[發明專利]一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺

有效

• 申請號: 202110990481.5
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113705050B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 劉哲;劉志威;蔣丹;畢聰智;姜海麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/13;G06F8/34;G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：所述平臺由LabVIEW搭建，包括樣品模塊、面板模塊和SQUID模塊，所述樣品模塊提供勵磁電流參數、環境溫度參數、環境磁場參數，提供樣品損傷圖樣集，根據樣品損傷圖樣的磁化過程和勵磁電流確定樣品激發磁場的磁感應強度；所述面板模塊用于調節勵磁電流參數、環境溫度參數、環境磁場參數，并且顯示干路電流、極值數和磁感應強度，極值數根據干路電流計算確定，磁感應強度根據極值數計算確定；所述SQUID模塊包括直流電路模塊、約瑟夫森結、超導回路、敏感電流計，直流電路提供約瑟夫森結兩端偏置電壓參量，約瑟夫森結構成的超導回路根據樣品模塊提供的磁感應強度得到干路電流，敏感電流計部分在干路電流中加入噪聲，加入噪聲后的干路電流傳遞至面板模塊；利用所述平臺實現磁滯回線測量實驗、居里溫度點實驗和無損探傷實驗。

2.根據權利要求1所述的一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：

所述磁化過程包括順磁質磁化、抗磁質磁化或是鐵磁質磁化；

所述順磁質磁化和抗磁質磁化過程，磁感應強度滿足：

B＝μ₀(H+M)＝μ₀(1+χ)H

其中，H為磁場強度，M為磁化強度；

所述鐵磁質磁化過程，磁感應強度滿足：

當溫度T≤T_c：

B＝μ₀(H+M)

其中，M_irr不可逆磁化強度，M_an為無磁滯的磁化強度，H_e為有效磁場強度，k為磁滯損耗參數，δ為方向系數，當dH/dt＞0時，δ＝1；當dH/dt≤0時，δ＝-1，c為可逆磁化參數，α為磁耦合場參數；

當溫度T＞T_c，鐵磁質磁化變為順磁質磁化。

3.根據權利要求1或2所述的一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：所述極值數根據干路電流計算確定具體為：將干路電流的數值均存入數組，計算數組的零點數目：對數組中每一個值都執行I＜ε的判斷，ε為給定值，對于滿足該條件的值都為零點，但是相鄰的零點只被記錄一次，最終零點數目即為極值數。

4.根據權利要求1或2所述的一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：所述噪聲包括熱噪聲和散粒噪聲；

所述熱噪聲具體為：其中，k為玻爾茲曼常數，T為電路的溫度參量，R為電路的電等效阻參量；

所述散粒噪聲具體為：滿足正態分布，方差均值為零的隨機數，其中I_DC為干路的直流電流，Δf為測量的帶寬，I_DC和Δf均為定值。

5.根據權利要求1至4所述的任意一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：利用所述平臺實現磁滯回線測量實驗具體為：

選擇測量磁滯回線實驗，通過面板模塊上調節磁場強度大小按鈕調用面板模塊的參數調節功能改變勵磁電流，損傷圖樣為鐵磁質，根據樣品損傷圖樣的磁化過程和勵磁電流確定樣品激發磁場的磁感應強度；約瑟夫森結構成的超導回路根據樣品模塊提供的磁感應強度得到干路電流，敏感電流計部分在干路電流中加入噪聲，加入噪聲后的干路電流傳遞至面板模塊進行顯示，根據干路電流計算確定極值數，根據極值數計算確定磁感應強度；極值數和磁感應強度由面板模塊進行顯示；磁滯回線圖像繪制區域通過實時記錄磁場強度大小和測量磁感應強度大小，將點在平面圖上繪制出。

6.根據權利要求1至4所述的任意一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：利用所述平臺實現居里溫度點實驗具體為：

選擇測量居里溫度點實驗，在“初始磁感應強度”輸入框輸入初始磁感應強度，通過開始升溫按鈕調用面板模塊的參數調節功能改變環境溫度，損傷圖樣為鐵磁質，根據樣品損傷圖樣的磁化過程和勵磁電流確定樣品激發磁場的磁感應強度，約瑟夫森結構成的超導回路根據樣品模塊提供的磁感應強度得到干路電流，敏感電流計部分在干路電流中加入噪聲，根據干路電流計算確定極值數，根據極值數計算確定磁感應強度；磁感應強度由面板模塊進行顯示，示波器顯示區顯示磁感應強度隨溫度變化曲線。

7.根據權利要求1至4所述的任意一種超導量子干涉儀教學虛擬實驗平臺，其特征在于：利用所述平臺實現無損探傷實驗具體為：

選擇探傷實驗，在操作界面上“測量x位置”和“測量y位置”輸入框中輸入待測位置平面坐標；在“樣品溫度”輸入框中輸入溫度值；通過“測量”按鈕調用樣品損傷圖樣的磁化過程，確定樣品激發磁場的磁感應強度，約瑟夫森結構成的超導回路根據樣品模塊提供的磁感應強度得到干路電流，敏感電流計部分在干路電流中加入噪聲，根據干路電流計算確定極值數，根據極值數計算確定磁感應強度；磁感應強度由界面中“測量值”顯示框中顯示；點擊“確認”按鈕，將“測量值”顯示框中顯示的磁感應強度映射為灰度值并顯示在右側的顯示屏中；點擊“自動掃描”按鈕，將所有檢測的磁感應強度映射為灰度值并顯示在右側的顯示屏中；點擊“清零”按鈕將顯示屏清零。