[发明专利]用于采用超导量子干涉器件的传感器的调试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于采用超导量子干涉器件的传感器的调试系统及方法。

背景技术

采用超导量子干涉器件（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。由于其非线性特性且输出电压极其微弱（几十个微伏以内）的原因，传感器不能直接通过检测所输出电压来判断磁场的大小。这使得传感器的一致性和可重复性较差。另外由于工艺稳定性等问题，不同传感器中器件的工作参数也不同。因此每个器件都要独立调试参数。

其中，所述传感器中的包括：超导量子干涉器件（SQUID）和读出电路。

SQUID是一个由两个约瑟夫森结（类似半导体的PN结）构成的超导量子干涉器件，当给SQUID两端加一定的偏置电流时，偏置电流大到一定值（10uA量级）时，就表现出磁敏感特性，即SQUID两端的电压会随着加载在它上面的磁通而变化，称为磁通电压转换特性，当磁通电压转换特性达到最强时，此时最敏感，此时的这个偏置电流称为最佳工作电流，也是本调试系统要调节的关键参数。在实际应用中，SQUID的这个工作电流是通过一个外部加载的电压源驱动一个与SQUID串联的大电阻来产生的，因此，外部需要加载这个电压源称为偏置电压，偏置电压对应产生偏置电流。

读出电路部分的功能是将SQUID两端的电压信号检测并放大，送到积分器通过积分反馈的方式（磁通锁定原理）实现磁通电压的线性转换。这个电路原理要求在工作点处送入积分器的电压为零。而SQUID输出电压中带有直流偏移量，因此在送入积分器输入端时，包含了直流偏移电压，因此需要通过一个减法调零电路，即从外面输入一个偏移电压，两个电压相减，将这个直流偏移电压消除，满足读出电路工作的要求。因此外部加载的这个用于消除SQUID器件工作点处直流量的调零电压，称为偏移电压。这是为了电路能正常工作所需的参数。

目前，采用超导量子干涉器件的传感器在使用前需要熟悉传感器特性的专业人员人工完成参数的调试，人工参数调试所述传感器不仅精度低，而且在投入运行前要在器件参数调试上耗费时间，使得系统效率受限。具体地，专业人员主要在所述传感器的调试状态下来人工调试所述偏置电压和偏移电压。

由多个超导量子干涉传感器构成的多通道系统的应用越来越广，如64通道心磁系统，200通道的脑磁系统，以及天文观测应用的SQUID探测阵列系统。在多通道系统中，需要人工调试每个通道上的传感器。人工调试需要熟悉SQUID特性的专业技术人员在外部仪器如示波器，信号发生器等的辅助下，逐个调试电路参数，通过人工判别实现传感器最佳工作参数的调试。由此可见，人工调试所耗费的时间将随着通道数的增加而大大增加，成为系统使用过程中的一个障碍，同时人工调试，对调试人员的在SQUID器件方面的专业技术要求高，不利于SQUID系统的应用推广。

因此，需要提高传感器在使用前的调试效率和精度，缩短传感器投入运行的时间，消除对SQUID专业人员的依赖，消除SQUID应用的推广的壁垒。

发明内容

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用于采用超导量子干涉器件的传感器的调试系统及方法，用于解决现有技术中传感器在使用前的调试对专业人员的依赖度过高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于采用超导量子干涉器件的传感器的调试系统，所述传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连的读出电路，所述调试系统至少包括：与所述读出电路和超导量子干涉器件连接的数字电压转换器，用于将外接的电源分别转换成所述超导量子干涉器件的偏置电压和所述读出电路的偏移电压；与所述读出电路的测试信号输入端、输出端及数字电压转换器相连的调控装置，用于基于所述测试信号输入端所输入的信号的周期，检测所述输出端所输出的具有所述周期的感应信号，并从中确定所述周期内的电压峰峰值和偏移电压，基于相邻检测的两个所述电压峰峰值的比较结果来逐步调整所述数字电压转换器所输出的偏置电压，并控制所述数字电压转换器将所输出的偏移电压调整为抵消所确定的偏移电压的偏移电压。

优选地，所述调控装置包括：与所述读出电路的测试信号输入端相连的测试信号产生模块，用于按照所述超导量子的磁通周期生成交变的测试信号，并输出至所述测试信号输入端；与所述读出电路的输出端相连的采样模块，用于基于所述测试信号的周期过采样所述输出端所输出的感应信号的电压值；与所述测试信号产生模块和采样模块相连的调控单元，包括：