[发明专利]SQUID探测模块及SQUID传感器

说明书

本发明提供一种SQUID探测模块及SQUID传感器，包括：SQUID器件及超导线圈环，所述SQUID器件感应所述超导线圈环探测到的磁通并转换为电信号；其中，所述超导线圈环包括首尾相连的第一超导线圈单元及第二超导线圈单元，所述第一超导线圈单元及所述第二超导线圈单元的连接节点作为引线端子接收反馈信号。本发明的SQUID探测模块及SQUID传感器无需反馈线圈，节省端口、成本，简化版图设计难度，降低工艺难度，提高了成品率；且采用直接电反馈，减少了磁通泄露，对于多通道应用具有重要意义，可以大大降低通道间磁通干扰和耦合，解决多通道间信号串扰问题，降低了系统信号提取的难度。

技术领域

本发明涉及SQUID探测领域，特别是涉及一种SQUID探测模块及SQUID传感器。

背景技术

基于超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下简称SQUID)的磁传感器是目前已知的最灵敏的磁传感器，其中低温超导SQUID灵敏度优于10飞特，高温超导SQUID灵敏度优于100飞特。SQUID磁传感器是重要的高端应用传感器，广泛应用于生物磁，地球物理探测，极低场核磁共振等微弱磁场探测用用领域，具有很高的科研和应用价值。

传统的dc SQUID传感器芯片1包括一个SQUID器件、一个输入线圈Li及一个反馈线圈Lf。

如图1所示为传统的dc SQUID传感器芯片1的标准连接模式，SQUID器件由两个约瑟夫森结并联构成，从约瑟夫森结的连接端子S+及S-中通入合适的电流，则两端就会产生电压，该电压和SQUID器件中耦合的磁通相关，因此是一个磁通敏感元件，SQUID器件的两端连接读出电路2，实现磁通-电压转换。输入线圈Li用于和磁探头的探测线圈Lp(也叫磁通拾取线圈)连接，形成一个超导环，实现信号磁通的传输，探测线圈Lp和输入线圈Li形成的超导环中会形成环电流，电流大小和感应到的磁通成正比，该电流在流到输入线圈Li后，就会产生磁通耦合到SQUID器件中，被SQUID器件感应，产生电压。反馈线圈Lf用于和配套的读出电路2连接，其两端F+和F-接入读出电路2中的反馈回路，反馈线圈Lf将加载的反馈电流转换成磁通耦合到SQUID器件中，反馈线圈Lf配合读出电路2实现磁通-电压线性读出。

如图2所示为传统的dc SQUID传感器芯片1的间接反馈连接模式，在标准连接模式的基础上，反馈线圈Lf产生的反馈磁通不直接作用到SQUID上，而是作用到探测线圈Lp和输入线圈Li构成的超导环上，再通过输入线圈Li耦合到SQUID器件中，然后通过读出电路2实现被测磁通的读出。间接反馈连接模式只是调整了反馈磁通作用的路径，传感器工作原理没有变化。

传统dc SQUID传感器芯片的应用中需要两个路径将磁通作用到SQUID器件中，一路是被测磁通，一路是反馈磁通，因此需要为两路磁通配套相应的线圈。SQUID器件环路很小，空间有限，多个线圈增加版图设计难度，增加分布参数引入的问题。间接反馈模式减少SQUID器件的耦合线圈数量，但增加了磁通传输用的超导环的设计复杂度，要建立反馈线圈和超导环的耦合，必然要引入额外的电感和互感，这会改变探测磁通信号输入的强度。

因此，如何减少线圈数量、减少线圈设计的难度且不改变SQUID传感器的性能，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

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SQUID探测模块及SQUID传感器，用于解决现有技术中线圈数量多、线圈设计难度大、SQUID传感器的性能受影响等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SQUID探测模块，所述SQUID探测模块至少包括：

SQUID器件及超导线圈环，所述SQUID器件感应所述超导线圈环探测到的磁通并转换为电信号；其中，所述超导线圈环包括首尾相连的第一超导线圈单元及第二超导线圈单元，所述第一超导线圈单元及所述第二超导线圈单元的连接节点作为引线端子接收反馈信号。