超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器的性能测试技术，特别是涉及一种超导量子干涉器磁传感 器的性能测试装置及方法。
【背景技术】
[0002] 超导量子干涉器磁传感器(简称S卵ID磁传感器）是目前已知的最灵敏的磁传感 器。广泛应用于也磁、脑磁、极低场核磁共振等微弱磁信号探测和科学研究中。
[0003]S卵ID磁传感器由S卵ID器件及其磁通锁定环路构成，实现磁场检测并按一定比 例线性转换成输出电压。S卵ID磁传感器感应变化的磁通信号，输出变化的电压信号。其输 入输出的比值，定义为传感器磁场电压转换的增益。
[0004]原则上，根据上述关系，在某个频率点处，已知输入磁通信号的强度，可推算磁传 感器输出电压的幅度。
[0005]但实际上，由于S卵ID磁传感器存在工作点失锁的问题，上述传输特性，并不能真 正反映S卵ID实际的工作性能。
[0006]S卵ID磁感器的磁通电压传输特性曲线是周期非线性的，W-个磁通量子。〇的 磁通（2. 07X10-15韦伯）为周期。用于工作的只能是其中的一小段线性区，涉及的磁通变 化范围不到1/2个〇0。当外部被测磁通幅度过大，磁通锁定环路的响应误差逐渐增大，并 超过该线性区磁通误差容许的范围，整个S卵ID磁传感器将发生失锁而无法工作。
[0007] 举例说明，某个S卵ID磁传感器在直流或低频率上的增益是1V/O0,到了某个频 率点处，其增益为0. 9V/O0。如果外部输入磁通10个〇0,根据传输特性，S卵ID磁传感器 输出电压应为9V。而实际在该种输入情况下，S卵ID磁传感器工作点处的磁通误差远超器 误差容忍范围，而发生失锁，无法正常工作。
[0008]因此单用传输特性测试，无法确切描述S卵ID磁传感器实际的频率响应能力，需 要不断的调整锁定工作点并进行重复测试才能够测得S卵ID磁传感器的性能，该使得测试 过程十分繁兀。
【发明内容】
[0009]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磁传 感器的性能测试装置及方法，用于解决现有技术中S卵ID磁传感器的测试过程过于繁兀的 问题。
[0010] 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磁传感器的性 能测试装置，其中，所述超导量子干涉器磁传感器包括；超导量子干涉器件和与所述超导 量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，所述磁通锁定环 路预先锁定超导量子干涉器磁传感器的工作点，所述性能测试装置包括；外部磁通加载单 元，用于向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通和用于抵消所述超 导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；与所 述磁通锁定环路相连的磁通偏差获取单元，用于获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通 偏差；与所述磁通偏差获取单元和外部磁通加载单元相连的测试单元，用于根据所获取的 所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁 通-频率变化的特性。
[0011] 优选地，所述外部磁通加载单元包括；与所述磁通锁定环路中的反馈线圈相连的 变化磁通加载模块，用于将频率变化的电流输至所述反馈线圈，W利用互感原理向所述超 导量子干涉器件提供所述外部磁通；与所述反馈线圈相连的直流磁通调节模块，用于将根 据所述超导量子干涉器件所处环境磁通所调解的直流电流输至所述反馈线圈。
[0012] 优选地，所述磁通锁定环路包括；与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈W及 与所述反馈线圈相连的偏置及放大积分电路；所述磁通偏差获取单元包括：用于采集对应 所述磁通偏差的电流的采集模块；W及与所述采集模块相连的转换模块，用于根据超导量 子干涉器件的磁通-电流的转换系数将所采集的电流转换为所述磁通偏差。
[0013]优选地，所述采集模块包括：第一放大器，其中，所述第一放大器的负输入端分别 通过电阻氏1、也2与所述外部磁通加载单元和所述偏置及放大积分电路的输出端相连，所述 第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的负输入端和输出端之间还通过电阻也3相 连。
[0014]优选地，所述采集模块包括：与所述反馈线圈串连的采样电阻、与所述采样电阻相 连的第二放大器；
[0015]所述外部磁通加载单元将频率变化的电流通过所述采样电阻输至所述磁通锁定 环路中的反馈线圈。
[0016]优选地，所述测试单元用于利用所述超导量子干涉器件的磁通-电流转换系数 将所采集的电流转换为所对应的磁通偏差，利用公式&胃?听。，来确定每次所采 ^err 集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通；其中，所述为所述外部磁通的幅度，A为所获取的磁通偏差，A〇11。为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围， 为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。
[0017]优选地，所述预设值为《0.5〇〇。
[0018]基于上述目的，本发明还提供一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其 中，所述超导量子干涉器磁传感器包括；超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相 连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，其中，所述磁通锁定环路预先锁 定所述超导量子干涉器件的工作点，包括：向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率 变化的外部磁通、和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通；获取所述 外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；根据所获取 的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测 磁通-频率变化的特性。
[0019]优选地，获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差的方式包括；采集对应所 述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将所述电流转换成所述磁通偏差； 或者，采集对应所述外部磁通的电流和对应所述反馈磁通的电流，并通过计算电流差来确 定对应所述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将对应所述磁通偏差的电 流转换成所述磁通偏差。
[0020] 优选地，所述预设值为《0.50。。
[0021] 优选地，根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子 干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性的方式包括：利用公式 。胃来确定每次所获取的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通，其中，所 述为所述外部磁通的幅度，A〇。"为所获取的磁通偏差，A〇11。为预设的所述工作 点处最大容许的磁通偏差范围，为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁 通。
[0022] 如上所述，本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法，具有W下 有益效果：在超导量子干涉器磁传感器的正常工作时通过逐步增加外部磁通的频率来测试 传感器的反应能力，并根据所采集的反应磁通偏差的电流和所对应的频率来确定在相应频 率下传感器能承受的外部磁通的最大可测幅度，由此来持续的测定传感器在该频率下的工 作能力。
【附图说明】
[0023] 图1显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的结构示意图。
[0024] 图2显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的一种优选方案 的结构示意图。
[0025] 图3显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的又一种优选方 案的结构示意图。
[0026] 图4a显示为利用本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置所测得的磁 通偏差幅度-频率变化的关系曲线图。
[0027] 图4b显示为利用本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置所测