DE1766630B1

DE1766630B1 - Tieftemperatur-Magnetometer

Info

Publication number: DE1766630B1
Application number: DE19681766630
Authority: DE
Inventors: Morse Arthur Lyle
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1967-07-10
Filing date: 1968-06-25
Publication date: 1970-10-01
Also published as: SE343686B; GB1202764A; US3470461A

Description

Es sind bereits Magnetometer der erwähnten Art io Bereiches, wo eine Abschirmung auf Grund des nach der deutschen Auslegeschrift 1243 292 bekannt, Meißner-Ochsenfeld-Effektes erfolgt, eine Selbstbei denen der Meßstromkreis zwei Josephson-Kon- begrenzung hinsichtlich der Abmessungen des Betakte in Parallelschaltung umfaßt, von denen der eine reiches auftritt. Auch wird die maximale Frequenz auf der einen Seite und der andere auf der anderen der zur Erregung der Treiberwicklung dienenden Seite ein supraleitendes Drahtstück als Zuleitung bzw. 15 Wechselspannung durch die auftretende Wärmezeit-Ableitung enthält. Durch die beiden Josephson- konstante in Verbindung mit der Übertragung von Kontakte nebst Zuleitungen wird eine Strommasche Wärmeenergie bei dem supraleitenden Übergang zu mit einer gewissen Querschnittsfläche gebildet, wobei und von der Platte begrenzt. Wenn die Erregung der in dem Gesamtstromkreis der parallelgeschalteten Treiberwicklung schnell geändert wird, erfolgt auch Josephson-Kontakte das Anzeigeinstrument liegt. Die 20 eine Begrenzung durch Induktionsströme, die in der Strommasche ist von der periodisch erregten Treiber- Platte induziert werden.

wicklung umgeben. Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaf-

Derartige Magnetometer beruhen nicht auf dem fung eines Tieftemperatur-Magnetometers, das einer-Meißner-Ochsenfeld-Effekt, sondern auf einem nach seits auf der Grundlage des Meißner-Ochsenfeld-Josephson benannten Tunneleffekt. Gemäß dem 25 Effektes arbeitet und insoweit wenig störanfällig ist, Artikel in IEE Transactions on Instrumentation andererseits aber gegenüber dem Magnetometer ge- and Measurement, Bd. 15, Nr. 3, 1966, S. 113 maß dem nicht zum Stand der Technik gehörigen bis 120, sind besondere Josephson-Kontakte für Vorschlag eine höhere Empfindlichkeit infolge Aus-Magnetometer beschrieben (dort als »SQUID« be- schaltung gewisser Störgrößen bringt. Erreicht wird zeichnet), mit denen laut Literaturangabe eine Feld- 30 dies dadurch, daß erfindungsgemäß der Meßfühler stärke von 2,1 · 10~⁷ Gauß nachgewiesen werden in an sich bekannter Weise aus einer einen mägnetikann. sierbaren Kern umfassenden Magnetspule besteht

Obgleich die experimentell mit Josephson-Kontakte·· .- und daß der Kern eine Gruppe auf einer Fläche umfassenden Magnetometern erzielbare Meßempfind- nebeneinander im Abstand angeordneter kleiner dünlichkeit sehr hoch ist, können derartige Kontakte 35 ner Schichtbereiche aus mittels magnetischer Er-— jedenfalls bei Vorgabe einer höheren Empfind- regung in den supraleitenden Zustand zu bringendem, lichkeit — in technischen Geräten nicht angewendet auf Tieftemperatur gekühltem Material, vorzugsweise werden, weil diese gleich einem Spitzentransistor Zinn, umfaßt, deren jeder vermöge entsprechender unzuverlässig und störanfällig sind. Auch ist eine ge- Leitungsführung vollständig von je einer Teilwickwisse Erfahrung der Bedienungsperson zur Einstel- 40 lungsfläche der aus einer einzigen Wicklungsschleife lung der Kontakte erforderlich. bestehenden Magnetspule umgeben ist.

Andere Magnetometer nach dem Stand der Tech- Durch die entsprechend geringe Unterteilung des

nik enthalten eine Anzeigewicklung mit einem durch supraleitenden Kernes der einen Bestandteil des Meßeine mit Wechselstrom beaufschlagte Treiberwicklung fühlers bildenden Wicklung können die meisten Stöperiodisch erregten, riicht auf Tieftemperatur befind- 45 fungen, welche infolge der zu großen Plattenlichen Kern, auf den gleichzeitig ein zu messendes abmessungen bei dem Tieftemperatur-Magnetometer umgebendes Feld einwirkt. Durch das äußere Feld nach dem nicht zum Stand der Technik gehörigen wird der Ursprung der Magnetisierungskurve des Vorschlag auftreten, beseitigt werden.
Kernes verschoben, was ein Maß für die Stärke des Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich-

zu messenden umgebenden Feldes ist. Die Empfind- 50 nung näher erläutert. Es zeigt

lichkeit derartiger bekannter Magnetometer ist ge- F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs-

ring, insbesondere infolge Störfaktoren, die sich aus gemäßen Tieftemperatur-Magnetometers im Vertikaldem Widerstand der in dem Meßstromkreis liegenden schnitt sowie in schemätischer Darstellung,
Wicklung, dem von der Treiberwieklung reflektierten F i g. 2 das Magnetometer nach F i g. 1 in aus-

Widerstand und der Barkhausenstörüng in dem Kern- 55 schnittsweiser und demgegenüber vergrößerter Darmaterial ergeben. Stellung,

Nach einem nicht zum Stand der Technik gehöri- F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III von

gen Vorschlag wird zwischen einer einen Bestandteil F i g. 2.

des Meßfühlers bildenden Magnetwicklung und der In einem wärmeisolierenden Behälter 122, vorzugsperiodischen erregten Treiberwicklung nebst dem 60 weise einem Dewar-Gefäß, ist unterhalb des Spiegels deren Feld überlagerten zu messenden umgebenden einer aus flüssigem Helium bestehenden Füllung 124 Feld eine auf Tieftemperatur befindliche supra- ein Untersatz 115 mit einem darauf angebrachten leitende Fläche angeordnet, die durch die magnetische Wärmespeicher in Form einer gut wärmeleitenden Erregung abwechselnd supraleitend und nicht supra- dicken Kupferplatte 130 vorgesehen, die an ihrer leitend eingestellt wird. Im supraleitenden Zustand 65 oberen Fläche mit einer aufgedampften Isolierschicht erfolgt gemäß dem Meißner-Ochsenfeld-Effekt eine aus AlO₂ versehen ist. Auf der Isolierschicht 131 Abschirmung des zu messenden umgebenden Feldes sind kleine dünne Schichtbereiche 110 aus I-suprasowie des Erregerfeldes, während im nicht supra- leitendem Zinn mit einer Fläche von je etwa 1 mm²

entsprechend annähernd den Abmessungen eines natürlichen supraleitenden Bereiches im Abstand voneinander angeordnet, von denen jeder Schichtbereich vermöge entsprechender Leitungsführung vollständig von je einer Teilwicklungsschleife einer aus einer einzigen Wicklungsschleife bestehenden Magnetspule 118 umgeben ist. Zwischen den einzelnen Schichtbereichen 110 befinden sich Zwischenräume 111, um gegenseitige Beeinflussungen benachbarter Schichtbereiche auszuschalten.

Die Schichtbereiche 110 befinden sich in Wärmeleitverbindung, jedoch durch die Isolierschicht 131 elektrisch isoliert, mit der Kupferplatte 130.

Eine Treiberwicklung ist in Form eines die Schichtbereiche 110 umgebenden dünnen Films 114 aus II-supraleitendem Material, vorzugsweise Niobium, ausgebildet. Zwischen der Treiberwicklung sowie den Schichtbereichen 110 ist eine elektrostatische Abschirmung in Form eines isolierten Drahtgitters 125 (emaillierte Kupferdrähte) angeordnet. Sämtliche das Gatter 125 bildenden Drähte sind über eine Verbindungsschiene 126 miteinander verbunden.

Die Wicklungsschleife 118 ist über Zuleitungen 117,119 mit einem Anzeigeinstrument 120 verbunden. Der die Treiberwicklung bildende dünne Film 114 liegt über Zuleitungen 127,129 an einer Wechselspannung 116.

Im Betrieb werden die Schichtbereiche 110 durch periodische Erregung über die Treiberwicklung (Film 114) in den supraleitenden und nichtsupraleitenden Zustand gebracht. In Verbindung mit dem überlagerten zu messenden umgebenden Feld ergibt sich alsdann eine Anzeige an dem Anzeigeinstrument 120. Die Empfindlichkeit beträgt bis zu 10~³ Gauß bei störungsfreiem und unkompliziertem Betrieb.

Claims

Patentansprüche:

1. Tieftemperatur-Magnetometer mit einem in einem Meßstromkreis nebst Anzeigeinstrument liegenden, von einem zu messenden umgebenden Feld beaufschlagten, mittels magnetischer Erregung in den supraleitenden Zustand zu bringenden, auf Tieftemperatur gekühlten Meßfühler und einer auf den Meßfühler koppelnden, mittels Wechselspannung periodisch erregten Treiberwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler in an sich bekannter Weise aus einer einen magnetisierbaren Kern umfassenden Magnetspule besteht und daß der Kern eine Gruppe auf einer Fläche nebeneinander im Abstand (111) angeordneter kleiner dünner Schichtbereiche (110) aus mittels magnetischer Erregung in den supraleitenden Zustand zu bringendem, auf Tieftemperatur gekühltem Material, vorzugsweise Zinn, umfaßt, deren jeder vermöge entsprechender Leitungsführung vollständig von je einer Teilwicklungsschleife der aus einer einzigen Wicklungsschleife (118) bestehenden Magnetspule umgeben ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schichtbereiche (110) annähernd die Abmessungen eines natürlichen supraleitenden Bereiches, vorzugsweise in der Größenordnung von 1 mm-, aufweist.

3. Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbereiche (110) aus I-supraleitendem Material bestehen und die Treiberwicklung in Form eines die Schichtbereiche umgebenden dünnen Films (114) aus II-supraleitendem Material, vorzugsweise Niobium, ausgebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Treiberwicklung sowie den Schichtbereichen (110) eine elektrostatische Abschirmung, vorzugsweise in Form eines isolierten Drahtgitters (125), angeordnet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbereiche (110) in "Wärmeleitverbindung, jedoch elektrisch isoliert, mit einem Wärmespeicher, vorzugsweise in Form einer gut wärmeisolierenden dicken Metallplatte (130), angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPV