復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器。所述傳感器中包括用于復位輸出端的第一復位電路，用于復位反饋電路的第二復位電路，以及用于復位積分電路的第三復位電路，當所述傳感器中的時序控制電路接收到復位指令，控制所述第二復位電路和第三復位電路不早于第一復位電路進行各自復位，當所述復位指令消失時，控制所述第二復位電路和第三復位電路早于第一復位電路結束各自的復位。本實用新型能夠有效避免復位時所述傳感器中的儲電器件對與輸出端連接的下級電路及傳感器內部電路之間的影響。
【專利說明】復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種復位系統，特別是涉及一種復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器。
【背景技術】
[0002]超導量子干涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下簡稱SQUID)用于目前已知的最靈敏的磁傳感器中，其中低溫超導SQUID靈敏度由于10飛特，高溫超導SQUID靈敏度由于100飛特。是重要的高端應用傳感器，廣泛應用于生物磁，地球物理探測，極低場核磁共振儀器設備中。
[0003]SQUID是非線性的磁通電壓轉化器件，需要借助磁通鎖定環路來實現磁通電壓的線性轉化，磁通鎖定環路由前置放大器，積分器，反饋電阻和反饋線圈構成，形成一個磁通負反饋閉環，在閉環工作的情況下，反饋端的電壓與SQUID檢測到的磁通成正比，用該電壓即可測量SQUID檢測到的磁通信號。
[0004]由于SQUID傳輸特性，在磁通鎖定環路原理的SQUID的讀出電路(位于傳感器中配套所述SQUID的電路)中，包含多個工作點。電路在工作中，隨著干擾到來，會發生工作點跳躍，需要所述讀出電路能夠及時的鎖定到新的工作點。久而久之，工作點經過幾次跳躍，使得所述讀出電路的輸出接近溢出(超過+-1OV電壓)，而無法穩定工作。
[0005]或者，當SQUID受到射頻干擾，致使所述讀出電路溢出時，所述讀出電路無法回到正常工作的狀態，造成電路失鎖。
[0006]針對以上情形,所述讀出電路需要通過手動或自動的方式能夠復位。為此,現有技術中常用的方式是，通過對積分電容快速放電使輸出歸零來使讀出電路回到正常工作的狀態。然而，由于磁通鎖定環路仍處于閉環狀態，積分電容瞬時放電脈沖會通過反饋電阻和反饋線圈耦合到SQUID傳感器，引起環路輸出過沖和振蕩等暫態現象。同時，環路輸出的過沖或振蕩電壓，一方面會傳輸到后續的數據采集系統，通過后端信號調理系統會放大影響數據采集系統。另一方面在多通道系統中，該脈沖電壓通過反饋回路對臨近通道SQUID器件造成串擾，弓I起更多通道失鎖現象。
[0007]為了解決上述問題，本領域技術人員需要對現有的復位電路進行改進。
實用新型內容
[0008]鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器，用于解決現有技術中的復位電路在復位傳感器中的積分電容時會對所述傳感器內部及與所述傳感器相連的下級電路造成干擾的問題。
[0009]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種超導量子干涉傳感器的復位系統，所述超導量子干涉傳感器包括:超導量子干涉傳感器電路、與所述傳感器的輸出端相連的積分電路、以及與所述超導量子干涉傳感器電路相連的反饋電路，其中，所述復位系統至少包括:與超導量子干涉傳感器的輸出端相連的第一復位電路，用于復位所述輸出端；與所述反饋電路相連的第二復位電路，用于復位所述反饋電路；與所述積分電路相連的第三復位電路，用于復位所述積分電路；以及與所述第一復位電路、第二復位電路及第三復位電路連接的時序控制電路，用于在監測到復位指令時，控制所述第二復位電路和第三復位電路不早于第一復位電路進行各自復位，以及在監測到所述復位指令消失時，控制所述第二復位電路和第三復位電路早于第一復位電路結束各自的復位；其中，所述復位指令所持續的時長不小于所述積分電路復位所需時長。
[0010]優選地，所述時序控制電路在接收到復位指令時，同時向所述第一復位電路、第二復位電路及第三復位電路發出復位信號。
[0011]優選地，所述時序控制電路在向所述第一復位電路發出復位信號后的第一延時期限時，再向所述第二復位電路和第三復位電路發出復位信號，以供所述第二復位電路復位所述反饋電路、所述第三復位電路復位所述積分電路，其中，所述第一延時期限不小于所述第一復位電路的反應時限。
[0012]優選地，所述時序控制電路具有兩個控制信號的輸出端，其中，一個輸出端與所述第一復位電路相連，另一個輸出端分別與所述第二復位電路和第三復位電路相連。
[0013]優選地，所述時序控制電路監測到所接收的復位指令消失時，同時向所述第二復位電路和第三復位電路發出復位結束的信號。
[0014]優選地，所述時序控制電路監測到所接收的復位指令消失的第二延時期限后，向所述第一復位電路發出復位結束的信號，其中，所述第二延時期限不小于所述反饋電路結束復位后恢復重建所需時間。
[0015]優選地，所述第一復位電路、第二復位電路和第三復位電路均為受控開關。
[0016]基于上述目的，本實用新型還提供一種超導量子干涉傳感器，其至少包括:超導量子干涉傳感器電路；與所述傳感器的輸出端相連的積分電路；與所述超導量子干涉傳感器電路和所述傳感器的輸出端相連的反饋電路；如上任一所述的第一復位電路；如上任一所述的第二復位電路；如上任一所述的第三復位電路；以及如上任一所述的時序控制電路。
[0017]優選地，所述超導量子干涉傳感器電路包括:超導量子干涉器件和與所述超導量子干涉器件相連的前置放大器。
[0018]優選地，所述反饋電路包括:反饋電阻及與所述反饋電阻相連的反饋線圈，其中，所述反饋線圈位于所述超導量子干涉傳感器電路一側。
[0019]優選地，所述第一復位電路、第二復位電路和第三復位電路均為受控開關時，所述第一復位電路與所述輸出端串聯，所述第二復位電路與所述反饋電路串聯，以及所述第三復位電路與所述積分電路并聯。
[0020]如上所述，本實用新型的復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器，具有以下有益效果:將所述傳感器中的多個復位點按照時序進行復位，能夠有效避免復位初期，所述傳感器內部的電容、電感等儲電器件放電時對與輸出端連接的下級電路的影響；此外，所述復位系統在復位結束時，由時序控制電路按照預設的時序恢復傳感器的工作，能夠有效避免所述傳感器在恢復工作初期，由其內部的電容、電感等儲電器件充電時對所述傳感器內部電路之間造成干擾。
【專利附圖】
【附圖說明】[0021]圖1顯示為本實用新型的未示出復位系統時的超導量子干涉傳感器的結構示意圖。
[0022]圖2顯示為本實用新型的未示出復位系統時的超導量子干涉傳感器的一種優選方案的結構示意圖。
[0023]圖3顯示為本實用新型的具有復位系統的超導量子干涉傳感器的結構示意圖。
[0024]圖4顯示為本實用新型的具有復位系統的超導量子干涉傳感器的一種優選方案的結構示意圖。
[0025]圖5顯示為本實用新型的復位系統中時序控制電路所發出的復位信號的波形示意圖。
[0026]元件標號說明
[0027]I 超導量子干涉傳感器
[0028]11 超導量子干涉傳感器電路
[0029]12 積分電路
[0030]13 反饋電路
[0031]14 第一復位電路
[0032]15 第二復位電路
[0033]16 第三復位電路
[0034]17 時序控制電路
【具體實施方式】
[0035]以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點及功效。
[0036]須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本實用新型所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。
[0037]本實用新型提供一種具有復位系統的超導量子干涉傳感器。所述復位系統與所述超導量子干涉傳感器內的電路相連，能夠對所述超導量子干涉傳感器進行復位。
[0038]其中，如圖1所示，所述超導量子干涉傳感器I包括:超導量子干涉傳感器電路
11、與所述傳感器I的輸出端相連的積分電路12、以及與所述超導量子干涉傳感器電路11和所述傳感器I的輸出端相連的反饋電路13。
[0039]所述超導量子干涉傳感器電路11用于基于超導量子干涉技術，在超導環境下將所探測到的磁信號轉換為電信號，并予以輸出。其中，所述超導量子干涉傳感器電路11可以包括:超導量子干涉器件。優選地，所述超導量子干涉傳感器電路11還包括:與所述超導量子干涉器件相連的前置放大器。所述超導量子干涉傳感器電路11可以浸放在盛放液氮或液氦的容器內，也可以僅將所述超導量子干涉傳感器電路11中的超導量子干涉器件浸放在所述容器內。
[0040]所述積分電路12用于將所述超導量子干涉傳感器電路11所輸出的電信號進行波形優化。其中，所述積分電路12包含電容。
[0041]所述反饋電路13用于基于所述傳感器I的輸出端所輸出的電信號來調節所述超導量子干涉傳感器電路11所輸出的電信號。其包括:反饋電阻及與所述反饋電阻相連的反饋線圈。
[0042]如圖2所示，所述超導量子干涉傳感器I的電路結構舉例如下:
[0043]所述超導量子干涉器件連接前置放大器，所述前置放大器與積分電路12、輸出端串聯，所述輸出端還與反饋電路13中的電阻相連，所述電阻與反饋線圈相連，其中，所述反饋線圈位于超導量子干涉器件一側。
[0044]如圖3所示，所述超導量子干涉傳感器I中的復位系統包括:第一復位電路14、第二復位電路15、第三復位電路16及時序控制電路17。
[0045]所述第一復位電路14與超導量子干涉傳感器I的輸出端相連，用于復位所述輸出端。其中，按照上述優選的超導量子干涉傳感器I的電路結構，所述第一復位電路14可以是受控開關。具體地，第一復位電路14與所述所輸出端串聯，且在所述傳感器I正常工作時處于閉合狀態。
[0046]所述第二復位電路15與所述反饋電路13相連，用于復位所述反饋電路13。其中，按照上述優選的超導量子干涉傳感器I的電路結構，所述第二復位電路15可以是受控開關。其中，所述第二復位電路15可以位于所述傳感器I的輸出端與反饋電路13的電阻之間，也可以位于所述反饋電路13內部。例如，所述第二復位電路15位于所述反饋電路13的電阻與反饋線圈之間。所述第二復位電路15在所述傳感器I正常工作時處于閉合狀態。
[0047]所述第三復位電路16與所述積分電路12相連，用于復位所述積分電路12。其中，按照上述優選的超導量子干涉傳感器I的電路結構，所述第三復位電路16可以是受控開關。
[0048]具體地，所述第三復位電路16用于復位所述積分電路12中的電容。所述第三復位電路16與所述積分電路12并聯，且在所述傳感器I正常工作時處于斷開狀態。
[0049]所述時序控制電路17與所述第一復位電路14、第二復位電路15及第三復位電路16相連，用于在監測到復位指令時，控制所述第二復位電路15和第三復位電路16不早于第一復位電路14進行各自復位；其中，所述復位指令所持續的時長不小于所述積分電路復位所需時長。
[0050]其中，所述時序控制電路17可以是數字電路，也可以是模擬電路。所述復位指令所維持的時間長度應該大于所述積分電路12中電容放電的時間與時序間隔時間之和。所述時序控制電路17所接收的復位指令不是脈沖指令，而是包含時長信息的復位指令，其中所述復位指令可以是包含時長信息的數字信號，也可以是維持復位時長的高電平/低電平。
[0051]具體地，所述時序控制電路17還與外部的處理器相連，當所述處理器向所述時序控制電路17輸出復位指令時，所述時序控制電路17同時向所述第一復位電路14、第二復位電路15及第三復位電路16發出復位信號，則所述第一復位電路14、第二復位電路15及第三復位電路16在接收到復位信號時，改變自身的狀態，以使各自所連接的電路復位。
[0052]優選地，所述時序控制電路17在接收到復位指令時，先向所述第一復位電路14發出復位信號，以供所述第一復位電路14復位所述輸出端。[0053]具體地，所述時序控制電路17在接收到復位指令時，先向所述第一復位電路14發出復位信號，所述第一復位電路14基于所接收到的復位信號從閉合轉為斷開，使得所述傳感器I的輸出端電壓為零電壓；接著，在一預設延時后向第二復位電路15發出復位信號，則所述第二復位電路15從閉合轉為斷開，使得所述反饋電路13中的反饋線圈經過振蕩釋放掉所存儲的電能，并復位為零電壓，接著，在又一預設延時后向第三復位電路16發出復位信號，則所述第三復位電路16從斷開轉為閉合，使得所述積分電路12中的電容經過振蕩釋放掉所存儲的電能，并復位為零電壓。其中，所述時序控制電路17可以具有三個控制信號的輸出端，分別向所述第一復位電路14、第二復位電路15和第三復位電路16發出復位信號。
[0054]優選地，所述時序控制電路17在向所述第一復位電路14發出復位信號后的第一延時期限時，再向所述第二復位電路15和第三復位電路16發出復位信號，以供所述第二復位電路15復位所述反饋電路13、所述第三復位電路16復位所述積分電路12，其中，所述第一延時期限不小于所述第一復位電路的反應時限。
[0055]其中，所述時序控制電路17可以具有三個控制信號的輸出端。優選地，所述時序控制電路17具有兩個控制信號的輸出端，其中一個輸出端與所述第一復位電路14相連，另一個輸出端分別與所述第二復位電路15和第三復位電路16相連，則所述第二復位電路15基于所接收的復位信號由閉合轉為斷開，所述第三復位電路16基于所接收的復位信號由斷開轉為閉合。其中，所述第一延時期限需確保所述第一復位電路14能夠從閉合轉為斷開。
[0056]例如，如圖4、5所示，所述時序控制電路17由R02接口在向所述第一復位電路14發出復位信號后延時tdl時間(第一延時期限)，再由ROl接口同時向第二復位電路15和第三復位電路16發出復位信號，則所述第二復位電路15根據接口 R02所發出的復位信號斷開反饋電路13，所述反饋電路13中的反饋線圈逐漸放掉自身所存儲的電能，所述第三復位電路16根據接口 R02所發出的復位信號導通所述積分電路12中的電容，所述積分電路12中的電容通過導通的所述第三復位電路16逐漸放掉所存儲的電能。
[0057]另外，當所述時序控制電路17監測到所接收的復位指令消失時，控制所述第二復位電路15和第三復位電路16早于第一復位電路14結束各自的復位。
[0058]具體地，當所述復位指令消失時，所述時序控制電路17按照預設的時序向所述第二復位電路15及第三復位電路16發出復位結束的信號，然后，再向所述第一復位電路14發出復位結束的信號。
[0059]例如，所述時序控制電路17在監測到所接收的復位指令由復位高電平降為低電平時，確定所述復位指令消失，則按照預設的第二復位電路15、第三復位電路16、第一復位電路14的復位結束順序，依次向第二復位電路15、第三復位電路16、第一復位電路14發出復位結束的信號，則所述第二復位電路15、第三復位電路16、及第一復位電路14恢復復位前的狀態，以使各自所對應的所述輸出端、反饋電路13和積分電路12結束復位。
[0060]優選地，所述時序控制電路17監測到所接收的復位指令消失時，同時向所述第二復位電路15和第三復位電路16發出復位結束的信號，以供所述第二復位電路15和第三復位電路16結束復位。
[0061]例如，如圖4、5所示，所述時序控制電路17監測到所接收的復位指令消失時，按照預設的時序先通過R02接口向所述第二復位電路15和第三復位電路16發出復位結束的信號，其中，所述第二復位電路15根據所接收到的復位結束信號由斷開轉為閉合，所述第三復位電路16根據所接收到的復位結束信號由閉合轉為斷開，接著，所述時序控制電路17再通過ROl接口向所述第一復位電路14發出復位結束信號，所述第一復位電路14根據所接收到的復位結束信號由斷開轉為閉合。
[0062]更為優選地，所述時序控制電路17監測到所接收的復位指令消失時的第二延時期限后，向所述第一復位電路14發出復位結束的信號，以供所述第一復位電路14結束復位。其中，所述第二延時期限不小于所述反饋電路結束復位后恢復重建所需時間。
[0063]例如，如圖5所示，所述時序監控電路監測到所接收的復位指令消失時，向所述第二復位電路15和第三復位電路16發出復位結束的信號，并在發出復位結束信號之后的td2延時期限(第二延時期限)時，向所述第一復位電路14發出復位結束信號，則所述傳感器I的輸出端開始正常的輸出所述傳感器電路11所轉換的電信號。
[0064]具有所述復位系統的超導量子干涉傳感器I的復位過程舉例如下:
[0065]所述傳感器I中的時序控制電路17接收到復位指令時，先向與所述傳感器I的輸出端串聯的第一復位電路14發出復位信號，則所述第一復位電路14斷開所述傳感器I內部電路與所述輸出端的連接，使得所述輸出端不輸出電信號；與此同時，所述時序控制電路17在發出該復位信號后開始計時tdl時間(第一延時期限)，并在tdl時間到達后，同時向第二復位電路15和第三復位電路16發出復位信號，所述第二復位電路15斷開所述傳感器I中的反饋電路13，使得所述反饋電路13中的反饋線圈逐漸放電，所述第三復位電路16短接所述傳感器I中積分電路12中的電容，使得所述電容放電。
[0066]具有所述復位系統的超導量子干涉傳感器I從復位過程恢復到正常工作的過程舉例如下:
[0067]所述傳感器I中的時序控制電路17所接收到的復位指令消失時，先同時向所述第二復位電路15和第三復位電路16發出復位結束的信號，所述第二復位電路15閉合所述傳感器I中的反饋電路13，使得所述反饋電路13中的反饋線圈恢復重建，所述第三復位電路
16斷開，所述積分電路12中的電容恢復工作；所述時序控制電路17在發出該復位結束的信號后開始計時td2時間(第二延時期限)，并在td2時間到達后，向所述第一復位電路14發出復位結束信號，則所述第一復位電路14由斷開轉為閉合，則所述傳感器I的輸出端將輸出所述傳感器電路11所轉換的電信號。
[0068]綜上所述，本實用新型的復位系統及所適用的超導量子干涉傳感器，將所述傳感器中的多個復位點按照時序進行復位，能夠有效避免復位初期，所述傳感器內部的電容、電感等儲電器件放電時對與輸出端連接的下級電路的影響；其中，先使傳感器的輸出端復位，即使所述輸出端輸出O電壓，能夠避免所述傳感器在復位期間對下級電路的沖擊，同時復位反饋電路和積分電路，能夠既有效避免了積分電路中的電容放電時所產生的振蕩對反饋電路的影響，又能避免所述電容放電時對所述傳感器電路的干擾，還能有效縮短復位時間；
[0069]此外，所述復位系統在復位結束時，由時序控制電路按照預設的時序恢復傳感器的工作，能夠有效避免所述傳感器在恢復工作初期，由其內部的電容、電感等儲電器件充電時對所述傳感器內部電路之間造成干擾；另外，先恢復反饋電路和積分電路，并在預留了恢復所需的時間后，再使所述輸出端輸出電信號，還能夠有效避免對所述輸出端所連接的下級電路的影響。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0070]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種超導量子干涉傳感器的復位系統，所述超導量子干涉傳感器包括:超導量子干涉傳感器電路、與所述傳感器的輸出端相連的積分電路、以及與所述超導量子干涉傳感器電路相連的反饋電路，其特征在于，所述復位系統至少包括: 與超導量子干涉傳感器的輸出端相連的第一復位電路，用于復位所述輸出端； 與所述反饋電路相連的第二復位電路，用于復位所述反饋電路； 與所述積分電路相連的第三復位電路，用于復位所述積分電路；以及與所述第一復位電路、第二復位電路及第三復位電路連接的時序控制電路，用于在監測到復位指令時，控制所述第二復位電路和第三復位電路不早于第一復位電路進行各自復位，以及在監測到所述復位指令消失時，控制所述第二復位電路和第三復位電路早于第一復位電路結束各自的復位；其中，所述復位指令所持續的時長不小于所述積分電路復位所需時長。
2.根據權利要求1所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述時序控制電路在接收到復位指令時，同時向所述第一復位電路、第二復位電路及第三復位電路發出復位信號。
3.根據權利要求1所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述時序控制電路在向所述第一復位電路發出復位信號后的第一延時期限時，再向所述第二復位電路和第三復位電路發出復位信號，以供所述第二復位電路復位所述反饋電路、所述第三復位電路復位所述積分電路，其中，所述第一延時期限不小于所述第一復位電路的反應時限。
4.根據權利要求2所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述時序控制電路具有兩個控制信號的輸出端，其中，一個輸出端與所述第一復位電路相連，另一個輸出端分別與所述第二復位電路和第三復位電路相連。
5.根據權利要求1所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述時序控制電路監測到所接收的復位指令`消失時，同時向所述第二復位電路和第三復位電路發出復位結束的信號。
6.根據權利要求1或5所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述時序控制電路監測到所接收的復位指令消失的第二延時期限后，向所述第一復位電路發出復位結束的信號，其中，所述第二延時期限不小于所述反饋電路結束復位后恢復重建所需時間。
7.根據權利要求1所述的超導量子干涉傳感器的復位系統，其特征在于，所述第一復位電路、第二復位電路和第三復位電路均為受控開關。
8.一種超導量子干涉傳感器，其特征在于，至少包括: 超導量子干涉傳感器電路； 與所述傳感器的輸出端相連的積分電路； 與所述超導量子干涉傳感器電路和所述傳感器的輸出端相連的反饋電路； 如權利要求1-7中任一所述的第一復位電路； 如權利要求1-7中任一所述的第二復位電路； 如權利要求1-7中任一所述的第三復位電路；以及 如權利要求1-7中任一所述的時序控制電路。
9.根據權利要求8所述的超導量子干涉傳感器，其特征在于，所述反饋電路包括:反饋電阻及與所述反饋電阻相連的反饋線圈，其中，所述反饋線圈位于所述超導量子干涉傳感器電路一側。
10. 根據權利要求8所述的超導量子干涉傳感器，其特征在于，所述第一復位電路、第二復位電路和第三復位電路均為受控開關時，所述第一復位電路與所述輸出端串聯，所述第二復位電路與所述反饋電路串聯，以及所述第三復位電路與所述積分電路并聯。
【文檔編號】G01R33/035GK203376463SQ201320434513
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2013年7月19日
【發明者】王永良, 張國峰, 徐小峰, 孔祥燕, 謝曉明 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所
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