JPH01129178A - スキッド磁束計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、微弱な磁束や磁界を測定するのに用いるスキ
ッド（ＳＱＵ　Ｉ　Ｄ　：　８ｕｐｅｒ　ｃｏｎｄｕｃ
ｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍ　　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
　Ｄｅｖｉｃｅ　　：超電導量子干渉計）磁束計に関す
るものである。

従来の技術 ジョセフソン（Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ　）接合を二つ持っ
たスキッド（ＤＣ−８ＱＵＩＤ）　　の動作について第
３図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

第３図（、）に示すように外部磁束Φｅｘが、例えば零
の場合、電流ｉが増すと、ある臨界電流ｉｃで曲線ｎΦ
０　に沼って電圧Ｖが発生する。更に電流ｉを増すと、
常電導におけるｉ　−Ｖ特性に漸近する。外部磁束Φｅ
ｘが磁束量子Φｏ　（＝　２　Ｘ　１０１０−ｌ５　）
の整数ｎ倍の場合にも同様の曲線となる。

等しい時には第３図（、）に示した（ｎ＋−）Φ０の曲
線に沿りて電圧が発生する。次に電流を臨界電流ｉｃ　
に固定し、外部磁束Φｅｘを変化させた場合には、第３
図（ｂ）　Ｋ示すようになる。外部磁束Φｅｘを増加さ
せると、ｎΦＯで電圧が零となり、（ｎ＋７）Φ０で最
大値となる。この特性を利用して磁束の大きさを測定す
る従来のスキッド磁束計は第４図に示すように構成され
ている。

第４図において、１は二つのジ四セフソン接合２を持っ
たスキッド（ＤＣ−８ＱＵＩＤ）、３は超電導材料から
なるピックアップコイル４とインプットコイル５が閉回
路に形成された磁束トランス。

６は外部磁束Φｅｘ　を小さい値から大きい値までリニ
アリティ良く測定するためのフィードバックコイルであ
る。ピックアップコイル４は１ターン、若しくは１次微
分型、２次微分型等があり、これは測定する信号と雑音
の関係に基づき選択する。

次に上記従来例の動作について説明する。

ピックアップコイル４に入った微弱な磁束Φｐは、トラ
ンス効果により増幅され、インプットコイル５に現われ
る。これが第４図中に示した外部磁束Φｅｘとなる。外
部磁束Φｅｘが−Φ０以下であれば、電圧Ｖより外部磁
束Φｅｘの大きさを知ることができるが、７９０以上の
場合には、その値を知ることができない。そこで、フィ
ードバックコイル６で外部、磁束Φｅｘを常に打ち消す
方向に磁界を作り、この時のフィードバックの電流の大
きさから磁界の大きさを知ることができる。

フィードバックの方法の一例を第５図に示す。

第５図（ａ）に示すように外部磁束Φｅｘが零の時にｎ
Φ０を中心として、正負対称な矩形波が発生するように
フィードバックコイル６に電流を流す。

この時のスキッド１の出力電圧Ｖは直流電圧となる。こ
れに対し、外部磁束Φｅｘがある値になると、第５図（
ｂ）に示すようにスキッド１の出力電圧Ｖはフィードバ
ックコイル６に発生している高周波磁界と同じく同波数
の電圧となる。これをロックインアンプで検出し、フィ
ードバックコイル６の矩形電流のオフセット値を変化さ
せ、スキッド１の出力電圧Ｖが直流電圧になるようにす
る。

このオフセット値を知ることにより磁束の大きさを測定
する。この方法を一般にＦＬＬ（ＦｌｕｘＬｏｃｋｅｄ
　　Ｌｏｏｐ　）法と称している。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上記従来例のＦＬＬ法では、磁束量の変化を測
定することはできるが、磁束量の絶対値を測定すること
はできない。すなわち、ｎΦ０の磁束の所でフィードバ
ックを行うことになり、このｎの値を知る方法はない。

したがって、フィードバックを開始する直前のスキッド
ｌ内の磁束に固定されてしまい、この分だけオフセット
がカカつてしまう。また、上記のように磁束量の変化し
か測定することができなかったので、微分コイル等を必
要とし、脳磁波等を測定する場合には大型化する等の問
題がある。

本発明は、以上のような従来技術の問題を解決するもの
で、磁束量の絶対値を測定することかでき、したがって
、微分コイル等が不要となり、小型化を図ることができ
るようにしたスキッド磁束計を提供することを目的とす
るものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するため、スキッドと、外部
磁束を常に打ち消すように磁界を作るフィードバックコ
イルと、上記スキッド内の磁束が零になることを検出す
４ためのジョセフソン素子とを備えたものである。

作用 本発明は、上記のような構成により次のような作用を有
する。

すなわち、スキッドに結合したジョセフソン素子を−Φ
０以下の磁束で常電導状態に移転するように設定し、こ
のジョセフソン素子に電流を流し、発生する電圧を観測
することにより、磁束が零になったことを検出すること
ができ、したがって、磁束量の絶対値を測定することが
できる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図および第２図は本発明の一実施例における
スキッド磁束計を示し、第１図は金貨の概略図、第２図
は要部の詳細図である。

第１図および第２図において、１は二つのジラセフソン
接合２を持ったスキッド（ＤＣ−８ＱＵＩＤ）、３は超
電導材料からなるピックアップコイル４とインプットコ
イル５が閉回路に形成された磁束トランスで、ピックア
ップコイル４は従来と同様に１ターン、１次微分型、２
次微分型等、測定する信号と雑音の関係に基づき選択す
る。６は外部磁束Φｅｘを常に打ち消すように磁界を作
るフィードバックコイル、７はジ田セフノン接合８を有
する超電導線で、ジョセフノン接合８はスキッドｌのリ
ングの中心に位置して結合されている。

次に上記実施例の動作について説明する。

超電導線７に臨界電流以下の電流を流す。ここで、ジヲ
セフンン接合８の特性として、臨界電流以下では超電導
４ｉａ７の両端に電圧は現われず、臨界電流以上になる
と超電導線７の両端に電圧が発生する。しかし、このジ
ッセフンン接合８に磁界が加わると、臨界電流以下でも
超電導線７の両端に電圧が発生する。そして、磁界、あ
るいは磁束が−Φ０以下で電圧が発生するように、超電
導線７に流す電流およびジョセフンン接合８を設定する
ことにより、スキッド１内の磁束が零になったことを検
出することができる。すなわち、フィードバックコイル
６に第５図に示す矩形波を加え、超電導線７に電流を流
しておくと、ちょうど矩形波の遷移中にスキッド１内の
磁束が零になり、超電導線７の両端に電圧が発生する。

ｎ　＝　０以外では、超電導線７の両端に電圧は発生し
ない。したがって、この超電導線７の両端に発生する電
圧により外部磁束Φｅｘ　　が零の所でＦＬＬ法を用い
ることができ、磁束量の絶対値を測定することができる
。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、スキッド内の磁束が
零になることを検出するジョセフノン素子を備えている
ので、磁束量の絶対値を測定することができ、脳磁波等
を測定する場合でも小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例におけるスキッ
ド磁束計を示し、第１図は全体の概略図、第２図は要部
の詳細図、第３図（−）はジョセフノン接合の電流−電
圧特性を示す図、第３図（ｂ）はジ１セフンン接合の磁
束−電圧特性を示す図、第４図は従来例のスキッド磁束
計を示す全体の概略図、第５図（ａ）、（ｂ）はフィー
ドバック方法の説明図である。 １・・・スキッド、２・・・ジョセフノン接合、３・・
・磁束トランス、４・・・ピックアップコイル、５・・
・インプットコイル、６・・・フィードバックコイル、
７・・・超電導線、８・・・ジョセフンン接合。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ２　’７ｇゼフソン１ヒ片 第　２　図　　　　　　対′ド 第３図 （ＯＬ）　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｂノ第
４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スキッドと、外部磁束を常に打ち消すように磁界を作る
   フィードバックコイルと、上記スキッド内の磁束が零に
   なることを検出するためのジョセフソン素子とを備えた
   ことを特徴とするスキッド磁束計。