標定電路結構的製作方法

2023-10-11 04:15:54

標定電路結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種標定電路結構。所述標定電路結構包括：印刷電路板，印製第一線圈和多個第二線圈，其中，所述第一線圈的尺寸大於所述多通道超導量子幹涉傳感陣列的尺寸；各所述超導量子幹涉器磁傳感器位於以所述第一線圈的圓心為圓心的至少兩個同心圓的圓周上，各所述第二線圈對應一個同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器，所述第二線圈的尺寸介於所述超導量子幹涉器磁傳感器中探頭的尺寸與比所述探頭的尺寸大一預設值之間；與所述印刷電路板相連、且按照設定的輸送規則向各所述同心圓線圈輸送驅動電流的信號發生器。本實用新型利用印刷電路板的一體化設計來提供同心圓線圈，能有效避免同心圓線圈之間的誤差，具有極高的定位精準度。
【專利說明】標定電路結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超導量子幹涉器磁傳感器的標定，特別是涉及一種標定電路結構。
【背景技術】
[0002]超導量子幹涉器件(SuperconductingQuantum Interference Device,以下簡稱SQUID)是一種具有極高靈敏度的磁傳感器。其探測分別率可達到飛特量級(10_15特斯拉)，是研究生物磁場如心磁、腦磁、胎兒磁的目前採用的主流磁傳感器。
[0003]多通道的SQUID磁傳感器陣列(包含多通道的超導量子傳感陣列和讀出電路等)目前已經被製作成多通道心磁圖儀(如36通道，64通道心磁圖儀)並應用心磁成像的研究，開展冠心病等早期診斷的臨床研究中，對心臟電生理及冠心病等研究具有重要參考價值。其中，SQUID磁傳感器包含SQUID器件及與之相連的讀出電路。
[0004]SQUID磁傳感器通道的磁場電壓轉換係數(也叫磁電轉化比)是這種磁傳感器陣列的重要參數，通過該參數在測得磁傳感器工作情況下，可計算得到實際得的磁場大小。由於每個通道中的SQUID磁傳感器特性及相應讀出電路的參數不盡相同，因此存在通道間存在不一致性，在測量時，若使用統一的磁電轉化比，將會產生一定誤差，這對於精度要求高的產品(如心磁圖儀)而言，將嚴重影響分析結果。因此，需要在使用前先標定包含多通道傳感陣列的磁傳感器中各超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比。
[0005]目前，多通道SQUID磁傳感器系統中各SQUID的標定方式通常使用標定線圈來進行。所謂線圈標定，就是使用一個線圈，通入已知的電流，將各SQUID放置線圈的正上方。線圈中加載的電流就使其產生相應的激勵磁場，該磁場大小在已知線圈參數、加載電流大小、及各SQUID與線圈的相對位置的情況下是確定的。因此通過這個確定強度的磁場來對各SQUID進行激勵，檢測各SQUID的相應電壓信號，即可計算出該磁傳感器的磁場電壓轉換係數。
[0006]利用上述方式為每個通道單獨進行標定對於多通道SQUID磁傳感器系統而言效率太低，耗時長，操作複雜。尤其是每個通道都需要確定磁傳感器探頭與標定線圈的相對位置，否則標定誤差會因為線圈定位不精確而增大。
[0007]為了提高標定的效率，技術人員提出了一種相對標定和絕對標定相結合的方法。該方法的原理是:首先使用一個均勻磁場對所有通道進行激勵，使得所有磁傳感器系統中的所有SQUID對同一個強度的磁場做出響應，並記錄所有SQUID所對應的通道的輸出響應，並選擇其中一個通道定義為參考通道，其電壓響應作為參考值，其餘通道的響應電壓與參考通道的響應電壓相比，獲得相對標定係數kx。再使用小線圈，單獨對該參考通道進行精確的絕對標定，確定該參考通道的磁通電壓傳輸係數G。結合相對標定和絕對標定，在獲取參考通道的磁通電壓轉換係數後，那麼，其餘通道的磁場電壓轉換係數則為kx*G。
[0008]上述標定方案，為了提供一個對於各通道的SQUID來說均勻、同一磁通量的磁場環境，在進行標定時，技術人員需要提供一個相比SQUID所構成的陣列大很多的線圈裝置，線圈的直徑至少為所述陣列所覆蓋區域的10倍以上。體積如此大的裝置，不但難於測試，實際上很難保證磁場的均勻度，在標定時具有較大誤差。
實用新型內容
[0009]鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種標定電路結構，用於解決現有技術中標定裝置體積過大且不夠精準的問題。
[0010]為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種標定電路結構，用於標定多通道超導量子幹涉傳感陣列中的各超導量子幹涉器磁傳感器，所述標定電路結構包括:印刷電路板，印製第一線圈和多個第二線圈，其中，所述第一線圈的尺寸大於所述多通道超導量子幹涉傳感陣列的尺寸；各所述超導量子幹涉器磁傳感器位於以所述第一線圈的圓心為圓心的至少兩個同心圓的圓周上，各所述第二線圈對應一個同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器，所述第二線圈的尺寸介於所述超導量子幹涉器磁傳感器中探頭的尺寸與比所述探頭的尺寸大一預設值之間；與所述印刷電路板相連、且按照設定的輸送規則向各所述同心圓線圈輸送驅動電流的信號發生器。
[0011]優選地，所述預設值為所述探頭的尺寸的I至2倍。
[0012]優選地，所述第一線圈和/或第二線圈為單匝或多匝。
[0013]優選地，所述第一線圈和/或第二線圈為多匝，所述第一線圈和/或第二線圈由所述印刷電路板中相鄰的多導電層的同軸單匝線圈構成、或由所述印刷電路板中的至少一層導電層的同軸多匝線圈構成。
[0014]優選地，所述第一線圈的圓心與盛放所述陣列的容器底部中軸相重合。
[0015]優選地，各所述第二線圈按照各同心圓周上且彼此相鄰的超導量子幹涉器所在位置進行設置，或按照各同心圓周上且彼此分散的超導量子幹涉器磁傳感器所在位置進行設置。
[0016]如上所述，本實用新型的標定電路結構，具有以下有益效果:利用印刷電路板的一體化設計來提供第一線圈和第二線圈，能有效避免多個線圈之間的位置誤差，具有極高的定位精準度，同時，兩種線圈的一體化設計能夠幫助使用者在進行標定時，只需確定一個第二線圈位於相應同心圓周上的所述超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，即可確定其他各第二線圈位於各自的所述超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，有效避免了標定時對第二線圈的重複調整。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1顯示為本實用新型的標定電路結構的結構示意圖。
[0018]圖2顯示為本實用新型的標定電路結構在使用過程中的一種實施方式的結構示意圖。
[0019]圖3A顯示為本實用新型的標定電路結構中印刷電路板上的每個線圈為單匝線圈的結構示意圖。
[0020]圖3B、3C分別顯示為本實用新型的標定電路結構中印刷電路板上的每個線圈為多匝線圈的結構示意圖。
[0021]圖4顯示為本實用新型的利用所述標定電路結構來進行標定的方法的流程圖。[0022]圖5A顯示為本實用新型的標定電路結構中對應於36通道的超導量子幹涉傳感陣列的印刷電路板的結構示意圖。
[0023]圖5B顯示為本實用新型的標定電路結構中對應於36通道的超導量子幹涉傳感陣列的印刷電路板的又一種結構示意圖。
[0024]圖6顯示為本實用新型的標定方法中將位於同心圓圓周的36通道的超導量子幹涉傳感陣列中的各超導量子幹涉器磁傳感器進行分組的示意圖。
[0025]元件標號說明
[0026]I標定電路結構
[0027]11印刷電路板
[0028]Illa 用於絕對標定的同心圓線圈
[0029]Illb 用於相對標定的同心圓線圈
[0030]12信號發生器
[0031]2多通道超導量子幹涉傳感陣列
[0032]21超導量子幹涉器磁傳感器
[0033]3容器
[0034]4電子設備
[0035]SI ~S4 步驟`【具體實施方式】
[0036]以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點及功效。
[0037]請參閱圖1。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本實用新型所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。
[0038]如圖1、2所示，本實用新型提供一種標定電路結構，用於標定多通道超導量子幹涉傳感陣列2中的各超導量子幹涉器磁傳感器21，以幫助確定所述陣列2中各超導量子幹涉器磁傳感器21的磁電轉化比。
[0039]所述標定電路結構I包括印刷電路板11和信號發生器12。
[0040]所述印刷電路板11上印製第一線圈11 Ia和多個第二線圈11 lb，其中，所述第一線圈Illa的尺寸大於所述多通道超導量子幹涉傳感陣列的尺寸。
[0041]所述第一線圈Illa和/或第二線圈Illb可以是單匝也可以是多匝，當所述第一線圈Illa和/或第二線圈Illb為多匝時，所述第一線圈Illa和/或第二線圈Illb由所述印刷電路板11中相鄰的多導電層的同軸單匝同心圓線圈構成、或由所述印刷電路板11中的至少一層導電層的同軸多匝線圈構成。如圖3A、3B和3C所示。其中，圖3C中，印刷電路板雙面印製線圈，將上下兩面刻制的單匝或多匝圈通過過孔連接起來構成更多匝線圈。
[0042]各所述超導量子幹涉器磁傳感器21位於以所述第一線圈Illa的圓心為圓心的至少兩個同心圓的圓周上，各所述第二線圈Illb對應一個同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器21，所述第二線圈Illb的尺寸介於所述超導量子幹涉器磁傳感器21中探頭的尺寸與比所述探頭的尺寸大一預設值之間。優選地，所述預設值為所述探頭的尺寸的I至2倍。
[0043]各所述第二線圈Illb可隨機的選擇相應的同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器的位置。優選地，各所述第二線圈Illb按照各同心圓周上且彼此相鄰的超導量子幹涉器21所在位置進行設置，或按照各同心圓周上且彼此分散的超導量子幹涉器磁傳感器21所在位置進行設置。
[0044]例如，如圖5A、5B所不，以6*6通道的超導量子幹涉傳感陣列中的各超導量子幹涉器磁傳感器為例的印刷電路板中第一線圈Illa和各第二線圈Illb各自的位置關係，其中，點畫線為以所述第一線圈Illa的圓心為圓心的超導量子幹涉器磁傳感器所在同心圓圓周。
[0045]又如，對於2*2通道的超導量子幹涉傳感陣列來說，其中的4個超導量子幹涉器磁傳感器必須位於至少兩個同心圓圓周上，並按照各同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器的位置來設置第二線圈Illb的位置。如此，能夠更加精準的標定各超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比。
[0046]所述印刷電路板11在使用時放入盛放所述陣列2的容器3的底部，則所述印刷電路板的尺寸小於或等於盛放所述陣列的容器底部的尺寸。優選地，所述第一線圈Illa的圓心與所述容器底部中軸相重疊。
[0047]所述信號發生器12與所述印刷電路板11相連、且按照設定的輸送規則向各同心圓線圈111輸送驅動電流。
[0048]具體地，所述信號發生器12通過雙絞線與所述印刷電路板11相連，並受外界計算機設備或內置的輸送規則向所述第一線圈Illa或第二線圈Illb輸送驅動電流。其中,輸送規則在後續說明中予以詳細描述。
[0049]如圖2、4所示，本實用新型還提供一種利用上述標定電路結構來對多通道超導量子幹涉傳感陣列進行標定的方法。其中，所述標定方法主要通過技術人員操作電子設備2來執行，其中，所述電子設備可以是計算機設備，也可以由所述信號發生器、頻譜分析儀及嵌入式設備等構成。其中，所述通道超導量子幹涉傳感陣列中包括陣列形式的多個超導量子幹涉器磁傳感器，其中，每個通道對應一個超導量子幹涉器磁傳感器。
[0050]在步驟SI中，將所述陣列放置在所述印刷電路板上方，使得各所述超導量子幹涉器磁傳感器位於以所述第一線圈的圓心為圓心的多個同心圓圓周上、並且各所述第二線圈位於各同心圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，其中，位於每個同心圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器分為一組，每組中位於第二線圈正上方的超導量子幹涉器磁傳感器為同組中所選定的用於絕對標定的超導量子幹涉器磁傳感器。
[0051]具體地，所述技術人員將所述印刷電路板放置在盛放所述陣列的容器底部，並將所述容器底部的中軸與所述印刷電路板中的第一線圈的圓心相重合，再將多通道的超導量子幹涉器磁傳感器陣列放置所述印刷電路板上方，其中，所述多通道的超導量子幹涉器磁傳感器陣列中的各超導量子幹涉器磁傳感器以所述圓心為圓心，通過目測或瞄準儀將各所述超導量子幹涉器磁傳感器分設在多個同心圓圓周上，且每個第二線圈對應位於一個同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器的正下方。[0052]例如，如圖6所示，36通道的超導量子幹涉傳感陣列中各超導量子幹涉器磁傳感器以行間距和列間距均相同的形式排列成6*6的陣列，預先設定所述陣列的幾何中心、第一線圈的圓心及容器的中軸重合，且所述6*6的陣列中每個同心圓周上的各超導量子幹涉器磁傳感器按照圖6所示分別位於6個同心圓圓周上(點畫線為所述同心圓圓周)，對應的在印刷電路板中印有6個第二線圈，且該6個第二線圈分別位於相應的同心圓圓周的一個超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，則技術人員依次將所述印刷電路板和陣列放置在提供超導環境的容器內，並令中心、圓心、中軸重疊，並將各同心圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器都能與相應的第二線圈相正對，再將每個圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器分為一組，每組中位於第二線圈正上方的超導量子幹涉器磁傳感器為同組中所選定的用於絕對標定的超導量子幹涉器磁傳感器。
[0053]在步驟S2中，令所述信號發生器向所述第一線圈發送驅動電流，測得各組超導量子幹涉器磁傳感器所輸出的第一感應信號。
[0054]具體地，所述電子設備控制所述信號發生器向所述第一線圈發送驅動電流，以供各組超導量子幹涉器磁傳感器受到同等磁通量的磁場環境，這時，各組的各超導量子幹涉器磁傳感器將所感應的磁通轉換成第一感應信號，並予以輸出，所述電子設備接收並保存各組的所述第一感應信號的幅值。
[0055]優選地，向所述第一線圈輸送驅動電流的規則可作為輸送規則設置在所述信號發生器中，由所述信號發生器按照所述輸送規則來向所述第一線圈發送驅動電流，並由所述電子設備來接收相應的第一感應信號。
[0056]在步驟S3中，令所述信號發生器分別向各所述第二線圈輸送驅動電流，並測得各自第二線圈的正上方的超導量子幹涉器磁傳感器所輸出的第二感應信號。
[0057]具體地，所述電子設備控制所述信號發生器依次向各所述第二線圈輸送與步驟S2相同或不同的驅動電流，再次測量所選中的超導量子幹涉器磁傳感器所輸出的第二感應信號，並確定各第二感應信號的幅值。
[0058]在步驟S4中，根據各組所輸出的第二感應信號及所對應的驅動電流計算所選取的超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比G，以及同組中其他各第一感應信號相對所選取的超導量子幹涉器磁傳感器的第一感應信號的比值ki;再根據kjG標定同組中的其他超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比，其中，i為同組中除所選取的超導量子幹涉器磁傳感器之外的超導量子幹涉器磁傳感器的編號。
[0059]其中，由於所述第二線圈的尺寸與所正對應的超導量子幹涉器磁傳感器中探頭的尺寸相當，則各選取的超導量子幹涉器磁傳感器所感受的磁場環境為相應第二線圈所提供的磁場環境完全一致或基本一致，因此，能夠根據驅動電流的電流值、第二線圈的匝數、各組的第二感應信號的幅值來求得各組所選中的超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比G。
[0060]同時，所述電子設備還計算同組中其他第一感應信號的幅值相對同組所選取的超導量子幹涉器磁傳感器的第一感應信號的幅值的比值ki;該比值匕為同組中其他第一感應信號相對所選取的超導量子幹涉器磁傳感器的第一感應信號的相對標定係數；接著，根據公式kjG得到同組中的其他超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比G」由此，確定了每個超導量子幹涉器磁傳感器的磁電轉化比。
[0061]需要說明的是，步驟S2、S3和S4並非一定按順序執行，所述標定方法也可以先執行步驟S3再執行步驟S2和S4 ;或者在執行完步驟S2後，通過步驟S4來計算比值，然後在執行步驟S3並繼續步驟S4中未執行的部分。
[0062]作為一種優選方案，所述標定方法還包括:在測量各組超導量子幹涉器磁傳感器的輸出第一感應信號的過程中，根據所述第二感應信號的幅值來調整所述印刷電路板的方向，並在所述第二感應信號的幅值最大時，確定各所述第二線圈位於各同心圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器的正下方。
[0063]具體地，在測量各組超導量子幹涉器磁傳感器的輸出第二感應信號的過程，技術人員利用工具微調盛放印刷電路板的容器的角度，使得印刷電路板隨著容器一起轉動，並實時觀察各第二感應信號的幅度，當各組第二感應信號的幅值最大時，確定各超導量子幹涉器磁傳感器與同心圓線圈正對應，並令所述電子設備記錄正對應時各超導量子幹涉器磁傳感器所輸出的第二感應信號。
[0064]綜上所述，本實用新型的標定電路結構，利用印刷電路板的一體化設計來提供第一線圈和第二線圈，能有效避免多個線圈之間的位置誤差，具有極高的定位精準度，同時，兩種線圈的一體化設計能夠幫助使用者在進行標定時，只需確定一個第二線圈位於相應同心圓周上的所述超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，即可確定其他各第二線圈位於各自的所述超導量子幹涉器磁傳感器的正下方，有效避免了標定時對第二線圈的重複調整；
[0065]其中，選擇各組彼此相鄰的超導量子幹涉器設置第二線圈(也叫集中式選擇規則)，能夠有效提高第二線圈引線的集成度；選擇各組彼此分散的超導量子幹涉器磁傳感器設置第二線圈(也叫分散式選擇規則)，有利於在同時進行小線圈標定時，減小串擾，提高標定精度；
[0066]在利用所述標定電路結構進行標定時，由於所述印刷電路板中最大的線圈所提供的磁場環境並不均勻，但位於同一同心圓圓周上的每組超導量子幹涉器磁傳感器所感受的磁場環境是一致的，故而能夠精準的測得同一磁場環境下同組超導量子幹涉器磁傳感器所輸出的第一感應信號；
[0067]將多通道的超導量子幹涉傳感組件按照多個同心圓圓周來分組，能夠提供高每組超導量子幹涉器磁傳感器的標定準確率。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0068]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種標定電路結構，用於標定多通道超導量子幹涉傳感陣列中的各超導量子幹涉器磁傳感器，其特徵在於，所述標定電路結構包括: 印刷電路板，印製第一線圈和多個第二線圈，其中，所述第一線圈的尺寸大於所述多通道超導量子幹涉傳感陣列的尺寸； 各所述超導量子幹涉器磁傳感器位於以所述第一線圈的圓心為圓心的至少兩個同心圓的圓周上，各所述第二線圈對應一個同心圓圓周上的超導量子幹涉器磁傳感器，所述第二線圈的尺寸介於所述超導量子幹涉器磁傳感器中探頭的尺寸與比所述探頭的尺寸大一預設值之間； 與所述印刷電路板相連、且按照設定的輸送規則向各所述同心圓線圈輸送驅動電流的信號發生器。
2.根據權利要求1所述的標定電路結構，其特徵在於，所述預設值為所述探頭的尺寸的I至2倍。
3.根據權利要求1所述的標定電路結構，其特徵在於，所述第一線圈和/或第二線圈為單匝或多匝。
4.根據權利要求3所述的標定電路結構，其特徵在於，所述第一線圈和/或第二線圈為多膽，所述第一線圈和/或第二線圈由所述印刷電路板中相鄰的多導電層的同軸單匝線圈構成、或由所述印刷電路板中的至少一層導電層的同軸多匝線圈構成。
5.根據權利要求1所述的標定電路結構，其特徵在於，所述第一線圈的圓心與盛放所述陣列的容器底部中軸相重合。
6.根據權利要求1所述的標定電路結構，其特徵在於，各所述第二線圈按照各同心圓周上且彼此相鄰的超導量子幹涉器所在位置進行設置，或按照各同心圓周上且彼此分散的超導量子幹涉器磁傳感器所在位置進行設置。
【文檔編號】G01R35/00GK203587792SQ201320799206
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】王永良, 徐小峰, 孔祥燕, 謝曉明, 邱陽, 張樹林 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所