CN104950275A - 超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法，其中，超导量子干涉器磁传感器包括：SQUID和与SQUID相连并向该SQUID反馈磁通的磁通锁定环路。该性能测试装置包括：外部磁通加载单元，用于向超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通，其中，外部磁通的幅度小于预设值；与磁通锁定环路相连的磁通偏差获取单元，用于获取外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差；与磁通偏差获取单元和外部磁通加载单元相连的测试单元，用于根据所获取的磁通偏差及所对应的频率来计算超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。本发明能够持续的测试SQUID磁传感器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器的性能测试技术，特别是涉及一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法。
背景技术
超导量子干涉器磁传感器（简称SQUID磁传感器）是目前已知的最灵敏的磁传感器。广泛应用于心磁、脑磁、极低场核磁共振等微弱磁信号探测和科学研究中。
SQUID磁传感器由SQUID器件及其磁通锁定环路构成，实现磁场检测并按一定比例线性转换成输出电压。SQUID磁传感器感应变化的磁通信号，输出变化的电压信号。其输入输出的比值，定义为传感器磁场电压转换的增益。
原则上，根据上述关系，在某个频率点处，已知输入磁通信号的强度，可推算磁传感器输出电压的幅度。
但实际上，由于SQUID磁传感器存在工作点失锁的问题，上述传输特性，并不能真正反映SQUID实际的工作性能。
SQUID磁感器的磁通电压传输特性曲线是周期非线性的，以一个磁通量子Φ0的磁通（2.07×10-15韦伯）为周期。用于工作的只能是其中的一小段线性区，涉及的磁通变化范围不到1/2个Φ0。当外部被测磁通幅度过大，磁通锁定环路的响应误差逐渐增大，并超过该线性区磁通误差容许的范围，整个SQUID磁传感器将发生失锁而无法工作。
举例说明，某个SQUID磁传感器在直流或低频率上的增益是1V/Φ0，到了某个频率点处，其增益为0.9V/Φ0。如果外部输入磁通10个Φ0，根据传输特性，SQUID磁传感器输出电压应为9V。而实际在这种输入情况下，SQUID磁传感器工作点处的磁通误差远超器误差容忍范围，而发生失锁，无法正常工作。
因此单用传输特性测试，无法确切描述SQUID磁传感器实际的频率响应能力，需要不断的调整锁定工作点并进行重复测试才能够测得SQUID磁传感器的性能，这使得测试过程十分繁冗。
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超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法，用于解决现有技术中SQUID磁传感器的测试过程过于繁冗的问题。
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器的性能测试装置，其中，所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，所述磁通锁定环路预先锁定超导量子干涉器磁传感器的工作点，所述性能测试装置包括：外部磁通加载单元，用于向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；与所述磁通锁定环路相连的磁通偏差获取单元，用于获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差；与所述磁通偏差获取单元和外部磁通加载单元相连的测试单元，用于根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
优选地，所述外部磁通加载单元包括：与所述磁通锁定环路中的反馈线圈相连的变化磁通加载模块，用于将频率变化的电流输至所述反馈线圈，以利用互感原理向所述超导量子干涉器件提供所述外部磁通；与所述反馈线圈相连的直流磁通调节模块，用于将根据所述超导量子干涉器件所处环境磁通所调解的直流电流输至所述反馈线圈。
优选地，所述磁通锁定环路包括：与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈以及与所述反馈线圈相连的偏置及放大积分电路；所述磁通偏差获取单元包括：用于采集对应所述磁通偏差的电流的采集模块；以及与所述采集模块相连的转换模块，用于根据超导量子干涉器件的磁通-电流的转换系数将所采集的电流转换为所述磁通偏差。
优选地，所述采集模块包括：第一放大器，其中，所述第一放大器的负输入端分别通过电阻Ra1、Ra2与所述外部磁通加载单元和所述偏置及放大积分电路的输出端相连，所述第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的负输入端和输出端之间还通过电阻Ra3相连。
优选地，所述采集模块包括：与所述反馈线圈串连的采样电阻、与所述采样电阻相连的第二放大器；
所述外部磁通加载单元将频率变化的电流通过所述采样电阻输至所述磁通锁定环路中的反馈线圈。
优选地，所述测试单元用于利用所述超导量子干涉器件的磁通-电流转换系数将所采集的电流转换为所对应的磁通偏差，利用公式来确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通；其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。
优选地，所述预设值为≤0.5Φ0。
基于上述目的，本发明还提供一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其中，所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，其中，所述磁通锁定环路预先锁定所述超导量子干涉器件的工作点，包括：向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通、和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通；获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
优选地，获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差的方式包括：采集对应所述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将所述电流转换成所述磁通偏差；或者，采集对应所述外部磁通的电流和对应所述反馈磁通的电流，并通过计算电流差来确定对应所述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将对应所述磁通偏差的电流转换成所述磁通偏差。
优选地，所述预设值为≤0.5Φ0。
优选地，根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性的方式包括：利用公式来确定每次所获取的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通，其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。
如上所述，本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及方法，具有以下有益效果：在超导量子干涉器磁传感器的正常工作时通过逐步增加外部磁通的频率来测试传感器的反应能力，并根据所采集的反应磁通偏差的电流和所对应的频率来确定在相应频率下传感器能承受的外部磁通的最大可测幅度，由此来持续的测定传感器在该频率下的工作能力。
附图说明
图1显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的结构示意图。
图2显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的一种优选方案的结构示意图。
图3显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置的又一种优选方案的结构示意图。
图4a显示为利用本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置所测得的磁通偏差幅度-频率变化的关系曲线图。
图4b显示为利用本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置所测得的幅频特性曲线图。
图5显示为本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法的流程图。
元件标号说明
11 超导量子干涉器件
12 磁通锁定环路
2 性能测试装置
21 外部磁通加载单元
211 变化磁通加载模块
212 直流磁通调节模块
22 磁通偏差获取单元
23 测试单元
S1～S3 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置。所述超导量子干涉器磁传感器是一种能够反应磁通变化的传感器，当磁通变化频率较低时，所述超导量子干涉器磁传感器能够响应外部的磁通变化，随着外部磁通变化越来越快，则所述超导量子干涉器磁传感器能否准确的响应磁通变化是反应所述超导量子干涉器磁传感器的性能的主要因素。出于该角度的考虑，本发明所述的性能测试装置利用超导量子干涉器磁传感器在锁定工作点后的正常工作期间的幅频特性，来测得频率变化过程中超导量子干涉器磁传感器的幅频特性，进而帮助人们选择合适的量程合适的超导量子干涉器磁传感器。
所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件11和与所述超导量子干涉器件11相连并向所述超导量子干涉器件11反馈磁通的磁通锁定环路12。所述磁通锁定环路12预先锁定超导量子干涉器磁传感器的工作点，以便在所述超导量子干涉器磁传感器正常工作期间对其进行性能测试。
所述性能测试装置2包括：外部磁通加载单元21、磁通偏差获取单元22、以及测试单元。
所述外部磁通加载单元21用于向所述超导量子干涉器件11提供包含频率变化的外部磁通和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值。所述预设值为所述超导量子干涉器件11在锁定工作点后正常工作的磁通范围。优选地，所述预设值为≤0.5Φ0。其中，Φ0为2.07×10-15韦伯。例如，所述外部磁通的幅值在[0.75Φ0,1.25Φ0]之间。
具体地，为了准确测试所述超导量子干涉器磁传感器，技术人员必须先将所述超导量子干涉器件11置入超导屏蔽筒中，以屏蔽外界的磁通干扰，则所述外部磁通加载单元21向所述超导屏蔽筒内的超导量子干涉器件11提供频率由低变高逐步变化的外部磁通。其中，提供频率变化的外部磁通的方式包括但不限于：在所述超导屏蔽筒内设置可控磁场，用来提供频率变化的外部磁通。
与此同时，所述外部磁通加载单元21还向所述超导量子干涉器件11提供用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通。其中，由于受到地球磁场或其他环境磁场的影响，所述超导量子干涉器件11锁定的工作点处的电压并非为零，为了确保测试时不增加该部分磁通对性能测试的影响，所述外部磁通加载单元21还向所述超导量子干涉器件11提供用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境的抵消磁通。
优选地，所述外部磁通加载单元21包括：变化磁通加载模块211、直流磁通调节模块212。
所述变化磁通加载模块211与所述磁通锁定环路12中的反馈线圈相连，用于将频率变化的电流输至所述反馈线圈，以利用互感原理向所述超导量子干涉器件提供所述外部磁通。
具体地，所述变化磁通加载模块211将频率由小到大变化的电流输至所述反馈线圈中，所述反馈线圈根据电流频率的变化而产生的相同频率变化的外部磁通，并通过与所述超导量子干涉器件11的互感作用在所述超导量子干涉器件11上。其中，所述电流与磁通之间具有固定的转换系数。
所述直流磁通调节模块212与所述反馈线圈相连，用于将根据所述超导量子干涉器件所处环境磁通所调解的直流电流输至所述反馈线圈。
具体地，由于所述超导量子干涉器件锁定的工作点处的电压并非为零，该电压作为所述磁通锁定回路中的直流分量存在于所述磁通锁定回路中，所述直流磁通调节模块212通过监测所述磁通锁定环路中的直流电流来将抵消该直流电流的直流电流输至所述反馈线圈。
所述磁通偏差获取单元22与所述磁通锁定环路12相连，用于获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差。
具体地，所述磁通偏差获取单元22主要通过获取所述外部磁通和反馈磁通各自所对应电流的电流差来获取上述磁通偏差。
其中，所述磁通锁定环路12包括：与所述超导量子干涉器件11互感的反馈线圈以及与所述反馈线圈相连的偏置及放大积分电路。所述磁通偏差获取单元22包括：采集模块和转换模块。
所述采集模块用于采集所述磁通偏差。
具体地，所述采集模块通过采集所述外部磁通加载单元21向所述超导量子干涉器件11提供的电流与所述磁通锁定环路12中的反馈电流之差，并将所采集的电流差提供给所述转换模块。
本发明的一种实施例为：如图2所示，所述采集模块包括：第一放大器U1，其中，所述第一放大器U1的负输入端分别通过电阻Ra1、Ra2与所述外部磁通加载单元21和所述偏置及放大积分电路的输出端相连，所述第一放大器U1的正输入端接地，所述第一放大器U1的负输入端和输出端之间还通过电阻Ra3相连。
其中，所述外部磁通加载单元21的输出端所输出的电流为外部磁通所对应的电流，所述偏置及放大积分电路的输出端所输出的电流为反馈磁通所对应的电流，将该两种电流同接到所述第一放大器的负输入端，则相当于取二者差值，并通过所述第一放大器U1放大，所述第一放大器放大后的电流为放大后的所述磁通偏差所对应的电流。
又一种实施例为：如图3所示，所述采集模块包括：与所述反馈线圈串连的采样电阻RI、与所述采样电阻相连的第二放大器U2；所述外部磁通加载单元21将频率变化的电流通过所述采样电阻输至所述磁通锁定环路12中的反馈线圈L1。
其中，所述放大积分电路所输出的电流反馈至所述反馈线圈，同时所述外部磁通加载单元21将所输出的电流也反馈至所述反馈线圈，则与所述反馈线圈串联的反馈电阻将采样两电流之差，再通过所述第二放大器U2予以放大。其中，所述电流之差对应于所述磁通偏差。
所述转换模块与所述采集模块相连，用于根据超导量子干涉器件11的磁通-电流的转换系数将所采集的电流转换为所述磁通偏差。
所述测试单元与所述磁通偏差获取单元22和外部磁通加载单元21相连，用于根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
具体地，所述测试单元根据电流频率由小变大来对应获取磁通偏差，并将所述频率和磁通偏差进行对应，以得到磁通-频率变化关系，如图4a所示，再从所述变化关系中选取符合全量程区间的磁通偏差和频率，并利用预设的公式确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通。如图4b所示，根据超导量子干涉器件11随频率变化的响应特性，我们可以看出磁通-频率变化关系曲线中包含全量程区间、受限量程区间和单调区间。在全量程区间内的各最大可测磁通反映了所述超导量子干涉器磁传感器的幅频性能，所述测试单元可将各频率所对应的最大可测磁通以曲线方式提供给技术人员，以便技术人员确定所选取的超导量子干涉器磁传感器是否合适。
其中，所述全量程区间表示可以确保在满量程的情况下，检测磁场信号，而不发生失锁。所述受限量程区，即由于频率的增大，读出电路跟踪能力下降，输入输出增益减小，为了确保正常锁定工作，其最大测量范围受到限制，无法实现满量程检测。所述单调区间，在该频率段，传感器能响应的信号幅度，完全在SQUID工作点线性区（1/2Φ0）限制的范围内，否则无法正常锁定工作。
本实施例中，所述测试单元利用公式来确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通；其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。其中，所述ΔΦlin可根据需求设定。例如，所述ΔΦlin为[-0.3Φ0,0.2Φ0]。
作为一种优选方案，所述性能测试装置2还包括：与所述磁通锁定环路12相连的直流磁通调节模块24，用于抵消所述磁通锁定环路12中的偏移电流。如图2、3所示。
具体地，所述直流磁通调节模块24包含可调电源，在所述反馈线圈中加入可调直流偏移电流，通过调节偏移电流，补偿直流磁通量，消除上述反馈线圈电流差中的直流量，进而消除工作点处的直流磁通量。所述性能测试装置2通过消除直流磁通量能够更准确的测得磁通偏差，提高性能测试装置2的检测准确度。
如图5所示，本发明还提供一种超导量子干涉器磁传感器的性能检测方法。所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路。所述磁通锁定环路预先锁定所述超导量子干涉器件的工作点，并使之正常运行。所述性能检测方法由所述性能测试装置来执行。
在步骤S1中，所述性能测试装置向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通、和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通。
具体地，为了准确测试所述超导量子干涉器磁传感器，技术人员必须先将所述超导量子干涉器件置入超导屏蔽筒中，以屏蔽外界的磁通干扰，则所述性能测试装置向所述超导屏蔽筒内的超导量子干涉器件提供频率由低变高逐步变化的外部磁通。其中，提供频率变化的外部磁通的方式包括但不限于：在所述超导屏蔽筒内设置可控磁场，用来提供频率变化的外部磁通。
优选地，所述性能测试装置将频率变化的电流输至所述磁通锁定环路中的反馈线圈，以利用互感原理向所述超导量子干涉器件提供所述外部磁通。
具体地，所述性能测试装置将频率由小到大变化的电流输至所述反馈线圈中，所述反馈线圈根据电流频率的变化而产生的相同频率变化的外部磁通，并通过与所述超导量子干涉器件的互感作用在所述超导量子干涉器件上。其中，所述电流与磁通之间具有固定的转换系数。
与此同时，所述性能测试装置还向所述超导量子干涉器件提供用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通。其中，由于受到地球磁场或其他环境磁场的影响，所述超导量子干涉器件锁定的工作点处的电压并非为零，为了确保测试时不增加该部分磁通对性能测试的影响，所述性能测试装置还向所述超导量子干涉器件提供用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境的抵消磁通。
优选地，所述性能测试装置将根据所述超导量子干涉器件所处环境磁通所调解的直流电流输至所述反馈线圈。
具体地，由于所述超导量子干涉器件锁定的工作点处的电压并非为零，该电压作为所述磁通锁定回路中的直流分量存在于所述磁通锁定回路中，所述性能测试装置通过监测所述磁通锁定环路中的直流电流来将抵消该直流电流的直流电流输至所述反馈线圈。
在步骤S2中，所述性能测试装置获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值。其中，所述预设值为所述超导量子干涉器件在锁定工作点后正常工作的磁通范围。优选地，所述预设值为≤0.5Φ0。其中，Φ0为2.07×10-15韦伯。例如，所述外部磁通的幅值在[0.75Φ0,1.25Φ0]之间。
具体地，所述性能测试装置主要通过获取所述外部磁通和反馈磁通各自所对应电流的电流差来获取上述磁通偏差。
其中，所述磁通锁定环路包括：与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈以及与所述反馈线圈相连的偏置及放大积分电路。所述性能测试装置通过采集向所述超导量子干涉器件提供的电流与所述磁通锁定环路中的反馈电流之差，并根据超导量子干涉器件的磁通-电流的转换系数将所采集的电流之差转换为所述磁通偏差。
具体地，所述性能测试装置通过采集所述外部磁通加载单元向所述超导量子干涉器件提供的电流与所述磁通锁定环路中的反馈电流之差，并将所采集的电流差提供给所述转换模块。
本发明的一种实施例为：所述性能测试装置一方面采集所输出的对应外部磁通的电流，同时还采集反馈磁通所对应的电流，将该两种电流进行抵销后放大，则抵销后的电流作为所述磁通偏差所对应的电流。
又一种实施例为：预先在所述反馈线圈的串联线路上设置采样电阻，所述性能测试装置通过所述采样电阻来采集两电流之差，再予以放大。其中，所述电流之差对应于所述磁通偏差。
接着，所述性能测试装置根据超导量子干涉器件的磁通-电流的转换系数将所采集的电流转换为所述磁通偏差。
在步骤S3中，所述性能测试装置根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
具体地，所述性能测试装置根据电流频率由小变大来对应获取磁通偏差，并将所述频率和磁通偏差进行对应，以得到磁通偏差幅度-频率变化关系，如图4a所示，再从所述变化关系中选取符合全量程区间的磁通偏差和频率，并利用预设的公式确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通，如图4b所示。根据超导量子干涉器件随频率变化的响应特性，我们可以看出磁通-频率变化关系曲线中包含全量程区间、受限量程区间和单调区间。在全量程区间内的各最大可测磁通反映了所述超导量子干涉器磁传感器的幅频性能，所述性能测试装置可将各频率所对应的最大可测磁通以曲线方式提供给技术人员，以便技术人员确定所选取的超导量子干涉器磁传感器是否合适。
其中，所示全量程区间表示可以确保在满量程的情况下，检测磁场信号，而不发生失锁。所示受限量程区，即由于频率的增大，读出电路跟踪能力下降，输入输出增益减小，为了确保正常锁定工作，器最大测量范围受到限制，无法实现满量程检测。所示单调区间，在该频率段，传感器能响应的信号幅度，完全在SQUID工作点线性区限制的范围内，否则无法正常锁定工作。
其中，本实施例中，所述性能测试装置利用公式来确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通；其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。其中，所述ΔΦlin可根据需求设定。例如，所述ΔΦlin为[-0.3Φ0,0.2Φ0]。
综上所述，本发明的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置及测试方法，在超导量子干涉器磁传感器的正常工作时通过逐步增加外部磁通的频率来测试传感器的反应能力，并根据所采集的反应磁通偏差的电流和所对应的频率来确定在相应频率下传感器能承受的外部磁通的最大可测幅度，由此来持续的测定传感器在该频率下的工作能力，以供技术人员来确定相应的传感器是否符合需求；其中，将测试的外部磁通幅值控制在≤0.5Φ0，能够确保磁传感器中的超导量子干涉器件在锁定工作区间工作，以免因发生失锁而使传感器无法正常、无法正常测试；还有，将反应磁通偏差的电流进行放大后进行测试处理，能够便于提高计算精度；此外，通过抵消磁通锁定环路中的偏移电流，能够有效避免偏移电流对性能测试的干扰。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其中，所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，所述磁通锁定环路预先锁定超导量子干涉器磁传感器的工作点，其特征在于，所述性能测试装置包括：
外部磁通加载单元，用于向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；
与所述磁通锁定环路相连的磁通偏差获取单元，用于获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差；
与所述磁通偏差获取单元和外部磁通加载单元相连的测试单元，用于根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
2.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述外部磁通加载单元包括：
与所述磁通锁定环路中的反馈线圈相连的变化磁通加载模块，用于将频率变化的电流输至所述反馈线圈，以利用互感原理向所述超导量子干涉器件提供所述外部磁通；
与所述反馈线圈相连的直流磁通调节模块，用于将根据所述超导量子干涉器件所处环境磁通所调解的直流电流输至所述反馈线圈。
3.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述磁通锁定环路包括：与所述超导量子干涉器件互感的反馈线圈以及与所述反馈线圈相连的偏置及放大积分电路；
所述磁通偏差获取单元包括：用于采集对应所述磁通偏差的电流的采集模块；以及
与所述采集模块相连的转换模块，用于根据超导量子干涉器件的磁通-电流的转换系数将所采集的电流转换为所述磁通偏差。
4.根据权利要求3所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述采集模块包括：第一放大器，其中，所述第一放大器的负输入端分别通过电阻Ra1、Ra2与所述外部磁通加载单元和所述偏置及放大积分电路的输出端相连，所述第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的负输入端和输出端之间还通过电阻Ra3相连。
5.根据权利要求3所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述采集模块包括：与所述反馈线圈串连的采样电阻、与所述采样电阻相连的第二放大器；
所述外部磁通加载单元将频率变化的电流通过所述采样电阻输至所述磁通锁定环路中的反馈线圈。
6.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述测试单元用于利用所述超导量子干涉器件的磁通-电流转换系数将所采集的电流转换为所对应的磁通偏差，利用公式来确定每次所采集的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通；其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。
7.根据权利要求1所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试装置，其特征在于，所述预设值为≤0.5Φ0。
8.一种超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其中，所述超导量子干涉器磁传感器包括：超导量子干涉器件和与所述超导量子干涉器件相连并向所述超导量子干涉器件反馈磁通的磁通锁定环路，其中，所述磁通锁定环路预先锁定所述超导量子干涉器件的工作点，其特征在于，包括：
向所述超导量子干涉器磁传感器提供包含频率变化的外部磁通、和用于抵消所述超导量子干涉器件所处环境磁通的抵消磁通；
获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差，其中，所述外部磁通的幅度小于预设值；
根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性。
9.根据权利要求8所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其特征在于，获取所述外部磁通和反馈磁通之间的磁通偏差的方式包括：采集对应所述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将所述电流转换成所述磁通偏差；或者，采集对应所述外部磁通的电流和对应所述反馈磁通的电流，并通过计算电流差来确定对应所述磁通偏差的电流，根据预设的磁通-电流的转换系数将对应所述磁通偏差的电流转换成所述磁通偏差。
10.根据权利要求8所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其特征在于，所述预设值为≤0.5Φ0。
11.根据权利要求8所述的超导量子干涉器磁传感器的性能测试方法，其特征在于，根据所获取的所述磁通偏差及所对应的频率来计算所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通-频率变化的特性的方式包括：
利用公式来确定每次所获取的磁通偏差所对应的频率上的最大可测磁通，其中，所述Φtest为所述外部磁通的幅度，ΔΦerr为所获取的磁通偏差，ΔΦlin为预设的所述工作点处最大容许的磁通偏差范围，Φmax为所述超导量子干涉器磁传感器不失锁时最大可测磁通。
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