JP2782901B2 - スクイッド磁束計 - Google Patents
スクイッド磁束計Info
- Publication number
- JP2782901B2 JP2782901B2 JP2070084A JP7008490A JP2782901B2 JP 2782901 B2 JP2782901 B2 JP 2782901B2 JP 2070084 A JP2070084 A JP 2070084A JP 7008490 A JP7008490 A JP 7008490A JP 2782901 B2 JP2782901 B2 JP 2782901B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting ring
- magnetic flux
- superconducting
- signal
- coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、スクイッド磁束計に関するものであり、詳
しくは、マルチチャンネル型の磁束計におけるクライオ
スタットの内外間での配線数の削減に関するものであ
る。
しくは、マルチチャンネル型の磁束計におけるクライオ
スタットの内外間での配線数の削減に関するものであ
る。
＜従来の技術＞ 第５図は従来のスクイッド磁束計の一例を示す構成説
明図である。図において、ジョセフソン接合JJを有する
超伝導リング１には電流源２からバイアス電流Ibが供給
されている。磁束φｘを検出するピックアップコイル３
と超伝導リング１に検出磁束を結合するインプットコイ
ル４は超伝導閉ループを構成している。また、超伝導リ
ング１には磁束ロックループFLL（Flux Locked Loop）
が設けられている。すなわち、超伝導リング１にはモデ
ュレーションコイル５および加算器６を介して交流信号
源７から交流信号Ｂが加えられている。超伝導リング１
の出力信号Ａはアンプ８を介して位相検波器９に加えら
れ、交流信号源７から加えられる交流信号Ｂに従って位
相検波される。位相検波器９の出力信号Ｃは積分増幅器
10を介して出力されるとともにフィードバック電流Ifと
して加算器６に帰還される。
明図である。図において、ジョセフソン接合JJを有する
超伝導リング１には電流源２からバイアス電流Ibが供給
されている。磁束φｘを検出するピックアップコイル３
と超伝導リング１に検出磁束を結合するインプットコイ
ル４は超伝導閉ループを構成している。また、超伝導リ
ング１には磁束ロックループFLL（Flux Locked Loop）
が設けられている。すなわち、超伝導リング１にはモデ
ュレーションコイル５および加算器６を介して交流信号
源７から交流信号Ｂが加えられている。超伝導リング１
の出力信号Ａはアンプ８を介して位相検波器９に加えら
れ、交流信号源７から加えられる交流信号Ｂに従って位
相検波される。位相検波器９の出力信号Ｃは積分増幅器
10を介して出力されるとともにフィードバック電流Ifと
して加算器６に帰還される。
このような構成において、バイアス電流Ibは超伝導リ
ング１から電圧が出力される臨界電流Ioの２倍程度に設
定されている。これにより、超伝導リング１の出力電圧
Ｖは第６図に示すように被測定磁束φｘで変調されるこ
とになる。
ング１から電圧が出力される臨界電流Ioの２倍程度に設
定されている。これにより、超伝導リング１の出力電圧
Ｖは第６図に示すように被測定磁束φｘで変調されるこ
とになる。
一方、磁束ロックループFLLは次のように動作する。
モデュレーションコイル５は超伝導リング１に微小なモ
デュレーション信号Ｂを与える。ここで、モデュレーシ
ョン信号Ｂと超伝導リング１の出力信号Ａの位相関係
は、第７図に示すように、 山より左：同相 山の上：整流 山より右：逆相 になる。そして、位相検波器９の出力信号Ｃは、モデュ
レーション信号Ｂと出力信号Ａの積になるので、 山より左：＋ 山の上:0 山より右：− になる。
モデュレーションコイル５は超伝導リング１に微小なモ
デュレーション信号Ｂを与える。ここで、モデュレーシ
ョン信号Ｂと超伝導リング１の出力信号Ａの位相関係
は、第７図に示すように、 山より左：同相 山の上：整流 山より右：逆相 になる。そして、位相検波器９の出力信号Ｃは、モデュ
レーション信号Ｂと出力信号Ａの積になるので、 山より左：＋ 山の上:0 山より右：− になる。
従って、磁束ロックループFLLには、モデュレーショ
ン信号Ｂが常に出力信号Ａの山の上に保たれるようにフ
ィードバック電流Ifが流れる。このフィードバック電流
Ifは被測定磁束φｘに比例するので、フィードバック電
流Ifを知ることにより被測定磁束φｘを知ることができ
る。
ン信号Ｂが常に出力信号Ａの山の上に保たれるようにフ
ィードバック電流Ifが流れる。このフィードバック電流
Ifは被測定磁束φｘに比例するので、フィードバック電
流Ifを知ることにより被測定磁束φｘを知ることができ
る。
なお、このような装置における超伝導リング1,ピック
アップコイル3,インプットコイル４およびモデュレーシ
ョンコイル５は液体ヘリウムで満たされたクライオスタ
ット中で超伝導状態に維持される。そして、クライオス
タット内外間の配線に着目すると、バイアス電流の信号
線，超伝導リングの出力信号線，モデュレーション信号
線およびアース線の４本が必要になる。
アップコイル3,インプットコイル４およびモデュレーシ
ョンコイル５は液体ヘリウムで満たされたクライオスタ
ット中で超伝導状態に維持される。そして、クライオス
タット内外間の配線に着目すると、バイアス電流の信号
線，超伝導リングの出力信号線，モデュレーション信号
線およびアース線の４本が必要になる。
ところで、このような装置におけるピックアップコイ
ルは指向性を持っていることから、例えば生体の能磁場
を効率よく測定するためには複数チャンネルの測定系統
を設けることが望ましい。
ルは指向性を持っていることから、例えば生体の能磁場
を効率よく測定するためには複数チャンネルの測定系統
を設けることが望ましい。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところが、従来のようにモデュレーションコイルを用
いて磁束ロックループFLLを形成する構成では、測定チ
ャンネルの数に比例してクライオスタット内外間の配線
が増加することになり、これら多数の配線を介してのク
ライオスタットへの熱の流入量が増えて液体ヘリウムの
蒸発量が増大することになる。
いて磁束ロックループFLLを形成する構成では、測定チ
ャンネルの数に比例してクライオスタット内外間の配線
が増加することになり、これら多数の配線を介してのク
ライオスタットへの熱の流入量が増えて液体ヘリウムの
蒸発量が増大することになる。
また、磁束ロックループFLLのロックが外れてしまう
と再度リセットして測定をやり直さなければならない。
と再度リセットして測定をやり直さなければならない。
さらに、デジタル演算処理を行うためにはA/D変換器
を用いてデジタル信号に変換しなければならない。
を用いてデジタル信号に変換しなければならない。
本発明は、このような点に着目したものであり、その
目的は、磁束ロックループを不要にすることによってク
ライオスタット内外間の配線を削減して液体ヘリウムの
蒸発量を軽減し、A/D変換器も不要でデジタル演算処理
に適したスクイッド磁束計を提供することにある。
目的は、磁束ロックループを不要にすることによってク
ライオスタット内外間の配線を削減して液体ヘリウムの
蒸発量を軽減し、A/D変換器も不要でデジタル演算処理
に適したスクイッド磁束計を提供することにある。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明のスクイッド磁束計は、 超伝導リングと、 超伝導リングに被測定磁束を結合させるピックアップ
コイルおよびインプットコイルと、 超伝導リングと並列に接続されたコンデンサと、 これら超伝導リングとコンデンサの並列回路と直列に
接続された能動素子よりなる負性抵抗回路とを具備し、 被測定磁束に基づく超伝導リングの実効インダクタン
スの変化を発振周波数の変化として検出することを特徴
とする。
コイルおよびインプットコイルと、 超伝導リングと並列に接続されたコンデンサと、 これら超伝導リングとコンデンサの並列回路と直列に
接続された能動素子よりなる負性抵抗回路とを具備し、 被測定磁束に基づく超伝導リングの実効インダクタン
スの変化を発振周波数の変化として検出することを特徴
とする。
＜作用＞ 超伝導リングの実効インダクタンスは被測定磁束の大
きさに応じて変化する。この超伝導リングの実効インダ
クタンスの変化に応じて発振周波数が変化することにな
る。
きさに応じて変化する。この超伝導リングの実効インダ
クタンスの変化に応じて発振周波数が変化することにな
る。
このような発振周波数をカウントすることにより、被
測定磁束の大きさに関連したデジタル信号を得ることが
できる。
測定磁束の大きさに関連したデジタル信号を得ることが
できる。
＜実施例＞ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、
第５図と同一部分には同一符号をつけている。図におい
て、超伝導リング１と並列にコンデンサ11が接続され、
これら超伝導リング１とコンデンサ11の並列回路と直列
にコンデンサ12を介して能動素子よりなる負性抵抗回路
13が接続されている。なお、能動素子13としては、FET,
HBT（ヘテロバイポーラトランジスタ）,RTD（共鳴トン
ネルダイオード）などを用いることができる。
第５図と同一部分には同一符号をつけている。図におい
て、超伝導リング１と並列にコンデンサ11が接続され、
これら超伝導リング１とコンデンサ11の並列回路と直列
にコンデンサ12を介して能動素子よりなる負性抵抗回路
13が接続されている。なお、能動素子13としては、FET,
HBT（ヘテロバイポーラトランジスタ）,RTD（共鳴トン
ネルダイオード）などを用いることができる。
このような構成において、第２図に示すように、イン
プットコイル４から超伝導リング１に入力される磁束を
φｘとし、この磁束φｘに応じて超伝導リング１内を流
れる遮蔽電流をIcとし、超伝導リング１のジョセフソン
素子JJの臨界電流をIoとし、各ジョセフソン素子JJの位
相差をそれぞれφ1,φ２とする。
プットコイル４から超伝導リング１に入力される磁束を
φｘとし、この磁束φｘに応じて超伝導リング１内を流
れる遮蔽電流をIcとし、超伝導リング１のジョセフソン
素子JJの臨界電流をIoとし、各ジョセフソン素子JJの位
相差をそれぞれφ1,φ２とする。
まず、直流ジョセフソン効果から、 Ic＝Io sin φ１＝Io sin φ２ …（１） になり、系の安定条件から、 φ1,φ２＜π/2 …（２） になって、 φ１＝φ２ …（３）になる。
一方、超伝導リング１のフラクソイドの量子化条件か
ら、 φ１＋φ２＝２π（φx/φｏ） …（４） φ０＝h/2e h:プランク定数 e:電子の電荷 になる。
ら、 φ１＋φ２＝２π（φx/φｏ） …（４） φ０＝h/2e h:プランク定数 e:電子の電荷 になる。
（３）式から、 φ１＝π（φx/φｏ） …（５） になる。
一方、１つのジョセフソン素子の実効インダクタンス
Leffは、ジョセフソン素子に流入する電流をＩとする
と、 Leff＝φｏ・φ／（２πＩ） …（６） φ：素子の位相差 になる。
Leffは、ジョセフソン素子に流入する電流をＩとする
と、 Leff＝φｏ・φ／（２πＩ） …（６） φ：素子の位相差 になる。
第２図の場合、２つのジョセフソン素子が並列になっ
ているので、トータルのインダクタンスLTは、 すなわち、トータルのインダクタンスLTは、第３図に
示すように磁束φｘに応じて変化することになる。
ているので、トータルのインダクタンスLTは、 すなわち、トータルのインダクタンスLTは、第３図に
示すように磁束φｘに応じて変化することになる。
第１図の破線の右側の負性抵抗回路13は左側の損失分
を打消すように機能して発振する。この発振周波数ω
は、 となる。
を打消すように機能して発振する。この発振周波数ω
は、 となる。
すなわち、発振周波数ωは、磁束φｘに応じて変化す
ることになる。
ることになる。
なお、第１図では超伝導リングに２個のジョセフソン
素子が設けられているDCスクイッドの例を説明したが、
第４図（ａ）に示すように両側にｎ個ずつジョセフソン
素子を設けて感度を高めるようにしてもよいし、（ｂ）
に示すように１個のジョセフソン素子と通常のインダク
タンスとを組み合わせたものであってもよい。（ｂ）の
構成は、RFスクイッドを用いる場合に有効である。
素子が設けられているDCスクイッドの例を説明したが、
第４図（ａ）に示すように両側にｎ個ずつジョセフソン
素子を設けて感度を高めるようにしてもよいし、（ｂ）
に示すように１個のジョセフソン素子と通常のインダク
タンスとを組み合わせたものであってもよい。（ｂ）の
構成は、RFスクイッドを用いる場合に有効である。
第１図では１チャンネルの例を説明したが、第１図の
回路構成を複数個用いることによりマルチチャンネル化
も可能である。この場合、各チャンネルのトータルのイ
ンダクタンスLTがLT（１＋α）の範囲を変化するものと
して、各チャンネルのＣをC,C（１＋α）,C（１＋２
α），…,C（１＋ｎα）に設定することにより各チャン
ネルの出力周波数が重ならないようにすることができ
る。これらの周波数ωは、次のようになる。
回路構成を複数個用いることによりマルチチャンネル化
も可能である。この場合、各チャンネルのトータルのイ
ンダクタンスLTがLT（１＋α）の範囲を変化するものと
して、各チャンネルのＣをC,C（１＋α）,C（１＋２
α），…,C（１＋ｎα）に設定することにより各チャン
ネルの出力周波数が重ならないようにすることができ
る。これらの周波数ωは、次のようになる。
このように各チャンネルの出力周波数を異ならせるこ
とにより、１本の信号線に各チャンネルの出力信号を重
畳してクライオスタットから外部に伝送し、室温雰囲気
で検波できる。
とにより、１本の信号線に各チャンネルの出力信号を重
畳してクライオスタットから外部に伝送し、室温雰囲気
で検波できる。
このように構成することにより、従来の構成に比べて
クライオスタットの内外間の配線を大幅に減らすことが
でき、液体ヘリウムの蒸発を大幅に軽減できる。
クライオスタットの内外間の配線を大幅に減らすことが
でき、液体ヘリウムの蒸発を大幅に軽減できる。
また、出力信号の周波数をカウントすることによりデ
ジタル信号を得ることができ、その後のデータ処理を効
率よく実効できる。
ジタル信号を得ることができ、その後のデータ処理を効
率よく実効できる。
さらに、従来のような磁束ロックループを用いていな
いので、ロック外れによる測定不能を生じることはな
く、連続測定が可能になる。
いので、ロック外れによる測定不能を生じることはな
く、連続測定が可能になる。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、磁束ロックル
ープを不要にすることによってクライオスタット内外間
の配線を削減して液体ヘリウムの蒸発量を軽減し、A/D
変換器も不要でデジタル演算処理に適したスクイッド磁
束計が実現できる。
ープを不要にすることによってクライオスタット内外間
の配線を削減して液体ヘリウムの蒸発量を軽減し、A/D
変換器も不要でデジタル演算処理に適したスクイッド磁
束計が実現できる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、第２図お
よび第３図は第１図の動作説明図、第４図は超伝導リン
グの他の例を示す構成説明図、第５図は従来の装置の構
成説明図、第６図および第７図は第５図の動作説明図で
ある。 １……超伝導リング、３……ピックアップコイル、４…
…インプットコイル、11,12……コンデンサ、13……負
性抵抗回路（能動素子）。
よび第３図は第１図の動作説明図、第４図は超伝導リン
グの他の例を示す構成説明図、第５図は従来の装置の構
成説明図、第６図および第７図は第５図の動作説明図で
ある。 １……超伝導リング、３……ピックアップコイル、４…
…インプットコイル、11,12……コンデンサ、13……負
性抵抗回路（能動素子）。
Claims (1)
- 【請求項１】超伝導リングと、 超伝導リングに被測定磁束を結合させるピックアップコ
イルおよびインプットコイルと、 超伝導リングと並列に接続されたコンデンサと、 これら超伝導リングとコンデンサの並列回路と直列に接
続された能動素子よりなる負性抵抗回路とを具備し、 被測定磁束に基づく超伝導リングの実効インダクタンス
の変化を発振周波数の変化として検出することを特徴と
するスクイッド磁束計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2070084A JP2782901B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | スクイッド磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2070084A JP2782901B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | スクイッド磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03269381A JPH03269381A (ja) | 1991-11-29 |
| JP2782901B2 true JP2782901B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=13421322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2070084A Expired - Lifetime JP2782901B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | スクイッド磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782901B2 (ja) |
-
1990
- 1990-03-20 JP JP2070084A patent/JP2782901B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03269381A (ja) | 1991-11-29 |
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