伍 俊，荣亮亮，谢晓明

(中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050)



基于SQUID自举电路的新型高精度超导磁力仪

伍 俊，荣亮亮，谢晓明

(中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海 200050)

数据采集；磁力仪；超导量子干涉仪；磁场测量；直读电路；电磁兼容

0 引言

随着我国经济对矿产资源的需求日益增长，如何增加资源储备已成为十分重要的战略安全问题，但我国未探明的矿产资源却基本分布在深部矿或隐伏矿中。为提高物探中常用磁法探测的深度和精确度，采用性能优异的磁传感器无疑是最理想的解决方案[1-2]。超导量子干涉仪是目前世界上已知最灵敏的磁传感器，而且其灵敏度除1/f频段外几乎与频率无关，但在应用时需要极低噪声的读出电路与其匹配，而通常匹配是通过变压器和磁通调制间接完成的[3]，从而影响其摆率，并增加了SQUID应用的难度。此外，在基于低温SQUID构建磁力仪时，良好的测控接口对发挥SQUID的优势至关重要，尤其是在动态范围和电磁兼容方面。

1 SQUID及其工作原理

SQUID是基于约瑟夫森结构建的磁通电压转换器，也是迄今为止灵敏度最高的磁传感器，可实现多分量磁场和梯度测量。SQUID有电压和电流偏置两种工作模式，其中在电压偏置时其两端的输出电流I随着外部磁通Φ的增加而呈现周期性变化，这是它量程巨大的根本所在，但是SQUID的I-Φ特性并不是线性的，需要在噪声匹配后通过磁通锁定环(Flux Lock Loop)线性化以达到实用化的目的[4]。

基于FLL工作模式的SQUID读出电路工作原理是通过SQUID自身的反馈线圈抵消外界磁场的变化，使其工作点始终保持在I-Φ(V-Φ)曲线中某个灵敏度最高的点附近。……