DE2906264C3

DE2906264C3 - Supraleitender Quanten-Interferenz-Flußmesser

Info

Publication number: DE2906264C3
Application number: DE2906264A
Authority: DE
Inventors: Tsutoma Sendai Miyagi Yamashita
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 1978-06-25
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2107064B; SE433887B; DE2906264B2; US4315215A; DE2906264A1; JPS5910510B2; JPS554525A; GB2107064A; FI790637A; FR2434400A1; FI68326C; GB2023839B; GB2023839A; FR2434400B1; SE7900844L; FI68326B

Description

Die Erfindung betrifft einen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmesser, welcher für den Einsatz bei elektrischen Präzisionsinstrumenten und in der supraleitenden Elektronik bestimmt ist.

Bei dem supraleitenden Quanien-lnterferenz-Flußmesser handelt es sich um einen überaus empfindlichen Flußmesser, welcher eine supraleitende Quanten-Interferenz-Einrichtung verwendet, welche allgemein als »SQUID« bekannt ist (Abkürzung der englischen Bezeichnung »Superconducting Quantum Interference Device«). Der Flußmesser nutzt das Merkmal des SQUID (eines supraleitenden Ringes mit einem schwachen supraleitenden Teil) aus, um zyklische Antworten auf den Magnetfluß durch Inkremento oder Schritte von jeweils einem Flußquant (Φ = 2,07χ ΙΟ-¹⁵ Weber) zu erteilen.

Ein Flußquant ist danach eine sehr kleine Einheit. Magnetflüsse von annähernd nur '/ιοοοο Flußquant werden jedoch durch geeignete Meßkreise gemessen. Der Magnetfluß kann mit dem elektrischen Strom und der Spannung unter Verwendung der Induktanz und des Widerstandes in Beziehung gebracht werden. Daher kann ein SQUID-Flußmesser sowohl als Amperemeter wie auch als Voltmeter verwendet werden.

Bei dem SQUID handelt es sich um eine Einrichtung, welche Flußquanten in einem supraleitenden Ring mil einem schwachen supraleitenden Teil einfängt und von demselben freigibt, je nachdem die Einrichtung durch Anlegen eines elektrischen Stromes oder eines externen Magnetfeldes gesteuert wird. Infolge dieses Merkmales läßt sich das SQUID auch als elektronische Schaltung verwenden, wie sie für Informationsverarbeitungsmaschinen mit hoher Aufnahmefähigkeit, in äußerst kleiner Bauweise und schnell arbeitende Maschinen dieser Art benötigt wird, die bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden.

Die Vorgeschichte der Erfindung und die Erfindung selbst soll nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert werden; es zeigt

F i g. 1 ein SQUID in schematischer Darstellung, F i g. 2 graphisch die Merkmale des SQUID,

F i g. 3 den elektrischen Schaltplan eines herkömmlichen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmessers, Fig.4 einen elektrischen Schaltplan der Hauptteile eines erfindungsgemäßen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmessers,

Fig. 5-7 graphische Darstellungen der Merkmale des Ausführungsbeispiels aus F i g. 4,

Fig. 8—10 elektrische Schaltpläne weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung und

Fig. 11 —14 graphische Darstellung der Arbeitsbedingungen der erfindungsgemäßen Flußmesser.

Das einfachste SQUID besteht aus einem supraleitenden Zylinder ti mit einem schmalen Teil, welches ein schwach supraleitendes Teil oder ein schwaches Kopplungselement 12 bildet, wie dies in Fig. 1-1 dargestellt ist. Ein supraleitender kritischer Strom /_c fließt durch das schwache Kopplungselement 12, dessen Supraleitfähigkeit auf normale Leitfähigkeit herabsinkt, wenn eiii den Wert Ic übersteigender Strom hindurchfließt Die Anwendung eines externen Magnetflusses Φ» 14 parallel zur Achse des SQUI D-Zylinders entwikkelt einen induzierten Strom /, welcher um den Zylinder herumfließt, wie dies durch das Bezugszeichen 13 angedeutet ist, F ig. 1-II zeigt eine äquivalente elektrisehe Schaltung des SQUID. Diese Schaltung besteht aus einem geschlossenen Stromkreis, welcher durch die Induktanz L oder 11 und das schwache Koppiungselement / bzw. 12 gebildet wird. Die Fig. 2-1 bzw. 2-11 zeigen Veränderungen im internen Magnetfluß Φ bzw dem induzierten Strom /, die beim Anlegen eines Magnetflusses Φ* von außen her an das SQUID auftreten. Wenn der Magnetfluß Φ, von außen her angelegt wird, strömt ein diamagnetischer Strom / zuerst durch den Zylinder, da das schwache Kopplungselemen; 12 sich in supraleitendem Zustande (in F i g. 2-11 durch (a) angedeutet) befindet, wodurch der Magnetfluß Φ im Zylinder auf Null gehalten wird, wie dies in Fig.2-1 dur.:h (a) angegeben ist. Wenn der externe Magnetfluß Φ, auf <P_C= LI_C ansteigt, wird die Leitfähigkeit des schwachen Kopplungselements kurzzeitig normal, woraufhin der interne Magnetfluß Φ zu Φ_ο wird, wie dies in den F i g. 2-1 und 2-H durch (^angegeben ist.

Wenn der Magnetfluß Φ, reduziert wird, wird /

wieder zu /_c und Φ wird gleich Null, und das SQUID verbraucht während dieses Wechselns Kraft, wie dies in den F i g. 2-1 und 2-11 durch (c)nna (O^angedeutet ist.

F i g. 3 zeigt ein Beispie! einer typischen elektrischen Schaltung des herkömmlichen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmessers. Eine Wechselstromquelle 34 liefert einen Wechselstrom mit einer Frequenz /Ί an ein SQUID 32 über einen Resonanzkreis 31 mit einer Frequenz /Ί. Bei allmählicher Erhöhung des Wechselstromes steigt die Spannung des Resonanzkreises zunächst entsprechend. Wenn jedoch der im SQUID 32 induzierte Strom den Wert l_c erreicht, beginnt das SQUID 32, Leistung zu verbrauchen, woraufhin die Spannung V des Resonanzkreises 31 nicht mehr ansteigt, selbst wenn ein stärkerer Wechselstrom angelegt wird.

Bei weiterem Ansteigen des Wechselstromes mit der Frequenz /i, der von der Wechselstromquelle 34 geliefert wird, beginnt die Spannung V erneut anzusteigen. Die kritische Spannung V₀ bei welcher der

Anstieg der Spannung V aufhört, ändert sich mit dem Gleichstrom-Magnetfluß Φ_χ bei einem Zyklus von Φ_ο wie F i g. 2 zeigt

Ein Abstimmverst !trker 35 mit einer Frequenz /i und ein phasenstarrer 'Jetektor 36 verstärken und stellen Veränderungen in der kritischen Spannung V_c bei dem Gleichstrom-Magnetfluß Φ_χ fest Indem dann ein Teil einer Gleichstrom-Ausgangsspannung V^ durch eine Rückkopplungsschaltung 38 umgekehrt zurückgeführt wird, wird das SQUID ständig im Zustand Φ = 0 gehalten und die Gleichspannung V37 wird proportional dem Magnetfluß Φ_χ. Eine Wechselstromquelle zur Messung 39 liefert dem SQUID 32 ein schwaches Wechselstromsignal, dessen Frequenz wesentlich niedriger als die Frequenz /i ist, und der phasenstarre Detektor 36 stellt synchron die Antwort des durch dieses Signal modulierten SQUID fest In der nachstehenden Beschreibung wird der Wechselstrom der Wechselstromquelle für die synchrone Messung 39 als »Meß- Wechselstrom« bezeichnet und c'er Wechselstrom mit der Frequenz /j der Hochfrequenz-Wechsel-Stromquelle 34, der zur Erzeugung der Hochfrequenzantwort an das SQUID angelegt wird, als »Erreger-Wechselstrom«.

Im allgemeinen hat der Meß-Wechselstrom der Wechselstromquelle eine Frequenz nicht über 1 MHz und der Erreger-Wechselstrom von der Wechselstromquelle 34 eine Frequenz nicht unter 1 MHz. Bei einer derartigen konventionellen elektrischen Schaltung verstärkt der Wechselstromverstärker 35 direkt den Wechselstromeingang, dessen Frequenz ebenfalls /Ί ist. Wenn die kritische Spannung V_c kleiner ist als dieser Wechselstromeingang wird daher der Wechselstromverstärker 35 gesättigt und K kann nicht mehr gemessen werden.

Da der Wechselstromverstärker 35 gewöhnlich einen hohen Gewinn hat, kann ihn nur eine sehr geringe Eingangsspannung nicht sättigen. Aus diesem Grunde wurde das SQUID 32 benötigt, um die Beziehung LIc-Φα zu erfüllen, um die Schaltung betriebsbereit zu machen. Wenn die Induktanz L vergrößert wird, um die Flußempfindlichkeit zu erhöhen, so wird der kritische Strom l_c sehr klein. Infolgedessen benötigt die herkömmliche Schaltung ein schwaches Kopplungselement mit reichlich schwachem /_c(in der Größenordnung von μΑ). Infolgedessen war es bisher äußerst wichtig, derartige Elemente oder Bauteile mit hoher Reproduzierbarkeit herzustellen, um die Forderung ZJ₁ ~Φο zu erfüllen und nu- geringe Veränderungen im Laufe der Zeit zu erreichen.

Herkömmlicherweise war es sehr schwierig, die Herstellung von Bauteilen mit sehr schwachem kritischen Strom /_c zu steuern. Infolgedessen hing ihre Produktion weitgehend von dem technischen Fachwissen der Hersteller ab. Außerdem weist das herkömmliche System aber auch einen wichtigen Nachteil auf. Selbst wenn Bauteile mit geeignetem /_c hergestellt werden, steigt l_c an, wenn die Temperatur wie bei den allgemeinen supraleitenden Einrichtungen fällt. Infolgedessen wird ein SQUID-Flußmesser mit einem derartigen Bauteil, welches bei höh. ·· Temperaturen wirksam ist, bei niedrigen Temperaturen, bei denen 11₀>Φα ist, unwirksam. Infolge dieses Nachteils muß das SQUID auf einer konstanten Temperatur gehalten werden. Bei Messungen über einen weiten Temperaturbereich wird ein komplexer Kälteregler benötigt, um das SQUID auf einer konstanten Temperatur zu halten.

Um diese Probleme zu lesen, geht die Erfindung von dem Gedanken aus, daß bei dem in F i g. 3 dargestellten System das übliche Erreger-Wechselstrom-Beaufschlagungssystem mit einer einzigen Frequenz, welches den Antwortausgang des SQUID dadurch mißt daß Wechselstrom mit einer gegebenen Frequenz /i von der Erreger-Wechselstromquelle ersetzt werden müßte, durch: (1) Ein System, welches den Antwortausgang des SQUID mit hoher Empfindlichkeit dadurch mißt daß ar. ihm ein Erreger-Wechselstrom angelegt wird, welcher mehrere Frequenzkomponenten einer Erreger-Wechselstromquelle besitzt; und (2) ein System, um mit hoher Empfindlichkeit einen Wechselstrom zu messen, welcher eine höhere oder niedrigere harmonische Komponente des Erreger-Wechselstromes besitzt der durch Ausnutzung der elektromagnetischen Nichtlinearität des SQUID erzeugt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmesser zu schaffen, welcher völlig frei ist von der Schwierigkeit bei der Herstellung des SQUID und der bei jeder gewünschten Temperatur einsetzbar ist indem Amplitude und Frequenz des an das SQUID angelegten Wechselstromes und die Phasendifferenz zwischen der Anzahl von Erreger-Wechselströmen im Multifrequenz-Erreger-Wechselstrom-Beaufsehlagungssystem ge steuert werden und indem das Merkmal der elektromagnetischen Nichtlinerarität des SQUID derart ausgenutzt wird, daß dessen Wechselstromausgang in einen Wechselstrom umwandelbar ist, der eine Fre quenz besitzt die gleich der höheren oder niedrigeren harmonischen Komponente der Frequenz des Wechselstromeinganges ist

Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßer supraleitender Quanten-lnterferenz-Flußmesser im wesenti; chen durch Anordnungen zur Beaufschlagung e;nc supraleitenden Quanten-Interferenz-Einrichtung über eine elektromagnetische Kupplung mit erregendem Wechselstrom mit mehreren Frequenzkomponenten, durch einen den Ausgangs-Wechselstrom mit eintr oder mehreren Frequenzkomponenten dieser Einrichtung verstärkenden Verstärker und durch Anordnungen zur Feststellung des der Einrichtung aufgedrückten Magnetflusses durch Empfang des vom Verstärker verstärkten Wechselstromes.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist ein erfindungsgemäßer supraleitender Quanten-lnterferenz-Flußmesser gekennzeichnet durch eine supraleitende Quanten-Interferenz-Einrichtung über eine elektromagnetische Kupplung mit Wechselstrom speisende

so Einrichtung, durch einen Verstärker, welcher Wechselstrom mit einer oder mehreren Frequenzkomponenten der höheren oder niedrigeren Oberwellen des Ausganges der Einrichtung verstärkt, und durch Anordnungen zur Feststellung des der Einrichtung aufgedrückten Magnetflusses durch Empfang des vom Verstärker verstärkten Wechselstromes.

Ein derartiger erfindungsgemäßer supraleitender Quanten-lnterferenz-Flußmesser wird nachstehend anhand der Fig.4 bis 14 im einzelnen erläutert Die Erfindung betrifft das in Fig.? strichpunktiert eingerahmte Teil der Schaltung mit der Erreger-Wechselstromquelle 34, dem Abstimmverstärker 32, dem SQUID 32 und dem Resonanzkreis 31. Da bei dem erf'idungsgemäßen supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmesser die anderen Teile denen der Schaltung gemäß F i g. 3 entsprechen, sollen sie in der nachstehenden Erläuterung nicht nochmals erläutert werden. Fig.4-1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen

supraleitenden Quanten-Interferenz-Flußmessers mit einer Multifrequenz-Wechselstromversorgung in seiner einfachsten Form, bei welcher der Erreger-Wechselstrom zwei Frequenzen /i und h aufweist und von den Erreger-Wechselstromquellen 42 und 43 an eine elektrische Schaltung 44 geliefert wird, welche den Resonanzkreis und das SQUID aufweist.

Die Erreger-Wechselstromquellen 42 und 43 erzeugen zwei Wechselströme mit Frequenzkomponenten /i und 4 deren Phasenbeziehung durch einen Phasenregler 41 fixiert wird. Ein durch Kombination dieser beiden Ströme hergestellter Wechselstrom wird als Erreger-Wechselstrom an die das SQUID enthaltende elektrische Schaltung 44 angelegt.

Der Ausgang des SQUID in der elektrischen Schaltung 44 wird durch einen Abstimmversiärker 45 mit einer Frequenz f\ verstärkt. In Fig. 4-11 wird ein geeigneter Wechselstrom mit mehreren Frequenzkomponenten, welcher nicht durch die Erreger-Wechselstromquellen 42 und 43 und den Phasenregler 41 gemäß Fig.4-1 hergestellt wird, sondern durch einen Wellenformer 47, an die elektrische Schaltung 44 mit dem SQUID über eine elektromagnetische/fCopplung angelegt. ßS

In Fig.4-III stellen anstelle der Wechselstrom-Erregerquellen 42 und 43 und des Phasenreglers 41 in

F i g. 4-1 mehrere Wechselstromquellen 48, 49, 410

mehrere Wechselströme mit mehreren Frequenzkomponenten her, deren Phasenbeziehung durch einen Phasenregler 411 fixiert wird. Diese Wechselströme werden als Erreger-Wechselstrom an die elektrische Schaltung 44 mit dem SQUID über eine elektromagnetische Kopplung angelegt

In den Fig. 4-!,4-II und 4-IH wird der Erreger-Wechselstrom an die elektrische Schaltung 44 mit dem SQUID entweder direkt oder über eine elektromagnetische Kopplung angelegt, welche einen Widerstand, eine Induktanz, eine Kapazität oder gegenseitige Induktanz enthält Der Reaktionsausgangs-Wechselstrom der elektrischen Schaltung 44 wird durch den Abstimmverstärker 45 mit einer Frequenz f\ verstärkt. Die Abstimmfrequenz dieses Abstimmverstärkers 45 kann entweder F₂, fs oder /_n sein. Der nicht eingerahmte Teil der elektrischen Schaltung in Fig. 3 mißt den verstärkten Ausgang dieses Abstimmverstärkers 35 und mißt dadurch auch den dem SQUID zufließenden externen Magnetfluß. Die grundlegende Arbeitsweise des SQUID, welcher mit dem Erreger-Wechselstrom mit den Frequenzen /1 und /2 versorgt wird, wird nun anhand der F i g. 5 erläutert.

Ebenso wie die F i g. 2-1 zeigt F i g. 5-1 die Beziehung zwischen dem an den SQUID angelegten Magnetfiuß Φ» und dem internen Magnetfluß Φ des SQUID, wobei Llc/Φο = /7=4,5 ist. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann π im allgemeinen größer sein oder gleich I (n>\). Fig. 5-11 zeigt die Anwendung eines Magnetflusses mit einer durch Kombination zweier Wechselströme mit den Frequenzen f\ und /2 erhaltenen Wellenform für ein derartiges SQUID. In diesem Fall ist /2>/i, doch kann auch irgendeine andere Beziehung zwischen ihnen herrschen. Vorzugsweise ist jedoch der eine Wert ein ganzzahliges Vielfaches oder ein ganzzahliger Bruch des anderen. Der Wechselstrom hat bei dieser Figur die Form einer Sinuswelle, doch kann seine Welle auch dreieckig, quadratisch, rechteckigzahnförmig usw. mit den Hochfrequenz-Komponenten /1 und /2 verlaufen. Die Frequenzen /1 und £> brauchen außerdem nicht die gleiche Wellenform zu haben.

Wie Fig.5-11 zeigt, wird der Erreger-Wechselstrom mit den Frequenzen /i und Z₂ dem geschlossenen Stromkreis des SQUID zugeführt. Wenn die resultierenden Magnetflüsse Φ\ und Φ₂ so groß sind, daß Φ\+Φ₂<Φ_α dann ist der Magnetfluß des SQUID stets gleich Null (Φ = 0), und die elektrische Schaltung 44 mit dem SQUID ergibt keine Reaktionsausgangsspannung Vo, welche den Übergang vom Magnetfluß in das SQUID und aus dem SQUID anzeigt. Wenn dann ein Gleichstrom-Magnetfluß Φοο mit einer geeigneten Größe von außen her angelegt wird, wie Fig. 5-111 zeigt (wobei der Gleichstrom-Wechselfluß von außen her gleich '/2 von Φο ist), so wird die Beziehung Φογ+Φι+Φ2>Φγ in einem positiven '/2-ZykIus der Umhüllenden des Magnetfeldes erhalten, welche die Wechselströme mit den Frequenzen /i und h kombiniert, und der interne Magnetfluß des SQUID Φ geht von Null zu Φο über, wie dies durch den Pfeil (A) in Fig.5-1 angegeben ist. Bei dem nächsten negativen '/2-Zyklus geht der interne Magnetfluß Φ von Φ_ο zu Null über, wie dies durch den Pfeil (B) in Fig.5-1 angegeben ist. Bei jedem Übergang verbraucht das SQUID vom Wechselstrom mit den Frequenzen f\ und /2 gelieferte Energie und entwickelt eine positiv-negativ pulsierende Spannung mit einer Grundfrequenz f\ in Intervallen von T₁ wie Fig. 5-111 zeigt.

Die Existenz des Gleichstrom-Magnetflusses, der von außen her an das SQUID angelegt wird, wird daher durch Verstärkung mit dem Abstimmverstärker 45 in Fig.4 und Feststellung lediglich eines derartigen Signals festgestellt, dessen Frequenz /] ist, außer der pulsierenden Spannung mit der Grundfrequenz /i. Infolge des periodischen Antwort-Merkmals des SQUID auf den angelegten Magnetfluß erzeugt der ansteigende Gleichstrom-Magnetfluß, bis Φοτ=Φο (Φογ=Φο) wird, eine Bedingung gleich der von Φοτ=0, woraufhin das SQUID aufhört, erneut die pulsierende Spannung zu entwickeln. Demgemäß ändert sich die Ausgangsspannung V₆ der den SQUID enthaltenden Schaltung 44 periodisch mit dem externen Magnetfluß in Intervallen von Φο·

Wie F i g. 5-1 zeigt, ist der aus dem Erreger-Wechselstrom mit einer Frequenz /2 resultierende Magnetfiuß Φ2 auf einen etwas kleineren Wert eingestellt als 4,5 Φο.

Dann entwickelt, wie F i g. 5-ΙΠ zeigt, die elektrische Schaltung 44 mit dem SQUID gemäß Fig.4-1 eine Ausgangsspannung V₀ mit einer Grundfrequenz U bei Versorgung mit einem Gleichstrom-Magnetfluß, indem lediglich ein sehr geringer Magnetfluß Φι eines Erreger-Wechselstromes mit einer Frequenz /i mit einem Erreger-Magnetfluß mit einer Frequenz /? kombiniert wird.

In diesem Fall ist die Amplitude des Wechselstromes mit der Frequenz /i. welche von der Erreger-Wechselstromquelle 42 geliefert wird, klein. Durch Verwendung dieses angelegten Wechselstromes mit der Frequenz /1 kann daher der Abstimmverstärker 45 sensitiv und ohne gesättigt zu werden den Wechselstrom mit der Frequenz /i verstärken, welcher von der elektrischen Schaltung 44 mit dem SQUID in Antwort auf den Magnetfluß abgegeben wird, der an das SQUID angelegt wird.

Selbst wenn Π^Φο ist, kann die nach dem vorbeschriebenen Arbeitsprinzip ausgelegte erfin-

65' dungsgemäße Schaltung das SQUID betätigen, welches den Magnetfluß Φ2 entwickelt, indem der Strom h, welcher in den supraleitenden Zylinder durch den Wechselstrom mit der Frequenz /2 nahe dem kritischen

Strom /_c im schwachen Kopplungselement induziert wird, und den Magnetfluß Φι, welcher mit dem sehr schwachen Magnetfluß Φ\ kombiniert werden soll, indem der Wechselstrom h mit der Frequenz f\ angelegt wird. Ohne Abstimmung auf dem Abstimm verstärker 45 an der Ausgangsseite, wird das starke Wechselstromsignal infolge des Wechselstromes h mit der Frequenz h, welches nahe dem kritischen Strom I_c angelegt wird, kaum am Ausgangsende des Abstimmverstärkers 45 festgestellt. Der Abstimmverstärker 45 verrstärkt und stellt lediglich derartige Ausgangssignale fest, welche in Antwort auf die Grundfrequenz des schwachen Stromes /erzeugt werden.

Im Gegensatz zum herkömmlichen System braucht infolgedessen das erfindungsgemäße System die Bedingung, daß Llc-Φυ ist, nicht zu erfüllen. Der Wert von U_c des SQUID ist unbegrenzt.

Diese Tatsache zeigt, daß das erfindungsgemäße System überraschend ausgezeichnete Merkmale besitzt, einschließlich dessen, daß die Schwierigkeiten bei der Herstellung des SQUID eindeutig ausgeschaltet sind. Außerdem ermöglicht die Erfindung, die Betriebstemperatur nach Wunsch auszuwählen, so lange das SQUID-Material supraleitend bleibt, indem ein derartiger Wechselstrom mit der Frequenz /2 ausgewählt wird, dessen Amplitude und Phase bezüglich des Wechselstromes mit der Frequenz /i geeignet sind. Außerdem kann die Erfindung einen zeitweisen Wechsel im /_r ausgleichen, indem die Amplitude des Wechselstromes mit der Frequenz /2 eingestellt wird.

Wenn die elektrische Schaltung 44 in Fig.4-1 einen Resonanzkreis enthält, kann sie auf eine oder beide Frequenzen /1 und h abgestimmt werden. Wenn die Wechselstromquellen 48, 49, ..., 410 in Fig.4-111 verwendet v/erden, kann der Resonanzkreis in der elektrischen Schaltung 44 auf eine oder mehrere der Frequenzen /Ί, /2,..., f_n abgestimmt werden.

Anschließend soll die Phasendifferenz φ zwischen den Wechselströmen mit den Frequenzen f\ und /j, welche in dem erfindungsgemäßen System kombiniert werden, beschrieben werden.

F i g. 6 zeigt, wie die Wellenform des durch Kombination der Wechselströme mit den Frequenzen f\ und /2 (/2 = 2/1) zusammengesetzten und durch eine dicke durchgehende Linie angezeigten Stromes sich mit der Phasendifferenz zwischen ihnen ändert. Diese Figur zeigt den im SQUID induzierten Strom längs der y-Achse und die Zeit T längs der x-Achse. Es wird angenommen, daß der durch Kombination der durch die Erreger-Wechselströme mit den Freauenzen /1 und /? induzierten Ströme hergestellte Maximalstrom größer ist als der kritische Strom I_r des SQUID. Wenn die Phasendifferenz φ gleich Null (φ = 0) gemäß Fig. 6-1 ist, so übersteigt der durch diese Wechselströme induzierte Strom den Wert /,> Dann führt das SQUID und gibt das SQUID Magnetfluß ab, um als ein Magnetfluß-Meßelement zu funktionieren. Wenn die Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselströmen der Fig.6-11 enspricht (φ=π/2), obwohl ihre Amplituden die gleichen sind wie in Fig.6-1, so kann nur die negative Seite des zusammengesetzten Stromes, welche der Hälfte des Zyklus h entspricht, den Wert I_c übersteigen. Dann arbeitet das SQUID nicht als ein Magnetfluß-Meßinstrument

Dieses Phänomen tritt nicht nur dann auf, wenn zwei Wechselströme mit der Frequenz /1 und h kombiniert werden, sondern auch, wenn mehr Wechselströme mit verschiedenen Frequenzen entsprechend Fig.4-111 kombiniert werden. Eine überaus empfindliche Magnetfluß-Messung wird dadurch erreicht, daß die Phasendifferenz zwischen diesen Wechselströmen mit unterschiedlichen Frequenzen zusammen mit den Amplituden der Erreger-Wechselströme gesteuert werden.

Der Wellenformer 47 in Fig.4-11 erzeugt einen Erreger-Wechselstrom, welcher mehrere Frequenz-Komponenten mit feststehender Phasendifferenz zwischen ihnen enthält. Dementsprechend mißt der erfindungsgemäße Flußmesser den Magnetfluß mit der größten Empfindlichkeit, wenn die Phasendifferenz zwischen den Erreger-Wechselströmen mit mehreren Frequenzen in geeigneter Weise fixiert wird. Wo einfachere Einrichtungen bevorzugt werden, kann dieser Flußmesser jedoch auch ohne Steuerung der Phasendifferenz arbeiten, obwohl die schwankende Phasendifferenz Geräusche erzeugen kann und die Meßempfindlichkeit im Vergleich zu einem mit feststehender Phasendifferenz arbeitenden Flußmesser absinken kann. Der Wellenformer 47 in Fig.4-11 kann Wechselströme irgendeiner gewünschten Wellenform einschließlich einer zusammengesetzten Wellenform gemäß Fig.9 bilden. Die gleiche Arbeitsweise wie in Fig. 6-1 läßt sich durch Verwendung eines Erreger-Wechselstromes mit einer Impulswelle erreichen, deren Amplitude den Wert U überschreitet, wie Fig. 7 zeigt. Dies ist identisch mit der Verwendung eines Erreger-Wechselstromes mit einer Grundfrequenz /1 und mehreren höheren Harmonischen, deren Frequenz ganzzahlig Vielfache derselben sind, welche durch

mehrere Erreger-Wechselstromquellen 48, 49, , 410

gemäß Fig.4-111 erzeugt werden können. Der Abstimmverstärker 45 in Fig.4-1 kann derart ausgebildet sein, daß eine oder mehrere Komponenten höherer oder niedrigerer Oberwellen des Erreger-Wechselstromes gemäß Fig.4-11 und 4-IiI wahlweise abgestimmt und verstärkt werden.

Fig. 8-1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Erreger-Wechselstromquelle 81 mit einer Frequenz /1 und eine weitere Erreger-Wechselstromquelle 86 mit einer Frequenz /2, die mit derselben synchronisiert ist, der herkömmlichen Schaltung gemäß F i g. 3 hinzugefügt werden. Diese Figur zeigt, daß ein Resonanzkreis 85 und ein Abstimmverstärker 86 beide mit der Frequenz /1 arbeiten, daß sie jedoch derart ausgelegt werden können, daß sie entweder mit der Frequenz f\ oder mit der Frequenz /2 arbeiten. Auch der Resonanzkreis 85 und der Abstimmverstärker 86 brauchen nicht mit der gleichen Frequenz zu arbeiten.

Fig. 8-11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem Wechselströme mit verschiedenen Frequenzen /] und /2 angewendet werden und der Resonanzkreis mit den beiden Frequenzen f\ und h schwingt Eine Induktanz 89 entwickelt eine Reihenresonanz mit einer Kapazität 87 mit der Frequenz S\ und eine Parallelresonanz mit einer Kapazität 88 mit der Frequenz /2. Fig.S-III zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Filter 810 andere Frequenzkompop.enten als /1 vom Ausgang des SQUID eliminiert. In Fig.8-1 erzeugen die Erreger-Wechsel-Stromquellen 31 und 82 Wechselstromsignale mit den Frequenzen f\ und /2. deren Phasenbeziehung durch einen Phasenregler 83 in geeigneter Weise fixiert ist Diese Signale werden über den Resonanzkreis 85 an das SQUID 84 geleitet Ein Ausgangs-Wechselstrom wird vom Resonanzkreis 85 abgenommen, durch den Abstimmverstärker 86 mit der Frequenz /1 verstärkt und durch einen phasenstarren Detektor 812 gemessen. Ein Teil der Gleichstrom-Ausgangsspannung V_su wird

negativ über einen Riickkopplungskreis 813 zurückgeführt. Der phasenstarre Detektor 812 liefert ein Wechselstrom-Meßsignal von einer Wechselstrom-Meßquelle 811 an das SQUID 84 und mißt synchron damit eine Antwort des SQUID 84, welche durch dieses Signal moduliert ist. Infolge des zusätzlichen Erreger-Wechselstromes mit der Frequenz /2 erfüllt das SQUID die gleiche Funktion wie in F i g. 5, selbst wenn L/c$o ist. Dies bedeutet, daß es von der herkömmlichen Anforderung Ll Φο entbindet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 8-11 liefert ein Resonanzkreis mit zwei Resonanzfrequenzen an das SQUID 84 effizient WechselstromEingangssignale mit den Frequenzen /, und 4 Bei der Schaltung gemäß F1 g. 8-111 eliminiert das Filter 810 /2 und andere Frequenzkomponenlen, welche nur gering oder keine erforderliche Information enthalten, vom Antwort-Ausgang des SQUiD 84, wodurch der SQUID-Flußmesser wirksam arbeiten kann, ohne gesättigt zu werden.

Das nächste Ausführungsbeispiel ist ein konkretes Beispiel des in Fig.4-1 dargestellten Prinzips, bei welchem der Antwort-Ausgang des SQUID vom angelegten Wechselstrom getrennt wird. Elektromagnetisch voneinander unabhängige Schaltungen sind für das SQUID vorgesehen, um getrennt voneinander den Erreger-Wechselstrom zu liefern und den Ausgangsstrom abzunehmen.

Fig.9 zeigt ein Schaltdiagramm, bei welchem Erreger-Wechselströme mit den Frequenzen f\ und 4 welche dem SQUID 95 eingespeist werden, von dessen Antwort-Ausgang getrennt werden. Fig.9-1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Erreger-Wechselstrom und ein SQUID % elektrisch über eine gegenseitige Induktanz 94 miteinander verbunden sind. Dieser Schaltung kann eine Kapazität hinzugefügt werden, um einen Resonanzkreis zu bilden. Fig.9-11 zeigt ein direkt verbundenes Ausführungsbeispiel, doch kann diese Verbindung auch über einen Widerstand, eine Induktanz, eine Kapazität oder über einen Resonanzkreis erfolgen. Erreger-Wechselstromquellen 92 und 93 entwickeln Wechselströme mit Frequenzen /1 und 4 deren Phasenbeziehung durch einen Phasenregler 91 fixiert ist. Ein Erregersignal, dessen Amplitude gleich der Summe der Amplituden dieser Wechselströme ist, wird dem SQUID 95 mit einem schwachen Kopplungselement 97 durch die gegenseitige Induktanz 94 in F i g. 9-1 zugeleitet und direkt dem SQUID 910 mit einem schwachen Kopplungselement 99 gemäß Fig. 9-11. Der Ausgang des SQUID 95 bzw. 910 wird über einen Resonanzkreis 96 bzw. 911 mit einer Resonanzfrequenz /1 abgenommen, in einem auf die Frequenz f\ dargestellte elektrische Schaltung eingespeist Der geschlossene Stromkreis des SQUID §5 bzw 910 kann als eintm kurzgeschlossenen Induktanz-Kreis äquivalent angesehen werden, mit Ausnahme dessen, wenn die schwachen Kopplungselemente 97 und 99 Magnetfluß-Quanten zuführen und abgeben. Daher erscheint nicht nur der Erreger-Wechselstrom mit der Frequenz 4, sondern auch ein Erreger-Wechselstrom mit der Frequenz f\ kaum im Resonanzkreis 95 bzw. 911. Infolgedessen wird im Gegensatz zur Ausbildung gemäß F i g. 3 der Abstimmverstärker 98, welcher auf die Frequenz /1 abgestimmt ist, kaum mit dem eingegebenen Erreger-Wechselstrom gesättigt Man kann auch nur den Wechselstrom mit der Frequenz f\ einspeisen, zusammen mit dem Wechselstrom mit der Frequenz 4 der dem SQUID 96 bzw. 910 über den Resonanzkreis 96 bzw. 911 wie bei Fig.8 zugeleitet wird. Die Direktverbindung gemäß F i g. 9-11 ermöglicht die Verwendung einer höheren Frequenz wie /2 als bei der Ausführung gemäß F i g. 9-1. Die Ausführungen gemäß F i g. 8 und 9 verwenden zwei Erreger-Wechselströme mit den Frequenzen f\ und 4 Es ist jedoch auch möglich, das SQUID mit mehreren Erreger-Wechselströmen zu speisen, welche eine größere Anzahl von Frequenz-Komponenten aufweisen, und zwar durch Verwendung derartiger Erreger-Wechselstromquellen, wie sie in den Fig.4-1 und 4-11 gezeigt sind. Dann können der Resonanzkreis 85 in F i g. 8-1, der Resonanzkreis aus der Kapazität 87 und 88 und der Induktanz 98 in Fig.8-U, der Resonanzkreis 85 in Fig.8-III, der Resonanzkreis % in F i g. 9-1 und der Resonanzkreis 911

,5 in Fig. 9-11 derart ausgebildet werden, daß sie auf einen derartigen Wechselstrom antworten, welcher eine oder mehrere geeignete Frequenz-Komponenten hat, die höhere oder niedrigere Oberwellen der angelegten Erreger-Wechselströme enthalten. In gleicher Weise können der Abstimmverstärker 86 in Fig.8-1, der Verstärker mit den Filter 810 in Fig. 8-III und der Abstimmverstärker 98 in Fig.9-1 einen derartigen Wechselstrom mit einer oder mehreren geeigneten Frequenz-Komponenten mit höheren oder niedrigeren Oberwellen der zugeführten Erreger-Wechselströme abstimmen oder selektiv verstärken.

Als nächstes soll die Ausnutzung der elektromagnetischen Nichtlinearität des erfindungsgemäßen SQUID im einzelnen erläutert werden. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig.5-II1 erläutert wurde, entwikkell das SQUID eine Impuls-Spannung in Abhängigkeit von der Aufnahme und Abgabe von Magnetfluß-Quanten, wenn der Durchgangsstrom den Wert l_c übersteigt. Diese Impuls-Spannung enthält höhere und niedrigere Oberwellen des zugeführten Wechselstromes. Daher kann der angelegte Magnetfluß wirksam durch Ausnutzung dieser Nichtlinearität gemessen werden. Insbesondere wird diese Messung dadurch erreicht, daß ein geeigneter Wechselstrom angelegt wird, um das SQUID zu betätigen und einen Wechselstrom zu verstärken, welcher eine der Frequenz-Komponenten aufweist, die in den höheren oder niedrigeren Oberwellen des Ausgangs-W schselstromes enthalten sind.

Fig. 10-1 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen SQUID-Flußmessers, welcher die elektromagnetische Nichtlinearität des SQUID ausnutzt Erreger-Wechselstromquellen 101 erzeugen Wechselstrom mit einer

oder mehreren Frequenzen 4 /3 fn. und die Summe

dieser Wechselstrom-Amplituden wird einer elektrisehen Schaltung 102 eingespeist welche ein SQUID enthält und zwar über eine geeignete elektromagnetische Kopplung. Vom Wechselstromausgang wird eine Frequenz /j, bei der es sich um eine Komponente der höheren oder niedrigeren Oberwellen der Frequenzen 4 4--, fn des Wechselstrom-Einganges handelt über eine geeignete elektromagnetische Kopplung abgenommen. Durch Verstärkung der Frequenz f\ mit einem auf /1 abgestimmten Abstimmverstärker 103 wird der dem SQUID 102 zugeführte Magnetfluß gemessen. Außer dem Meßkreis verwendet dieses System auch die gleichen Bestandteile wie das System gemäß Fig.3. Wenn die Frequenzen 4 4 - - -, fn des Wechselstromeingangs unterschiedlich sind von der Frequenz f\ des Wechselstromausgangs, sättigt der Wechselstromeingang nicht den Abstimmverstärker 103. Infolgedessen und infolge des Merkmals des SQUID kann jeder Wert

. als LIc/Φο gewählt werden, der nicht kleiner ist als 1.

Fig. 10-11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem

ein Wechselstrom mit einer einzigen Frequenz zur Erregung verwendet wird, wobei die Frequenz der Erreger-Wechselstromquelle 101 gleich dem doppelten Wert der Frequenz f\ des Abstimmverstärkers 103 ist. Dieser Wechselstrom wird einem SQUID 104 über einen Resonanzkreis 105 mit einer Frequenz f\ zugeführt. Aus dessen Ausgang wird nur ein derartiges Signal ausgewählt, dessen Frequenzen gleich /i, ist, durch den Resonanzkreis 105 an den Abslimmverstärker 103 zwecks Verstärkung weitergegeben und durch einen phasenstarren Detektor 107 gemessen. Ein Teil der Gleichstrom-Ausgangsspannung Vios wird negativ über einen Rückkopplungskreis 109 zum SQUID 104 zurückgeführt.

Der phasenstarre Detektor 107 mißt synchron die Antwort des SQUID 104, welche durch einen Meß-Wechselstrom moduliert wurde, der von einer MeB-Wechselstromquelle 106 dem SQUID 104 zugeführt wurde. Da der Erreger-Wechselstromeingang nicht die Frequenz /i enthält, sättigt die Eingangs-Wechselstromspannung nicht den Abstimmverstärker 103. Daher kann Llc/Φο des SQUID jeden Wert annehmen, der nicht kleiner ist als 1. Die Wechselstromfrequenz der Erreger-Wechselstromquelle 101 kann ein ganzzahliges Vielfaches oder ein ganzzahliger Bruch der Frequenz A, oder eine zusammengesetzte Frequenz davon sein. Dieser Erreger-Wechselstrom braucht die Frequenz /, nicht zu enthalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10-1 wird der Erreger-Wechselstromeingang durch mehrere Erreger-Wechselstromquellen 101 entwickelt. Geeignete Wellenformen gemäß F i g. 6 und 7 können jedoch durch Verwendung des Wellenformers 47, wie er im Zusammenhang mit Fig. 4-11 beschrieben wurde, ausgebildet werden. Der Erreger-Wechselstromeingang kann wirkungsvoll dem SQUID über eine elektromagnetische Kopplung gemäß Fig.8 und 9 zugeführt werden. Wie in Fig. 8-1II dargestellt ist, kann der SQUID-Flußmesser wirkungsvoll betätigt werden, indem unnötige Frequenz-Komponenten aus dem Wechselstromausgang über ein geeignetes Filter herausgefiltert werden. Die Fig. 11 und 12 zeigen Beispiele der Betriebsresuitate des erfindungsgemäßen Flußmessers, welcher mit zwei Frequenzen gespeist wird. Dabei werden Frequenzen von 2C MHz und 40 MHz als /1 bzw. f₂ in den in F i g. 8-1 dargestellten Schaltkreis eingespeist, während der Rückkopplungskreis 813 wirkungslos gehalten wird. In F i g. 11 wird ein Erreger-Wechselstrom /Wi mit einer Frequenz /1 verstärkt oder erhöht, während ein Erreger-Wechselstrom /W₂ mit einer Frequenz f> konstant gehalten wird. Durch Differenzierung einer Antwort-Ausgangsspannung VWj mit einer Frequenz Λ in bezug auf einen externen Magnetfluß Φ, wird ein Differentialquotient d Vrf^/άΦχ erhalten. Dieser Differentialquotient dVrfi/άΦχ stellt die Magnetfluß-Empfindlichkeit des SQUID-Flußmessers dar, welche in diesem Fall die Ausgangsspannung VgH des phasenstarren Detektors 812 ist Wie Fig. 11-(A) zeigt, mißt der SQUID-Flußmesser nicht die Ausgangsspannung, wenn der Erreger-Wechselstrom /W₂ mit der Frequenz Z₂ auf Null reduziert wird. In den Kurven H-(B) und (C) wird die Ausgangsspannung gemessen, da /W₂ höher ist als ein gegebener Wert.

In Fig. 12-1 wird die Magnetfluß-Empfindlichkeit dVrfi/άΦχ durch Erhöhung des Erreger-Wechselstromes /Wj erreicht, während der Erreger-Wechselstrom /r/i konstant gehalten wird.

In Fig. 12-11 wird die Magnetfluß-Empfindlichkeit άνιί\ΙάΦ_χ gegenüber dem externen Magnetfluß Φ_χ dadurch erreicht, daß die Beziehung zwischen den Erreger-Wechselströmen /Wi und /W₂ auf /r/i, /r/₂ festgelegt wird. Wenn beispielsweise /Wi auf die Punkte (a), (b), (c) und (d) in Fig. 12-1 fixiert wird, werden Antworten wie (a), (b), (c) und (d) in F i g. 12-11 erhalten. Der Magnetfluß Φ_χ bei (b) und (c) in Fig. 12-11 wiederholt sich zyklisch mit Intervallen von einer Magnetfluß-Quante Φ_ο. Wenn /Wi fixiert ist, antwortet das SQUID nicht, bis /r/i einen gegebenen kritischen Wert /c2 überschreitet. Bei einem weiteren Anstieg von /r/₂ ändert sich die Magnetfluß-Empfindlichkeit periodisch wie bei den herkömmlichen Flußmessern. Obowohl es sich hier um ein Element handelt, dessen υ_σ>Φο nicht in den herkömmlichen SQUID-Flußmessern arbeitet, haben diese Testresultate doch gezeigt, daß ein derartiges Element arbeiten kann, wenn es mit einem Erreger-Wechselstrom gespeist wird, welcher erfindungsgemäß mehrere Frequenzen enthält.

Die F i g. 13 und 14 zeigen Beispiele der Testresultate bei Ausnutzung der elektromagnetischen Nichthnearität des erfindungsgemäßen SQUID. Bei der Schaltung gemäß Fig. 10-11 werden 20MHz als /1 und 40 MHz (das Doppelte von /1) als Frequenz des Erreger- Wechselstromes für das SQUID verwendet Ein Antwort-Ausgang rnit einer Frequenz von 20 MHz wird verstärkt und gemessen. Die gemessene Wechselstromspannung mit einer Frequenz von 20 MHz ist eine niedrigere Oberwellenkomponente des 40-MHz-Erreger-Wechselstromes, der vom SQUID ausgegeben wird. Wenn die Frequenz des Erreger-Wechselstromes auf 20 MHz gesenkt wird, wird im Ausgang des phasenstarren Detektors 107 kein Antwort-Ausgang des. SQUID gemessen.

Fig. 13 zeigt die Ausgangs-Spannung VWi mit einer Frequenz von 20MHz, die im Ausgang des Abstimm Verstärkers 103 gemessen λ ird. sowie die Magnetfluß-Empfindlichkeit dVrfi/άΦ,, welche im Ausgang des. phasenstarreri Detektors 107 gemessen wird, wenn der 40-MHz-Erreger-Wechselstrom /W₂ erhöht wird.

Fig. 14 zeigt die Ausgangs-Spannung durch Veränderung des externen Magnetflusses Φ«, während der Erreger-Wechselstrom /W₂ mit einer Frequenz /; im Punkt (A) in Fig. 13 fixiert wird. Fig. 14-1 zeigt die Ausgangs-Spannung Vios, welche bei Betätigung des Rückkopplungskreises 109 in Fig. 10-11 erhalten wird. Fig. 14-11 zeigt die Ausgangs-Spannung bei der Magnetfluß-Empfindlichkeit d VWi/αΦ», welche erhalten wird wenn der Rückkopplungskreis 109 nicht betätigt wird. Beide Fig. 14-1 und 14-11 zeigen, daß der SQUID-Flußmesser eine Ausgangs-Spannung von 22 mV pro Fluß-Quante Φα erhält

Wie vorstehende Beschreibung gezeigt hat bietet die Erfindung viele Vorteile, indem beispielsweise die Schwierigkeiten bei der Herstellung und Verwendung supraleitender Quanten-Interferenz-Einrichtungen, bei der Wahl irgendeines gewünschten Betriebstemperaturbereiches und bei der Kompensation der im Lauf der Zeit auftretenden Qualitätsänderungen in bemerkenswerter Weise ausgeräumt werden.

Legende:	supraleitender Zylinder
11	schwaches supraleitendes Teil
12	induzierter Strom /
13	externer Magnetfluß Φ_χ
14	interner Magnetfluß Φ_χ
15	Resonanzschaltung
31

	13	SQUID	Hierzu	29 06 264	14	Filter
	Wechselstromquelle		Wecnselstromquelle zur Messung
32	Abstimmverstärker	810	phasenstarrer Detektor
34	phasenstarrer Detektor	811	Rückkopplungskreis
35	Rückkopplungsschaltung	812	Phasenregler
36	Wechselstromquelle zur Messung	813	Wechselstromerregerquelle
38	Phasenregler	5 91	Induktans
39	Wechselstromerregerqueile	92,93	SQUID
41,411	elektrische Schaltung mit SQUID	94	Resonanzkreis
42,43	Abstimmverstärker	95,910	schwaches Kopplungselement
44	Wellenformer	96,911	Abstimmverstärker
45		10 97	schwaches Kopplungselement
47	Wechselstromerregerquelle	98	Wechselstromerregerquellen
48,49	Wechselstromerregerquelle	99	elektrische Schaltung mit SQUID
410	Phasenregler	101	Abstimmverstärker
81,82	SQUID	ίΟ2	SQUID
83	Resonanzkreis	15 103	Resonanzkreis
84	Abstimmverstärker	104	Wechselstromquelle zur Messung
85	Kapazität	105	phasenstarrer Detektor
86	Induktans	106	Rückkopplungskreis.
87,88	107
89	20 109
	15 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Supraleitender Quanten-Interferenz-Flußmesser, gekennzeichnet durch Anordnungen (42; 43) zur Beaufschlagung einer supraleitenden Quanten-lnterferenz-Einrichtung über eine elektromagnetische Kupplung mit erregendem Wechselstrom mit mehreren Frequenzkomponenten, durch einen den Ausgangs-Wechselstrom mit einer oder mehreren Frequenzkomponenten dieser Einrichtung verstärkenden Verstärker (45) und durch Anordnungen (36; 38; 39) zur Feststellung des der Einrichtung aufgedrückten Magnetflusses durch Empfang des vom Verstärker verstärkten Wechselstromes.

2. Supraleitender Quanten-Interferenz-Flußmesser, gekennzeichnet durch eine eine supraleitende Quanten-Interferenz-Einrichtung über eine elektromagnetische Kupplung mit Wechselstrom speisende Einrichtung (101), durch einen Verstärker (103), welcher Wechselstrom mit einer oder mehreren Frequenzkomponenten der hölheren oder niedrigeren Oberwellen des Ausganges der Einrichtung verstärkt, und durch Anordnungen (36, 38, 39) zur Feststellung des der Einrichtung aufgedrückten Magnetflusses durch Empfang des vom Verstärker verstärkten Wechselstromes.