本发明涉及磁信号探测领域,特别是涉及一种squid检测电路、传感器及多通道磁测量系统。
背景技术:
1、超导量子干涉器件(superconducting quantum interference device,以下简称squid)的传感器是目前已知的最灵敏的磁传感器。广泛应用于心磁、脑磁、极低场核磁共振以及地球物理磁探测等极微弱磁信号检测和极微弱磁场异常研究中。
2、如图1所示,现有单通道squid传感器技术方案如下:四引脚的squid芯片1浸泡在容纳有低温液体的低温容器2中,通过4根引线(w1、w2、w3及w4)将squid端子引出到室温,与室温读出电路3连接。室温读出电路3向反馈线圈l_f注入反馈电流if。反馈线圈l_f和squid器件sq_1的另一端分别通过引线引出后,在室温读出电路3中接地gnd。室温读出电路3向squid器件sq_1注入偏置电流ib,同时读取并放大squid器件sq_1上的电压。对放大后的电压进行零点校正,动态维持经过零点校正的电压信号为零,使得squid器件sq_1感应的磁通与输出电压vo成正比。
3、对于一个多通道squid传感器系统,假设通道数为x(x为大于1的自然数),对应有x个squid芯片1工作在低温容器2中,如图2所示,其中,每个squid芯片1需要通过四根引线引出,分别与一个室温读出电路3连接,实现磁通-电压的线性转化。x通道的squid传感器系统需要4×x根引线接入低温容器2中,低温液体损耗大,运行成本高;引线电阻使得squid工作点随低温液体液面发生变化,使得系统不能长时间稳定运行,面临工作点漂移问题,维护困难。此外,多通道需要设置与通道数量一致的室温读出电路以及相应数量的导线,导致多通道squid传感器系统的成本高。
4、因此,如何实现工作点快速设置、避免工作点漂移、降低squid传感器的操作、维护难度以及成本,已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
5、应该注意,上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明,并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种squid检测电路、传感器及多通道磁测量系统,用于解决现有技术中多通道squid传感器系统成本高、工作点漂移、操作和维护难度高等问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种squid检测电路,所述squid检测电路包括:
3、参考电阻及x个squid检测模块,x为大于1的自然数;各squid检测模块均包括反馈线圈及squid器件;
4、各squid器件的第一端均连接公共端并引出,各squid器件的第二端分别作为一引出端;各反馈线圈依次串联,反馈线圈串联结构的第一端连接所述公共端,第二端作为一引出端;所述参考电阻的一端连接所述公共端,另一端作为一引出端。
5、可选地,所述squid检测电路还包括x个磁通变换模块,各磁通变换模块与各squid检测模块中的squid器件一一对应耦合。
6、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种squid传感器,所述squid传感器至少包括:
7、工作点设置电路、控制电路、反馈电阻及上述squid检测电路;
8、所述squid检测电路对待测磁场依次进行多通道检测;
9、所述工作点设置电路依次为所述squid检测电路中的x个squid检测通道提供偏置电流及参考电流,并设置工作点;
10、所述控制电路连接所述工作点设置电路的输出端,基于所述工作点设置电路的输出信号产生输出电压;
11、所述反馈电阻为所述squid检测电路中的各反馈线圈提供反馈电流,所述反馈电阻的一端连接于所述控制电路的输出端,另一端连接所述反馈线圈串联结构的第二端。
12、可选地,所述工作点设置电路包括偏置放大模块、零点设置模块及选通控制模块;
13、所述偏置放大模块为各squid器件分别提供偏置电流,为所述参考电阻提供参考电流,并将各squid器件与所述参考电阻上的参考电压差分别放大输出;
14、所述零点设置模块连接于所述偏置放大模块的输出端,将所述偏置放大模块的输出信号与对应直流电压的差值放大输出,以设置零点;
15、所述选通控制模块接收通道选择信号,基于所述通道选择信号产生选通信号,输出端连接所述偏置放大模块及所述零点设置模块,以选中同一检测通道对应的squid器件上的电压、参考电压及直流电压。
16、更可选地,所述偏置放大模块包括第一差分放大器、x个偏置电压源、第一组偏置电阻、第二组偏置电阻、第一组开关及第二组开关,其中,所述第一组偏置电阻及所述第二组偏置电阻均包括x个偏置电阻,所述第一组开关及所述第二组开关均包括x个开关;
17、第一组偏置电阻中各偏置电阻的第一端分别与各squid器件的第二端对应连接,第二端分别与各偏置电压源的第一端对应连接;第二组偏置电阻中各偏置电阻的第二端分别与各偏置电压源的第一端对应连接;各偏置电压源的第二端接地;
18、所述第一差分放大器的第一输入端分别经由第一组开关连接第一组偏置电阻中各偏置电阻的第一端,第一输入端分别经由第二组开关连接第二组偏置电阻中各偏置电阻的第一端;
19、所述第一差分放大器的第二输入端还连接所述参考电阻。
20、更可选地,同一检测通道对应的第一组偏置电阻中的偏置电阻与第二组偏置电阻中的偏置电阻的阻值相等。
21、更可选地,所述第一差分放大器的第一输入端为正相输入端,第二输入端为反相输入端。
22、更可选地,所述零点设置模块包括第二差分放大器、x个直流电压源及x个开关;
23、所述第二差分放大器的第一输入端分别经由一开关连接各直流电压源的第一端,第二输入端连接所述偏置放大模块的输出端;各直流电压源的第二端接地。
24、更可选地,所述第二差分放大器的第一输入端为反相输入端,第二输入端为正相输入端。
25、可选地,所述控制电路为比例积分差分电路。
26、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种多通道磁测量系统,所述多通道磁测量系统包括:
27、低温容器及m个上述squid传感器,m为大于等于1的自然数;
28、所述低温容器为所述squid传感器中的各squid检测模块提供低温工作环境。
29、可选地,当m大于等于2且基于各squid检测模块测量磁场时,各squid检测模块以二维阵列方式排布。
30、可选地,当m大于等于2且基于与各squid检测模块一一对应耦合的磁通变换模块测量磁场时,各磁通变换模块以二维阵列方式排布。
31、可选地,所述多通道磁测量系统还包括m通道的数据采集器,所述数据采集器连接于各squid传感器的输出端。
32、如上所述,本发明的squid检测电路、传感器及多通道磁测量系统,具有以下有益效果:
33、1、本发明的squid检测电路只需要x+3根信号线即可实现x个squid通道的信号引出,引线数量少,低温液体损耗小。
34、2、本发明的squid传感器及多通道磁测量系统的读出电路采用差分读出,且通过附加的参考电阻回路,能有效扣除引线电阻变化引起的电压偏移,消除引线电阻引起的电压偏移,避免了引线电阻变化引起的工作点漂移。
35、3、本发明的squid传感器及多通道磁测量系统的读出电路复用,大大减小电子电路体积、数据采集通道数及成本。
36、4、本发明的squid传感器及多通道磁测量系统的室温电路简单、硬件成本低、运行效率高。
37、5、本发明的多通道磁测量系统(包括至少两个本发明的squid传感器)采用电扫描实现对不同测量点磁场的探测,无需移动探头,准确性高、操作简单。