JPH0624260B2 - アナログ/ディジタル変換器 - Google Patents

アナログ/ディジタル変換器

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JPH0624260B2
JPH0624260B2 JP62210709A JP21070987A JPH0624260B2 JP H0624260 B2 JPH0624260 B2 JP H0624260B2 JP 62210709 A JP62210709 A JP 62210709A JP 21070987 A JP21070987 A JP 21070987A JP H0624260 B2 JPH0624260 B2 JP H0624260B2
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信夫 志賀
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アナログ/ディジタル変換器に関する。より
詳細には、本発明は、超電導体を利用した新規なアナロ
グ/ディジタル変換器の構成に関する。
従来の技術 超電導現象下で物質は完全な反磁性を示し、内部に有限
な定常電流が流れているにも関わらず電位差が現れなく
なる。
この超電導現象の応用分野は、MHD発電、電力送電、
電力貯蔵等の電力分野、或いは、磁気浮上列車、電磁気
推進船舶等の動力分野、更に、磁場、高周波、放射線等
の超高感度センサとしてNMR、π中間子治療、高エネ
ルギー物理実験装置などの計測の分野等、極めて広範な
分野に渡っており、更に、ジョセフソン素子に代表され
るエレクトロニクスの分野でも、単に消費電力の低減の
みならず、動作の極めて高速な素子を実現し得る技術と
して期待されている。
ところで、嘗て超電導は超低温下においてのみ観測され
る現象であった。即ち、従来の超電導物質として最も高
い超電導臨界温度Tc を有するといわれていたNb3Ge に
おいても23.2Kという極めて低い温度が長期間に亘って
超電導臨界温度の限界とされていた。
それ故、従来は、超電導現象を実現するために、沸点が
4.2Kの液体ヘリウムを用いて超電導物質をTc 以下ま
で冷却していた。しかしながら、液体ヘリウムの使用
は、液化設備を含めた冷却設備による技術的負担並びに
コスト的負担が極めて大きく、超電導技術の実用化への
妨げとなっていた。
ところが、近年に到って複合酸化物焼結体が高い臨界温
度で超電導体となり得ることが報告され、非低温超電導
体による超電導技術の実用化が俄かに促進されようとし
ている。既に報告されている例では、Y−Ba−Cu系、La
−Ba−Cu系あるいはLa−Sr−Cu系等の複合酸化物でペロ
ブスカイト型に類似した結晶構造を有するものが、特に
液体窒素温度以上で超電導現象を示すものとして挙げら
れる。
発明が解決しようとする問題点 上述のように、新規な超電導材料の開発によって、超電
導現象をより一般的な環境で使用することが可能となっ
た。従って、多くの分野でその応用が進められており、
超電導技術は現代の産業構造を変革するとさえ言われて
いる。
本発明は、特に上述の如き新規な超電導材料の有効利用
を検討した結果、創案、開発された全く新規なアナログ
/ディジタル変換器を提供するものである。
問題点を解決するための手段 即ち、本発明に従って、所定の臨界条件に対して、一定
の差で互いに異なる臨界条件を設定された複数の超電導
電流路を直列に結合してなる変換部と、該超電導電流路
の各々における超電導電流の遮断を検出する手段を具備
した検出部とを備え、該変換部の環境磁場の変化を直接
ディジタル電圧信号として出力することを特徴とするア
ナログ/ディジタル変換器が提供される。
また、この本発明に従うアナログ/ディジタル変換器
は、その超電導電流路を下記の一般式; (α1-xβxyδz 〔但し、元素αは周期律表IIa族に含まれる元素であ
り、元素βは周期律表IIIa族に含まれる元素であり、
元素γは周期律表Ib、IIb、IIIb、IVaまたはVIII
a族に含まれる元素であり、δがOであり、x、y、z
はそれぞれx=0.1〜0.9、y=1.0〜4.0、1≦z≦5を
満たす数値である〕 で示す複合酸化物超電導材料によって形成することが有
利である。ここで、特に有利な元素の組合せとして、Ba
−Y−Cu、Ba−La−CuあるいはSr−La−Cu等の組合せを
挙げることができる。これらの元素を組み合わせた複合
酸化物あるいはこれをベースとして複合酸化物は、液体
窒素温度を越える高い温度で超電導現象を示すので、こ
れを用いて形成した超電導回路の実用性は極めて高い。
作用 本発明に従うアナログ/ディジタル変換器は、互いに臨
界電流が異なる複数の超電導電流路を直列に結合してな
る変換部を具備することをその主要な特徴としている。
即ち、超電導電流路は一般に所定の臨界電流密度、臨界
磁場、臨界温度等を有している。超電導電流路は、これ
らの臨界条件以下の環境では全く電気抵抗がなく、従っ
てこの電流路に電気抵抗あるいは電圧を生じない。一
方、環境がこれらの臨界条件を逸脱すると超電導現象が
破れ、超電導電流路を形成する材料によって、オームの
法則に支配された常導体あるいは絶縁体となる。この状
態では、その超電導電流路の両端に、印加電流に応じた
電圧が発生することは言うまでもない。
本発明に従うアナログ/ディジタル変換器の変換部は、
互いに臨界電流が異なる複数の超電導電流路を直列に結
合して構成されている。従って、この検出部に、最小の
臨界電流以下の所定の電流が流れている状態で、この検
出部の置かれた環境の磁場が変化すると、それに応じて
超電導電流路のうち、臨界条件の低い方から条件の変化
に対応する幾つかが臨界条件を越えて常導体となる。従
って、この超電導電流路の両端には所定の電圧が生じ
る。即ち、本発明に従うアナログ/ディジタル変換器に
対して入力されるアナログ/ディジタル変換器信号は、
アナログ信号を重畳した磁場の変化をディジタル信号に
変換するものである。
本発明に従うアナログ/ディジタル変換器の検出部は、
例えば上述のようにして発生した電圧を検出する回路を
用いることができる。従って、例えば複数の超電導電流
路の臨界条件を、一定の差異で段階的に異なるように設
定しておき、更に、検出した電圧を所定のエンコーダに
入力することによって、例えばバイナリ信号としてディ
ジタル信号として出力することができる。
尚、超電導電流路は、ジョセフソン接合として形成する
こともでき、この場合、極めて高速な動作を実現するこ
とができる。この構成では、変換部を構成する互いに異
なる臨界条件を有する超電導電流路を、ジョセフソン接
合の接合面積等によって物理的に制御することができ
る。
尚、実用性を考えると、この本発明に従うアナログ/デ
ィジタル変換器は、所定の基板上に物理蒸着によって形
成する薄膜によって有利に構成することができる。ここ
で物理蒸着とは、スパッタリング法、イオンプレーティ
ング法等を有利な方法として挙げることができ、更に、
この場合、形成する薄膜が高い超電導特性を示すペロブ
スカイト構造を採り易いように、ペロブスカイト構造あ
るいはこれに準じた構造を有する表面性状を有する基板
を用いることが有利である。具体的には、SrTiO3 単結
晶、MgO単結晶またはサファイア等を基板として用いる
ことが有利である。
以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述する
が、以下に開示するものは本発明の一実施例に過ぎず、
本発明の技術的範囲を何ら制限するものではない。
実施例 第1図は、本発明に従って構成されたアナログ/ディジ
タル変換器の、特に変換部の構成を模式的に示す図であ
る。
第1図に示すように、この変換部は、断面積が段階的に
変化する超電導部材S1、S2・・・・Si・・・・Sn+1を積層して構
成している。超電導部材S1、S2・・・・Si・・・・Sn+1 相互の
間の接合部では、各超電導部材の間に薄い絶縁層が間挿
されており、この部位には互いに臨界電流が異なるジョ
セフソン接合J1、J2・・・・Jn が形成されている。また、
これらの超電導部材の集合体の両端には、この集合体に
電流を印加するための1対の端子P1 並びにP0が結合さ
れると共に、各超電導部材S1、S2・・・・Si・・・・Sn+1
は、後述する電圧検出用の端子P2、P3・・・・Pn が結合さ
れている。
ここで、第2図は、この変換部の環境磁界と、各ジョセ
フイン接合における臨界電流密度との関係を示すグラフ
である。
即ち、上述の超電導部材の集合体に対して、端子P1並び
にP0によって、最小の臨界電流条件を有するジョセフソ
ン接合である接合J1 の臨界電流よりも小さな所定の電
流I0 を流しておく。この状態の集合体に対して、ある
強度の磁場Hm が印加されると、第2図に示したグラフ
からわかるように、ある接合Ji とそれよりも臨界条件
の低いJ1からJi-1までの接合は超電導が破れて抵抗を発
生する。従って、検出用端子P2からPiまでの端子には直
流電圧が発生する。
このようにして、各検出用端子P2、P3・・・・Pnから出力さ
れる環境磁場の変化に応じた電圧を、第3図に示すよう
に結合したエンコーダに入力することによって、例えば
ディジタルな2値信号を得ることができる。
発明の効果 以上詳述のように、本発明によるアナログ/ディジタル
変換器は、アナログ信号の重畳された磁場を入力するこ
とによって、これに対応したディジタル信号を出力す
る。この動作は直接的で、特に磁場の変化を直接ディジ
タル信号として出力するようなアナログ/ディジタル変
換器は従来存在していなかった。即ち、本発明によるア
ナログ/ディジタル変換器は、ディジタル信号を直接出
力する高速で高感度な磁気センサとして有利に利用する
ことができる。
また、アナログ/ディジタル変換器を構成する変換部を
ジョセフソン接合の集合体として形成する態様では、極
めて高度な動作を実現することが可能である。
尚、実施例では、超電導電流路の集合体を、直列に結合
した接合面積の異なる複数のジョセフソン接合によって
形成したが、これを互いに断面積の異なる超電導材料に
よって形成することも、また、互いに異なる臨界条件を
有する超電導材料を積層して形成することも本発明の範
囲に含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に従って構成されたアナログ/ディジ
タル変換器の、特に変換部の構成を模式的に示す図であ
り、 第2図は、第1図に示した変換部の動作を説明するグラ
フであり、 第3図は、第1図に示す変換部にエンコーダを接続する
場合の構成を概略的に示す図である。 〔主な参照番号〕 S1、S2……Sn……超電導部材、 J1、J2……Jn……ジョセフソン接合、 P、P……電流印加用端子、 P2、P3……P……電圧検出用端子

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の臨界条件に対して、一定の差で互い
    に異なる臨界条件を設定された複数の超電導電流路を直
    列に結合してなる変換部と、該超電導電流路の各々にお
    ける超電導電流の遮断を検出する手段を具備した検出部
    とを備え、該変換部の環境磁場の変化を直接ディジタル
    電圧信号として出力することを特徴とするアナログ/デ
    ィジタル変換器。
  2. 【請求項2】前記超電導電流路の各々に設定された臨界
    条件が、各超電導電流路の臨界電流であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載のアナログ/ディジタ
    ル変換器。
  3. 【請求項3】前記超電導電流路の各々に設定された臨界
    条件が、各超電導電流路の臨界磁場であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載のアナログ/ディジタ
    ル変換器。
  4. 【請求項4】前記超電導電流路が、ジョセフソン接合を
    含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項
    までの何れか1項に記載のアナログ/ディジタル変換
    器。
  5. 【請求項5】前記超電導電流の遮断を検出する手段が、
    前記超電導電流路の各々を含む所定区間の電流路に発生
    する電圧をそれぞれ検出する回路の集合であることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項から第4項までの何れか
    1項に記載のアナログ/ディジタル変換器。
  6. 【請求項6】前記超電導電流の遮断を検出する手段の出
    力が、前記超電導電流路の動作に応じたバイナリ信号を
    生成する回路に結合されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項から第5項までの何れか1項に記載のア
    ナログ/ディジタル変換器。
  7. 【請求項7】前記超電導電流路が、基板上に形成された
    超電材料薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項から第6項までの何れか1項に記載のアナログ/デ
    ィジタル変換器。
  8. 【請求項8】上記超電導材料薄膜が、物理蒸着法によっ
    て前記基板上に形成された薄膜であることを特徴とする
    特許請求の範囲第7項に記載のアナログ/ディジタル変
    換器。
  9. 【請求項9】上記薄膜が、前記基板上に湿式塗布によっ
    て形成された堆積層を焼結して形成される複合酸化物薄
    膜であることを特徴とする特許請求の範囲第8項に記載
    のアナログ/ディジタル変換器。
  10. 【請求項10】前記基板が、SrTiO3 単結晶、MgOまた
    はサファイヤ基板上に形成されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第7項から第9項までの何れか1項に記
    載のアナログ/ディジタル変換器。
  11. 【請求項11】前記超電導電流路が、非超電導状態にお
    いて導体であるような材料によって形成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項から第10項までの何
    れか1項に記載のアナログ/ディジタル変換器。
  12. 【請求項12】前記超電導電流路および/またはジョセ
    フソン接合が、下記の一般式; (α1-xβxδ 〔但し、元素αは周期律表IIa族に含まれる元素であ
    り、元素βは周期律表IIIa族に含まれる元素であり、
    元素γは周期律表Ib、IIb、IIIb、IVaまたはVIII
    a族に含まれる元素であり、δがOであり、x、y、z
    はそれぞれx=0.1〜0.9、y=1.0〜4.0、1≦z≦5を
    満たす数値である〕 で示される複合酸化物超電導材料によって形成されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第11項ま
    での何れか1項に記載のアナログ/ディジタル変換器。
  13. 【請求項13】上記複合酸化物がペロブスカイト型の結
    晶構造を有することを特徴とする特許請求の範囲第12項
    に記載のアナログ/ディジタル変換器。
  14. 【請求項14】前記元素αがBaであり、前記元素βがY
    であり、前記元素γがCuであることを特徴とする特許請
    求の範囲第12項または第13項に記載のアナログ/ディジ
    タル変換器。
  15. 【請求項15】前記元素αがBaであり、前記元素βがLa
    であり、前記元素γがCuであることを特徴とする特許請
    求の範囲第12項または第13項に記載のアナログ/ディジ
    タル変換器。
  16. 【請求項16】前記元素αがSrであり、前記元素βがLa
    であり、前記元素γがCuであることを特徴とする特許請
    求の範囲第12項または第13項に記載のアナログ/ディジ
    タル変換器。
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