JPH01199179A - 超伝導磁力計 - Google Patents

超伝導磁力計

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JPH01199179A
JPH01199179A JP63024135A JP2413588A JPH01199179A JP H01199179 A JPH01199179 A JP H01199179A JP 63024135 A JP63024135 A JP 63024135A JP 2413588 A JP2413588 A JP 2413588A JP H01199179 A JPH01199179 A JP H01199179A
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JP
Japan
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photoelectric converter
optical fiber
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signal
converts
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JP63024135A
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English (en)
Inventor
Makoto Kikuchi
誠 菊池
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
、 Tl1flジョセフソン接合、+21H超伝導リン
グ、(3)は帰還変調コイル、 +4+1j電池、(5
)は可変抵抗、 +61Fi増幅器、(7)は位相検波
器、(8)はRF発振器、(9)は帰還抵抗、αIは5
QUID(旦uper QJJamtumエnterf
erence Device)センサ部、α11は信号
伝送線。
α2は帰還変調信号伝送線、 a3hバイアス電流伝送
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)ハここでF12つのトンネ
ル型ジッセフンン接合(1)をもつ高温超伝導体で9例
えば、  Y−3a −Cu−00酸化物系のものであ
り、その形状は約200μmX200μmの正方形でそ
のリング幅は約20#m、厚さは約lo#mの平面型な
ものでろる。帰還変調コイル(3)ハ上記超伝導リング
(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)ヲ介した帰還電流と、RF発振器(8)からの
変調電流を帰還変調信号伝送線a2ヲ介してトランス結
合により上記超伝導リング(2)に伝達する。なお。
帰還変調電流に最大でも±5rnA程度と微少な電流で
るる。電池(4)と可変抵抗(5)ハここでは約30A
Aの電流をバイアス電流伝送線(13ヲ介して前記超伝
導リング(2)の動作点を設定する。増幅器(6)ハ低
雑音増幅器で上記超伝導リング(2)の出力つまり通常
数μVの微少な電圧信号を信号伝送線ant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)
ハ上記増幅器(6)の出力をここでHlooKHsのR
F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、ジョセフソン接合山、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8QU
IDセンサ部ααと称することにする。
上述した超伝導磁力計はdc8QUID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dcsQUIDによる磁束検出方法の説明図、
第4図はdcsQUIDにおける変調方式の説明図であ
る。衆知のように、超伝導体内でに電子は対(クーパー
・ペア)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、竜流工は次式で表わされる。
I=I(sinθ ・・・・・・・・・・・・・・・ 
(1)ここに、Ic: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、(2,07X 10”Wb)と表わすときΦ
mQΦ。(n:整数)・・・・・・・・・・(21が成
立する。2つのジョセフソン接合の超伝導臨界電流? 
Ic、電子波の位相差をθim’□とすると。
ジョセフソン効果の基本式から。
I = Ic―θ、+ ICm a、・・・・・・・・
・・ (3)と表わされ、超伝導リングにおけるフラク
ンイドの量子化から。
となる。つまり、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。(3)式
と(4)式から、n=oのときが得られる。
dcsQUIDにおいてに、リング内磁束ΦがnΦ。
か(n+−L)Φ、かによって、第3図の曲線人及び曲
線Bに示したようにI−V%性が変るので9図に示した
ように超伝導臨界電流Icより若干大きい電流Ib?印
加しておくと、電圧■は振幅か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(7)から100K)
t、の交流磁束を加えると、その出力は変調周波数の2
倍の周波数つまり200K)I−成分だけであるが、こ
こに外部磁束Φが加わると100K−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Ifが外部磁束
の値を示すことになり、この値から外部磁界の強度を知
ることができる。
また、第2図において、電池(4)、可変抵抗(5)。
増幅器(6)1位相検波器+71. RF発振器(8)
の電子回路及び電子部品は、それらが発生する磁気雑音
がdc8QUID磁力計へ悪影11Iを与えないように
通常8QUIDセンサ部叫から約5m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dc8QUID磁力計は理論上1O−57(1
r= 10−’ Gauss)以上の高感度を有するが
、超伝導リングの出力電圧Δ■が数μV程度と微少な電
圧であること、超伝導リングのバイアス電流Ibが約3
011IA程度と微少な電流であること、帰還変調電流
Ifmが±5mA程度と微少な電流であること、さらに
これらの微少電圧及び微少電流の信号を約5m以上伝送
しなければならないため、これらの信号の伝送線にシー
ルドを施しても、外部からの電磁界の誘導を受けて、系
の作動が不安定になりやすい難点があった。特に、この
dc 5QUID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
難であった。
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%決するための手段〕こ の発明に係る超伝導磁力計に、超伝導リングのバイヤス
電流を第1の光電変換器と所要の長さの第1の光ファイ
バー及び第1の非磁性の光電変換器で伝送し、超伝導リ
ングの出力電圧を第2の非磁性の光電変換器と所要の長
さの第2の光ファイバー及び第2の光電変換器で伝送し
、帰還変調コイルへの帰還変調電流を第30光電変換器
と所要の長さの第3の光ファイバー及び第3の非磁性の
光電変換器で伝送するようにしたものである。
〔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
光ファイバー及び光電変換器から成る夫々の信号伝送系
は、外部からの電磁界の誘導を受けにくい。
〔実施例〕
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図で。
0勾は光電変換器、ash光ファイバー、 Q61に非
磁性光電変換器、09に光電変換器である。図中、この
発明に関連しない構成については省略しである。
第1の光電変換器α41HここでFi A7GaAs/
GaAs系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ていて、電池(4)及び可変抵抗
(5)からのバイアス電流よりt−光信号に変換する。
第1の光ファイバー09はSi系の光ファイバーで、そ
のコア径は約50sでその外周を厚さ約0.1mのナイ
ロンで被覆してあり全長約約5.3mで上記第1の光電
変換器Iからの出力光を低損失で伝送する。第1の非磁
性光電変換器α61ニここで1Jai系の太陽電池で約
800μmに最大感度を有しているが、受光半導体部を
除いた機構部分等は全て非磁性体9例えばFRP(Fi
ber Re1neforced Plastic)で
構成されている。この第1の非磁性光電変換器αeはそ
の超微少な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、上記第1の光ファ
イぶ一叫からの出力光を電流信号に変換して上記超伝導
リング(2)へバイアス電流を送る。第2の非磁性光電
変換器a5はここではA/ GaAs/GaAs系の発
光ダイオードで、 8605mに発光スペクトルのピー
クを有し、ダイオードの基板等の機構部分は全て非磁性
体1例えばFRP (Fiber Re1neforc
ed 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(21からの出力電圧Δvt7光信号に変換する
。第2の光ファイバー〇St!上述した超伝導リングの
バイアス電流Ibの伝送系において用いたものと同じも
のである。
第2の光電変換器面はここではSi系のA P D (
Ava−1anche Photo Diode)で、
上記第2の光ファイバー09からの光信号を高倍率で電
圧信号に変換して増幅器(6)へ送る。第3の光電変換
器Q41fl、  ここではA/Ga As/GaAs
系の発光ダイオードで、 860amに発光スペクトル
のピークを有していて、帰還抵抗(9)を介した帰還電
流If及びRF発振器(8)からの変調電流Imの和の
帰還変調電流Ifmを光信号に変換する。第3の光ファ
イバーQ51は上述した超伝導リング(2)のバイアス
電流Ib、出力電圧ΔVの伝送系において用いたものと
同じものでおる。第3の非磁性光電変換器は上述した超
伝導リング(2)のバイアス電流Ibの伝送系において
用いたものと同じものでめり、その超微少な磁気雑音が
悪影11を与えない範囲で帰還変調コイル(3)の近傍
に設置されていて、上記第3の光ファイバー叫からの光
信号を電流信号に変換して上記帰還変調コイル(3)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。
〔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への微少
なバイアス電流、超伝導リングからの微少な出力電圧及
び帰還変調コイルへの微少な電流を夫々光電変換器と所
要の長さの光ファイバー及び非磁性の光電変換器で構成
される系で伝送するようにしたので、外部からの電磁界
の影41に受けに〈〈なり9作動が安定な超伝導磁力計
を得ることができる効果は極めて大きいと考える。
【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1dc8QUIDに
よる磁束検出方法の説明図、第4図はdcsQUID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、 (31H帰還変調コイル、(4)は電池、
(5)は可変抵抗、 (61t!増幅器、 171H位
相検波器、 181HRP発振器、(9)は帰還抵抗、
叫は5QUIDセンサ部。 α1)ハ信号伝送線、 a2h帰還変調信号伝送線、(
131Uバイアス電流伝送線、α41fl光電変換器、
α51は光ファイバー、α61は非磁性光電変換器、a
ηは光電変換器である。 図中、同一符号は同一または和尚部分を示す。

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直流電源と、上記直
    流電源からの出力電流を光信号に変換する第1の光電変
    換器と、上記第1の光電変換器からの出力光を所要の距
    離伝送する第1の光ファイバーと、上記第1の光ファイ
    バーからの出力光を直流の電気信号に変換する第1の非
    磁性の光電変換器と、上記超伝導リングの電圧信号を光
    信号に変換する第2の非磁性の光電変換器と、上記第2
    の非磁性の光電変換器からの出力光を所要の距離伝送す
    る第2の光ファイバーと、上記第2の光ファイバーから
    の出力光を電圧信号に変換する第2の光電変換器と、上
    記第2の光電変換器からの出力を増幅する増幅器と、上
    記増幅器からの出力をRF発振器からの所定の高周波信
    号を基準信号として位相検波する位相検波器と、上記位
    相検波器からの出力を帰還抵抗を介した電流出力と上記
    RF発振器からの高周波電流出力とを同時に光信号に変
    換する第3の光電変換器と、上記第3の光電変換器から
    の出力光を所要の距離伝送する第3の光ファイバーと、
    上記第3の光ファイバーからの出力光を電流信号に変換
    して上記帰還変調コイルへ送出する第3の非磁性の光電
    変換器とを備えたことを特徴とする超伝導磁力計。
JP63024135A 1988-02-04 1988-02-04 超伝導磁力計 Pending JPH01199179A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006101050A1 (ja) * 2005-03-24 2006-09-28 Alps Electric Co., Ltd. 磁気検出装置及びそれを用いた電子方位計

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