JPH05264698A - Ｓｑｕｉｄ測定装置 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ測定装置Info
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- JPH05264698A JPH05264698A JP4285330A JP28533092A JPH05264698A JP H05264698 A JPH05264698 A JP H05264698A JP 4285330 A JP4285330 A JP 4285330A JP 28533092 A JP28533092 A JP 28533092A JP H05264698 A JPH05264698 A JP H05264698A
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- 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
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 直流ＳＱＵＩＤ２を有するＳＱＵＩＤ測定装
置であって、出力信号のなかの雑音成分を低減するた
め、ＳＱＵＩＤを通って流れるバイアス電流Ｉbを変調
するための手段５と、測定磁束Φeに対して追加的にＳ
ＱＵＩＤのなかに入結合される追加磁束Φmを変調する
ための手段１２とが設けられており、その際に両変調が
等しい周波数および等しい波形の変調信号Ｉb、Ｉmによ
り行われるＳＱＵＩＤ測定装置を簡単化する。 【構成】 １つの周期のなかで短時間のみ占められる２
つの極値の間を連続的に延びる曲線を有する周期的な変
調信号Ｉb、Ｉmが用いられている。
置であって、出力信号のなかの雑音成分を低減するた
め、ＳＱＵＩＤを通って流れるバイアス電流Ｉbを変調
するための手段５と、測定磁束Φeに対して追加的にＳ
ＱＵＩＤのなかに入結合される追加磁束Φmを変調する
ための手段１２とが設けられており、その際に両変調が
等しい周波数および等しい波形の変調信号Ｉb、Ｉmによ
り行われるＳＱＵＩＤ測定装置を簡単化する。 【構成】 １つの周期のなかで短時間のみ占められる２
つの極値の間を連続的に延びる曲線を有する周期的な変
調信号Ｉb、Ｉmが用いられている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流ＳＱＵＩＤを有す
るＳＱＵＩＤ測定装置であって、出力信号のなかの雑音
成分を低減するため、ＳＱＵＩＤを通って流れるバイア
ス電流を変調するための手段と、測定磁束に対して追加
的にＳＱＵＩＤのなかに入結合される追加磁束を変調す
るための手段とが設けられており、その際に両変調が等
しい周波数および等しい波形の変調信号により行われる
ＳＱＵＩＤ測定装置に関する。相応の変調を有するＳＱ
ＵＩＤ測定装置は刊行物“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａ
ｇｎ．”、第ＭＡＧ‐２３巻、第２号、１９８７年５
月、第１１５０〜１１５３頁に記載されている。
るＳＱＵＩＤ測定装置であって、出力信号のなかの雑音
成分を低減するため、ＳＱＵＩＤを通って流れるバイア
ス電流を変調するための手段と、測定磁束に対して追加
的にＳＱＵＩＤのなかに入結合される追加磁束を変調す
るための手段とが設けられており、その際に両変調が等
しい周波数および等しい波形の変調信号により行われる
ＳＱＵＩＤ測定装置に関する。相応の変調を有するＳＱ
ＵＩＤ測定装置は刊行物“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａ
ｇｎ．”、第ＭＡＧ‐２３巻、第２号、１９８７年５
月、第１１５０〜１１５３頁に記載されている。
【０００２】
【従来の技術】超伝導量子干渉計、いわゆるＳＱＵＩＤ
は特にそれらにより発生される信号の雑音成分の制限を
顧慮して直流（ＤＣ）ＳＱＵＩＤとして構成され得る。
相応のＳＱＵＩＤは主構成部分として、２つのジョセフ
ソン素子が一体に組み入れられている超伝導ループを含
んでいる。このループを介して一般に、ＳＱＵＩＤの電
流‐電圧特性を特定のレベルにおくべきいわゆるバイア
ス電流が導かれる。さらに、ＳＱＵＩＤのなかの動作点
を安定化するため、ＤＣ‐ＳＱＵＩＤを磁束を一定に保
つ回路（“フラックス‐ロックループ”）のなかで作動
させるのが一般に通常である。それはフィードバック信
号に起因する磁束のＳＱＵＩＤ中への誘導的な入結合に
関する問題である。フィードバック信号はその際にＳＱ
ＵＩＤの後に配置されている増幅器、一般にロックイン
増幅器の出力端から取り出される。このフィードバック
信号フローはＳＱＵＩＤに、検出すべき入力信号により
生ぜしめられる測定磁束に対して追加的に供給される。
は特にそれらにより発生される信号の雑音成分の制限を
顧慮して直流（ＤＣ）ＳＱＵＩＤとして構成され得る。
相応のＳＱＵＩＤは主構成部分として、２つのジョセフ
ソン素子が一体に組み入れられている超伝導ループを含
んでいる。このループを介して一般に、ＳＱＵＩＤの電
流‐電圧特性を特定のレベルにおくべきいわゆるバイア
ス電流が導かれる。さらに、ＳＱＵＩＤのなかの動作点
を安定化するため、ＤＣ‐ＳＱＵＩＤを磁束を一定に保
つ回路（“フラックス‐ロックループ”）のなかで作動
させるのが一般に通常である。それはフィードバック信
号に起因する磁束のＳＱＵＩＤ中への誘導的な入結合に
関する問題である。フィードバック信号はその際にＳＱ
ＵＩＤの後に配置されている増幅器、一般にロックイン
増幅器の出力端から取り出される。このフィードバック
信号フローはＳＱＵＩＤに、検出すべき入力信号により
生ぜしめられる測定磁束に対して追加的に供給される。
【０００３】低雑音の周波数範囲内でＳＱＵＩＤの後に
配置されている増幅器が動作するために、さらに、ＳＱ
ＵＩＤにおいて生ぜしめられる電圧信号が予め定められ
た搬送周波数または変調周波数の上に載せられ得る。そ
の場合、測定信号成分を、擾乱信号が少ない他の周波数
帯域にもたらし、またこうして擾乱および測定信号の電
子的分離を行うことが可能である。そのために必要な発
生器を有する発振器部分は、誘導作用により追加磁束と
してＳＱＵＩＤのなかに入結合される相応の変調信号を
発生する。多重に変調信号がフィードバック枝路のなか
に供給され、またこうしてフィードバック信号に重畳さ
れる。変調のために用いられる追加磁束はこうしてフィ
ードバック信号をも含んでいる（たとえば“ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖ．”、第ＥＤ‐
２７巻、第１０号、１９８０年１０月、第１８９６〜１
９０８頁を参照）。
配置されている増幅器が動作するために、さらに、ＳＱ
ＵＩＤにおいて生ぜしめられる電圧信号が予め定められ
た搬送周波数または変調周波数の上に載せられ得る。そ
の場合、測定信号成分を、擾乱信号が少ない他の周波数
帯域にもたらし、またこうして擾乱および測定信号の電
子的分離を行うことが可能である。そのために必要な発
生器を有する発振器部分は、誘導作用により追加磁束と
してＳＱＵＩＤのなかに入結合される相応の変調信号を
発生する。多重に変調信号がフィードバック枝路のなか
に供給され、またこうしてフィードバック信号に重畳さ
れる。変調のために用いられる追加磁束はこうしてフィ
ードバック信号をも含んでいる（たとえば“ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖ．”、第ＥＤ‐
２７巻、第１０号、１９８０年１０月、第１８９６〜１
９０８頁を参照）。
【０００４】このように作動させられるＤＣ‐ＳＱＵＩ
Ｄ、従ってまたこのようなＳＱＵＩＤを有する装置は、
後に配置されている増幅器部分から取り出すべき出力信
号のなかに、いわゆる１／ｆ雑音に帰せられる雑音成分
を呈する。それは周波数ｆに関してほぼスペクトル１／
ｆエネルギー分布を示す低周波雑音である。この雑音の
原因は特にＤＣ‐ＳＱＵＩＤのジョセフソン素子のなか
の動揺である（“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍ
ｐ．Ｐｈｙｓ．”、第５１巻、第１／２号、第２０７〜
２２４頁を参照）。
Ｄ、従ってまたこのようなＳＱＵＩＤを有する装置は、
後に配置されている増幅器部分から取り出すべき出力信
号のなかに、いわゆる１／ｆ雑音に帰せられる雑音成分
を呈する。それは周波数ｆに関してほぼスペクトル１／
ｆエネルギー分布を示す低周波雑音である。この雑音の
原因は特にＤＣ‐ＳＱＵＩＤのジョセフソン素子のなか
の動揺である（“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍ
ｐ．Ｐｈｙｓ．”、第５１巻、第１／２号、第２０７〜
２２４頁を参照）。
【０００５】この１／ｆ雑音を低減するべく、冒頭に記
載した文献“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”に
は、磁束変調を有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤの特別な作動の
仕方が記載されている。この作動の仕方はＳＨＡＤ（第
２調波検出）と呼ばれている。そのためにバイアス電流
の変調と、およびそれぞれの変調信号の統一的な変調周
波数および統一的な形態を有する追加磁束の変調とが行
われている。
載した文献“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”に
は、磁束変調を有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤの特別な作動の
仕方が記載されている。この作動の仕方はＳＨＡＤ（第
２調波検出）と呼ばれている。そのためにバイアス電流
の変調と、およびそれぞれの変調信号の統一的な変調周
波数および統一的な形態を有する追加磁束の変調とが行
われている。
【０００６】公知のＳＱＵＩＤ測定装置では、それぞれ
の変調信号の波形として、振動周期あたり比較的大きい
滞在時間を有する（追加磁束の３／４Φ0、１／４Φ0お
よび１／２Φ0における）３つの離散的な振動振幅レベ
ルが生ずるような波形が用いられている。その場合、Ｓ
ＱＵＩＤの後に配置されているロックイン増幅器の出力
端から２倍の変調周波数を有する出力または参照信号が
得られる。それに応じてバイアス電流変調および追加磁
束変調のための相応の発振器の電子的回路費用は高い。
の変調信号の波形として、振動周期あたり比較的大きい
滞在時間を有する（追加磁束の３／４Φ0、１／４Φ0お
よび１／２Φ0における）３つの離散的な振動振幅レベ
ルが生ずるような波形が用いられている。その場合、Ｓ
ＱＵＩＤの後に配置されているロックイン増幅器の出力
端から２倍の変調周波数を有する出力または参照信号が
得られる。それに応じてバイアス電流変調および追加磁
束変調のための相応の発振器の電子的回路費用は高い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した特徴を有するＳＱＵＩＤ測定装置を簡単化す
ることである。
に記載した特徴を有するＳＱＵＩＤ測定装置を簡単化す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、１つの周期のなかで短時間のみ占められる２つの
極値の間を連続的に延びる曲線を有する周期的な変調信
号が用いられていることにより解決される。
れば、１つの周期のなかで短時間のみ占められる２つの
極値の間を連続的に延びる曲線を有する周期的な変調信
号が用いられていることにより解決される。
【０００９】ヨーロッパ特許第 B-0053625号明細書から
同じく、ＤＣ‐ＳＱＵＩＤのバイアス電流のみのＡＣ変
調を有するＳＱＵＩＤ測定装置は公知である。しかし、
この測定装置では相い異なる周波数を有する多くの変調
器が必要とされる。そのために設けるべき電子回路は著
しく高価である。
同じく、ＤＣ‐ＳＱＵＩＤのバイアス電流のみのＡＣ変
調を有するＳＱＵＩＤ測定装置は公知である。しかし、
この測定装置では相い異なる周波数を有する多くの変調
器が必要とされる。そのために設けるべき電子回路は著
しく高価である。
【００１０】それにくらべて、本発明による措置と結び
付けられる利点はまさに、非常に簡単な電子式発振器
（発生器）によりＳＨＡＤ法に相応する変調器が得られ
ることにある。本発明による測定装置の変調信号はその
ためにダイアグラムにおいて、各周期のなかで最大レベ
ルおよび最小レベルを公知のＳＨＡＤ法と異なり短時間
のみ、すなわち周期継続時間の本質的でない部分の間の
みを占め、またこれらの極値を連続的な曲線形状を介し
て結ぶ時間に関係する曲線経過を示さなければならな
い。相応の特に簡単に実現される曲線形状は正弦波また
はのこぎり波である。
付けられる利点はまさに、非常に簡単な電子式発振器
（発生器）によりＳＨＡＤ法に相応する変調器が得られ
ることにある。本発明による測定装置の変調信号はその
ためにダイアグラムにおいて、各周期のなかで最大レベ
ルおよび最小レベルを公知のＳＨＡＤ法と異なり短時間
のみ、すなわち周期継続時間の本質的でない部分の間の
みを占め、またこれらの極値を連続的な曲線形状を介し
て結ぶ時間に関係する曲線経過を示さなければならな
い。相応の特に簡単に実現される曲線形状は正弦波また
はのこぎり波である。
【００１１】本発明による測定装置の有利な実施態様は
請求項２以下にあげられている。
請求項２以下にあげられている。
【００１２】
【実施例】以下、図面に示されている実施例により本発
明を一層詳細に説明する。
明を一層詳細に説明する。
【００１３】図１に概要を示されているＤＣ‐ＳＱＵＩ
Ｄの回路は公知のフラックスロックループから出発して
おり、その際にＳＨＡＤ原理に相応する変調方法がとら
れている。回路は本発明にとって重要ないくつかの部分
のみを示している。相応の測定装置の作動のために必要
な他の部分は一般に知られており、従って図示されてい
ない。低温の作動温度に保つべき部分を有する低温範囲
Ｋは破線により示されている。
Ｄの回路は公知のフラックスロックループから出発して
おり、その際にＳＨＡＤ原理に相応する変調方法がとら
れている。回路は本発明にとって重要ないくつかの部分
のみを示している。相応の測定装置の作動のために必要
な他の部分は一般に知られており、従って図示されてい
ない。低温の作動温度に保つべき部分を有する低温範囲
Ｋは破線により示されている。
【００１４】回路は、そのＳＱＵＩＤループ３のなかに
２つのジョセフソン素子４ａおよび４ｂを含んでいるＤ
Ｃ‐ＳＱＵＩＤ２を示している。ＳＱＵＩＤを経て、Ｒ
Ｃ回路６を介してＳＱＵＩＤ２に接続されているＡＣ発
振器５のバイアス電圧Ｖbに基づいて生ずる特別な曲線
形状を有するバイアス電流Ｉbが導かれている。ＳＱＵ
ＩＤから取り出すべき電圧信号Ｖsは整合回路網７を介
して増幅器部分８に供給されている。この増幅器部分の
後にロックイン増幅器９が位相感知検出器として配置さ
れている。この増幅器は公知の仕方で図面には示されて
いない電子回路に爾後処理のために供給される出力信号
Ｖaを発生する。
２つのジョセフソン素子４ａおよび４ｂを含んでいるＤ
Ｃ‐ＳＱＵＩＤ２を示している。ＳＱＵＩＤを経て、Ｒ
Ｃ回路６を介してＳＱＵＩＤ２に接続されているＡＣ発
振器５のバイアス電圧Ｖbに基づいて生ずる特別な曲線
形状を有するバイアス電流Ｉbが導かれている。ＳＱＵ
ＩＤから取り出すべき電圧信号Ｖsは整合回路網７を介
して増幅器部分８に供給されている。この増幅器部分の
後にロックイン増幅器９が位相感知検出器として配置さ
れている。この増幅器は公知の仕方で図面には示されて
いない電子回路に爾後処理のために供給される出力信号
Ｖaを発生する。
【００１５】ＳＱＵＩＤループ３のなかに結合コイル１
０を介して誘導作用により入結合すべき、検出された入
力信号に由来する測定磁束Φeは変調された追加磁束Φm
により重畳されていなければならない。そのために変調
発振器１２がＲＣ回路１３を介して、ＳＱＵＩＤループ
３に対応付けるべき変調コイル１４に接続されている。
これらのコイルを通る変調電流Ｉmには、ロックイン増
幅器９の出力端から取り出されるフィードバック信号の
電流Ｉfも重畳され得る。しかし場合によっては、それ
から隔離されたフィードバックを行うことも可能である
（“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐ．Ｐｈｙ
ｓ．”、第２５巻、第１／２号、１９７６年、第９９〜
１４４頁、特に第１２２頁を参照）。本発明によれば、
発振器５および１２から発生すべき電圧信号Ｖbまたは
Ｖmは同一の周波数および同一の特別な波形を有する。
従って、両発振器に対して単一の発生器を設けることも
有利に可能である。特別な波形は電圧‐時間ダイアグラ
ムのなかで２つの極値の間を連続的に延びている時間に
関係する周期的な曲線経過を示すべきである。さらに曲
線は１つの周期のなかで短時間のみ極値に滞在すべきで
ある。これらの条件は特に曲線経過の正弦波形状または
のこぎり波形状により満足され得る。上記の両曲線形状
の重畳から成る混合形状も適している。市販の発振器に
よる正弦波形状は非常に容易に実現され得るので、本発
明による測定装置の以後の説明に対してはこのような曲
線形状が前提とされる。
０を介して誘導作用により入結合すべき、検出された入
力信号に由来する測定磁束Φeは変調された追加磁束Φm
により重畳されていなければならない。そのために変調
発振器１２がＲＣ回路１３を介して、ＳＱＵＩＤループ
３に対応付けるべき変調コイル１４に接続されている。
これらのコイルを通る変調電流Ｉmには、ロックイン増
幅器９の出力端から取り出されるフィードバック信号の
電流Ｉfも重畳され得る。しかし場合によっては、それ
から隔離されたフィードバックを行うことも可能である
（“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐ．Ｐｈｙ
ｓ．”、第２５巻、第１／２号、１９７６年、第９９〜
１４４頁、特に第１２２頁を参照）。本発明によれば、
発振器５および１２から発生すべき電圧信号Ｖbまたは
Ｖmは同一の周波数および同一の特別な波形を有する。
従って、両発振器に対して単一の発生器を設けることも
有利に可能である。特別な波形は電圧‐時間ダイアグラ
ムのなかで２つの極値の間を連続的に延びている時間に
関係する周期的な曲線経過を示すべきである。さらに曲
線は１つの周期のなかで短時間のみ極値に滞在すべきで
ある。これらの条件は特に曲線経過の正弦波形状または
のこぎり波形状により満足され得る。上記の両曲線形状
の重畳から成る混合形状も適している。市販の発振器に
よる正弦波形状は非常に容易に実現され得るので、本発
明による測定装置の以後の説明に対してはこのような曲
線形状が前提とされる。
【００１６】図２にはＤＣ‐ＳＱＵＩＤの電流（Ｉs）
‐電圧（Ｖs）特性が著しく簡単化して示されている。
このＳＱＵＩＤを介して図３により正弦波状のバイアス
電流Ｉbが導かれるべきである。この電流に基づいて次
いで、図２中に太い線で記入されている曲線部分が両方
向に延びている。その際にＩmaxおよび−Ｉmaxはバイア
ス電流の波高値、Ｉ0は特定の磁束バイアスにおけるＳ
ＱＵＩＤの臨界電流、またＶmaxおよび−ＶmaxはＳＱＵ
ＩＤ電圧の最大値である。図４には、図３によるバイア
ス電流からＳＱＵＩＤに生ずる相応の電圧特性Ｖsが示
されている。この図から明らかなように、電圧Ｖsは３
つの少なくとも十分に離散的な電圧レベルをＶmax、−
ＶmaxおよびＶ0（電圧の零値）において占める。
‐電圧（Ｖs）特性が著しく簡単化して示されている。
このＳＱＵＩＤを介して図３により正弦波状のバイアス
電流Ｉbが導かれるべきである。この電流に基づいて次
いで、図２中に太い線で記入されている曲線部分が両方
向に延びている。その際にＩmaxおよび−Ｉmaxはバイア
ス電流の波高値、Ｉ0は特定の磁束バイアスにおけるＳ
ＱＵＩＤの臨界電流、またＶmaxおよび−ＶmaxはＳＱＵ
ＩＤ電圧の最大値である。図４には、図３によるバイア
ス電流からＳＱＵＩＤに生ずる相応の電圧特性Ｖsが示
されている。この図から明らかなように、電圧Ｖsは３
つの少なくとも十分に離散的な電圧レベルをＶmax、−
ＶmaxおよびＶ0（電圧の零値）において占める。
【００１７】図５ないし図９のダイアグラム中に示され
ている曲線は、図１に相応する回路を有する冒頭に記載
した“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”の文献によ
る公知の測定装置において前提とすべき関係を示す。こ
れらの図面中では従来の技術であることを示すために、
それぞれの縦軸に追加的に“´”が付されている。
ている曲線は、図１に相応する回路を有する冒頭に記載
した“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”の文献によ
る公知の測定装置において前提とすべき関係を示す。こ
れらの図面中では従来の技術であることを示すために、
それぞれの縦軸に追加的に“´”が付されている。
【００１８】図５は時間に関係するバイアス電流Ｉb'の
曲線形状を示す。振動周期Ｔの継続時間中に電流Ｉb'は
３つの離散的レベル（ステップ）Ｉmax'、Ｉ0'および−
Ｉma x'を占める。
曲線形状を示す。振動周期Ｔの継続時間中に電流Ｉb'は
３つの離散的レベル（ステップ）Ｉmax'、Ｉ0'および−
Ｉma x'を占める。
【００１９】図６によれば、ＳＱＵＩＤのなかに入結合
される追加磁束Φm'も相応に変調されているべきであ
る。すなわち同一の３段の曲線形状を有するべきであ
る。３つの離散的なレベルはその際に（３／４）・
Φ0、（１／４）Φ0および（１／２）Φ0に位置してい
る。
される追加磁束Φm'も相応に変調されているべきであ
る。すなわち同一の３段の曲線形状を有するべきであ
る。３つの離散的なレベルはその際に（３／４）・
Φ0、（１／４）Φ0および（１／２）Φ0に位置してい
る。
【００２０】図７はこの追加磁束に基づいてＳＱＵＩＤ
から取り出すべき電圧Ｖs *'を示す。特別な磁束Φeはそ
の際にＳＱＵＩＤのなかに入結合されていてはならな
い。
から取り出すべき電圧Ｖs *'を示す。特別な磁束Φeはそ
の際にＳＱＵＩＤのなかに入結合されていてはならな
い。
【００２１】しかし、図７の基礎となっている関係に対
して追加的に測定磁束Φeの予め定められた値がとられ
ると、図８中に示されている電圧曲線Ｖs'の経過が生ず
る。
して追加的に測定磁束Φeの予め定められた値がとられ
ると、図８中に示されている電圧曲線Ｖs'の経過が生ず
る。
【００２２】図９には、測定磁束Φeのみに帰せられる
べき、ＳＱＵＩＤ信号Ｖs'における信号成分Ｖe'のその
場合に得るべき経過が示されている。この信号成分はこ
うして測定信号に相応する。曲線５ないし８の振動周期
Ｔとの比較から、この信号成分Ｖe'の振動周期が半分の
長さ（Ｔ／２）に過ぎないこと、すなわちこの信号成分
が変調信号の２倍の周波数を有することは明らかであ
る。
べき、ＳＱＵＩＤ信号Ｖs'における信号成分Ｖe'のその
場合に得るべき経過が示されている。この信号成分はこ
うして測定信号に相応する。曲線５ないし８の振動周期
Ｔとの比較から、この信号成分Ｖe'の振動周期が半分の
長さ（Ｔ／２）に過ぎないこと、すなわちこの信号成分
が変調信号の２倍の周波数を有することは明らかであ
る。
【００２３】図５ないし図９のダイアグラム中に示され
ている、公知のＳＱＵＩＤ測定装置に対して生ずる曲線
経過に、本発明による測定装置に対する相応の曲線が図
１０ないし図１４に対比して示されている。図２ないし
図４により説明した理由から特に正弦状のバイアス電流
Ｉb（図１０参照）およびＳＱＵＩＤにおける追加磁束
Φmの正弦状の変調（図１１参照）は、少なくともほぼ
公知のＳＨＡＤ法によるもの（図７参照）に相応する電
圧信号Ｖs *（図１２参照）に通ずる。変調周波数はその
際にＳＱＵＩＤの構成形態およびそれと結び付けられる
測定装置の構成部分に応じて数１００ＨｚとＭＨｚ範囲
との間、一般に１０ｋＨｚと５００ｋＨｚとの間に位置
している。ＳＱＵＩＤ電圧Ｖs（図１３）における測定
磁束Φeの顧慮のもとに次いで同じく倍増された変調周
波数を有する測定信号成分Ｖeが得られる（図１４）。
出力信号Ｖa（図１参照）は次いでこの比較的高い周波
数によっても変調される。倍増された周波数は特に簡単
に実現するのに確かに有利である（図１０ないし図１４
参照）が、場合によってはＳＱＵＩＤはその特性曲線の
非直線性のゆえに、変調周波数の２倍よりも高い周波数
の信号または信号成分を発生する。
ている、公知のＳＱＵＩＤ測定装置に対して生ずる曲線
経過に、本発明による測定装置に対する相応の曲線が図
１０ないし図１４に対比して示されている。図２ないし
図４により説明した理由から特に正弦状のバイアス電流
Ｉb（図１０参照）およびＳＱＵＩＤにおける追加磁束
Φmの正弦状の変調（図１１参照）は、少なくともほぼ
公知のＳＨＡＤ法によるもの（図７参照）に相応する電
圧信号Ｖs *（図１２参照）に通ずる。変調周波数はその
際にＳＱＵＩＤの構成形態およびそれと結び付けられる
測定装置の構成部分に応じて数１００ＨｚとＭＨｚ範囲
との間、一般に１０ｋＨｚと５００ｋＨｚとの間に位置
している。ＳＱＵＩＤ電圧Ｖs（図１３）における測定
磁束Φeの顧慮のもとに次いで同じく倍増された変調周
波数を有する測定信号成分Ｖeが得られる（図１４）。
出力信号Ｖa（図１参照）は次いでこの比較的高い周波
数によっても変調される。倍増された周波数は特に簡単
に実現するのに確かに有利である（図１０ないし図１４
参照）が、場合によってはＳＱＵＩＤはその特性曲線の
非直線性のゆえに、変調周波数の２倍よりも高い周波数
の信号または信号成分を発生する。
【００２４】図１による回路図によれば、本発明による
測定装置において、図示されていないループ装置（マグ
ネトメータまたはグラディオメータ）により検出された
入力信号が測定磁束Φeとして誘導作用によりＳＱＵＩ
Ｄループ３のなかに入結合される。しかしＳＱＵＩＤは
ループ装置の集積化された構成部分であ得る（たとえば
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”、第ＭＡＧ‐１
９巻、第３号、１９８３年５月、第６４８〜６５１
頁）。
測定装置において、図示されていないループ装置（マグ
ネトメータまたはグラディオメータ）により検出された
入力信号が測定磁束Φeとして誘導作用によりＳＱＵＩ
Ｄループ３のなかに入結合される。しかしＳＱＵＩＤは
ループ装置の集積化された構成部分であ得る（たとえば
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”、第ＭＡＧ‐１
９巻、第３号、１９８３年５月、第６４８〜６５１
頁）。
【００２５】さらに、同様に良好に、変調された追加磁
束を直接にＳＱＵＩＤループに作用させずに、このルー
プの前に配置されており、検出された測定磁束をＳＱＵ
ＩＤに供給する磁束トランスフォーマに作用させること
も可能である（たとえば“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ
Ｔｅｍｐ．Ｐｈｙｓ．”、第２５巻、第１／２号、第１
２８頁または米国特許第 A-4320341号明細書を参照）。
束を直接にＳＱＵＩＤループに作用させずに、このルー
プの前に配置されており、検出された測定磁束をＳＱＵ
ＩＤに供給する磁束トランスフォーマに作用させること
も可能である（たとえば“Ｊｏｕｒｎ．ｏｆ Ｌｏｗ
Ｔｅｍｐ．Ｐｈｙｓ．”、第２５巻、第１／２号、第１
２８頁または米国特許第 A-4320341号明細書を参照）。
【図１】本発明による測定装置のＳＱＵＩＤを変調する
ための原理回路図。
ための原理回路図。
【図２】ＳＱＵＩＤの特性曲線。
【図３】ＳＱＵＩＤのバイアス電流。
【図４】ＳＱＵＩＤの電圧信号。
【図５】公知のＳＨＡＤ法で動作する測定装置における
信号。
信号。
【図６】公知のＳＨＡＤ法で動作する測定装置における
信号。
信号。
【図７】公知のＳＨＡＤ法で動作する測定装置における
信号。
信号。
【図８】公知のＳＨＡＤ法で動作する測定装置における
信号。
信号。
【図９】公知のＳＨＡＤ法で動作する測定装置における
信号。
信号。
【図１０】本発明による測定装置における信号を図５と
対比して示す図。
対比して示す図。
【図１１】本発明による測定装置における信号を図６と
対比して示す図。
対比して示す図。
【図１２】本発明による測定装置における信号を図７と
対比して示す図。
対比して示す図。
【図１３】本発明による測定装置における信号を図８と
対比して示す図。
対比して示す図。
【図１４】本発明による測定装置における信号を図９と
対比して示す図。
対比して示す図。
２ ＤＣ‐ＳＱＵＩＤ ３ ＳＱＵＩＤループ ４ａ、４ｂ ジョセフソン素子 ５ ＡＣ発振器 ６ ＲＣ回路 ７ 整合回路網 ８ 増幅器部分 ９ ロックイン増幅器 １０ 結合コイル １２ 変調発振器 １３ ＲＣ回路 １４ 変調コイル Ｋ 低温範囲 Ｉb バイアス電流 Ｖb バイアス電圧 Ｖs ＳＱＵＩＤ電圧信号 Φe 測定磁束 Φm 追加磁束 Ｉm 変調電流 Ｉf フィードバック電流 Ｉmax' −Ｉmax バイアス電流の波高値 Ｉ0 臨界的ＳＱＵＩＤ電流 Ｖmax' −Ｖmax バイアス電圧の波高値 Ｖ0 ＳＱＵＩＤ電圧の零値 ｔ 時間座標 Ｔ 振動周期 Ｖs * 測定磁束なしのＳＱＵＩＤ電圧 Ｖa 出力信号の電圧 Ｖe ＳＱＵＩＤ電圧中の測定信号成分
Claims (8)
- 【請求項１】 直流ＳＱＵＩＤを有するＳＱＵＩＤ測定
装置であって、出力信号のなかの雑音成分を低減するた
め、ＳＱＵＩＤを通って流れるバイアス電流を変調する
ための手段と、測定磁束に対して追加的にＳＱＵＩＤの
なかに入結合される追加磁束を変調するための手段とが
設けられており、その際に両変調が等しい周波数および
等しい波形の変調信号により行われるＳＱＵＩＤ測定装
置において、１つの周期のなかで短時間のみ占められる
２つの極値の間を連続的に延びる曲線を有する周期的な
変調信号（Ｉb、Ｉm）が用いられていることを特徴とす
るＳＱＵＩＤ測定装置。 - 【請求項２】 変調信号が単一の発生器から発生される
ことを特徴とする請求項１記載の測定装置。 - 【請求項３】 測定磁束（Φe）が誘導作用により結合
コイル（１０）を介してＳＱＵＩＤ（２）のなかに入結
合されることを特徴とする請求項１または２記載の測定
装置。 - 【請求項４】 ＳＱＵＩＤが磁界感知ループ装置の集積
化された構成部分であることを特徴とする請求項１また
は２記載の測定装置。 - 【請求項５】 追加磁束（Φm）が誘導作用によりＳＱ
ＵＩＤ（２）のなかに入結合されることを特徴とする請
求項１ないし４の１つに記載の測定装置。 - 【請求項６】 追加磁束（Φm）が誘導作用によりＳＱ
ＵＩＤ（２）の前に配置されている磁束変成器のなかに
入結合されることを特徴とする請求項１ないし３の１つ
に記載の測定装置。 - 【請求項７】 ＳＱＵＩＤ（２）の後に配置されている
増幅器部分（８、９）において、倍増された変調周波数
により変調された出力信号（Ｖa）が得られることを特
徴とする請求項１ないし６の１つに記載の測定装置。 - 【請求項８】 少なくとも近似的に正弦波形またはのこ
ぎり波形または両波形の重畳から得られる信号波形を有
する変調信号（Ｉb、Ｉm）が用いられていることを特徴
とする請求項１ないし７の１つに記載の測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT91116710.4 | 1991-09-30 | ||
| EP19910116710 EP0535263B1 (de) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | SQUID-Messeinrichtung mit Mitteln zur Rauschreduktion |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264698A true JPH05264698A (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=8207226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4285330A Pending JPH05264698A (ja) | 1991-09-30 | 1992-09-29 | Ｓｑｕｉｄ測定装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0535263B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05264698A (ja) |
| DE (1) | DE59108797D1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06273499A (ja) * | 1993-03-17 | 1994-09-30 | Fujitsu Ltd | ディジタルｓｑｕｉｄ |
| DE19525514A1 (de) * | 1995-07-13 | 1997-01-16 | Stefan Schoene | Verfahren zur Reduzierung des Rauschens in supraleitenden Quanten- Interferenz-Detektoren (SQUIDs) |
| ITRM20040515A1 (it) * | 2004-10-20 | 2005-01-20 | Consiglio Nazionale Ricerche | Dispositivo magnetometro superconduttore, e relativo procedimento di misura. |
| DE102006007770A1 (de) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Siemens Ag | Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Magnetfeldgröße |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5910510B2 (ja) * | 1978-06-25 | 1984-03-09 | 東北大学長 | 超伝導量子干渉磁束計 |
| EP0384928B1 (de) * | 1989-03-01 | 1993-06-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung für ein Gradiometer mit supraleitendem Quanteninterferometer (SQUID) zur Messung biomagnetischer Felder geringer Intensität |
| DE3926917A1 (de) * | 1989-08-16 | 1991-02-21 | Philips Patentverwaltung | Verfahren zum unterdruecken von stromverteilungsrauschen in einem gleichstrom-squid |
| US5355085A (en) * | 1990-03-20 | 1994-10-11 | Fujitsu, Ltd. | Multichannel SQUID flux meter having multiplexed SQUID flux sensors |
-
1991
- 1991-09-30 DE DE59108797T patent/DE59108797D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-09-30 EP EP19910116710 patent/EP0535263B1/de not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-09-29 JP JP4285330A patent/JPH05264698A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59108797D1 (de) | 1997-08-28 |
| EP0535263B1 (de) | 1997-07-23 |
| EP0535263A1 (de) | 1993-04-07 |
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