JPH01197678A - 超伝導磁力計 - 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〕 この発明は航空機等に搭載して地磁気程度の弱磁界を高
感度で測定する超伝導磁力計に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来の超伝導磁力計の一実施例を示す構成図で
、（１）はジョセフノン接合、（２）は超伝導リング、
（３）は帰還変調コイル、（４）は電池、（５）は可変
抵抗、（６）は増幅器、（７）は位相検波器、（８）は
ＲＦ発振器、（９）は帰還抵抗、α呻はｓＱσより（月
ｕｐｅｒ　ＱＵａｍｔ−ｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃ
ｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　）センナ部、Ｑυは信号伝送線であ
る。なお、この発明に関連しない構成品は省略しである
。超伝導リング（２）はここでは２つのトンネル型ジョ
セフソン接合＋１１をもつ高温超伝導体で１例えばＹ−
Ｂａ−Ｏｕ−０の酸化物系のものであシ、その形状は約
２００μ７７１Ｘ２００μｍの正方形でそのリング幅は
約２０μ馬、厚さは約１０μ島の平面型なものである。

帰還変調コイル（３）は上記超伝導リング（２）と同じ
物質で、その形状も上記超伝導リング（２）と同一で、
後述する位相検波器（７）の出力を帰還抵抗（９）を介
した帰還電流と、ＲＦ発振器（８）からの変調電流をト
ランス結合によシ上記超伝導リング（２）に伝達する。

電池（４）と可変抵抗（５）は前記超伝導リング（２）
の動作点を設定する。増幅器（６）は低雑音増幅器で上
記超伝導リング（２）の出力を信号伝送線住υを介して
所要の信号対雑音比を維持して増幅する。位相検波器（
７）は上記増幅器（６）の出力をここでは１００ＫＨｚ
のＲＦ発振器（８）の出力信号を基準信号として位相検
波する。ここでは、ジョセフソン接合（１）、超伝導リ
ング（２）及び帰還変調コイル（３）で構成される部分
をＳＱ［Ｔよりセンサ部σ〔と称することにする。

上述した超伝導磁力計はｄａ　ＥＩＱ、σより磁力計と
称されるもので、以下にこの動作原理の概要について述
べる。

第３図はｄｃｓＱσよりによる磁束検出方法の説明図、
第４図はｄａ　８ｑＵ工ｐにおける変調方式の説明図で
ある。

衆知のように、超伝導体内では電子は対（クーパー・ベ
ア）になって電気抵抗が零のコヒーレントな電流が流れ
ている。ジョセフソン接合においては電子波に位相差が
生じ、電流工は次式で表わされる。

工■工（Ｂｇｌｎ　ｆ）　　　　　　　　　−−−−−
−−−・（１１ここに、工。：超伝導臨界電流 θ　：位相差 である。

また、超伝導のリング内では、リング内磁束をΦ、磁束
量子をΦ。（２，０１×１０　Ｗｂ）と表わすとき・　
　　ｅ−ｎ＠。　　　（。０整、）、−００，−１（２
＋が成立する。２つのジョセフソン接合の超伝導臨界電
流を工。、電子波の位相差を０１．θ２とすると。

ジョセフソン効果の基本から。

ニーＩＣ５ＩｈＩθ１＋工Ｃｇｌｎθ２　　　・・・・
−・−（３）と表わされ、超伝導リングにおけるフラク
ソイドの量子化から。

となる。つま、９．ジョセフソン素子の両側に生ずる位
相差はリングを貫く磁束Φによって決定される。第（３
）式と第（４）式から、ｎ−０のときが得られる。

ｄＣＢｑσよりにおいては、リング内磁束ΦがｎΦ。

か（ｎ　＋　２　）Φ。かによって、第３図の曲線Ａ及
び曲線Ｂに示したようにニーＶ特性が変るので１図に示
したように超伝導臨界電流Ｉ０より若干太きい電流より
を印加しておくと、電圧Ｖは振幅がΔＶでΦ。を周期関
数とする値となる。ここで。

超伝導リング（２）の動作点を第４図のＤ点に設定して
ＲＦ’発振器（８）から１００　ＫＨｚの交流磁束を加
えると、その出力は変調周波数の２倍の周波数つまシ２
００　ＫＨｚ成分だけであるが、ここに外部磁束Φが加
わると１００　ＫＨｚ成分が生ずる。この信号を位相検
波器（７）で処理してその出力を帰還変調コイル（３）
に帰還すると、帰還電流工ｆが外部磁束の値を示すこと
になシ、この値から外部磁界の強度を知ることができる
。

第４図におけるΔＶは外部磁束と超伝導リング（２）の
インダクタンスの関係とジョセフソン接合のニーＶ特性
の動作点における勾配から決定されるが２通常、数μＶ
と微少な電圧信号である。

また、第２図において、電池（４）、可変抵抗器（５）
。

増幅器（６）１位相検波器（７）、ＲＦ発撮器（８）の
電子回路および電子部品は、それらが発生する磁気雑音
がｄａ　ｆｉｔＱσより磁力計へ悪影響を与えないよう
に。

通常ｅ　　ＢＱ■よりセンサｉ５員から約５扉以上離し
て設置されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 上述したｄａ　ＢＱσより磁力計は理論上１０　ガンマ
（１ガンマ−１０θ０）以上の高感度を有するが、超伝
導リングの出力電圧が数μＶ程度と微少であり、かつこ
の信号を約５ｍ以上離れた増幅器に伝送しなければなら
ないため、信号伝送線にシールドを施しても外部からの
誘導電磁界によって。

系の作動が不安定になシやすい難点があった。特に、こ
のｄａ　８Ｑ、σより磁力計を航空機等に搭載して地磁
気等を測定する場合には、搭載されている他の電子機器
等が発生する電磁界信号の誘導を強く受け、系を安定に
作動させることは極めて困難である。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、外部からの電磁界の誘導を受けに＜＜シて作動
が安定な超伝導磁力計を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超伝導磁力計は、超伝導リングからの電
圧出力を光信号に変換する非磁性光電変換器と、この非
磁性光電変換器の出力光を所要の長さ伝送する光ファイ
バーと、この光ファイバーからの出力光を電圧信号に変
換する光′１変換器とを備えたものである。

〔作用〕

この発明における非磁性の光電変換器と所要の長さの光
ファイバーおよび光電変換器の信号伝送系によシ、外部
からの電磁界の誘導を受けにくくする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図で。

（１３は非磁性光電変換器、ａｊは光ファイバー、α尋
は光電変換器である。図中、この発明に関連しない構成
品については省略しである。非磁性光電変換器（Ｉ３は
、ここではＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの発光ダイオードで
８６０μｍに発光スペクトルのピークを有し。

ダイオードのベース等の機構部品は全て非磁性体の例え
ばＦ’　ＲＰ　（Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅ１ｎｅｆｏｒｃｅｄ
　Ｐｌａｓｔｉｃ　）で構成されていて、ダイオードの
バイアス電流による磁気雑音が悪影響を与えない範囲で
超伝導リング（２）の近傍に設置されていて、超伝導リ
ング（２）からの出力電圧を光信号に変換する。光ファ
イバーＱ３．はＳ１系の光ファイバーで、そのコアー径
は約５０μでその外周を厚さ約０．１籠のナイロンで被
覆してあシ、全長は約ｓ、３ｍであり、上記非磁性光電
変換器住りの出力光を低損失で伝送する。光電変換器α
荀はここでは、　　８１系のＡＰＤ　（Ａｖａｌａｎｃ
ｈｅｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ　）で、上記光７アイバー
ａ３で伝送された微弱な光信号を高倍率で電圧信号に変
換して増幅器（６）へ送る。その他の構成品の機能は第
２図において説明したものと同一である。この非磁性光
電変換器αり、光ファイバーａ３および光電変換器α◆
の系で伝送される信号は外部からの電磁界の誘。

導を受けにくい。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、超伝導リングからの
微弱な電圧信号を光信号に変換し、この光信号を光ファ
イバーで所要の距離伝送した後。

高感度な光電変換器で電圧信号に変換するので。

外部からの電磁界の誘導を受けにくくなり２作動が安定
な超伝導磁力計を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は従
来の一実施例を示す構成図、第３図はｄａＳＱＵよりに
よる磁束検出方法の説明図、第４図はｄａ　ＳＱ、［ｒ
よりにおける変調方式の説明図である。 図において、（１）はジョセフソン接合、（２）は超伝
導リング、（３）は帰還変調コイル、（４）は電池、（
５）は可変抵抗、（６）は増幅器、（７）は位相検波器
、（８）はＲＦ発振器、（９）は帰還抵抗、　Ｑｌは８
ＱＵよりセンサ部、αυは信号伝送線、ａｚは非磁性光
電変換器、α１は光ファイバー、α◆は光電変換器であ
る。 °図中、同−符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つのジョセフソン接合をもつ超伝導リングと、上記超
   伝導リングとトランス結合する帰還変調コイルと、上記
   超伝導リングの動作点を設定する手段と、上記超伝導リ
   ングの電圧信号を光信号に変換する非磁性の光電変換と
   、上記非磁性の光電変換器の出力光を所要の距離伝送す
   る光ファイバーと、上記光ファイバーの出力光を電圧信
   号に変換する光電変換器と、上記光電変換器の出力を増
   幅する増幅器と、上記増幅器の出力を、所定の高周波信
   号を基準信号として位相検波する位相検波器と、上記位
   相検波器の出力を電流信号にする帰還抵抗と、上記高周
   波信号を上記帰還抵抗を介した電流信号と同時に上記帰
   還変調コイルへ送出するＲＦ発振器とを備えたことを特
   徴とする超伝導磁力計