一种SQUID器件I-V特性的测量装置的制作方法

一种squid器件i-v特性的测量装置
技术领域
1.本技术涉及磁传感器技术领域，特别是涉及一种squid器件i-v特性的测量装置。


背景技术：

2.基于超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device， squid)的磁传感器是目前已知的噪声水平最低、最灵敏的磁探测器。广泛应用于生物磁场、地球磁场异常、极低场核磁共振等微弱磁场探测应用领域，其探测灵敏度已经达到飞特(10-15特斯拉)量级，squid器件是squid 磁传感器中最核心的磁敏感元件。squid磁传感器是极限探测、科学研究中重要的磁传感器设备，具有很高的科研和应用价值。
3.在一定工作温度下，i-v特性对于squid器件测量准确性有影响，将减小 squid器件的磁通-电压转换系数和器件调制深度等性能参数，不利于squid 应用。squid器件的i-v曲线依赖于穿过它的外加磁通,在不同的给定磁通下squid器件具有一组i-v曲线。squid器件在低温超导态时，随着磁场变化，输出的电压会周期震荡现象，监测电压的周期震荡过程需要有低温、温度控制、磁场调节、对器件通电流、测量电压等需求，然而，目前的一些通用型的squid器件测试软件存在检测不准确和不稳定的问题。
4.因此进一步改进测试系统，将squid器件的i-v特性得到稳定和准确的测量，具有重要意义。


技术实现要素：

5.本技术要解决的技术问题是目前通用的squid器件i-v特性的测试方法、装置等存在不稳定、不准确的情况。
6.为解决上述技术问题，本技术提供了一种squid器件i-v特性的测量装置，包括：检测模块，包括被测器件和与其连接的激励器和放大器，激励器用以将电压信号转换为电流信号后输入被测器件，放大器用以放大被测器件输出的电压信号；控制模块，包括控制主机，控制主机内设有io卡和通信卡，io卡提供通道至少连接一个被测器件，使控制主机与被测器件之间通过网络完成信息和数据的交换和传输；磁场模块，包括第一线圈和第二线圈，第一线圈位于被测器件内部通过控制模块产生第一磁场，第一磁场用以改变被测器件的内部特性来适应工作地点；第二线圈位于被测器件的周边并通过控制模块产生第二磁场，第二磁场用以分析被测器件与周边环境作用的效果。
7.根据本技术的实施例，io卡提供一路信号输出通道为1个被测器件提供激励信号，io卡提供另一路信号输出通道为第一线圈输出直流电压信号，相应地，io卡还提供激励信号的输入通道和直流电压信号的输入通道；io 卡提供有4路信号输入通道和4路信号输出通道，实现两个被测器件的i-v 特性测量。
8.根据本技术的实施例，io卡通过信号输出通道输出的直流电压信号经激励器转变成电流信号，提供给第一线圈产生磁场。
9.根据本技术的实施例，激励信号在控制主机上显示为电压三角波，电压三角波经
激励器转变为电流三角波加载到被测器件上。
10.根据本技术的实施例，在控制主机的作用下，通信卡通过通信接口控制电流源/电压源仪器来改变第二磁场。
11.根据本技术的实施例，激励器采用stanford的cs580型号的激励器。
12.根据本技术的实施例，放大器采用lakeshore的sr560型号的放大器。
13.根据本技术的实施例，控制主机为一台工业计算机，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行io卡的功能。
14.根据本技术的实施例，控制主机通过运行程序控制第一磁场与第二磁场相互作用。
15.根据本技术的实施例，被测器件根据io卡的电压输出信号，产生导通电流和关闭电流。
16.与现有技术相比，本技术的实用新型具有以下有益效果：
17.1.本技术中对io卡信号通道的设计，使得本测试装置可以同时对两个 squid器件测试进行测试，显著提高测试装置的工作效率。
18.2.本技术的激励器、放大器和被测器件组成被测模块，激励器压控电流源，它可以把电压信号转换为电流信号，且电流大小随着电压信号大小而改变，这样控制模块输出电压的变化便可实现对被测器件注入电流的控制，
19.3.本技术的磁场模块，提供2个磁场，第一个产生磁场的线圈在被测模块的内部，改变磁场可以改变器件的内部特性，磁场的改变可以让器件工作在不同的工作点；控制模块输出电压信号，经过压控电流源变成电流，电流经过期间内部的线圈产生第二个磁场，第二个磁场在被测对象的周边，提供辅助磁场，改变辅助磁场可以定量的分析器件与周边环境作用的效果，有助于研究被测器件的稳定性和一致性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
21.图1为本实用新型一种squid器件i-v特性的测量装置的一个实施例的组成框图；
22.图2为本实用新型一种squid器件i-v特性的测量装置的另一个实施例的工作原理框图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
24.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
25.如图1和图2所示，本技术的一种squid器件i-v特性的测量装置，包括检测模块、控制模块和磁场模块。
26.检测模块包括被测器件和与其连接的激励器和放大器。激励器用以将电压信号转换为电流信号后输入被测器件，放大器用以放大被测器件输出的电压信号。
27.进一步地，激励器采用stanford的cs580型号的激励器。激励器输出的信号是三角波波形，用户可以在控制主机上设定用户可以设定三角波的周期，幅度等参数，三角波的频率是数十khz。
28.进一步地，放大器采用lakeshore的sr560型号的放大器。
29.控制模块包括控制主机，控制主机内设有io卡和通信卡，io卡提供通道至少连接一个被测器件，使控制主机与被测器件之间通过网络完成信息和数据的交换和传输。
30.进一步地，io卡提供一路信号输出通道为1个被测器件提供激励信号， io卡提供另一路信号输出通道为第一线圈输出直流电压信号，相应地，io 卡还提供激励信号的输入通道和直流电压信号的输入通道；io卡提供有4 路信号输入通道和4路信号输出通道，实现两个被测器件的i-v特性测量。
31.进一步地，在控制主机的作用下，通信卡通过通信接口控制电流源/电压源仪器来改变第二磁场。
32.磁场模块，包括第一线圈和第二线圈，第一线圈位于被测器件内部通过控制模块产生第一磁场，第一磁场用以改变被测器件的内部特性来适应工作地点；第二线圈位于被测器件的周边并通过控制模块产生第二磁场，第二磁场用以分析被测器件与周边环境作用的效果。
33.进一步地，io卡通过信号输出通道输出的直流电压信号经激励器转变成电流信号，提供给第一线圈产生磁场。
34.进一步地，激励信号在控制主机上显示为电压三角波，电压三角波经激励器转变为电流三角波加载到被测器件上。
35.进一步地，控制主机为一台工业计算机，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行io卡的功能。
36.进一步地，控制主机通过运行程序控制第一磁场与第二磁场相互作用。
37.进一步地，被测器件根据io卡的电压输出信号，产生导通电流和关闭电流。
38.如图2所示，本技术的测试装置的一个实施例的具体工作过程和原理如下：
39.导通/闭合测试：io卡的输出通道0为电压/电流转换的激励器输出激励信号，激励器将电压激励信号转变为电流信号加载到被测器件1上，io卡的输出通道1输出的直流电压信号经过另一台激励器转变为电流信号，提供给第一线圈1产生第一磁场1，被测器件1随着激励电流信号的变化产生导通电流ic和关闭电流ir，被测器件1的电流信号由放大器将电压信号放大后经输入通道1提供给io卡，经控制主机的运算后得到被测器件1的i-v曲线；重复发送三角波的激励信号，每个三角波的周期都可以得到ir和ic的值，可绘制分布曲线。同时，如图2所示，io卡的输出通道2、输出通道3、输入通道2、输入通道3按照上述同样的方法测试出被测器件2的i-v曲线以及ir和ic的分布曲线。
40.其中，为了测定不同内磁场强度下的导通/闭合电流的分布曲线，设定第一磁场的信号范围和变化步长，输出通道0和输出通道2按要求逐点输出激励信号，在每一个磁场强
度做上述的导通/闭合测试，发出多个周期的三角波波形，得到ir和ic的分布曲线。
41.其中，为了研究被测器件的稳定性和一致性，控制主机运行一个pid算法，用通信接口控制电流源/电压源仪器。在程序中运行pid算法，使得环境磁场与内磁场互相作用，让被测器件工作在一个工作点，然后进行上述的导通/闭合测试。
42.综上所述，本技术的实用新型具有以下有益效果：
43.1.本技术中对io卡信号通道的设计，使得本测试装置可以同时对两个 squid器件测试进行测试，显著提高测试装置的工作效率。
44.2.本技术的激励器、放大器和被测器件组成被测模块，激励器压控电流源，它可以把电压信号转换为电流信号，且电流大小随着电压信号大小而改变，这样控制模块输出电压的变化便可实现对被测器件注入电流的控制，
45.3.本技术的磁场模块，提供2个磁场，第一个产生磁场的线圈在被测模块的内部，改变磁场可以改变器件的内部特性，磁场的改变可以让器件工作在不同的工作点；控制模块输出电压信号，经过压控电流源变成电流，电流经过期间内部的线圈产生第二个磁场，第二个磁场在被测对象的周边，提供辅助磁场，改变辅助磁场可以定量的分析器件与周边环境作用的效果，有助于研究被测器件的稳定性和一致性。
46.以上所述仅是本技术的示范性实施方式，而非用于限制本技术的保护范围，本技术的保护范围由所附的权利要求确定。