一种低温系统及超导量子干涉系统

技术领域

本发明涉及超导磁探测领域，特别是涉及一种低温系统及超导量子干涉系统。

背景技术

作为一种高灵敏的磁传感器，超导量子干涉器件广泛地应用于微弱磁场的测量，如生物磁、地球物理、低场核磁共振等。

超导量子干涉系统一般包括低温系统和室温系统两部分，低温系统由无磁杜瓦、超导量子干涉器件、低温引线及低温插入件组成，室温系统则是配合低温系统，完成信号读出、采集及处理。低温系统中，一个通常的做法是：将超导量子干涉器件及低温引线通过悬臂结构固定安装于低温插入件下方，之后再整体插入到无磁杜瓦中，以此实现安装及测量；该方法的好处是操作直观、安装方便，但在使用过程中，超导量子干涉器件因悬臂结构极易受到外界振动干扰，从而产生额外的磁场噪声响应，给实际测量带来极大的干扰。

为此，如何更好地设计低温系统，是超导量子干涉器件应用面临的一个重要问题，尤其是在比较嘈杂的振动环境上。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温系统及超导量子干涉系统，用于解决现有低温系统中超导量子干涉器件因悬臂结构极易受到外界振动干扰，从而产生额外的磁场噪声响应的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低温系统，所述低温系统包括：

无磁杜瓦，包括：杜瓦瓶底，及与所述杜瓦瓶底连接并向上延伸的杜瓦瓶身，所述杜瓦瓶底与所述杜瓦瓶身共同围成一瓶内空间；

超导量子干涉器件，置于所述瓶内空间中，并安装于所述杜瓦瓶底；

低温引线，置于所述瓶内空间中，其一端与所述超导量子干涉器件的引线端子连接，并沿所述杜瓦瓶身的内壁向上延伸以使其另一端与引线接口连接，其中，所述引线接口安装于所述杜瓦瓶身的顶端面上；

低温插入件，插设安装于所述杜瓦瓶身的顶端面。

可选地，所述超导量子干涉器件基于载板安装于所述杜瓦瓶底；其中，所述超导量子干涉器件通过连接部件安装于所述载板上，所述载板通过连接机构安装于所述杜瓦瓶底。

可选地，所述连接部件包括螺钉；此时，所述超导量子干涉器件上设有与所述螺钉适配的器件螺纹孔，所述载板对应位置处设有与所述螺钉适配的器件-载板螺纹孔。

可选地，所述连接机构包括螺钉；此时，所述杜瓦瓶底设有与所述螺钉适配的瓶底螺纹孔，所述载板对应位置处设有与所述螺钉适配的瓶底-载板螺纹孔，其中，所述瓶底-载板螺纹孔与载板边缘的距离小于所述器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离。

可选地，所述连接机构包括：螺母，及设于所述杜瓦瓶底且与所述螺母适配的螺纹柱；此时，所述载板对应位置处设有安装孔，其中，所述安装孔与载板边缘的距离小于所述器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离。

可选地，所述载板上还设有连接螺纹孔，其中，所述连接螺纹孔与载板边缘的距离小于器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离。

可选地，所述低温插入件包括：安装于所述杜瓦瓶身顶端面上的安装顶板，插入所述瓶内空间中的层状隔热板，及贯穿所述安装顶板及所述层状隔热板的输液管；其中，所述安装顶板上设有引线接口安装开口，所述输液管的进液口粘接于所述安装顶板的上表面，所述输液管的出液口粘接于所述层状隔热板的下表面。

可选地，所述低温插入件还包括：设于所述安装顶板与所述层状隔热板之间的隔热间隙。

本发明还提供了一种超导量子干涉系统，所述超导量子干涉系统包括：如上任一项所述的低温系统。

如上所述，本发明的一种低温系统及超导量子干涉系统，通过将超导量子干涉器件安装于无磁杜瓦底部，并利用置于无磁杜瓦内壁的低温引线及置于无磁杜瓦顶端的引线接口进行电信号引出，以此实现了超导量子干涉器件和低温插入件的整体分离，从而消除因悬臂结构所引入的振动干扰；同时，由于低温插入件仅具有单一的低温隔热功能，从而使得其可制作成标准模块。

附图说明

图1显示为本发明实施例一所述的低温系统的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二所述的超导量子干涉系统的结构示意图。

元件标号说明

10 超导量子干涉系统

100 低温系统

101 无磁杜瓦

1011 杜瓦瓶底

1012 杜瓦瓶身

1013 瓶内空间

102 超导量子干涉器件

103 低温引线

104 引线接口

105 低温插入件

1051 安装顶板

1052 层状隔热板

1053 输液管

1054 隔热间隙

106 载板

107 连接机构

200 常温系统

201 读出模块

202 数据采集处理模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种低温系统，所述低温系统100包括：

无磁杜瓦101，所述无磁杜瓦101包括：杜瓦瓶底1011，及与所述杜瓦瓶底1011连接并向上延伸的杜瓦瓶身1012，所述杜瓦瓶底1011与所述杜瓦瓶身1012共同围成一瓶内空间1013；

超导量子干涉器件102，置于所述瓶内空间1013中，并安装于所述杜瓦瓶底1011；

低温引线103，置于所述瓶内空间1013中，其一端与所述超导量子干涉器件102的引线端子连接，并沿所述杜瓦瓶身1012的内壁向上延伸以使其另一端与引线接口104连接，其中，所述引线接口104安装于所述杜瓦瓶身1012的顶端面上；

低温插入件105，插设安装于所述杜瓦瓶身1012的顶端面。

作为示例，所述无磁杜瓦101的材质为玻璃钢，用以盛放低温液体，如低温液氦或低温液氮等。

作为示例，所述超导量子干涉器件102可以是单一超导器件，也可以是由多个超导器件构成的阵列结构；实际应用中，所述超导量子干涉器件102通常是由多个超导器件构成的阵列结构。

作为示例，如图1所示，所述超导量子干涉器件102基于载板106安装于所述杜瓦瓶底1011；其中，所述超导量子干涉器件102通过连接部件(图中未示出)安装于所述载板106上，所述载板106通过连接机构107安装于所述杜瓦瓶底1011。可选地，所述载板106优选为低温及机械性能良好的材质，如玻璃钢等。

具体的，所述连接部件(图中未示出)包括螺钉；此时，所述超导量子干涉器件102上设有与所述螺钉适配的器件螺纹孔，所述载板106对应位置处设有与所述螺钉适配的器件-载板螺纹孔。本示例中，通过将器件螺纹孔与器件-载板螺纹孔对准，并通过螺钉与器件螺纹孔及器件-载板螺纹孔的适配安装，实现将所述超导量子干涉器件102安装于所述载板106上。

具体的，在一示例中，所述连接机构107包括螺钉；此时，所述杜瓦瓶底1011设有与所述螺钉适配的瓶底螺纹孔，所述载板106对应位置处设有与所述螺钉适配的瓶底-载板螺纹孔，其中，所述瓶底-载板螺纹孔与载板边缘的距离小于所述器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离，以使所述瓶底-载板螺纹孔位于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102的非安装区域，避免所述瓶底-载板螺纹孔被安装于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102遮挡，从而影响使用。本示例中，通过将瓶底-载板螺纹孔与瓶底螺纹孔对准，并通过螺钉与瓶底-载板螺纹孔及瓶底螺纹孔的适配安装，实现将所述载板106安装于所述杜瓦瓶底1011上。可选地，所述瓶底螺纹孔可与所述无磁杜瓦一体成型，也可在后期通过环氧胶对准粘结形成。

具体的，在另一示例中，所述连接机构107包括：螺母，及设于所述杜瓦瓶底1011且与所述螺母适配的螺纹柱；此时，所述载板106对应位置处设有安装孔，其中，所述安装孔与载板边缘的距离小于所述器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离，以使所述安装孔位于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102的非安装区域，避免所述安装孔被安装于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102遮挡，从而影响使用。本示例中，通过将安装孔套设于螺纹柱上，并通过螺母与螺纹柱的适配安装，实现将所述载板106安装于所述杜瓦瓶底1011上。需要注意的是，实际应用中，为了便于将安装孔套设于螺纹柱上，可使安装孔的内径略大于螺纹柱的外径。可选地，所述螺纹柱可与所述无磁杜瓦一体成型，也可在后期通过环氧胶对准粘结形成。

具体的，所述载板106上还设有连接螺纹孔，用以在安装时，利用与所述连接螺纹孔适配的连接杆将所述载板106置于所述杜瓦瓶底1011上；其中，所述连接螺纹孔与载板边缘的距离小于器件-载板螺纹孔与载板边缘的距离，以使所述连接螺纹孔位于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102的非安装区域，避免所述连接螺纹孔被安装于所述载板106中的所述超导量子干涉器件102遮挡，从而影响使用。

作为示例，所述低温引线103为双绞铜漆包线，其数量需根据超导器件的数量及每个超导器件中引线端子的数量来确定，其长度则需根据无磁杜瓦101的高度及其在无磁杜瓦101内的走线来确定。需要注意的是，所述低温引线103并非是直接固定于所述杜瓦瓶身1012的内壁上，而是利用所述低温插入件105外壁与所述杜瓦瓶身1012内壁之间的小间隙来实现间接固定。

作为示例，所述引线接口104用于插接连接导线，通过使该连接导线与低温引线103电连接，实现将所述超导量子干涉器件102的输出电信号引出。实际应用中，所述引线接口104的数量可根据实际需要设定，而且，其在所述杜瓦瓶身1012顶端面上的安装位置由所述低温引线103的引出位置决定。

作为示例，如图1所示，所述低温插入件105包括：安装于所述杜瓦瓶身1012顶端面上的安装顶板1051，插入所述瓶内空间1013中的层状隔热板1052，及贯穿所述安装顶板1051及所述层状隔热板1052的输液管1053；其中，所述安装顶板1051上设有引线接口安装开口(图中未示出)，所述输液管1053的进液口粘接于所述安装顶板1051的上表面，所述输液管1053的出液口粘接于所述层状隔热板1052的下表面。

具体的，所述安装顶板1051通过螺钉安装于所述杜瓦瓶身1012的顶端面上；此时，所述安装顶板1051上设有与所述螺钉适配的顶板螺纹孔，所述杜瓦瓶身1012顶端面的对应位置处也设有与所述螺钉适配的顶端面螺纹孔。本示例中，通过将顶板螺纹孔与顶端面螺纹孔对准，并通过螺钉与顶板螺纹孔及顶端面螺纹孔的适配安装，实现将所述低温插入件105插设安装于所述杜瓦瓶身1012的顶端面。可选地，所述安装顶板1051的材质为玻璃钢。

具体的，所述层状隔热板1052的材质为隔热泡沫，当然，其它隔热效果优异的材质同样适用于制作层状隔热板1052。

具体的，所述输液管1053用于向所述无磁杜瓦101中输入低温液体，如低温液氦或低温液氮等。

具体的，如图1所示，所述低温插入件105还包括：设于所述安装顶板1051与所述层状隔热板1052之间的隔热间隙1054，以进一步提高所述低温插入件105的低温隔热性能。实际应用中，所述隔热间隙1054为真空隔热间隙。

下面请参阅图1，对本实施例所述低温系统100的安装过程进行详细说明。

1)提供待安装的超导量子干涉器件102、低温引线103及引线接口104，将所述低温引线103的一端焊接至所述超导量子干涉器件102的引线端子，并将所述低温引线103的另一端焊接至所述引线接口104；

2)提供载板106，并通过连接部件将1)中的所述超导量子干涉器件102安装于所述载板106上，从而形成超导量子干涉器件102和载板106的连接体；

3)提供连接杆及无磁杜瓦101，先通过连接螺纹孔将连接杆安装于2)中的所述载板106上，之后通过连接杆将2)中所述的超导量子干涉器件102和载板106的连接体放置于所述无磁杜瓦101的底部(即杜瓦瓶底1011)，并通过连接机构将载板106安装于杜瓦瓶底1011，最后取出连接杆，而在取出连接杆之前或之后，还需将所述引线接口104安装于所述无磁杜瓦101的顶端，从而形成超导量子干涉器件102和无磁杜瓦101的机械一体化；

4)提供低温插入件105，将所述低温插入件105从所述无磁杜瓦101的顶端插入，并将所述安装顶板1051安装于所述无磁杜瓦101的顶端面，从而实现低温插入件107和无磁杜瓦101的固定安装，以此实现低温系统的一体化安装。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种超导量子干涉系统，所述超导量子干涉系统10包括：如实施例一所述的低温系统100。

作为示例，如图2所示，所述超导量子干涉系统10还包括常温系统200，所述常温系统200包括：

读出模块201，连接于所述引线接口104，用于读取所述超导量子干涉器件102的输出；

数据采集处理模块202，连接于所述读出模块201的输出端，用于对所述读出模块201的输出进行数据采集与处理。

具体的，所述读出模块201为现有任一种可实现对所述超导量子干涉器件102的输出进行读取的电路结构，本示例对其具体电路不做限定。

具体的，所述数据采集处理模块202为现有任一种可实现数据采集及处理的设备，如上位机等。

综上所述，本发明的一种低温系统及超导量子干涉系统，通过将超导量子干涉器件安装于无磁杜瓦底部，并利用置于无磁杜瓦内壁的低温引线及置于无磁杜瓦顶端的引线接口进行电信号引出，以此实现了超导量子干涉器件和低温插入件的整体分离，从而消除因悬臂结构所引入的振动干扰；同时，由于低温插入件仅具有单一的低温隔热功能，从而使得其可制作成标准模块。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。