DE19744022C1 - Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren mit induktiv gekoppeltem Tankschwingkreis - Google Patents

Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren mit induktiv gekoppeltem Tankschwingkreis

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DE19744022C1
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Xianghui Zeng
Yi Dr Zhang
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    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren mit induktiv gekoppeltem Tankschwing­ kreis gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 195 24 310 A1 sind rf-SQUID-Sensoren mit induktiv angekoppeltem Tankschwingkreis bekannt, die einen Kondensa­ tor und eine gewickelte Kupferdrahtspule umfassen und mit einer Ausleseeinheit gekoppelt sind.
Die bekannten SQUID-Anordnungen sind zur Auslesung von SQUIDs so ausgebildet, daß der Tankschwingkreis galvanisch an eine entsprechende Ausleseeinheit gekoppelt ist.
Zur Minimierung der Impedanzfehlanpassung zwischen dem Tankschwingkreis und einer Hochfrequenzübertragungsleitung zur Ausleseeinheit ist ein zweiter Kondensator in den Tank­ schwingkreis eingefügt. Darüber hinaus ist eine Drosselspu­ le parallel zu dem Kondensator geschaltet, um so den zur Modulation notwendigen niederfrequenten Strom auch über die Spule laufen lassen zu können. Dadurch ist es möglich, mit nur einem Zuleitungskabel auszukommen.
Aus RUSU, Al. et. Al.: "HTS-SQUIDs and related instrument models made in Romania", Sensors and Actuators A 59, 1997, Seite 347 bis 351, wird ein Verfahren zur Identifikation von SQUIDs beschrieben, allerdings ohne induktive Kopplun­ gen.
Solche Anordnungen des Standes der Technik weisen ein rela­ tiv starkes Systemrauschen auf. Darüber hinaus sind die mit diesen Anordnungen des Standes der Technik erzielbaren Gü­ ten nicht zufriedenstellend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Aus­ lesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren zu schaffen, mit der deutlich höhere Güten und ein deutlich geringeres System­ rauschen erreichbar sind.
Die Aufgabe wird ausgehend von den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß der Tankschwingkreis induktiv an die Ausleseeinheit gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung für rf-SQUID- Sensoren hat den Vorteil, daß das Systemrauschen nur bei
Sϕ ½ = 19µϕ0/√HZ für ein SQUID Induktivität von LS = 270 pH
Sϕ ½ = 13µϕ0/√Hz für ein SQUID Induktivität von LS = 150 pH
bei 77K
liegt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung gemäß Anspruch 2 besteht darin, daß der Tankschwingkreis induktiv mit einer Anten­ nenspule gekoppelt ist, die mit der Ausleseeinheit wirkver­ bunden ist. Dadurch kann die Antennenspule L1 gleichzeitig als Modulationsspule verwendet werden, so daß keine zusätz­ liche Drosselspule erforderlich ist. Zudem wird die erfin­ dungsgemäße SQUID-Anordnung etwa 10 mal unempfindlicher ge­ genüber Hochfrequenzstörungen als die SQUID-Anordnung des oben angegebenen Standes der Technik.
Gemäß Anspruch 5 ist es von Vorteil, daß die Kupfer­ drahtspule L2 und die Antennenspule L1 direkt übereinander angeordnet sind. Durch diese Maßnahme ist die Impedanz­ fehlanpassung zwischen Tankschwingkreis und Ausleseeinheit durch einfache Änderung eines Abstands d zwischen den bei­ den Spulen zu erzielen, ohne daß mit relativ viel Aufwand für den Kondensator ein korrekter Wert ermittelt werden muß, wie dies im oben genannten Stand der Technik der Fall ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Merkmalen der Un­ teransprüche 3 und 4 sowie 6 bis 10.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zei­ gen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer SQUID-Anordnung gemäß vorliegender Erfindung;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer SQUID-Anordnung des Standes der Technik.
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße SQUID-Anordnung. An einen rf-SQUID 1 ist ein Tankschwingkreis 3 gekoppelt, der einen Kondensator C1 und eine erste Spule L2, z. B. eine gewic­ kelte Kupferdrahtspule, umfaßt. Eine zweite Spule L1, die als Antennenspule ausgebildet ist, ist in einem Abstand d direkt über der Kupferdrahtspule L2 angeordnet und auf die­ se Weise induktiv mit dem Tankschwingkreis 3 gekoppelt. Die zweite Spule L1 selbst ist galvanisch an eine Hochfrequenz­ übertragungsleitung 5 gekoppelt. Die Hochfrequenzübertra­ gungsleitung 5 verbindet die SQUID-Anordnung mit einer Aus­ leseeinheit 7 bzw. Ausleseelektronik.
In der Praxis werden die beiden Spulen L2 und L1 direkt übereinander in einer zentralen Bohrung eines Kunststoff­ trägers (nicht dargestellt) angeordnet. Auf der Unterseite dieses Trägers ist dann der rf-SQUID 1 angebracht und auf der anderen Seite befinden sich der Kondensator C1 und die beiden Anschlüsse (nicht dargestellt) an die Hochfrequenz­ übertragungsleitung 5.
Durch eine Änderung der Kapazität des Kondensators C1 ist es möglich, verschiedene Resonanzfrequenzen einzustellen, ohne Änderungen am SQUID 1 vornehmen zu müssen.
Eine Impedanzfehlanpassung zwischen der zweiten Spule L1 und dem Tankschwingkreis 3 erfolgt durch eine Veränderung des Abstands d zwischen den beiden Spulen L1 und L2.
Es können mehrere rf-SQUID-Sensoren 1 mit jeweils einem Tankschwingkreis 3 parallel induktiv an die Ausleseeinheit 7 gekoppelt sein. Ferner ist es möglich, mehrere Antennen­ spulen, erste Spulen 1, parallel oder seriell mit einer Hochfrequenzleitung 5 zu verbinden, die dann an entspre­ chend viele Tankschwingkreise 3 mit jeweils einem rf-SQUID- Sensor 1 koppeln.
Fig. 2 zeigt eine SQUID-Anordnung des Standes der Technik. An einen rf-SQUID 11 ist ein Tankschwingkreis 13 gekoppelt, der einen Kondensator C1 und eine Spule L2, z. B. eine Kup­ ferdrahtspule, umfaßt. Eine zweite Spule L1, die hier als Drosselspule ausgebildet ist, ist parallel zu dem Kondensa­ tor C1 geschaltet. Ein zweiter Kondensator C2 ist zwischen dem Tankschwingkreis 13 und einer Hochfrequenzleitung 15 eingefügt, um die Impedanzfehlanpassung zu minimieren. Die Hochfrequenzleitung 15 ist mit einer Ausleseeinheit 17 wirkverbunden.

Claims (10)

1. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren mit einem an ei­ nen SQUID induktiv gekoppelten Tankschwingkreis, der einen Kondensator und eine erste Spule umfaßt und mit einer Ausle­ seeinheit gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankschwingkreis (3) induktiv an die Ausleseeinheit (7) gekoppelt ist.
2. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tankschwingkreis (3) induktiv mit einer zweiten Spule (L1) gekoppelt ist, die eine Antennenspule ist und mit der Ausleseeinheit (7) wirkverbunden ist.
3. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (L1) an eine Hochfrequenzleitung (5) ge­ koppelt ist.
4. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (L1) galvanisch an die Hochfrequenzlei­ tung (5) gekoppelt ist.
5. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Spule (L2 bzw. L1) direkt überein­ ander angeordnet sind.
6. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen (L1) mit einer Hochfrequenzleitung (5) parallel verbunden sind und induktiv an entsprechend viele Tankschwingkreise (3) mit jeweils einem rf-SQUID (1) koppeln.
7. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite Spulen (L1) mit einer Hochfrequenzleitung (5) seriell verbunden sind und induktiv an entsprechend viele Tankschwingkreise (3) mit jeweils einem rf-SQUID (1) koppeln.
8. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rf-SQUID-Sensoren (1) mit jeweils einem Tank­ schwingkreis (3) parallel oder seriell induktiv an die Ausle­ seeinheit (7) gekoppelt sind.
9. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spule (L2) eine gewickelte Kupferdrahtspule ist.
10. Auslesevorrichtung für rf-SQUID-Sensoren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spule (L1) normalleitend ist.
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