超導(dǎo)量子干涉器及信號檢測.pdf

1、超導(dǎo)量子干涉器（Superconducting Quantum Interference Device，縮寫為SQUID），是基于超導(dǎo)環(huán)中弱連接效應(yīng)制成的，是目前最靈敏的磁場檢測裝置。由于超導(dǎo)量子干涉器具有非線性的傳輸特性以及對磁場非常高的靈敏度,所以它在計(jì)量測試、生物磁信號測量、無損檢測、低頻通訊以及位置檢測等地方具備廣泛的使用價(jià)值。隨著高溫超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與不斷發(fā)展，高溫超導(dǎo)量子干涉器在其它領(lǐng)域得到了廣泛利用。因此，利用高溫超導(dǎo)量子干

2、涉器作為磁探測接收前端核心部件，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于微弱磁信號測量的SQUID磁強(qiáng)計(jì)具有非常重要的實(shí)際意義。
　　本文在認(rèn)真學(xué)習(xí)研究了超導(dǎo)基本理論以及約瑟夫森效應(yīng)的基礎(chǔ)上，對直流超導(dǎo)量子干涉器的基本特性及交流調(diào)制工作原理進(jìn)行了深入探討。首先通過WRspice仿真軟件對直流超導(dǎo)量子干涉器的基本特性進(jìn)行了仿真研究，然后對磁通檢測電路中的各模塊進(jìn)行了宏模型的建立與仿真，在此基礎(chǔ)上對磁信號檢測的原理進(jìn)行了仿真分析，為接下來的磁通檢測電路設(shè)計(jì)提供

3、了可靠依據(jù)。最后對磁通檢測電路的核心部分-鎖定放大器進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真，為之后的實(shí)際電路設(shè)計(jì)提供了參考。需要指出的是，本文提出并設(shè)計(jì)了一款DC SQUID輸出信號模擬器，擺脫了直流超導(dǎo)量子干涉器對工作環(huán)境的嚴(yán)苛要求，便于磁通檢測電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。在這里首先利用頻率為455KHz的陶瓷晶振作為振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)的核心部件，設(shè)計(jì)并制作了一款正弦波振蕩器，然后將通過橋式整流電路后產(chǎn)生的頻率為910KHz全波整流信號與正弦信號相疊加，用兩個(gè)信號

4、的疊加信號來代替DC SQUID的交流調(diào)制輸出信號。通過調(diào)節(jié)兩個(gè)信號的幅度比例，可模擬DC SQUID在V-Φ特性曲線上不同工作點(diǎn)處的輸出信號。利用該模擬器產(chǎn)生的信號代替DC SQUID的輸出信號，對所設(shè)計(jì)的磁通檢測電路進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明，該磁通檢測電路具有良好的性能，可對相應(yīng)的信號進(jìn)行檢波輸出。因?yàn)楸疚闹性O(shè)計(jì)的磁通檢測系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)，因此在后續(xù)實(shí)際電路的設(shè)計(jì)與制作時(shí)，為保證 DC SQUID在系統(tǒng)中的指零器作用，還需將本文所設(shè)