8、RTD磁通门不确定性来源解析

RTD磁通门不确定性来源解析

1 引言

磁通门磁力计是在超导量子干涉器件（SQUIDs）和磁阻器件之间的最佳折中方案，能在室温下以100pT的分辨率感应弱磁场。它在众多领域都有应用，传统的磁通门磁力计通常基于施加的时变参考信号二次谐波的频谱幅度进行读数。

近年来，新技术和新材料为实现小型化、高性能设备提供了可能，人们对降低磁通门传感器成本和尺寸的解决方案重燃兴趣，出现了基于印刷电路板（PCB）和互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的传感器。

此前提出的驻留时间差（RTD）磁通门磁力计是一种时域操作的磁通门，类似于脉冲调制方法。它具有传感器结构简单、板载功率需求可忽略不计以及读出信号为固有数字形式等优点，但过去由于缺乏开发优质铁磁材料和合适读出电子设备的技术，其噪声基底和灵敏度受到限制。本文旨在优化磁通门性能，研究包括噪声在内的主要不确定来源，并确定限制其对设备影响的策略。

2 RTD磁通门概述

2.1 工作原理

RTD磁通门基于双线圈结构（初级线圈和次级线圈），缠绕在具有滞回输入输出特性的合适铁磁芯上。初级线圈中通入周期性驱动电流 $I_e$，产生周期性磁场 $H_e$，同时施加目标磁场 $H_x$，方向与 $H_e$ 相同。次级线圈用作拾取线圈，根据以下原理通过输出电压 $V_{out}$ 检测目标磁场。

假设磁芯有两个换向阈值和双态输出，其行为可用双稳动力学控制的双势阱势能函数 $U(x)$ 描述。磁芯的磁化强度 $x$ 由初级线圈产生的激励磁场 $H_e$ 和双稳势能函数 $U(x)$ 决定，这两个因素决定了磁芯在两个稳定磁化状态之间的切换机制。为了使磁芯磁化反转，驱动磁场 $H_e$