[發明專利]SQUID探測模塊及SQUID傳感器

在審

• 申請號: 201911184593.0
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN110850341A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 王永良;張樹林;張國峰;榮亮亮;謝曉明
• 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: G01R33/035
• 分類號: G01R33/035
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 施婷婷

本發明提供一種SQUID探測模塊及SQUID傳感器，包括：SQUID器件及超導線圈環，所述SQUID器件感應所述超導線圈環探測到的磁通并轉換為電信號；其中，所述超導線圈環包括首尾相連的第一超導線圈單元及第二超導線圈單元，所述第一超導線圈單元及所述第二超導線圈單元的連接節點作為引線端子接收反饋信號。本發明的SQUID探測模塊及SQUID傳感器無需反饋線圈，節省端口、成本，簡化版圖設計難度，降低工藝難度，提高了成品率；且采用直接電反饋，減少了磁通泄露，對于多通道應用具有重要意義，可以大大降低通道間磁通干擾和耦合，解決多通道間信號串擾問題，降低了系統信號提取的難度。

技術領域

本發明涉及SQUID探測領域，特別是涉及一種SQUID探測模塊及SQUID傳感器。

背景技術

基于超導量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，以下簡稱SQUID)的磁傳感器是目前已知的最靈敏的磁傳感器，其中低溫超導SQUID靈敏度優于10飛特，高溫超導SQUID靈敏度優于100飛特。SQUID磁傳感器是重要的高端應用傳感器，廣泛應用于生物磁，地球物理探測，極低場核磁共振等微弱磁場探測用用領域，具有很高的科研和應用價值。

傳統的dc SQUID傳感器芯片1包括一個SQUID器件、一個輸入線圈Li及一個反饋線圈Lf。

如圖1所示為傳統的dc SQUID傳感器芯片1的標準連接模式，SQUID器件由兩個約瑟夫森結并聯構成，從約瑟夫森結的連接端子S+及S-中通入合適的電流，則兩端就會產生電壓，該電壓和SQUID器件中耦合的磁通相關，因此是一個磁通敏感元件，SQUID器件的兩端連接讀出電路2，實現磁通-電壓轉換。輸入線圈Li用于和磁探頭的探測線圈Lp(也叫磁通拾取線圈)連接，形成一個超導環，實現信號磁通的傳輸，探測線圈Lp和輸入線圈Li形成的超導環中會形成環電流，電流大小和感應到的磁通成正比，該電流在流到輸入線圈Li后，就會產生磁通耦合到SQUID器件中，被SQUID器件感應，產生電壓。反饋線圈Lf用于和配套的讀出電路2連接，其兩端F+和F-接入讀出電路2中的反饋回路，反饋線圈Lf將加載的反饋電流轉換成磁通耦合到SQUID器件中，反饋線圈Lf配合讀出電路2實現磁通-電壓線性讀出。

如圖2所示為傳統的dc SQUID傳感器芯片1的間接反饋連接模式，在標準連接模式的基礎上，反饋線圈Lf產生的反饋磁通不直接作用到SQUID上，而是作用到探測線圈Lp和輸入線圈Li構成的超導環上，再通過輸入線圈Li耦合到SQUID器件中，然后通過讀出電路2實現被測磁通的讀出。間接反饋連接模式只是調整了反饋磁通作用的路徑，傳感器工作原理沒有變化。

傳統dc SQUID傳感器芯片的應用中需要兩個路徑將磁通作用到SQUID器件中，一路是被測磁通，一路是反饋磁通，因此需要為兩路磁通配套相應的線圈。SQUID器件環路很小，空間有限，多個線圈增加版圖設計難度，增加分布參數引入的問題。間接反饋模式減少SQUID器件的耦合線圈數量，但增加了磁通傳輸用的超導環的設計復雜度，要建立反饋線圈和超導環的耦合，必然要引入額外的電感和互感，這會改變探測磁通信號輸入的強度。

因此，如何減少線圈數量、減少線圈設計的難度且不改變SQUID傳感器的性能，已成為本領域技術人員亟待解決的問題之一。

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SQUID探測模塊及SQUID傳感器，用于解決現有技術中線圈數量多、線圈設計難度大、SQUID傳感器的性能受影響等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種SQUID探測模塊，所述SQUID探測模塊至少包括：

SQUID器件及超導線圈環，所述SQUID器件感應所述超導線圈環探測到的磁通并轉換為電信號；其中，所述超導線圈環包括首尾相連的第一超導線圈單元及第二超導線圈單元，所述第一超導線圈單元及所述第二超導線圈單元的連接節點作為引線端子接收反饋信號。