[發明專利]全張量磁場梯度測量組件及制備方法

有效

• 申請號: 201710363781.4
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107329098B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 王會武;張棲瑜;劉全勝;應利良;王鎮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/022;H01L39/24
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 唐棉棉

本發明提供一種全張量磁場梯度測量組件及制備方法，至少包括：襯底、制備在所述襯底上的第一SQUID器件、第二SQUID器件、第三SQUID器件、第四SQUID器件、第五SQUID器件以及第一梯度線圈、第二梯度線圈、第三梯度線圈、第四梯度線圈、第五梯度線圈，其中，所述第一梯度線圈與所述第一SQUID器件用于測量Gxx磁場梯度分量；所述第二梯度線圈與所述第二SQUID器件用于測量Gyy磁場梯度分量；所述第三梯度線圈與所述第三SQUID器件用于測量Gyx磁場梯度分量；所述第四梯度線圈與所述第四SQUID器件用于測量Gzx磁場梯度分量；所述第五梯度線圈與所述第五SQUID器件用于測量Gzy磁場梯度分量。本發明在同一襯底上制備5個SQUID器件，且每個SQUID器件探測1個分量，減小了組件體積和安裝難度，降低制備成本。

技術領域

本發明屬于超導電子學技術領域，特別是涉及一種全張量磁場梯度測量組件及制備方法。

背景技術

測量地球磁場異常可以確定含磁性礦產對象的空間位置和形狀﹐從而推斷區域地質構造﹑礦產分布等。在對地球磁場異常探測研究中，利用磁傳感器測量地球磁場的梯度變化量，相比于地球磁場測量，能夠獲得磁場異常更多的信息。通過對磁場梯度測量數據的三維反演和解釋，可以獲得地球磁場異常的重要信息。因此，磁場梯度測量是一項極具應用潛力的技術。

磁場一階梯度有9個分量，分別是其中x，y，z分別代表空間的3個方向，Bx，By，Bz分別是磁場在x，y，z空間方向上的磁場分量，可以將上述9個分量簡寫為Gxx，Gxy，Gxz，Gyx，Gyy，Gyz，Gzx，Gzy，Gzz，根據麥克斯韋方程，可以分析得知，這9個分量具有一定的對稱關系，即Gxy＝Gyx，Gyz＝Gzy，Gxz＝Gzx，Gxx+Gyy+Gzz＝0，在上述4個約束條件下，因此這9個磁場梯度分量只包含5個獨立分量。在測量5個獨立磁場梯度分量的數據之后，并結合一定的算法即可計算出全張量的9個分量的全部數據。因此，測量全張量磁場梯度需要至少5個磁場梯度傳感器，這5個傳感器在空間按一定構型排列并分別測量5個獨立分量。

在超導環中插入兩個約瑟夫森結構成了超導量子干涉器件(SQUID)，它是以超導磁通量子化和約瑟夫森效應為原理的超導量子器件。相比于磁通門等磁傳感器，SQUID器件具有靈敏度高，體積小等特點，因此，其是全張量磁場梯度測量組件中的主要傳感器。在構造全張量磁場梯度測量組件時，在組件的不同表面上安裝5個或更多個超導梯度SQUID器件，并分別測量5個獨立分量，組件的結構有多種形式，如圖1所示，它利用5個超導平面梯度SQUID器件來測量全張量中9個分量中的Gzx，Gyz，Gyx分量和另外2個由分量構成的組合。

超導SQUID梯度計采用微加工工藝制備，利用一階梯度線圈與SQUID器件耦合，構成一階超導SQUID梯度計，如圖2所示，一階梯度線圈由兩個面積和形狀相同，但是繞向相反的線圈構成，在均勻磁場下，兩個線圈耦合到SQUID器件的磁通數值相同，但方向相反，相互抵消，因此均勻磁場不在一階超導SQUID梯度計產生反應，當磁場存在空間梯度時，梯度線圈在SQUID器件中產生磁通，因此，可以利用超導SQUID梯度計來檢測磁場梯度。圖3為另一種測量磁場梯度的結構。

在絕緣襯底上利用微加工工藝制備完成超導SQUID梯度計之后，將其安裝在印刷電路板(PCB)上，超導SQUID梯度計引腳與PCB板上電極相連，再利用屏蔽電纜將對應的PCB板上電極與SQUID讀出電路的接口連接起來。由于超導SQUID梯度計尺寸在厘米量級，因此上述安裝有超導SQUID梯度計的全張量磁場梯度測量組件的尺寸在厘米甚至分米量級。由于將超導SQUID梯度計安裝于組件表面不是在一個平面上來進行，而是在空間結構復雜的組件表面來進行，因此，其安裝難度比較復雜。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種全張量磁場梯度測量組件及制備方法，用于解決現有技術中全張量磁場梯度測量組件體積大、安裝難度大、制備成本高等問題。