CN2553388Y - 二维平面式二阶磁场梯度计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种二维平面式二阶磁场梯度计，该梯度计采用双闭合环路探测线圈，使线圈的某一段的电流与磁感应强度的二维梯度成正比，与SQUID耦合形成二维平面式二阶磁场梯度计，其结构简单，并且对SQUID的位置要求不严，可以由多个SQUID与该段线路耦合，其成品率高，且其用于探测磁场时，对梯度计的方向性要求不强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种磁场探测器件，尤指一种利用超导量子干涉器件(SQUID)形成的二维平面式二阶磁场梯度计。
背景技术
超导量子干涉器件是非常灵敏的磁场探测器件。在检测非常微弱的磁场信号时，环境中一些杂散磁场(如地磁场和空间电磁波)很难采用有效的屏蔽方法。环境噪声往往掩盖了磁信号，甚至会由于磁场太强而使SQUID磁强计不能工作。为了消除环境噪声的影响，在实际应用中往往采用磁场梯度计的形式。梯度计的主要参数是基线长度和阶数，基线长度是指两个采样点之间的距离，阶数是指梯度计所读出的信号对应磁场对空间的导数的次数。一般而言，基线长度越长，阶数越高，则梯度计的抗干扰能力越强。对高温超导而言，由于没有超导线材，不能采取超导线圈的方法来实现梯度计，目前大多采用电子学梯度计和平面式梯度计。所谓电子学梯度计是指利用多个磁强计在不同位置测得磁场信号，再用电子学的方法将其相减，从而得到梯度计。电子学梯度计的优点是基线长度可任意长，平衡度可以外部调节，且可以构成任意阶数的梯度计。缺点是电子线路复杂，且如果某一个SQUID磁强计由于外界磁场干扰而不能工作，则梯度计也就不能工作了。平面式梯度计是指将SQUID和梯度探测线圈集成在一片高温超导薄膜上形成梯度计。平面式梯度计的优点是抗干扰能力较强，电子线路相对简单，使用比较方便。缺点是基线长度受到基片的限制。
以往的平面式梯度计都是一维梯度计。所谓一维平面式梯度计是指所有采样点在一条直线上，所测量的信号与磁场的z方向分量对x方向的n阶导数nBz/xn成正比。这样，所测的信号与梯度计的方向有关，使用时必须调整梯度计的方向，使得测出的信号最强且不失真。而二维平面磁场梯度计的采样点在一个平面上，所测量的信号与磁场的z方向分量对x、y方向的m、n阶导数m+nBz/xmyn成正比。当m与n相等时，对于X、Y两个方向是相同的，因此与方向无关，可以不用调整梯度计的方向。
对于平面式高温超导磁场梯度计，以往的文献中只有一维平面式梯度计的报道(见文献l，D.Koelle，R.Kleiner，F.Ludwig，E.Dantsker and J.Clark，’High-transition-temperaturesuperconducting quantum interference devices’，Rev.Mod.Phys.Vol.71，631(1999)；文献2，S.-G.Lee，Y.Hwang，B.-C.Nam，J.-T.Kim，I.-S.Kim，’Direct-coupled second-ordersuperconductingquantum interference device gradiometer fromsingle layer of high temperature superconductor’，Appl.Phys.Lett.vol.73 2345(1998)；文献3，专利申请号：01131235.1)。对于二维的高温超导梯度计，以往文献中没有关于平面式梯度计的报道。
本发明的目的在于采用双闭合环路探测线圈，使线圈的某一段的电流与磁感应强度的二维梯度成正比，与SQUID耦合形成二维平面式二阶磁场梯度计，其结构简单，并且对SQUID的位置要求不严，可以由多个SQUID与该段线路耦合，其成品率高，且其用于探测磁场时，对梯度计的方向性要求不强。
本发明的目的可通过如下措施来实现：
一种二维平面式二阶磁场梯度计，包括基片；在基片上设两闭合环环路，两闭合环路由一连续线路重叠，所述的线路与超导量子干涉器件相连。
所述的闭合环路是在一闭合框内由一连续线路将其分成形状、面积相等的两闭合环路。
所述的两闭合环路是由高温超导膜制成的两闭合线圈。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图
1-线路 2-SQUID 3-基片 4-闭合环路
具体的实施方式
本实用新型还将结合附图对实施例作进一步详述：
参照图1，按图1所示的图形，制作成掩模版。其次，取一片钛酸锶或铝酸镧基片3，利用离子束刻蚀的方法在SQUID 2位置处刻出一个台阶；在此基片上用磁控溅射的方法溅射一层钇钡铜氧薄膜。再次，用已制作好的掩模版，采用光刻的方法，把钇钡铜氧薄膜刻成2个闭合环路4，其中一个闭合环路由开环路A、D和连接通道E组成，另一个闭合环路有开环路B、C和连接通道F。其中，开环路A、B、C和D的面积、形状都相等；开环路A、D由连接通道E联在一起，开环路B、C由连接通道F联在一起，连接通道E、F的面积尽可能小。线路1是两个闭合环路的公共部分。其中台阶要对准线路1边上的SQUID部分。将SQUID的电极连接好，便制成了一个二维平面式二阶磁场梯度计。
本实用新型的工作原理如下：
当超导膜环路处于与膜面垂直向上的磁场中时，由超导的类磁通守恒定律，在环路中激发出与磁通大小Ф成正比的电流I。I＝Ф/L其中，Ф是超导环路内的磁通，L是超导环路的电感。
闭合环路ADE上的电流大小IAD＝(ФA+ФD+ФE)/(LA+LD+LE)，闭合环路BCF上的电流大小IBC＝(ФB+ФC+ФF)/(LB+LC+LF)。由于连接通道E、F的面积很小，因此ФE、ФF和LE、LF可以忽略不计，则IAD＝(ФA+ФD)/(LA+LD)，IBC＝(ФB+ФC)/(LB+LC)。因此线路1上的电流I1＝IAD-IBC＝(ФA+ФD)/(LA+LD)-(ФB+ФC)/(LB+LC)。由于环路A、D和B、C面积形状都分别相等，因此设LA＝LB＝LC＝LD＝L，则I1＝(ФA+ФD)/2L-(ФB+ФC)/2L＝(ФA-ФB-ФC+ФD)/2L。由Ф＝BA，其中B是磁感应强度，A是环路所围的面积。又因为A、B、C、D的面积相等，设A的面积为A，则I1＝(BA-BB-BC+BD)A/2L。线路1上的电流产生的磁场与SQUID 2耦合，从而组成二维平面式二阶磁场梯度计。
由以上说明可知，本梯度计对SQUID的位置并没有过多要求。一般而言，SQUID多采用台阶结或双晶结。利用本梯度计对SQUID位置的灵活性，可以在一条晶界上或多个台阶上制作多个SQUID与线路1耦合，从而可以提高成品率。
Claims (4)
1、一种二维平面式二阶磁场梯度计，包括基片(3)；其特征在于在基片(3)上设两闭合环环路(4)，两闭合环路(4)由一连续线路(1)重叠，线路(1)与超导量子干涉器件(2)相连。
2、如权利要求1所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的闭合环路(4)是在一闭合框内由一连续线路(1)将其分成形状、面积相等的两闭合环路。
3、如权利要求1或2所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的闭合环路(4)中的每个闭合环路主要由形状、面积相等的2个开环路组成，且4个开环路的形状、面积都相等。
4、如权利要求1所述的二维平面式二阶磁场梯度计，其特征在于所述的两闭合环路(4)是由高温超导膜制成的两闭合线圈。
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|---|---|---|---|---|
| CN103954918A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-07-30 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种二阶sbc超导量子干涉梯度计及制作方法 |
| TWI490517B (zh) * | 2012-11-12 | 2015-07-01 | Univ Nat Kaohsiung Applied Sci | Magnetic field sensing device with magnetometer and gradient meter |
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| CN106154187A (zh) * | 2016-06-22 | 2016-11-23 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种三阶梯度线圈及探测器 |
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2002
- 2002-06-28 CN CN 02238033 patent/CN2553388Y/zh not_active Expired - Fee Related
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