专利汇可以提供采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种采用单个 运算 放大器 的超导量子干涉器磁 传感器 ,其特征在于使用一个低噪声的 运算放大器 ,以开环的方式对SQUID 电压 信号 进行放大,并由单个运算放大器开环输出 直接驱动 反馈 电阻 及反 馈线 圈。取代了传统磁通 锁 定环 路中的前置放大器和积分器。所述的采用单个运算放大器SQUID磁通锁定环路有正、负端输入接线方式,且正、负端输入接线方式各有三种形式可选。本发明特点是只使用一个运算放大器实现SQUID磁通锁定环路, 电路 简单。避免了传统电路中积分器的使用,减小环路延时,使磁通锁定环路实现更高的带宽。在SQUID多通道应用中具有重要的意义。,下面是采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器专利的具体信息内容。
1.一种采用单个运算放大器的超导量子干涉器磁传感器,其特征在于只使用一个低噪声的运算放大器,以开环的方式对SQUID电压信号进行放大,并由单个运算放大器开环输出直接驱动反馈电阻及反馈线圈,从而取代了传统磁通锁定环路中的前置放大器和积分器。
2.按权利要求1所述的传感器,其特征在于采用单个运算放大器的SQUID磁通锁定环路有以下两种接线方式:
1)正端输入接线方式:偏置电流源提供的偏置电流Ib加载到SQUID中,SQUID电压信号接入运算放大器的正输入端;偏移电压Vb接入运算放大器的负输入端,运算放大器的输出端接反馈电阻Rf的一端,反馈电阻的另一端接反馈线圈,反馈线圈与SQUID通过互感耦合,运算放大器输出电压驱动反馈电阻Rf产生电流,通过反馈线圈与SQUID互感Mf产生反馈磁通,构成磁通锁定环路;
2)负端输入接线方式:偏置电流源提供的偏置电流Ib加载到SQUID中,SQUID电压信号接运算放大器的负输入端,偏移电压Vb接运算放大器的正输入端,运算放大器的输出端接反馈电阻Rf的一端,反馈电阻的另一端连接反馈线圈,反馈线圈与SQUID通过互感耦合,运算放大器输出电压驱动反馈电阻Rf产生电流,通过反馈线圈与SQUID互感Mf产生反馈磁通,构成磁通锁定环路。
3.按权利要求2所述的传感器,其特征在于:
(一)正端输入接线方式有以下A、B和C三种中的任一种:
A:
①供电电源+Vs和-Vs:整个电路采用双极性电源供电,即正电源端+Vs接入正电压电源和负电源端-Vs接入负电压电源;
②SQUID偏置电流调节电路B1:其功能是给SQUID加载一个流向SQUID的两个约瑟夫森结的偏置电流,通过调节加载到SQUID偏置电流的大小,使得SQUID获得最佳的磁通电压转换特性;可调偏置电流电路中可调电位器RA1是一个三端子的可调电阻,其中电位器的1和2的两端为一个固定阻值的电阻,电位器的3端为可调电阻抽头,电位器RA1的1和2两端分别接到正电源+Vs和负电源-Vs;电位器RA1的3端输出电位器电阻分压,通过调节电位器抽头位置产生可调电压;该电压输出接电阻R1,电阻R1的另一端与SQUID串联;
③SQUID偏置电压调节电路B2:其功能是产生一个可调节的直流电压,接入运算放大器的负输入端;通过调节使该电压与SQUID工作点处的直流电压相同,实现工作点调零,可调偏置电压电路中的可调电位器RA2是一个三端子的可调电阻器,其中电位器的1和2两端为一个固定端,其电阻值在10k欧姆到100k欧姆之间,电位器RA1的1和2两端分别接正电源+Vs和负电源-Vs,可变电阻引出抽头端3端输出电阻分压,该电压接电阻R3的一端,R3另一端与R2串联,R2另一端接地;R2与R3的连接端将产生的电阻分压引出作为偏置电压信号Vb;
④SQUID器件SQ1:SQ1使用放置在4.2K的液氦温度下工作的低温直流超导量子干涉器件或放置在77K的液氮温度下工作的高温直流超导量子干涉器件,是一个两端子器件,SQ1的一端接入运算放大器正输入端,同时与偏置电流电路B1的电流输出端相连,SQ1的另一端接地;
⑤反馈线圈L1:是一个与SQUID具有互感耦合的线圈,反馈线圈将反馈回路产生的电流转变成反馈磁通耦合到SQUID中,形成抵消磁通;反馈线圈L1一端接反馈电阻Rf,另一端接地;
⑥运算放大器U1:采用双极性供电的低噪声运算放大器,具有正输入端和负输入端两个电压信号输入端,一个电压信号放大输出端;运算放大器正输入端接SQUID电压输出,负输入端接偏置电压输出,放大器输出作为整个传感器的输出,同时接反馈电阻Rf;
⑦反馈电阻Rf:反馈电阻Rf一端接运算放大器U1的输出,另一端接反馈线圈L1。反馈电阻Rf将放大器输出电压转换为反馈电流输入反馈线圈,产生反馈磁通;
B:
在A的基础上,增加一个复位开关K1实现复位;K1的一端接运算放大器U1的负输入端,K1的另一端接运算放大器U1的输出端,当复位开关闭合时,运算放大器U1的输出端与负输入端等电位,运算放大器由开环高增益放大变为单位增益的放大,输出迅速减小,电路实现复位;当复位开关K1断开时,电路重新锁定。
C:
在B的基础上,再增加一个反馈电阻Rg和一个单刀双掷开关SW1,使得磁通锁定环路具备工作点调试功能,其中,单刀双掷开关具有三个接线端子,其中端子3定义为为单刀固定接线端,端子1定义为第一触点接线端,端子2定义为第二触点接线端;单刀双掷开关的SW1的单刀固定接线端与运算放大器U1的输出端相连,SW1的端子1与电阻Rg一端连接,Rg的另一端接运算放大器U1的负输入端;SW1的端子2与反馈电阻Rf的一端相连,反馈电阻Rf的另一端接反馈线圈L1;当SW1单刀开关与第二触点断开,与第一触点接通,电阻Rg与运算放大器U1输出端连接;此时,磁通锁定环路开环运行,运算放器U1工作在比例放大模式,实现SQUID电压信号的比例放大,监测运算放大器的输出电压Vf,观测磁通电压传输特性曲线,辅助SQUID工作点,偏置电流和偏置电压的调节;在完成最佳的偏置电压、偏置电压调节后,将SW1单刀开关与第一触点断开,与第二触点接通,运算放大器U1输出端与反馈电阻Rf连接,此时磁通锁定环路闭环实现锁定输出。
(二)负端输入接线方式有以下D、E和F中的任一种:
①D为(一)中A方式的SQUID电压信号接入运算放大器U1的负输入端,偏置电压信号接入运算放大器的正输入端,其余特征同A;
②E为(一)中B方式的SQUID电压信号接入运算放大器U1的负输入端,偏置电压信号接入运算放大器的正输入端,其余特征同B;
③F为(一)中C方式的SQUID电压信号接入运算放大器U1的负输入端,偏置电压信号接入运算放大器的正输入端,其余特征同C。
4.按权利要求3所述的传感器,其特征在于:
(1)正端或负端输入接线方式中,正电源+Vs供电范围从+5V到+15V,相应的负电源-Vs供电范围在-5V到-15V之间;
(2)SQUID偏置电流调节电路B1中电位器1和2的电阻值在10k欧姆到100k欧姆之间;电阻R1的取值在50k欧姆到200k欧姆之间;通过可调电位器RA1可产生160μA范围的直流偏置电流;
(3)SQUID偏置电压的调节电路B2中偏置电压Vb的调节范围为±100μV,电阻R3取值在1-10Ω之间,R2的取值范围在10k-100k之间;
(4)运算放大器电压噪声为1nV/√Hz,开环增益>120dB,带宽增益积大于10MHz;
(5)反馈电阻Rf取值在100Ω-10kΩ之间。
5.按权利要求4所述的传感器,其特征在于运算放大器的型号为美国ADI公司的AD797或凌特公司的LT1028。
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