EP1454154A2 - Vorrichtung zum einstellen eines arbeitspunktes eines magnetfeldsensors - Google Patents

Vorrichtung zum einstellen eines arbeitspunktes eines magnetfeldsensors

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Publication number
EP1454154A2
EP1454154A2 EP02796208A EP02796208A EP1454154A2 EP 1454154 A2 EP1454154 A2 EP 1454154A2 EP 02796208 A EP02796208 A EP 02796208A EP 02796208 A EP02796208 A EP 02796208A EP 1454154 A2 EP1454154 A2 EP 1454154A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
squid
signal
flow
time constant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02796208A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Ludwig
Wolfgang Ludwig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STL Systemtechnik Ludwig GmbH
Original Assignee
STL Systemtechnik Ludwig GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by STL Systemtechnik Ludwig GmbH filed Critical STL Systemtechnik Ludwig GmbH
Publication of EP1454154A2 publication Critical patent/EP1454154A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0354—SQUIDS
    • G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.
  • FLL Flux Locked Loop
  • Input variable, output signal U of the SQUID electronics clarify:
  • the output signal is periodic with intervals of a flow quant ⁇ 0 , so that the measurement and correction, in particular of strongly fluctuating measurement signals, is problematic;
  • the analog flow control illustrated by the control loop in particular also in FIG. 1 of DE 196 06 655, operates linearly only within an input signal range of half a flow quantum.
  • the object of the present invention is therefore to expand a generic device for setting an operating point with regard to its usable bandwidth or the usable control range in such a way that, in particular, a measurement range comprising several flow quanta can be compensated for reliably and without hesitation. Accordingly, a device must be created that can be operated reliably even in environments with high magnetic control influences or poor shielding conditions.
  • the flow quantum pump means ensure that flow quanta can be pumped into and out of the SQUID by means of characteristic signal forms, without having to fear control influences from the control unit the control range is expanded accordingly by this possible plurality of flow quanta.
  • the short edge according to the invention (rise when pumping in, falling when pumping out) means that the short edge duration compared to the control time constant of the control unit means that the control loop cannot follow this signal change and consequently does not correct the quantum flow signal; this then leads to the fact that, cf. Fig. 4, by pumping a periodic or flux quantum moving across the periods and thus beyond the ⁇ n / 2 control range of the traditional control loop is possible.
  • the analog flow control is continuously possible, i. H. the dead or delay times for the digital actuating and resetting means known from the prior art and necessary there do not occur, so that in an advantageous manner according to the invention the device according to the present invention is also able to quickly and quickly change signals measuring input signal and also enables significantly higher slew rates.
  • the signal generation unit according to the invention which otherwise generates the signal or pulse shapes according to the invention in a known manner, is coupled into the flow control loop, specifically the control or control signal generated according to the invention acts on the voltage assigned anyway to the flow control loop.
  • Flux converter means which are typically implemented as a coil and then generate the desired flow signal for SQUID from a current or voltage signal.
  • the result is a closed control loop, which in particular overcomes the disadvantages of the hybrid control loop described from the generic state of the art, but is not completely closed, and in particular, as is necessary in the prior art, does not open or the like. Measures of a control loop necessary for a reset for the reasons described above.
  • the signal form according to the invention for pumping in or out such that more than one flow quantum is pumped with a signal pulse; this is preferably done by appropriately designing the amplitude of the signal.
  • control unit according to the invention it is also within the scope of the present invention to assign the control unit according to the invention to digital as well as analog control means, so that a hybrid flow control loop can also be formed within the scope of the present invention.
  • the flow quantum pump means provided according to the invention are a direct component of the hybrid flow control loop and thus enable the analog and digital control means to be operated independently and, in particular, without delay.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of the present invention according to a first preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a signal diagram of an asymmetrical signal form generated by the signal generation unit in FIG. 1 for pumping a flow quantum into the device;
  • Fig. 4 a general signal diagram showing the relationship between magnetic flux as
  • a control unit which is schematically delimited by the boundary line 10, has, in an otherwise known manner, a control or differential amplifier 12 which is assigned to a SQUID 18 and generates a feedback signal in response to a signal difference at the SQUID and feeds a feedback coil 16 via a coupling resistor, which then, with a control time constant t inherent in the control unit, enables the detected signal change to be corrected by generating a corresponding compensation flow.
  • the arrangement shown corresponds to the control circuit arrangement shown in FIG. 1 of DE 196 06 655 AI, with regard to further details for practical implementation thereof Reference is made and otherwise a practical implementation is readily possible for the skilled worker.
  • control circuit is now additionally assigned a signal generation unit 20 as a flux quantum pump, which, in turn, a coupling resistor shown schematically, provides the feedback coil 16 with a flux quantum pump signal or a pump pulse, which according to the invention is used to pump a flux quantum into and out of it SQUID 18 is formed and remains unaffected by the control loop due to its characteristic signal shape, as will be explained below.
  • a signal generation unit 20 as a flux quantum pump, which, in turn, a coupling resistor shown schematically, provides the feedback coil 16 with a flux quantum pump signal or a pump pulse, which according to the invention is used to pump a flux quantum into and out of it SQUID 18 is formed and remains unaffected by the control loop due to its characteristic signal shape, as will be explained below.
  • the waveform generated by the signal generating unit 20 for pumping one (or more) flow quant (s) into it has an asymmetrical contour in the flow-time diagram of FIG. 2, namely such that the rise time ti of the rising edge in the pump signal is short based on the control time constant of the control circuit 10; on the other hand, the duration of the falling edge t 2 of the pump signal of FIG. 2 is long compared to the control time constant t.
  • the signal jumps to the right by one flow quantum and to this extent the control unit additionally having the flow quantum pump can also follow the signal beyond the previous signal width of only half a flow quantum.
  • the falling edge shown in FIG. 2, on the other hand, is in turn corrected by the control loop within the control time constant, so that the SQUID remains at the increased quantum flow level.
  • fast rise times in the range of approx. 10 ns can be achieved, the fall times typically being a factor of 2 longer.
  • high-frequency lines are preferably provided according to the invention.
  • FIG. 3 describes the case analogous to or opposite to FIG. 1 and thus pumping a flow quant out of the SQUID:
  • the rising edge controlled with a slow rise time t 3 is corrected by the control loop, but the falling edge with t 4 is short short for a reaction of the control loop with control loop constant t, so that a flow quantum is pumped out of the SQUID.
  • the present invention is not restricted to the pumping in or out of individual flow quanta, but in particular by suitable (amplitudes) formation of the control signals analogously to FIG. 2, FIG 3 simultaneous pumping of a plurality of flow quanta in both directions is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zurn Einstellen eines Arbeitspunktes eines Magnetfeldsensors mit periodischer Kennlinie, insbesondere für eine Vorrichtung zum Erfassen eines magnetischen Feldes und/oder Flusses rnit einem SQUID als Magnetfeldsensor und einer dem SQUID nachgeschalteten, eine Regelzeitkonstante (t) aufweisenden Regeleinheit mit einer Rückkoppelschleife, die auf das SQUID wirkt und so ausgebildet ist, dass sie um einen einer Mehrzahl von Arbeitspunkte des SQUID herurn wirksam ist, wobei dem SQUID zugeordnete Flussquantenpumpenmittel vorgesehen sind, die eine Signalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Steuer- und/oder Regelsignals für das SQUID aufweisen und so ausgebildet sind, dass zum Hinein- und Herauspumpen mindestens eines Flussquantes in das bzw. aus dem SQUID eine durch die Signalerzeugungseinheit erzeugte Signalform des Steuer- bzw. Regelsignals unterschiedlich sowie, bezogen auf eine ansteigende und eine abfallende Flanke einer Signalform, unsymmetrisch ist, wobei nur jeweils eine der Flanken einer Signalform bezogen auf die Regelzeitkonstante kurz ist.

Description

Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitspunktes eines
Magnetfeldsensors
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 196 06 655 AI bekannt und weist als wesentliches magnetisches Messelement einen SQUID auf, der mit einer Regelschleife (FLL = Flux Locked Loop, also Flussregelschleife) auf einem fixen Arbeitspunkt gehalten wird.
Die dem zitierten, gattungsbildenden Stand der Technik zugrundeliegende Problematik in der magnetischen
Flussmessung mittels SQUID lässt sich anhand des in Fig. 4 schematisch gezeigten Signaldiagramms (Fluss θ als
Eingangsgröße, Ausgangssignal U der SQUID-Elektronik) verdeutlichen: Das Ausgangssignal ist mit Abständen eines Flussquants θ0 periodisch, so dass das Messen und Ausregeln insbesondere von stark schwankenden Messsignalen problematisch ist; wie unmittelbar aus der Fig. 4 erkennbar ist, arbeitet die durch die Regelschleife insbesondere auch in Abbildung 1 der DE 196 06 655 verdeutlichte analoge Flussregelung nur innerhalb eines Eingangssignalbereichs von einem halben Flussquant linear.
Dieses Problem wird durch die zitierte Schrift aus dem Stand der Technik dadurch gelöst, dass die analoge Regelschleife zusätzlich durch eine digitale Regelkomponente ergänzt wird, so dass die Flussquantenzählung der Gesamtanordnung eindeutig ist und keine Flussquanten verloren gehen. Ein Rücksetzen der Flussquanten erfolgt nach diesem Stand der Technik durch Öffnen der analogen Regelschleife bzw. mittels einer sog. Klemmvorrichtung . Gleichwohl ist im praktischen Betrieb, insbesondere beim Einsatz in ungeschirmten Umgebungen sowie bei schnell wechselnden Messsignalen, der Betrieb einer gattungsgemäßen, hybriden (d. h. analoge und digitale Regelelemente aufweisenden) Technologie nicht unproblematisch: Die systembedingt vorgesehenen kleinen Slewraten werden gerade bei starken magnetischen Störeinflüssen überschritten, und das langsame Rücksetzen der gattungsbildenden Technologie verhindert, dass schnell wechselnden Messsignalen gefolgt werden kann.
Zusätzlich bewirken die schnellen Signaländerungen Regelabweichungen in der eingesetzten Regeleinheit, die Messungenauigkeiten verursachen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsbildende Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitspunktes im Hinblick auf ihre nutzbare Bandbreite bzw. den nutzbaren Regelbereich dahingehend zu erweitern, dass insbesondere auch über einen mehrere Flussquanten umfassenden Messbereich zuverlässig und erzögerungslos ausgeregelt werden kann. Entsprechend ist eine Vorrichtung zu schaffen, die auch in Umgebungen mit hohen magnetischen Steuereinflüssen bzw. mangelhaften Abschirmbedingungen zuverlässig betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen und Erfindungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sorgen die Flussquantenpumpenmittel dafür, dass, ohne Regeleinflüsse der Regeleinheit befürchten zu müssen, mittels charakteristischer Signalformen durch die Signalerzeugungseinheit Flussquanten in das SQUID hinein- bzw. aus diesem herausgepumpt werden können, wodurch sich der Regelbereich entsprechend um diese mögliche Mehrzahl von Flussquanten erweitert.
Insbesondere bewirkt die erfindungsgemäß kurze Flanke (Anstieg beim Hineinpumpen, Abfallen beim Herauspumpen) , dass durch die verglichen mit der Regelzeitkonstante der Regeleinheit kurze Flankendauer die Regelschleife dieser Signaländerung nicht folgen kann und mithin das Quantenflusssignal nicht ausregelt; dies führt dann dazu, dass, vgl. Fig. 4, durch das Pumpen ein perioden- bzw. flussquantenweises Bewegen über die Perioden hinweg und damit über den θn/2-Regelbereich der traditionellen Regelschleife hinaus möglich ist.
Hierdurch ist die analoge Flussregelung ununterbrochen möglich, d. h. es treten die aus dem Stand der Technik bekannten und dort notwendigen Tot- bzw. Verzögerungszeiten für die digitalen Stell- und Rücksetzmittel nicht auf, so dass in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch in der Lage ist, problemlos schnellen Signaländerungen eines zu messenden Eingangssignals zu folgen und darüber hinaus auch erheblich höhere Slewraten ermöglicht.
Insbesondere beim Herauspumpen erübrigt sich damit das aus der DE 196 06 655 bekannte Zurücksetzen durch Öffnen der Regelschleife; vielmehr wird insbesondere dann, wenn die durch die Flussquantenpumpenmittel bzw. die zugeordnete Signalerzeugungseinheit erzeugte Amplitude des Flusspulses größer als ein Flussquant wird, entsprechend ein Flussquant herausgepumpt (bzw. hineingepumpt) . Totzeiten werden vermieden.
Dabei hat es sich als besonders bevorzugt herausgestellt, die erfindungsgemäß unsymmetrischen Signalformen zum Bewirken des Hinein- bzw. Herauspumpens dreieckförmig auszubilden, wobei entweder eine (jeweils im Vergleich zur Regelzeitkonstante) kurze Anstiegsflanke einer langen Abfallsflanke gegenübersteht, oder, im Fall des Herauspumpens, auf eine langsame Anstiegsflanke eine kurze Abfallsflanke folgt.
In der bevorzugten konstruktiven Realisierung ist dabei die erfindungsgemäße Signalerzeugungseinheit, die ansonsten in bekannter Weise die erfindungsgemäßen Signal- bzw. Impulsformen erzeugt, in die Flussregelschleife eingekoppelt, und zwar wirkt insbesondere das erfindungsgemäß erzeugte Regel- bzw. Steuersignal auf die ohnehin der Flussregelschleife zugeordneten Spannungs- Fluss-Wandlermittel, die typischerweise als Spule realisiert sind und aus einem Strom- bzw. Spannungssignal dann das gewünschte Flusssignal für SQUID erzeugen. Im Ergebnis entsteht so eine geschlossene Regelschleife, die insbesondere die Nachteile der aus dem gattungsbildenden Stand der Technik beschriebenen hybriden, dabei jedoch nicht völlig geschlossenen Regelschleife überwindet und insbesondere, wie im Stand der Technik notwendig, kein Öffnen od. dgl . Maßnahmen einer Regelschleife für ein Rücksetzen aus den oben beschriebenen Gründen notwendig mächt .
In der praktischen Realisierung hat es sich zudem als bevorzugt herausgestellt, den weiterbildungsgemäß vorgesehenen PID-Regler mit einem typischen Differenz- bzw. Regelverstärker auszubilden, welcher ohnehin in bekannter Weise zur Generierung des Mess- bzw. Nutzsignals verwendet wird; in weiterbildungsgemäß vorteilhafter Weise ist ein so gebildeter Integrator auch für höhere als die erste Ordnung ausgebildet. Dies führt dann auch dazu, dass die — durch schnelle Signaländerungen bewirkten -- Ungenauigkeiten im Messverhalten vermindert werden können- und zudem größere Flussänderungsgeschwindigkeiten erfassbar sind.
Für den Einsatz im Rahmen der vorliegenden Erfindung eignen sich mehrere gängige SQUID-Vorrichtungen, so etwa die ansonsten bekannten rf-SQUIDS oder dc-SQUIDS, mit zwei oder mehreren Josephson-Kontakten.
Insbesondere liegt es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die erfindungsgemäße Signalform zum Hinein- oder Herauspumpen so auszubilden, dass mit einem Signalimpuls mehr als ein Flussquant gepumpt wird; dies geschieht bevorzugt durch entsprechende Ausbildung der Amplitude des Signals .
Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, der erfindungsgemäßen Regeleinheit neben analogen auch digitale Regelmittel zuzuordnen, so dass auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine hybride Flussregelschleife gebildet werden kann. Im Unterschied zum Stand der Technik sind jedoch die erfindungsgemäß vorgesehenen Flussquantenpumpenmittel unmittelbar Bestandteil der hybriden Flussregelschleife und ermöglichen damit einen unabhängigen und insbesondere auch verzögerungsfreien Betrieb der analogen und digitalen Regelmittel.
Im Ergebnis entsteht so eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Anordnung mit Stellglied, die insbesondere in Messumgebungen mit ungünstiger Abschirmung oder bei sehr schnellen und starken Signaländerungen des Messsignals noch einen zuverlässigen und störungsfreien Messbetrieb ermöglicht. Dabei lässt sich die vorliegende Erfindung überraschend einfach mit konstruktiv geringem Aufwand realisieren. Weiter Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1: ein schematisches Blockschaltbild der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2: ein Signaldiagramm einer von der Signalerzeugungseinheit in Fig. 1 erzeugten unsymmetrischen Signalform zum Hineinpumpen eines Flussquants in das Gerät;
Fig. 3: ein Signaldiagramm analog Fig. 2 zum Herauspumpen eines Flussquants aus dem SQUID und
Fig. 4: ein allgemeines Signaldiagramm, welches den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss als
Eingangs- bzw. Messsignal eines SQUID und dem mit einem Flussquant θ0 periodischen
Ausgangsspannungssignal U verdeutlicht.
Die Fig. 1 verdeutlicht schematisch Aufbau und Funktionsweise der vorliegenden Erfindung: Eine schematisch von der Grenzlinie 10 begrenzte Regeleinheit weist in ansonsten bekannter Weise einen einem SQUID 18 zugeordneten Regel- bzw. Differenzverstärker 12 auf, der als Reaktion auf eine Signaldifferenz am SQUID ein Rückkoppelsignal erzeugt und über einen Koppelwiderstand eine Rückkoppelspule 16 zuleitet, welche dann, mit einer der Regeleinheit inhärenten Regelzeitkonstante t, ein Ausregeln der detektierten Signaländerung durch Erzeugen eines entsprechenden Kompensationsflusses ermöglicht. Insoweit entspricht die gezeigte Anordnung der in Fig. 1 der DE 196 06 655 AI gezeigten Regelkreisanordnung, wobei im Hinblick auf weitere Details zur praktischen Realisierung hierauf Bezug genommen wird und ansonsten dem Fachmann eine praktische Umsetzung ohne weiteres möglich ist.
In erfindungsgemäßer Weise ist nunmehr dem Regelkreis zusätzlich eine Signalerzeugungseinheit 20 als Flussquantenpumpe zugeordnet, welche, wiederum einen schematisch gezeigten Koppelwiderstand, die Rückkoppelspule 16 mit einem Flussquantenpumpsignal bzw. einem Pumpimpuls versieht, der erfindungsgemäß zum Hinein- bzw. Hinauspumpen eines Flussquants in das bzw. aus dem SQUID 18 gebildet ist und durch seine charakteristische Signalform, wie nachfolgend zu erläutern sein wird, durch den Regelkreis unbeeinflusst bleibt.
Genauer gesagt besitzt die durch die Signalerzeugungseinheit 20 erzeugte Signalform für einen ein Hineinpumpen eines (oder mehrerer) Flussquant (en) eine unsymmetrische Kontur im Fluss-Zeitdiagramm der Fig. 2, und zwar dergestalt, dass die Anstiegszeit ti der ansteigenden Flanke im Pumpsignal kurz ist bezogen auf die Regelzeitkonstante des Regelkreises 10; dagegen ist die Dauer der abfallenden Flanke t2 des Pumpsignals der Fig. 2 lang gegenüber der Regelzeitkonstante t. Dies bedeutet, dass durch das Anlegen eines Signals der in Fig. 2 gezeigten Impulsform an die Rückkoppelspule 16 der Regelkreis 10 dem steilen Flankenanstieg ti der ansteigenden Flanke nicht folgen kann, mithin also der Regelkreis den zusätzlichen, durch das Steuersignal bewirkten Flussanstieg nicht ausregeln kann; dies führt dann dazu, dass im Signalschaubild der Fig. 4 das Signal um einen Flussquant nach rechts springt und insoweit die zusätzlich die Flussquantenpumpe aufweisende Regeleinheit dem Signal auch über die bisherige Signalbreite von lediglich einem halben Flussquant hinaus folgen kann. Die in Fig. 2 gezeigte, abfallende Flanke wird hingegen wiederum vom Regelkreis innerhalb der Regelzeitkonstante ausgeregelt, so dass das SQUID auf dem erhöhten Quantenflussniveau verbleibt. In der Praxis lassen sich so schnelle Anstiegszeiten im Bereich von ca. 10 ns realisieren, wobei die Abfallszeiten typischerweise um einen Faktor 2 größer liegt. Um auch in diesen Bereichen saubere Signalformen zu erhalten und zu übertragen, sind weiter erfindungsgemäß bevorzugt hochfrequenzmäßig angepasste Leitungen vorgesehen.
Die Fig. 3 beschreibt den zu Fig. 1 analogen bzw. umgekehrten Fall und damit ein Herauspumpen eines Flussquants aus dem SQUID: Die mit einer langsamen Anstiegszeit t3 gesteuerte Anstiegsflanke wird durch den Regelkreis ausgeregelt, die mit t4 kurze abfallende Flanke ist jedoch zu kurz für eine Reaktion des Regelkreises mit Regelkreiskonstante t, so dass ein Flussquant aus dem SQUID abgepumpt wird.
Durch diese beiden Modi ist insbesondere auch die Möglichkeit geschaffen, in einfacher und vor allem unterbrechungsfreier Weise ein vorbestimmtes Einstellen des SQUIDS auf einen Arbeitspunkt der periodischen Kennlinie zu erreichen, was traditionell, vgl. den gattungsbildenden Stand der Technik, lediglich durch ein Öffnen der analogen Regelschleife mit den dadurch bewirkten Zeitnachteilen geschehen konnte. In ansonsten bekannter Weise liefert eine analoge Regeleinheit die zum Stellen benötigte Information.
Während das beschriebene Ausführungsbeispiel zunächst durch die erfindungsgemäße Flussquantenpumpe das Bewegen um jeweils einzelne Flussquantenschritte beschreibt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Hinein- bzw. Herauspumpen von einzelnen Flussquanten beschränkt, sondern insbesondere durch geeignete (Amplituden) Ausbildung der Steuersignale analog Fig. 2, Fig. 3 ist das gleichzeitige Pumpen einer Mehrzahl von Flussquanten in beide Richtungen möglich.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitspunktes eines Magnetfeldsensors mit periodischer Kennlinie, insbesondere für eine Vorrichtung zum Erfassen eines magnetischen Feldes und/oder Flusses mit einem SQUID (18) als Magnetfeldsensor und einer dem SQUID nachgeschalteten, eine Regelzeitkonstante (t) aufweisenden Regeleinheit (10) mit einer Rückkoppelschleife, die auf das SQUID wirkt und so ausgebildet ist, dass sie um einen einer Mehrzahl von Arbeitspunkte des SQUID herum wirksam ist, gekennzeichnet durch dem SQUID zugeordnete Flussquantenpu penmittel (20,22), die eine Signalerzeugungseinheit (20) zum Erzeugen eines Steuer- und/oder Regelsignals für das SQUID aufweisen und so ausgebildet sind, dass zum Hinein- und Herauspumpen mindestens eines Flussquantes in das bzw. aus dem SQUID eine durch die Signalerzeugungseinheit erzeugte Signalform des Steuer- bzw. Regelsignals unterschiedlich sowie, bezogen auf eine ansteigende und eine abfallende Flanke einer Signalform, unsymmetrisch ist, wobei nur jeweils eine der Flanken einer Signalform bezogen auf die Regelzeitkonstante kurz ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinheit (20) so ausgebildet ist, dass zum Hineinpumpen des mindestens einen Flussquants die Signalform eine ansteigende Flanke mit einer gegenüber der Regelzeitkonstante (t) kurzen Anstiegszeit (tl) sowie eine abfallende Flanke mit einer gegenüber der Regelzeitkonstante langen Abfallszeit (t2) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinheit (20) so ausgebildet ist, dass zum Herauspumpen des mindestens einen Flussquants die Signalform eine ansteigende Flanke mit einer gegenüber der Regelzeitkonstante langen Anstiegszeit (t3) sowie eine abfallende Flanke mit einer gegenüber der Regelzeitkonstante kurzen Abfallszeit (t4) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalerzeugungseinheit (20) Spannungs-Fluss-Wandlermittel, insbesondere
Spulenmittel (16), für das SQUID (18) nachgeschaltet sind, wobei bevorzugt die Spannungs-Fluss- Wandlermittel auch der Regeleinheit (10) nachgeschaltet sind bzw. als Teil der Rückkopplungsschleife wirken.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussquantenpumpenmittel mit der Signalerzeugungseinheit (20) sowie die
Regeleinheit (10) eine geschlossene Regelschleife bilden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (10) einen insbesondere als PIN- oder PIN D-Regler, wobei N> 1, wirkenden Reglerverstärker (12) aufweist, der bevorzugt zum Verarbeiten auch von Integratoren höherer als erster Ordnung ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das SQUID (18) ein rf-SQUID und/oder einen dc-SQUID aufweist, der mehr als zwei Josephson-Kontakte aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinheit (20) so ausgebildet ist, dass die Signalform so erzeug- und ausbildbar ist, dass mehr als ein Flussquant in das SQUID hinein- oder aus dem SQUID herausgepumpt wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung analoge und digitale Regelmittel zum Ausbilden einer hybriden Flussregelschleife über den Gesamtbereich der Kennlinie des SQUID aufweist, wobei die Flussquantenpumpenmittel als Bestandteil der hybriden Flussregelschleife so eingerichtet sind, dass sie einen unabhängigen Betrieb der analogen und digitalen Regelmittel erlauben.
10. Verfahren zum Hinein- und Herauspumpen mindestens eines Flussquants in ein bzw. aus einem mit einer Regelschleife beschalteten SQUID (18), wobei die Regelschleife eine Regelzeitkonstante (t) aufweist und so auf das SQUID wirkt und ausgebildet ist, dass sie um einen Arbeitspunkt des SQUID herum wirksam ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen eines Steuer- und/oder Regelsignals für das Hineinpumpen mit einer ersten Signalform, die eine gegenüber der Regelzeitkonstante kurze ansteigende Flanke aufweist und
Erzeugen eines Steuer- und/oder Regelsignals für das Herauspumpen mit einer zweiten Signalform, die eine gegenüber der Regelzeitkonstante kurze abfallende Flanke aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Steuer- und/oder Regelsingals das Einleiten eines Stromsignals in eine Rückkoppelspule (16) , die bevorzugt Teil der Regelschleife ist, aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelbereich der Regelschleife durch das Steuer- und/oder Regelsignal so eingestellt wird, dass ein analoger Regelbereich über eine Mehrzahl von Flussquanten ermöglicht wird.
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