序恢复传感器的工作，能够有效避免所述传感器在恢复工作初期，由其内部的电容、电感等储电器件充电时对所述传感器内部电路之间造成干扰。
【专利附图】
【附图说明】[0021]图1显示为本实用新型的未示出复位系统时的超导量子干涉传感器的结构示意图。
[0022]图2显示为本实用新型的未示出复位系统时的超导量子干涉传感器的一种优选方案的结构示意图。
[0023]图3显示为本实用新型的具有复位系统的超导量子干涉传感器的结构示意图。
[0024]图4显示为本实用新型的具有复位系统的超导量子干涉传感器的一种优选方案的结构示意图。
[0025]图5显示为本实用新型的复位系统中时序控制电路所发出的复位信号的波形示意图。
[0026]元件标号说明
[0027]I 超导量子干涉传感器
[0028]11 超导量子干涉传感器电路
[0029]12 积分电路
[0030]13 反馈电路
[0031]14 第一复位电路
[0032]15 第二复位电路
[0033]16 第三复位电路
[0034]17 时序控制电路
【具体实施方式】
[0035]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。
[0036]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。
[0037]本实用新型提供一种具有复位系统的超导量子干涉传感器。所述复位系统与所述超导量子干涉传感器内的电路相连，能够对所述超导量子干涉传感器进行复位。
[0038]其中，如图1所示，所述超导量子干涉传感器I包括:超导量子干涉传感器电路
11、与所述传感器I的输出端相连的积分电路12、以及与所述超导量子干涉传感器电路11和所述传感器I的输出端相连的反馈电路13。
[0039]所述超导量子干涉传感器电路11用于基于超导量子干涉技术，在超导环境下将所探测到的磁信号转换为电信号，并予以输出。其中，所述超导量子干涉传感器电路11可以包括:超导量子干涉器件。优选地，所述超导量子干涉传感器电路11还包括:与所述超导量子干涉器件相连的前置放大器。所述超导量子干涉传感器电路11可以浸放在盛放液氮或液氦的容器内，也可以仅将所述超导量子干涉传感器电路11中的超导量子干涉器件浸放在所述容器内。
[0040]所述积分电路12用于将所述超导量子干涉传感器电路11所输出的电信号进行波形优化。其中，所述积分电路12包含电容。
[0041]所述反馈电路13用于基于所述传感器I的输出端所输出的电信号来调节所述超导量子干涉传感器电路11所输出的电信号。其包括:反馈电阻及与所述反馈电阻相连的反馈线圈。
[0042]如图2所示，所述超导量子干涉传感器I的电路结构举例如下:
[0043]所述超导量子干涉器件连接前置放大器，所述前置放大器与积分电路12、输出端串联，所述输出端还与反馈电路13中的电阻相连，所述电阻与反馈线圈相连，其中，所述反馈线圈位于超导量子干涉器件一侧。
[0044]如图3所示，所述超导量子干涉传感器I中的复位系统包括:第一复位电路14、第二复位电路15、第三复位电路16及时序控制电路17。
[0045]所述第一复位电路14与超导量子干涉传感器I的输出端相连，用于复位所述输出端。其中，按照上述优选的超导量子干涉传感器I的电路结构，所述第一复位电路14可以是受控开关。具体地，第一复位电路14与所述所输出端串联，且在所述传感器I正常工作时处于闭合状态。
[0046]所述第二复位电路15与所述反馈电路13相连，用于复位所述反馈电路13。其中，按照上述优选的超导量子干涉传感器I的电路结构，所述第二复位电路15可以是受控开关。其中，所述第二复位电路15可以位于所述传感器I的输出端与反馈电路13的电阻之间，也可以位于所述反馈电路13内部。例如，所述第二复位电路15位于所述反馈电路13的电阻与反馈线圈之间。所述第二复位电路15在所述传感器I正常工作时处于闭合状态。
[0047]所述第三复位电路16与所述积分电路12相连，用于复位所述积分电路12。其中，按照上述优选的超导量子干涉传感器I的电路结构，所述第三复位电路16可以是受控开关。
[0048]具体地，所述第三复位电路16用于复位所述积分电路12中的电容。所述第三复位电路16与所述积分电路12并联，且在所述传感器I正常工作时处于断开状态。
[0049]所述时序控制电路17与所述第一复位电路14、第二复位电路15及第三复位电路16相连，用于在监测到复位指令时，控制所述第二复位电路15和第三复位电路16不早于第一复位电路14进行各自复位；其中，所述复位指令所持续的时长不小于所述积分电路复位所需时长。
[0050]其中，所述时序控制电路17可以是数字电路，也可以是模拟电路。所述复位指令所维持的时间长度应该大于所述积分电路12中电容放电的时间与时序间隔时间之和。所述时序控制电路17所接收的复位指令不是脉冲指令，而是包含时长信息的复位指令，其中所述复位指令可以是包含时长信息的数字信号，也可以是维持复位时长的高电平/低电平。
[0051]具体地，所述时序控制电路17还与外部的处理器相连，当所述处理器向所述时序控制电路17输出复位指令时，所述时序控制电路17同时向所述第一复位电路14、第二复位电路15及第三复位电路16发出复位信号，则所述第一复位电路14、第二复位电路15及第三复位电路16在接收到复位信号时，改变自身的状态，以使各自所连接的电路复位。
[0052]优选地，所述时序控制电路17在接收到复位指令时，先向所述第一复位电路14发出复位信号，以供所述第一复位电路14复位所述输出端。[0053]具体地，所述时序控制电路17在接收到复位指令时，先向所述第一复位电路14发出复位信号，所述第一复位电路14基于所接收到的复位信号从闭合转为断开，使得所述传感器I的输出端电压为零电压；接着，在一预设延时后向第二复位电路15发出复位信号，则所述第二复位电路15从闭合转为断开，使得所述反馈电路13中的反馈线圈经过振荡释放掉所存储的电能，并复位为零电压，接着，在又一预设延时后向第三复位电路16发出复位信号，则所述第三复位电路16从断开转为闭合，使得所述积分电路12中的电容经过振荡释放掉所存储的电能，并复位为零电压。其中，所述时序控制电路17可以具有三个控制信号的输出端，分别向所述第一复位电路14、第二复位电路15和第三复位电路16发出复位信号。
[0054]优选地，所述时序控制电路17在向所述第一复位电路14发出复位信号后的第一延时期限时，再向所述第二复位电路15和第三复位电路16发出复位信号，以供所述第二复位电路15复位所述反馈电路13、所述第三复位电路16复位所述积分电路12，其中，所述第一延时期限不小于所述第一复位电路的反应时限。
[0055]其中，所述时序控制电路17可以具有三个控制信号的输出端。优选地，所述时序控制电路17具有两个控制信号的输出端，其中一个输出端与所述第一复位电路14相连，另一个输出端分别与所述第二复位电路15和第三复位电路16相连，则所述第二复位电路15基于所接收的复位信号由闭合转为断开，所述第三复位电路16基于所接收的复位信号由断开转为闭合。其中，所述第一延时期限需确保所述第一复位电路14能够从闭合转为断开。
[0056]例如，如图4、5所示，所述时序控制电路17由R02接口在向所述第一复位电路14发出复位信号后延时tdl时间(第一延时期限)，再由ROl接口同时向第二复位电路15和第三复位电路16发出复位信号，则所述第二复位电路15根据接口 R02所发出的复位信号断开反馈电路13，所述反馈电路13中的反馈线圈逐渐放掉自身所存储的电能，所述第三复位电路16根据接口 R02所发出的复位信号导通所述积分电路12中的电容，所述积分电路12中的电容通过导通的所述第三复位电路16逐渐放掉所存储的电能。
[0057]另外，当所述时序控制电路17监测到所接收的复位指令消失时，控制所述第二复位电路15和第三复位电路16早于第一复位电路14结束各自的复位。
[0058]具体地，当所述复位指令消失时，所述时序控制电路17按照预设的时序向所述第二复位电路15及第三复位电路16发出复位结束的信号，然后，再向所述第一复位电路14发出复位结束的信号。
[0059]例如，所述时序控制电路17在监测到所接收的复位指令由复位高电平降为低电平时，确定所述复位指令消失，则按照预设的第二复位电路15、第三复位电路16、第一复位电路14的复位结束顺序，依次向第二复位电路15、第三复位电路16、第一复位电路14发出复位结束的信号，则所述第二复位电路15、第三复位电路16、及第一复位电路14恢复复位前的状态，以使各自所对应的所述输出端、反馈电路13和积分电路12结束复位。
[0060]优选地，所述时序控制电路17监测到所接收的复位指令消失时，同时向所述第二复位电路15和第三复位电路16发出复位结束的信号，以供所述第二复位电路15和第三复位电路16结束复位。
[0061]例如，如图4、5所示，所述时序控制电路17监测到所接收的复位指令消失时，按照预设的时序先通过R02接口向所述第二复位电路15和第三复位电路16发出复位结束的信号，其中，所述第二复位电路15根据所接收到的复位结束信号由断开转为闭合，所述第三复位电路16根据所接收到的复位结束信号由闭合转为断开，接着，所述时序控制电路17再通过ROl接口向所述第一复位电路14发出复位结束信号，所述第一复位电路14根据所接收到的复位结束信号由断开转为闭合。
[0062]更为优选地，所述时序控制电路17监测到所接收的复位指令消失时的第二延时期限后，向所述第一复位电路14发出复位结束的信号，以供所述第一复位电路14结束复位。其中，所述第二延时期限不小于所述反馈电路结束复位后恢复重建所需时间。
[0063]例如，如图5所示，所述时序监控电路监测到所接收的复位指令消失时，向所述第二复位电路15和第三复位电路16发出复位结束的信号，并在发出复位结束信号之后的td2延时期限(第二延时期限)时，向所述第一复位电路14发出复位结束信号，则所述传感器I的输出端开始正常的输出所述传感器电路11所转换的电信号。
[0064]具有所述复位系统的超导量子干涉传感器I的复位过程举例如下:
[0065]所述传感器I中的时序控制电路17接收到复位指令时，先向与所述传感器I的输出端串联的第一复位电路14发出复位信号，则所述第一复位电路14断开所述传感器I内部电路与所述输出端的连接，使得所述输出端不输出电信号；与此同时，所述时序控制电路17在发出该复位信号后开始计时tdl时间(第一延时期限)，并在tdl时间到达后，同时向第二复位电路15和第三复位电路16发出复位信号，所述第二复位电路15断开所述传感器I中的反馈电路13，使得所述反馈电路13中的反馈线圈逐渐放电，所述第三复位电路16短接所述传感器I中积分电路12中的电容，使得所述电容放电。
[0066]具有所述复位系统的超导量子干涉传感器I从复位过程恢复到正常工作的过程举例如下:
[0067]所述传感器I中的时序控制电路17所接收到的复位指令消失时，先同时向所述第二复位电路15和第三复位电路16发出复位结束的信号，所述第二复位电路15闭合所述传感器I中的反馈电路13，使得所述反馈电路13中的反馈线圈恢复重建，所述第三复位电路
16断开，所述积分电路12中的电容恢复工作；所述时序控制电路17在发出该复位结束的信号后开始计时td2时间(第二延时期限)，并在td2时间到达后，向所述第一复位电路14发出复位结束信号，则所述第一复位电路14由断开转为闭合，则所述传感器I的输出端将输出所述传感器电路11所转换的电信号。
[0068]综上所述，本实用新型的复位系统及所适用的超导量子干涉传感器，将所述传感器中的多个复位点按照时序进行复位，能够有效避免复位初期，所述传感器内部的电容、电感等储电器件放电时对与输出端连接的下级电路的影响；其中，先使传感器的输出端复位，即使所述输出端输出O电压，能够避免所述传感器在复位期间对下级电路的冲击，同时复位反馈电路和积分电路，能够既有效避免了积分电路中的电容放电时所产生的振荡对反馈电路的影响，又能避免所述电容放电时对所述传感器电路的干扰，还能有效缩短复位时间；
[0069]此外，所述复位系统在复位结束时，由时序控制电路按照预设的时序恢复传感器的工作，能够有效避免所述传感器在恢复工作初期，由其内部的电容、电感等储电器件充电时对所述传感器内部电路之间造成干扰；另外，先恢复反馈电路和积分电路，并在预留了恢复所需的时间后，再使所述输出端输出电信号，还能够有效避免对所述输出端所连接的下级电路的影响。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。
[0070]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】
1.一种超导量子干涉传感器的复位系统，所述超导量子干涉传感器包括:超导量子干涉传感器电路、与所述传感器的输出端相连的积分电路、以及与所述超导量子干涉传感器电路相连的反馈电路，其特征在于，所述复位系统至少包括: 与超导量子干涉传感器的输出端相连的第一复位电路，用于复位所述输出端； 与所述反馈电路相连的第二复位电路，用于复位所述反馈电路； 与所述积分电路相连的第三复位电路，用于复位所述积分电路；以及与所述第一复位电路、第二复位电路及第三复位电路连接的时序控制电路，用于在监测到复位指令时，控制所述第二复位电路和第三复位电路不早于第一复位电路进行各自复位，以及在监测到所述复位指令消失时，控制所述第二复位电路和第三复位电路早于第一复位电路结束各自的复位；其中，所述复位指令所持续的时长不小于所述积分电路复位所需时长。
2.根据权利要求1所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述时序控制电路在接收到复位指令时，同时向所述第一复位电路、第二复位电路及第三复位电路发出复位信号。
3.根据权利要求1所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述时序控制电路在向所述第一复位电路发出复位信号后的第一延时期限时，再向所述第二复位电路和第三复位电路发出复位信号，以供所述第二复位电路复位所述反馈电路、所述第三复位电路复位所述积分电路，其中，所述第一延时期限不小于所述第一复位电路的反应时限。
4.根据权利要求2所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述时序控制电路具有两个控制信号的输出端，其中，一个输出端与所述第一复位电路相连，另一个输出端分别与所述第二复位电路和第三复位电路相连。
5.根据权利要求1所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述时序控制电路监测到所接收的复位指令`消失时，同时向所述第二复位电路和第三复位电路发出复位结束的信号。
6.根据权利要求1或5所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述时序控制电路监测到所接收的复位指令消失的第二延时期限后，向所述第一复位电路发出复位结束的信号，其中，所述第二延时期限不小于所述反馈电路结束复位后恢复重建所需时间。
7.根据权利要求1所述的超导量子干涉传感器的复位系统，其特征在于，所述第一复位电路、第二复位电路和第三复位电路均为受控开关。
8.一种超导量子干涉传感器，其特征在于，至少包括: 超导量子干涉传感器电路； 与所述传感器的输出端相连的积分电路； 与所述超导量子干涉传感器电路和所述传感器的输出端相连的反馈电路； 如权利要求1-7中任一所述的第一复位电路； 如权利要求1-7中任一所述的第二复位电路； 如权利要求1-7中任一所述的第三复位电路；以及 如权利要求1-7中任一所述的时序控制电路。
9.根据权利要求8所述的超导量子干涉传感器，其特征在于，所述反馈电路包括:反馈电阻及与所述反馈电阻相连的反馈线圈，其中，所述反馈线圈位于所述超导量子干涉传感器电路一侧。
10. 根据权利要求8所述的超导量子干涉传感器，其特征在于，所述第一复位电路、第二复位电路和第三复位电路均为受控开关时，所述第一复位电路与所述输出端串联，所述第二复位电路与所述反馈电路串联，以及所述第三复位电路与所述积分电路并联。
【文档编号】G01R33/035GK203376463SQ201320434513
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】王永良, 张国峰, 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