JP3081902B2 - 磁場検出回路 - Google Patents
磁場検出回路Info
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 36
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
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- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 3
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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
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Landscapes
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は高感度磁気センサ、電
流計、変位計、または高周波信号増幅器等に応用するジ
ョセフソン素子を使った磁場検出回路に関する。
流計、変位計、または高周波信号増幅器等に応用するジ
ョセフソン素子を使った磁場検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図2に従来の緩和発振(RELAXATION OSC
ILLATION) を使ったSQUID(RO−SQUID)の
回路図を示す。直列接続された抵抗2とコイル3がDC
−SQUID7と並列に接続された構造である。入力コ
イル4からの磁場信号はDC−SQUID7に入り、臨
界電流値が変わり、発振周波数がシフトし、磁場の検出
を行なう。
ILLATION) を使ったSQUID(RO−SQUID)の
回路図を示す。直列接続された抵抗2とコイル3がDC
−SQUID7と並列に接続された構造である。入力コ
イル4からの磁場信号はDC−SQUID7に入り、臨
界電流値が変わり、発振周波数がシフトし、磁場の検出
を行なう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のRO−S
QUIDは発振回路の内部に直接DC−SQUID7を
入れているため、RO−SQUIDの発振条件とDC−
SQUIDの感度との両方の特性を考えた設計が必要と
なり、設計が複雑になり、感度も十分でなかった。また
DC−SQUIDのインダクタンスが大きいため発振の
制御を外部のコントロールラインから行なうことが設計
上難しく、多チャンネル化を行なうための直列接続が出
来ず、多チャンネルには各チャンネルを各々独立に接続
する必要があった。そのため信号線の数が増え、信号線
間の干渉が起り、正確な測定ができなくなるという課題
があった。そこで、この発明の目的は、従来のこのよう
な課題を解決するため、回路設計と外部からの発振制御
を容易にし、直列接続可能で多チャンネル化が容易な感
度の良い磁場検出回路を得ることである。
QUIDは発振回路の内部に直接DC−SQUID7を
入れているため、RO−SQUIDの発振条件とDC−
SQUIDの感度との両方の特性を考えた設計が必要と
なり、設計が複雑になり、感度も十分でなかった。また
DC−SQUIDのインダクタンスが大きいため発振の
制御を外部のコントロールラインから行なうことが設計
上難しく、多チャンネル化を行なうための直列接続が出
来ず、多チャンネルには各チャンネルを各々独立に接続
する必要があった。そのため信号線の数が増え、信号線
間の干渉が起り、正確な測定ができなくなるという課題
があった。そこで、この発明の目的は、従来のこのよう
な課題を解決するため、回路設計と外部からの発振制御
を容易にし、直列接続可能で多チャンネル化が容易な感
度の良い磁場検出回路を得ることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は緩和発振回路内のコイルと磁気結合した
磁場入力回路を有する構造とし、緩和発振回路の部分と
磁場を入力する部分を独立に最適設計できるようにし
た。また発振回路内のジョセフソン素子に磁気結合した
発振を制御するコントロールラインを付加して、直列接
続による多チャンネル化が可能になるようにした。
に、この発明は緩和発振回路内のコイルと磁気結合した
磁場入力回路を有する構造とし、緩和発振回路の部分と
磁場を入力する部分を独立に最適設計できるようにし
た。また発振回路内のジョセフソン素子に磁気結合した
発振を制御するコントロールラインを付加して、直列接
続による多チャンネル化が可能になるようにした。
【0005】
【作用】上記のように構成された磁場検出回路において
は、バイアス電流により発振している緩和発振回路のコ
イルと磁気結合している磁場入力回路から信号を入力し
て発振周波数を変化させ、入力磁場の値を検出すること
になる。バイアス電流を適当な値に設定し、ジョセフソ
ン素子に磁気結合したコントロールラインにより、ジョ
セフソン素子の臨界電流値を変化させると発振を制御で
きることになる。
は、バイアス電流により発振している緩和発振回路のコ
イルと磁気結合している磁場入力回路から信号を入力し
て発振周波数を変化させ、入力磁場の値を検出すること
になる。バイアス電流を適当な値に設定し、ジョセフソ
ン素子に磁気結合したコントロールラインにより、ジョ
セフソン素子の臨界電流値を変化させると発振を制御で
きることになる。
【0006】
【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図1に本発明の第1実施例の回路図を示す。
ジョセフソン素子の両端に発生する発振周波数fは、回
路に流すバイアス電流5をIb、ジョセフソン素子1の
最大臨界電流と最小臨界電流を各々、Icmax,Icminと
し、コイル3のインダクタンスをL、抵抗2の値をRと
するとf=(R/L)/(ln{(Ib−Icmin)/
(Ib−Icmax)})となる。入力コイル4からコイル
3に磁束が入ると磁束の大きさに応じて発振周波数fが
変化し、磁界を周波数変化として検出できる。発振振幅
はジョセフソン素子のギャップ電圧となり一定である。
各素子は薄膜とフォトリソ工程を使って容易に製作可能
である。
説明する。図1に本発明の第1実施例の回路図を示す。
ジョセフソン素子の両端に発生する発振周波数fは、回
路に流すバイアス電流5をIb、ジョセフソン素子1の
最大臨界電流と最小臨界電流を各々、Icmax,Icminと
し、コイル3のインダクタンスをL、抵抗2の値をRと
するとf=(R/L)/(ln{(Ib−Icmin)/
(Ib−Icmax)})となる。入力コイル4からコイル
3に磁束が入ると磁束の大きさに応じて発振周波数fが
変化し、磁界を周波数変化として検出できる。発振振幅
はジョセフソン素子のギャップ電圧となり一定である。
各素子は薄膜とフォトリソ工程を使って容易に製作可能
である。
【0007】図3は本発明の第2の実施例である。磁場
入力回路として入力コイル4の他にジョセフソン素子6
と超伝導ループからなるRF−SQUID9と帰還コイ
ル8とを付加することにより、第1実施例に比べて高感
度になるようにしている。第2実施例では発振回路の部
分と、磁場を検出するRF−SQUIDの部分を別々に
設計できるため、従来のRO−SQUIDに比べ、設計
が容易で最適設計ができるため高感度化が可能である。
入力回路として入力コイル4の他にジョセフソン素子6
と超伝導ループからなるRF−SQUID9と帰還コイ
ル8とを付加することにより、第1実施例に比べて高感
度になるようにしている。第2実施例では発振回路の部
分と、磁場を検出するRF−SQUIDの部分を別々に
設計できるため、従来のRO−SQUIDに比べ、設計
が容易で最適設計ができるため高感度化が可能である。
【0008】図4は本発明による磁場検出システムの例
である。ダイナミックレンジが広くなるように帰還コイ
ル8によりRF−SQUID9に帰還をかけている。検
出コイル11から入力した磁場は入力コイル4に入りR
F−SQUID9を介してコイル3に入力され、緩和発
振回路(RELAXATION OSCILLATOR )の発振周波数が変え
られる。発振波形はヘッドアンプ12、F−Vコンバー
タ13を通って直流電圧に変換される。さらに積分増幅
器14により周波数の変化分のみを出力信号として取り
出し一部を帰還する。
である。ダイナミックレンジが広くなるように帰還コイ
ル8によりRF−SQUID9に帰還をかけている。検
出コイル11から入力した磁場は入力コイル4に入りR
F−SQUID9を介してコイル3に入力され、緩和発
振回路(RELAXATION OSCILLATOR )の発振周波数が変え
られる。発振波形はヘッドアンプ12、F−Vコンバー
タ13を通って直流電圧に変換される。さらに積分増幅
器14により周波数の変化分のみを出力信号として取り
出し一部を帰還する。
【0009】図5は本発明に第3の実施例である。第2
実施例のジョセフソン素子1を複数直列に接続した回路
である。緩和発振回路(RELAXATION OSCILLATOR)の出力
はジョセフソン素子のギャップ電圧のため、複数個直列
に接続した方が振幅が大きくなり信号の検出が容易にな
る。この方法は第1実施例の回路にも適用できる。次に
本発明による多チャンネル化の実施例について説明をす
る。本発明の回路はジョセフソン素子1に磁気結合した
発振を制御するコントロールライン10を付加して、緩
和発振回路を複数個直列接続することで容易に多チャン
ネル化が可能である。図6に第4実施例の回路図を示
す。図1の第1実施例の回路を多チャンネル化する例で
ある。同じ磁場検出回路を直列に2個接続して2チャン
ネルとしている。発振条件はIcmax<Ib<{(Rn+
R)/R}Icminである。Rnはジョセフソン素子の常
伝導抵抗である。通常発振させる時にはコントロールラ
イン10に電流を流し、Icmax<Ibとなるようにバイ
アス電流5を設定する。発振を止めるにはコントロール
ライン10の電流を減らすことによりジョセフソン素子
1のIcmaxを大きくしIcmax>Ibとなるようにする。
本発明による方法は、直列に多チャンネル接続された回
路の発振をコントロールライン10の電流により容易に
制御できるため、1チャンネルずつ動作をさせて両端の
出力電圧の周波数を順次モニタすることで各チャンネル
の磁界が検出できる。従って1チャンネルずつ別々に配
線をする必要がなく、配線数が減少でき、チャンネル間
のクロストークもなくせるため、より高精度な測定が可
能になる。
実施例のジョセフソン素子1を複数直列に接続した回路
である。緩和発振回路(RELAXATION OSCILLATOR)の出力
はジョセフソン素子のギャップ電圧のため、複数個直列
に接続した方が振幅が大きくなり信号の検出が容易にな
る。この方法は第1実施例の回路にも適用できる。次に
本発明による多チャンネル化の実施例について説明をす
る。本発明の回路はジョセフソン素子1に磁気結合した
発振を制御するコントロールライン10を付加して、緩
和発振回路を複数個直列接続することで容易に多チャン
ネル化が可能である。図6に第4実施例の回路図を示
す。図1の第1実施例の回路を多チャンネル化する例で
ある。同じ磁場検出回路を直列に2個接続して2チャン
ネルとしている。発振条件はIcmax<Ib<{(Rn+
R)/R}Icminである。Rnはジョセフソン素子の常
伝導抵抗である。通常発振させる時にはコントロールラ
イン10に電流を流し、Icmax<Ibとなるようにバイ
アス電流5を設定する。発振を止めるにはコントロール
ライン10の電流を減らすことによりジョセフソン素子
1のIcmaxを大きくしIcmax>Ibとなるようにする。
本発明による方法は、直列に多チャンネル接続された回
路の発振をコントロールライン10の電流により容易に
制御できるため、1チャンネルずつ動作をさせて両端の
出力電圧の周波数を順次モニタすることで各チャンネル
の磁界が検出できる。従って1チャンネルずつ別々に配
線をする必要がなく、配線数が減少でき、チャンネル間
のクロストークもなくせるため、より高精度な測定が可
能になる。
【0010】図7は本発明の第5実施例である。第4実
施例(図6)のジョセフソン素子1の代わりにDC−S
QUID7を入れた回路である。このDC−SQUID
7は図2の従来例のものとは異なり、発振のみを制御す
るためインダクタンスは小さく、Icmaxの変化量が大き
いので発振の制御は容易である。図8は本発明の第6実
施例である。第2実施例(図3)の多チャンネル化の例
である。
施例(図6)のジョセフソン素子1の代わりにDC−S
QUID7を入れた回路である。このDC−SQUID
7は図2の従来例のものとは異なり、発振のみを制御す
るためインダクタンスは小さく、Icmaxの変化量が大き
いので発振の制御は容易である。図8は本発明の第6実
施例である。第2実施例(図3)の多チャンネル化の例
である。
【0011】図9は本発明の第7実施例である。第6実
施例のジョセフソン素子1の代わりにDC−SQUID
7を入れた回路である。このDC−SQUID7は第5
実施例(図7)と同じである。図10は本発明による多
チャンネル磁場検出システムの例である。信号の検出方
法は図4と同じであるが、発振を制御するコントロール
ライン10を外部クロック信号16により制御するシフ
トレジスタ15を付加している。シフトレジスタ15は
ジョセフソン素子を使った超伝導回路で製作可能であ
り、磁場検出回路と一緒に超伝導状態で使用でき、一体
で同一基板上に製作することもできる。このシステムで
はクロック信号16により各チャンネルの動作を切り替
えることができ、信号線の数を減少できる。
施例のジョセフソン素子1の代わりにDC−SQUID
7を入れた回路である。このDC−SQUID7は第5
実施例(図7)と同じである。図10は本発明による多
チャンネル磁場検出システムの例である。信号の検出方
法は図4と同じであるが、発振を制御するコントロール
ライン10を外部クロック信号16により制御するシフ
トレジスタ15を付加している。シフトレジスタ15は
ジョセフソン素子を使った超伝導回路で製作可能であ
り、磁場検出回路と一緒に超伝導状態で使用でき、一体
で同一基板上に製作することもできる。このシステムで
はクロック信号16により各チャンネルの動作を切り替
えることができ、信号線の数を減少できる。
【0012】以上説明したように本発明では直列接続し
た多チャンネル磁場検出回路の1チャンネルずつ発振を
制御して信号が検出できるため、少ない信号線で効率よ
く磁場が検出可能である。実施例では2チャンネルにつ
いて示したが実際にはもっと多くすることも可能であ
る。
た多チャンネル磁場検出回路の1チャンネルずつ発振を
制御して信号が検出できるため、少ない信号線で効率よ
く磁場が検出可能である。実施例では2チャンネルにつ
いて示したが実際にはもっと多くすることも可能であ
る。
【0013】
【発明の効果】本発明は以上説明したように従来のRO
−SQUIDに比べ、磁場入力を緩和発振回路のコイル
3から行なうため、最適設計が容易となり、発振をコン
トロールラインにより容易に制御できるようにしたた
め、多チャンネル化が効率良くでき、チャンネル間のク
ロストークもなくなるため、より高感度な磁場検出が可
能という効果がある。
−SQUIDに比べ、磁場入力を緩和発振回路のコイル
3から行なうため、最適設計が容易となり、発振をコン
トロールラインにより容易に制御できるようにしたた
め、多チャンネル化が効率良くでき、チャンネル間のク
ロストークもなくなるため、より高感度な磁場検出が可
能という効果がある。
【図1】本発明の第1実施例の回路図である。
【図2】従来のRO−SQUIDの回路図である。
【図3】本発明の第2実施例の回路図である。
【図4】本発明による磁場検出システムの実施例であ
る。
る。
【図5】本発明の第3実施例の回路図である。
【図6】本発明の第4実施例の回路図である。
【図7】本発明の第5実施例の回路図である。
【図8】本発明の第6実施例の回路図である。
【図9】本発明の第7実施例の回路図である。
【図10】本発明による多チャンネル磁場検出システム
の実施例である。
の実施例である。
1 ジョセフソン素子 2 抵抗 3 コイル 4 入力コイル 5 バイアス電流 6 ジョセフソン素子 7 DC−SQUID 8 帰還コイル 9 RF−SQUID 10 コントロールライン 11 検出コイル 12 ヘッドアンプ 13 F−Vコンバータ 14 積分増幅器 15 シフトレジスタ 16 クロック信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−45433(JP,A) 特開 平4−143681(JP,A) 特開 平3−248070(JP,A) 特開 平3−33669(JP,A) 特開 平2−17474(JP,A) 特開 平1−313784(JP,A) 特開 平1−125104(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18
Claims (3)
- 【請求項1】 直列接続のコイルと抵抗がジョセフソン
素子と並列に接続された発振回路からなり、前記コイル
と磁気結合した磁場入力回路からなる磁場検出回路。 - 【請求項2】 前記磁場検出回路が複数個直列接続さ
れ、各々のジョセフソン素子に磁気結合し前記発振回路
の発振を制御するコントロールラインを有する請求項1
記載の磁場検出回路。 - 【請求項3】 前記磁場入力回路が入力コイル及び帰還
コイルと超伝導リングの一部にジョセフソン素子を入れ
たRF−SQUIDからなる請求項1記載の磁場検出回
路。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03291792A JP3081902B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 磁場検出回路 |
US07/967,723 US5406201A (en) | 1991-11-07 | 1992-10-28 | Magnetic field detecting circuit having a relaxation oscillator SQUID |
DE69218883T DE69218883T2 (de) | 1991-11-07 | 1992-11-01 | Schaltung zum Detektieren eines Magnetfeldes |
EP92118704A EP0541024B1 (en) | 1991-11-07 | 1992-11-01 | Magnetic field detecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03291792A JP3081902B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 磁場検出回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0651041A JPH0651041A (ja) | 1994-02-25 |
JP3081902B2 true JP3081902B2 (ja) | 2000-08-28 |
Family
ID=17773491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03291792A Expired - Lifetime JP3081902B2 (ja) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | 磁場検出回路 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5406201A (ja) |
EP (1) | EP0541024B1 (ja) |
JP (1) | JP3081902B2 (ja) |
DE (1) | DE69218883T2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4317966C2 (de) * | 1993-05-28 | 2002-09-12 | Siemens Ag | Squid-Einrichtung mit einer supraleitenden Detektionsfläche |
DE4323040A1 (de) * | 1993-07-09 | 1995-01-12 | Siemens Ag | Josephson-Sensoreinrichtung mit supraleitenden Teilen aus metalloxidischem Supraleitermaterial |
DE19519517A1 (de) * | 1995-06-01 | 1996-12-05 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Mehrkanalsystem mit rf-SQUIDs |
US6066948A (en) * | 1995-06-02 | 2000-05-23 | Seppae; Heikki | Squid magnetometer having resistor-capacitor damping circuits |
KR0141758B1 (ko) * | 1995-08-25 | 1998-07-15 | 구자홍 | 초전도 양자간섭소자를 이용한 고주파신호 발생기 |
DE19615254C2 (de) * | 1996-04-18 | 1999-03-11 | Diagnostikforschung Inst | Gerät zur höchstempfindlichen magnetischen Detektion von Analyten |
KR100198534B1 (ko) * | 1996-05-02 | 1999-06-15 | 구자홍 | 두개의 초전도양자간섭소자를 이용한 자장측정장치 |
US6321074B1 (en) | 1999-02-18 | 2001-11-20 | Itron, Inc. | Apparatus and method for reducing oscillator frequency pulling during AM modulation |
KR100722755B1 (ko) * | 2006-04-14 | 2007-05-30 | 한국표준과학연구원 | 기준 접합을 갖는 이중이완발진 스퀴드의 특성조절 방법 |
KR100774615B1 (ko) * | 2006-05-09 | 2007-11-12 | 한국표준과학연구원 | 이중이완발진 스퀴드의 기준전류 최적화 장치 |
CN102288999B (zh) * | 2011-08-16 | 2013-05-15 | 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 | 高温超导弱磁测量传感器 |
US9520180B1 (en) | 2014-03-11 | 2016-12-13 | Hypres, Inc. | System and method for cryogenic hybrid technology computing and memory |
CN115438793B (zh) * | 2022-07-29 | 2024-08-13 | 本源量子计算科技(合肥)股份有限公司 | 一种量子芯片及其制备方法、量子计算机 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60140164A (ja) * | 1983-12-28 | 1985-07-25 | Shimadzu Corp | スキツド磁力計 |
US4689559A (en) * | 1984-11-13 | 1987-08-25 | Sperry Corporation | Apparatus and method to reduce the thermal response of SQUID sensors |
JPH02257076A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-17 | Fujitsu Ltd | ディジタルスクイド制御方式 |
-
1991
- 1991-11-07 JP JP03291792A patent/JP3081902B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-10-28 US US07/967,723 patent/US5406201A/en not_active Expired - Fee Related
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