《超導電子器件+傳感器和探測器通 用規(guī)范GBT+39722-2020》詳細解讀

《超導電子器件傳感器和探測器通用規(guī)范GB/T39722-2020》詳細解讀contents目錄1范圍2規(guī)范性引用文件3術語和定義4符號5術語和分類5.1術語5.2分類6低溫工作條件contents目錄7標記7.1器件識別7.2包裝8測試和測量步驟附錄A(資料性附錄)相干探測A.1超導熱電子測輻射熱計(SHEB)類型A.2超導隧道結(STJ)類型A.3超導量子干涉器件(SQUID)類型contents目錄附錄B(資料性附錄)直接探測B.1金屬磁熱量計(MMC)類型B.2微波動態(tài)電感(MKI)類型B.3超導帶線(SS)類型B.4超導隧道結(STJ)類型B.5轉變邊傳感器(TES)類型附錄C(規(guī)范性附錄)設備和圖表用圖形符號C.1超導區(qū)域,單端超導連接contents目錄C.2超導區(qū)域,單端常導連接C.3正常態(tài)-超導態(tài)邊界C.4一種變形的連接形式C.5約瑟夫森結參考文獻011范圍03探測器01超導電子器件02傳感器1范圍022規(guī)范性引用文件GB/T1.1-2009《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》GB/T20000.2-2009《標準化工作指南第2部分：采用國際標準》GB/T20000.4-2003《標準化工作指南第4部分：標準中涉及安全的內(nèi)容》2規(guī)范性引用文件033術語和定義定義指利用超導材料及其電子學特性制成的電子器件，具有超導、低功耗、高靈敏度等特點。分類根據(jù)功能及應用，超導電子器件可分為超導量子干涉器件、超導單光子探測器、超導納米線單光子探測器等。應用領域廣泛應用于物理、化學、生物、醫(yī)學等領域的高精度測量和檢測。3術語和定義044符號123本標準中使用的符號均符合國家相關標準和行業(yè)規(guī)范，確保術語和定義的準確性與一致性。符號的準確性對標準中使用的符號進行詳細說明，包括符號的含義、單位、使用范圍等，以方便讀者理解和使用。符號的說明通過列舉典型示例，展示符號在超導電子器件傳感器和探測器中的實際應用，提高標準的可讀性和可操作性。符號的示例4符號055術語和分類超導電子器件指利用超導材料的特性，在電子領域中實現(xiàn)特定功能的器件。傳感器能夠感受規(guī)定的被測量，并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。探測器用于檢測、記錄或測量各種物理量、化學量、生物量等信息的裝置。5術語和分類065.1術語指利用超導材料的特殊性質制造的電子器件，具有極高的靈敏度和響應速度，廣泛應用于傳感器和探測器等領域。超導電子器件能夠將被測量轉換為可觀測或可輸出信號的裝置，是超導電子器件的重要應用之一。傳感器能夠檢測并測量各種物理量或化學量的裝置，同樣依賴于超導電子器件的高性能表現(xiàn)。探測器5.1術語075.2分類電阻式傳感器利用被測量引起的電阻變化來反映被測量信息的傳感器。電容式傳感器將被測量的變化轉換成電容量變化的一種傳感器。電感式傳感器利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來實現(xiàn)非電量電測的一種傳感器。5.2分類086低溫工作條件溫度范圍要求超導電子器件在低溫環(huán)境下具有良好的溫度穩(wěn)定性，以確保測量結果的準確性和可靠性。溫度穩(wěn)定性低溫材料兼容性規(guī)范中考慮了低溫環(huán)境對材料性能的影響，要求所選材料在低溫下仍能保持穩(wěn)定的物理和化學性質。規(guī)范中明確了超導電子器件在低溫環(huán)境下的工作溫度范圍，確保器件在極端低溫條件下能夠正常工作。6低溫工作條件097標記持久性標記應具有持久性，能夠經(jīng)受住產(chǎn)品使用過程中的各種環(huán)境因素考驗，確保在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)保持清晰可見。規(guī)范性標記應符合相關國家標準和行業(yè)標準的規(guī)定，確保產(chǎn)品信息的規(guī)范化和統(tǒng)一化。清晰明確標記應清晰明確，易于識別和理解，以確保產(chǎn)品信息的準確傳達。7標記107.1器件識別標識位置與方式標識應放置在器件的顯眼且不易磨損的位置，可采用刻印、激光打標或粘貼標簽等方式進行。標識內(nèi)容與規(guī)范標識內(nèi)容應符合相關國家或地區(qū)標準，確保信息的準確性和規(guī)范性，同時應滿足使用者在器件識別方面的需求。器件標識要求每個超導電子器件應具有唯一且清晰的標識，包括型號、序列號和生產(chǎn)日期等信息，以確保器件的可追溯性。7.1器件識別117.2包裝超導電子器件應采用防潮、防震的包裝，以確保在運輸和存儲過程中不會受到潮濕或震動的影響。防潮防震標識清晰符合相關標準包裝上應清晰標識產(chǎn)品名稱、型號、數(shù)量、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)廠家等基本信息，以便于識別和管理。包裝應符合國家相關標準和規(guī)定，如有特殊要求，應在產(chǎn)品說明書中予以明確。0302017.2包裝128測試和測量步驟

8測試和測量步驟確定測試項目和測試目的根據(jù)具體需求和規(guī)范要求，明確需要進行的測試項目和測試目的，以確保測試的針對性和有效性。準備測試設備和工具根據(jù)測試項目需求，準備相應的測試設備和工具，包括但不限于電源、電壓表、電流表、示波器、頻譜分析儀等。創(chuàng)建測試環(huán)境為確保測試結果的準確性和可靠性，需創(chuàng)建符合測試要求的測試環(huán)境，包括溫度、濕度、電磁屏蔽等條件。13附錄A(資料性附錄)相干探測利用相干光源相干探測利用相干性好的光源，如激光，作為信號光和參考光。光信號與參考光干涉信號光攜帶被測信息，與參考光在光敏面上產(chǎn)生干涉。干涉信號解調通過解調干涉信號，提取出被測信息的幅度、頻率和相位等特征。附錄A(資料性附錄)相干探測14A.1超導熱電子測輻射熱計(SHEB)類型SHEB利用熱電效應將吸收的紅外輻射轉換為電信號，實現(xiàn)紅外輻射的探測。熱電轉換由于其獨特的熱電轉換機制，SHEB具有高靈敏度，能夠探測微弱的紅外輻射。高靈敏度SHEB可對不同波長的紅外輻射進行探測，具有較寬的光譜響應范圍。寬光譜響應A.1超導熱電子測輻射熱計(SHEB)類型15A.2超導隧道結(STJ)類型A.2超導隧道結(STJ)類型結構特點由兩塊超導體之間夾一層極薄的絕緣層構成。工作原理當絕緣層足夠薄時，電子能夠通過量子隧道效應穿過絕緣層，形成隧道電流。應用場景SIS結型超導隧道結在高頻、微波以及太赫茲探測等領域具有廣泛應用。16A.3超導量子干涉器件(SQUID)類型DCSQUID具有極高的磁場靈敏度，能夠探測非常微弱的磁場變化。高靈敏度這類器件需要在極低的溫度下工作，通常是幾毫度到幾開爾文，以保持超導狀態(tài)。低溫工作DCSQUID被廣泛應用于磁共振成像、地質勘測、基礎物理研究等領域。廣泛應用A.3超導量子干涉器件(SQUID)類型17附錄B(資料性附錄)直接探測直接探測是指將超導電子器件直接作為傳感器或探測器使用，無需額外的轉換或放大電路。通過測量超導電子器件的電阻、電壓或電流等參數(shù)，直接反映被探測物理量的變化。直接探測具有響應速度快、靈敏度高、噪聲低等優(yōu)點。附錄B(資料性附錄)直接探測18B.1金屬磁熱量計(MMC)類型MMC利用金屬磁材料的熱敏電阻效應，通過測量磁場變化引起的電阻值變化，推算出磁場強度。熱敏電阻效應MMC具有高靈敏度，能夠檢測到微弱的磁場變化，并輸出相應的電信號。高靈敏度MMC傳感器具有較寬的頻率響應范圍，適用于不同頻率下的磁場測量。寬帶響應B.1金屬磁熱量計(MMC)類型19B.2微波動態(tài)電感(MKI)類型定義01微波動態(tài)電感（MKI）是一種利用超導材料在微波頻率下實現(xiàn)的電感元件。工作原理02基于超導材料的零電阻特性和完全抗磁性，在微波信號作用下產(chǎn)生感應電流，從而實現(xiàn)電感的功能。特點03具有高Q值、低損耗、寬頻帶等優(yōu)點，適用于高性能微波電路與系統(tǒng)。B.2微波動態(tài)電感(MKI)類型20B.3超導帶線(SS)類型如純鈮、純鉭等，具有較高的臨界溫度和臨界電流密度，但制備工藝較復雜。純元素超導帶線如鈮鈦合金、鈮鋯合金等，通過合金化提高超導性能，同時改善加工性能。合金超導帶線如銅氧化物高溫超導材料等，具有較高的臨界溫度和較強的磁場承載能力。化合物超導帶線B.3超導帶線(SS)類型21B.4超導隧道結(STJ)類型03超導隧道結在傳感器和探測器領域具有重要應用，可用于微弱信號的檢測和放大。01超導隧道結是一種利用超導材料制作的電子器件，具有極高的靈敏度和響應速度。02它由兩個超導電極和一個極薄的絕緣層組成，形成隧道結構，使電子能夠穿過絕緣層實現(xiàn)隧穿效應。B.4超導隧道結(STJ)類型22B.5轉變邊傳感器(TES)類型轉變邊界在特定溫度下，TES材料會發(fā)生從正常態(tài)到超導態(tài)的轉變，該轉變過程具有極高的靈敏度，適用于微弱信號的檢測。熱電效應TES傳感器基于熱電效應工作，通過吸收熱量導致材料電阻發(fā)生變化，從而實現(xiàn)溫度到電信號的轉換。信號讀取通過讀取TES傳感器上的電壓或電流變化，可以獲取被測量對象的溫度信息。B.5轉變邊傳感器(TES)類型23附錄C(規(guī)范性附錄)設備和圖表用圖形符號傳感器一般符號表示傳感器的通用符號，用于在圖表中標識傳感器位置。具體傳感器類型符號根據(jù)不同類型的傳感器，如溫度傳感器、壓力傳感器等，規(guī)定相應的圖形符號，以便準確識別。傳感器接口符號表示傳感器與其他設備連接接口的圖形符號，確保在系統(tǒng)中正確連接。附錄C(規(guī)范性附錄)設備和圖表用圖形符號24C.1超導區(qū)域,單端超導連接臨界溫度以下在超導材料中，當溫度降至某一臨界溫度以下時，電阻變?yōu)榱?，此時該區(qū)域被稱為超導區(qū)域。完全抗磁性超導區(qū)域除了零電阻特性外，還表現(xiàn)出完全抗磁性，即磁場無法穿透該區(qū)域。宏觀量子效應在超導區(qū)域內(nèi)，電子形成庫珀對，表現(xiàn)出宏觀量子效應，這是超導現(xiàn)象的重要特征之一。C.1超導區(qū)域,單端超導連接25C.2超導區(qū)域,單端常導連接結構布局超導區(qū)域的設計應充分考慮傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，合理安排超導線路和元件的布局。冷卻系統(tǒng)需配備高效的冷卻系統(tǒng)，確保超導區(qū)域維持在穩(wěn)定的低溫環(huán)境，以滿足傳感器正常工作需求。材料選擇應選用具有高臨界溫度和低電阻率的超導材料，以確保傳感器在超導狀態(tài)下運行。C.2超導區(qū)域,單端常導連接26C.3正常態(tài)-超導態(tài)邊界邊界確定方法正常態(tài)與超導態(tài)之間的邊界通常通過測量樣品的電阻隨溫度的變化來確定。在達到某一特定溫度時，電阻會急劇下降至零，標志著超導態(tài)的出現(xiàn)。影響因素正常態(tài)-超導態(tài)邊界受多種因素影響，包括材料本身的性質、外部磁場強度、電流密度以及環(huán)境溫度等。這些因素會共同作用于樣品，導致其在不同條件下呈現(xiàn)出不同的邊界特征。邊界穩(wěn)定性正常態(tài)與超導態(tài)之間的邊界并非固定不變，而是在一定范圍內(nèi)波動。這種不穩(wěn)定性可能會對超導電子器件的性能產(chǎn)生影響，因此在實際應用中需要加以考慮和控制。C.3正常態(tài)-超導態(tài)邊界27C.4一種變形的連接形式指在保持基本電氣連接功能的同時，為適應特定應用場景而進行的連接形式調整。靈活性高，可根據(jù)實際需求進行定制；滿足特定環(huán)境下的使用要求；可能涉及連接器結構、材料等方面的變化。定義特點C.4一種變形的連接形式28C.5約瑟夫森結超導電子對隧道效應約瑟夫