超导量子干涉器磁传感系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁传感系统，特别是涉及一种超导量子干涉器磁传感系统。
【背景技术】
[0002] 采用超导量子干涉器件（SuperconductingQuantumInte;rferenceDevice,W下 简称S卵ID)的传感器是目前已知的最灵敏、高分辨率的磁传感器。其最低可探测磁场强度 达到飞特（10-15特斯拉)量级。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] 直流超导量子干涉器件(简称dcS卵ID)采用两个并联的约瑟夫森结并联构成超 导环，将结的两端引出形成一个两端子元件，W下所涉及的S卵ID都指直流超导量子干涉 器件。给S卵ID两端加载一定的偏置电流，S卵ID两端电压具有随外部感应磁通大小而变 化的磁敏特性。典型的S卵ID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. 07Xl(Ti5韦伯）为周期。具有很大的磁通感应范围，文献报道其磁通测量范围可 达8X104个史。W上。
[0004] 然而，上述S卵ID周期性非线性的磁通电压传输特性曲线，不具有单值函数特性。 即无法通过根据S卵ID电压输出大小，获知实际感应磁通的大小。因此无法将S卵ID器件 直接用作磁传感器。
[0005] 目前S卵ID磁传感器是通过一种称为磁通锁定环路（flux-lockedloop,简称 化L)的读出电路来实现磁通电压的线性转换，构建线性磁传感器。采用化L的磁传感器受 读出电路输出电压的限制(通常为+-10V)其量程是有限的。同时由于环路工作时会发生不 可预知的工作零点跳变而失锁，造成测量中断，信号输出不连续。因此采用化L的S卵ID传 感器无法发挥S卵ID器件大量程的性能，且易发生失锁，造成测量中断，锁定一次工作零点 只能测量lOOms-ls时长内的磁通变化。该是由于常规S卵ID传感器锁定一次的工作时间 要根据外部环境磁场干扰情况而定，有的能工作几分钟到几个小时，它是在受到外部如电 力装置、手机等电磁场发生装置的干扰，造成失锁。该种干扰具有一定的随机性。因此该里 主要说明基于化L的S卵ID磁传感器易受干扰，且重新锁定后不能回复到原先的工作零点， 无法实现测量的连续性。因此，现有的S卵ID磁传感器不适用长时间连续工作的系统。因 此限制了S卵ID的应用。
[0006] 由于S卵ID磁传感器的高精度和高反应速度，越来越多的场合，如地磁测量等领 域开始使用S卵ID磁传感器。但由于其无法长时间测量，使得S卵ID磁传感器在该些领域 中的应用受到极大的限制。如何发挥S卵ID器件的特点并能长时间巧日1天甚至一个月W 上）的测量外部磁通，避免传统S卵ID磁传感器工作零点跳变造成测量不连续，是本领域技 术人员所要解决的问题。
【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磁传 感系统，用于解决现有技术中的s卵ID磁传感器无法长时间、无需在锁定工作零点所在量 程区间内测量外部磁通的问题。
[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磁传感系统， 包括：包含第一超导量子干涉器件的第一磁传感器，用于实时调整所述第一超导量子干涉 器件的锁定工作点，并在每次锁定后的一个磁通量程范围内感应并输出与所述外部磁通的 变化相对应的第一感应信号；与所述第一磁传感器处于同一外部磁通环境中的第二磁传感 器，用于感应并输出所处磁通环境的中与外部磁通连续变化相对应的第二感应信号；与所 述第二磁传感器和第一磁传感器相连的信号补偿处理单元，用于利用预设的磁场磁通转换 系数来分别确定所述第一感应信号和所述第二感应信号各自所反映的磁通，并计算两磁通 之差，根据所得到的差值来确定各磁通量程范围内的磁通相对于预设的磁通量程范围的磁 通量子数量，W及根据所得到的各相对磁通数量来补偿所述第一感应信号在失锁期间的变 化，将经补偿后的连续的第一感应信号予W输出。
[0009] 优选地，所述第二磁传感器包括；第二超导量子干涉器件；与所述第二超导量子 干涉器件相连、且负反馈至所述第二超导量子干涉器件的欠反馈电路，用于将所述第二超 导量子干涉器件所感应的感应信号按预设比例放大后负反馈至所述第二超导量子干涉器 件，使得所述第二超导量子干涉器件经反馈后的感应信号W周期单值特性输出，并且反馈 后的感应信号在所述外部磁通所包含的各磁通量子变化周期初始时处于工作零点、所述磁 通量子变化周期结束时刻所输出的感应信号由峰值跳变至所述工作零点；与所述第二超导 量子干涉器件的输出端相连的信号处理单元，用于根据所述第二超导量子干涉器件所感应 的感应信号中各跳变沿的方向来确定各所述磁通量子变化周期的数字波形信号的幅值并 生成所述数字波形信号，W将所述幅值作为磁通量子的整数倍计数，并将所接收的感应信 号与所生成的数字波形进行叠加，W得到反映所述外部磁通在连续的磁通量子的整数倍变 化期间的感应信号。
[0010] 优选地，所述反馈后的感应信号在所述外部磁通所包含的各磁通量子变化周期结 束时刻所输出的感应信号由峰值跳变至所述磁通量子变化周期初始时的工作零点所满足 的临界条件为= 2 ，其中，Of为所述欠反馈电路输出为电压峰峰值期间所 述第二超导量子干涉器件所感应的磁通变化量，为所述反馈电路输出为电压峰峰值期 间自身产生的反馈磁通变化量，〇。为一个磁通量子。
[0011] 优选地，所述欠反馈电路包括：放大单元，用于将所述第二超导量子干涉器件所感 应的感应信号按照预设比例予W放大；依次与所述第二超导量子干涉器件相连的反馈电阻 和反馈电感。
[0012] 优选地，所述放大单元为与所述第二超导量子干涉器件相连的比例放大器；则所 述反馈电阻与所述比例放大器的输出端连接，所述反馈电感与所述反馈电阻相连且所述第 二超导量子干涉器件互感。
[0013] 优选地，所述第二超导量子干涉器件通过所述比例放大器的输出端输出经欠反馈 后的感应信号。
[0014] 优选地，所述放大单元包括：与所述第二超导量子干涉器件互感连接的磁通放大 回路，所述磁通放大回路包括；与所述第二超导量子干涉器件互感的电感L。、与所述反馈电 感互感且与电感Lg串联的第H超导量子干涉器件、与所述第H超导量子干涉器件和电感Lg并联的电阻Rb22,W及与所述第H超导量子干涉器件互感的直流磁通调节回路；则所述反馈 电阻与所述第二超导量子干涉器件相连，所述反馈电感与所述反馈电阻相连；所述反馈电 阻与所述第二超导量子干涉器件的连接端还与所述第二超导量子干涉器件的输出端相连。
[0015] 优选地，所述信号处理单元包括；与所述第二超导量子干涉器件的输出端相连的 计数波形生成器，用于按照所接收的感应信号的周期和所述感应信号的跳变沿的方向生成 数字波形信号，其中，当所接收的感应信号为下跳变沿将当前数字波形信号的幅值增加一 个磁通量子，当所接收的感应信号为上跳变沿将当前数字波形信号的幅值减少一个磁通量 子；与所述计数波形生成器和所述第二超导量子干涉器件的输出端相连的合成器，用于将 矫正后的感应信号与所生成的数字波形信号进行叠加，W得到对应于所述外部磁通的跨多 个磁通量子变化周期的感应信号。
[0016] 优选地，所述超导量子干涉器磁传感器还