JPH06324130A - Ｓｑｕｉｄセンサ装置 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄセンサ装置Info
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- JPH06324130A JPH06324130A JP6076501A JP7650194A JPH06324130A JP H06324130 A JPH06324130 A JP H06324130A JP 6076501 A JP6076501 A JP 6076501A JP 7650194 A JP7650194 A JP 7650194A JP H06324130 A JPH06324130 A JP H06324130A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 公知の電流バイアスにより作動するＳＱＵＩ
Ｄセンサ装置の問題点が問題なく、広帯域の作動を可能
にし、ＳＱＵＩＤにより発生される信号の前置増幅器へ
のＳＱＵＩＤのマッチングをＳＮ比の低下なしに可能に
する。 【構成】 ＤＣ検出ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤ７を
基本電圧（電圧バイアス）により作動させ、この検出Ｓ
ＱＵＩＤ７は出結合コイル１１を有する直列回路の部分
であり、出結合コイル１１を介して検出ＳＱＵＩＤ７の
信号により誘導作用によりＤＣ読出しＳＱＵＩＤ１５を
駆動し、その信号を後段に挿入した電子回路２１に供給
する。
Ｄセンサ装置の問題点が問題なく、広帯域の作動を可能
にし、ＳＱＵＩＤにより発生される信号の前置増幅器へ
のＳＱＵＩＤのマッチングをＳＮ比の低下なしに可能に
する。 【構成】 ＤＣ検出ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤ７を
基本電圧（電圧バイアス）により作動させ、この検出Ｓ
ＱＵＩＤ７は出結合コイル１１を有する直列回路の部分
であり、出結合コイル１１を介して検出ＳＱＵＩＤ７の
信号により誘導作用によりＤＣ読出しＳＱＵＩＤ１５を
駆動し、その信号を後段に挿入した電子回路２１に供給
する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、直流ＳＱＵＩＤを有
し、そのＳＱＵＩＤループ中に検出すべき磁界の大きさ
に関係する磁束が生ぜしめられており、また検出すべき
磁束に関係しＳＱＵＩＤにより発生された信号を増幅す
るための電子回路を有するＳＱＵＩＤセンサ装置に関す
る。上述のようなＳＱＵＩＤセンサ装置の原理は刊行物
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅ
ｖ．”、第ＥＤ‐２７巻き、第１０号、１９８０年１０
月、第１８９６〜１９０８頁（特に第２図を参照）から
公知である。
し、そのＳＱＵＩＤループ中に検出すべき磁界の大きさ
に関係する磁束が生ぜしめられており、また検出すべき
磁束に関係しＳＱＵＩＤにより発生された信号を増幅す
るための電子回路を有するＳＱＵＩＤセンサ装置に関す
る。上述のようなＳＱＵＩＤセンサ装置の原理は刊行物
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅ
ｖ．”、第ＥＤ‐２７巻き、第１０号、１９８０年１０
月、第１８９６〜１９０８頁（特に第２図を参照）から
公知である。
【０００２】
【従来の技術】この公知のセンサ装置は、ＳＱＵＩＤル
ープのなかに集積されている２つのジョセフソン素子を
有する特別な平らなＤＣ‐ＳＱＵＩＤ（超伝導直流量子
干渉計）を含んでいる。このループ中に誘導作用により
特別な入結合コイルにより磁束が入結合される。その際
に入結合コイルは磁束変成器とも呼ばれる入力回路の部
分である。この入力回路は、磁界の大きさを検出するア
ンテナを含んでおり、またこうして相応の磁束を導く。
例えば片側で接地電位に接続されているＳＱＵＩＤルー
プを介して通常いわゆるバイアス電流が導かれ、このバ
イアス電流を用いてジョセフソン素子における予め定め
られた作動状態が設定される。ＳＱＵＩＤには次いでそ
のＳＱＵＩＤループ中に誘導された磁束に関係して電圧
信号が発生され、この電圧信号は後段に接続された電子
回路により増幅される。この電子回路をＳＱＵＩＤにマ
ッチングさせるため、また擾乱信号を制限するため、Ｓ
ＱＵＩＤはＬＣ共振回路により橋絡されており、そのコ
ンデンサからＳＱＵＩＤ電圧信号を取り出すことができ
る。しかし、この共振回路はＳＱＵＩＤセンサ装置を、
ＳＱＵＩＤが作動する周波数範囲に関して比較的狭帯域
にする。生物磁気的磁界信号の検出のためには、また遮
蔽措置の応用の際には、この狭帯域性は役割を演じな
い。しかし、それは広帯域の増幅器に対しては望ましく
ない。
ープのなかに集積されている２つのジョセフソン素子を
有する特別な平らなＤＣ‐ＳＱＵＩＤ（超伝導直流量子
干渉計）を含んでいる。このループ中に誘導作用により
特別な入結合コイルにより磁束が入結合される。その際
に入結合コイルは磁束変成器とも呼ばれる入力回路の部
分である。この入力回路は、磁界の大きさを検出するア
ンテナを含んでおり、またこうして相応の磁束を導く。
例えば片側で接地電位に接続されているＳＱＵＩＤルー
プを介して通常いわゆるバイアス電流が導かれ、このバ
イアス電流を用いてジョセフソン素子における予め定め
られた作動状態が設定される。ＳＱＵＩＤには次いでそ
のＳＱＵＩＤループ中に誘導された磁束に関係して電圧
信号が発生され、この電圧信号は後段に接続された電子
回路により増幅される。この電子回路をＳＱＵＩＤにマ
ッチングさせるため、また擾乱信号を制限するため、Ｓ
ＱＵＩＤはＬＣ共振回路により橋絡されており、そのコ
ンデンサからＳＱＵＩＤ電圧信号を取り出すことができ
る。しかし、この共振回路はＳＱＵＩＤセンサ装置を、
ＳＱＵＩＤが作動する周波数範囲に関して比較的狭帯域
にする。生物磁気的磁界信号の検出のためには、また遮
蔽措置の応用の際には、この狭帯域性は役割を演じな
い。しかし、それは広帯域の増幅器に対しては望ましく
ない。
【０００３】さらに、ＤＣ‐ＳＱＵＩＤの後段に挿入さ
れている電子回路のマッチングは、増幅器からＳＱＵＩ
Ｄへ正の帰還結合を行うことによって、ＳＱＵＩＤの伝
達関数の増大によっても行われる。このような技術は
“第３回国際超伝導エレクトロニクス会議”、１９９１
年６月２５〜２７日、グラスゴウ（英国）の論文集、拡
張抄録、第２５２〜２５９頁から公知である。しかし、
この措置では電圧変動およびドリフト現象がＳＱＵＩＤ
内の相応の望ましくない磁束変化に通ずる。さらに、帰
還結合係数が選択されたバイアス電流の値に関係してい
る。その場合、予め定められた帰還結合係数において理
論的にただ１つの単一のバイアス点が守られなければな
らない。しかし、このことは連続作動に対してほとんど
不可能である。
れている電子回路のマッチングは、増幅器からＳＱＵＩ
Ｄへ正の帰還結合を行うことによって、ＳＱＵＩＤの伝
達関数の増大によっても行われる。このような技術は
“第３回国際超伝導エレクトロニクス会議”、１９９１
年６月２５〜２７日、グラスゴウ（英国）の論文集、拡
張抄録、第２５２〜２５９頁から公知である。しかし、
この措置では電圧変動およびドリフト現象がＳＱＵＩＤ
内の相応の望ましくない磁束変化に通ずる。さらに、帰
還結合係数が選択されたバイアス電流の値に関係してい
る。その場合、予め定められた帰還結合係数において理
論的にただ１つの単一のバイアス点が守られなければな
らない。しかし、このことは連続作動に対してほとんど
不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、冒頭に記載した特徴を有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤセン
サ装置であって、公知の電流バイアスにより作動するＳ
ＱＵＩＤセンサ装置の上記の問題点が問題となることな
しに、広帯域の作動を可能にするＤＣ‐ＳＱＵＩＤセン
サ装置を提供することである。その際に、前置増幅器へ
のＳＱＵＩＤのマッチングがＳＮ比の低下なしに保証さ
れていなければならない。
は、冒頭に記載した特徴を有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤセン
サ装置であって、公知の電流バイアスにより作動するＳ
ＱＵＩＤセンサ装置の上記の問題点が問題となることな
しに、広帯域の作動を可能にするＤＣ‐ＳＱＵＩＤセン
サ装置を提供することである。その際に、前置増幅器へ
のＳＱＵＩＤのマッチングがＳＮ比の低下なしに保証さ
れていなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、ＤＣ検出ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤが１つの
基本電圧（電圧バイアス）により作動しており、またこ
の検出ＳＱＵＩＤが出結合コイルを有する直列回路の部
分であり、出結合コイルを介して検出ＳＱＵＩＤの信号
により誘導作用によりＤＣ読出しＳＱＵＩＤが駆動さ
れ、その信号が後段に挿入されている電子回路に供給さ
れることにより解決される。
れば、ＤＣ検出ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤが１つの
基本電圧（電圧バイアス）により作動しており、またこ
の検出ＳＱＵＩＤが出結合コイルを有する直列回路の部
分であり、出結合コイルを介して検出ＳＱＵＩＤの信号
により誘導作用によりＤＣ読出しＳＱＵＩＤが駆動さ
れ、その信号が後段に挿入されている電子回路に供給さ
れることにより解決される。
【０００６】本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の他の
有利な構成は請求項２以下にあげられている。
有利な構成は請求項２以下にあげられている。
【０００７】
【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。
【０００８】本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の図１
に示されている等価回路では、ＬＨｅ冷却技術および相
応の超伝導材料を有するＳＱＵＩＤセンサに対して用い
られるようなそれ自体は公知の回路部分から出発してい
る。全体として参照符号２を付されている装置は超伝導
性の入結合コイル４を有する完全には示されていない入
力回路３を含んでいる。入力回路は例えば、磁石磁界ま
たは磁石磁界勾配のような磁界の大きさを検出するため
のアンテナとしてマグネトメータまたはグラディオメー
タを形成し、入力電流ｉe を導く超伝導性の磁束変成器
であってよい。入結合コイル４により相応の磁束が誘導
作用によりＤＣ‐ＳＱＵＩＤ７のＳＱＵＩＤループ６に
入結合される。このＤＣ‐ＳＱＵＩＤは２つのジョセフ
ソン素子８および９を有する検出ＳＱＵＩＤであり、基
本電流の代わりに本発明によれば基本電圧により作動す
る。こうしてＳＱＵＩＤ７の望ましい動作範囲が予め定
められた、例えば一定の電圧レベルをベースとして設定
される。この作動の仕方は“電圧バイアス”とも呼ばれ
る。そのためにＳＱＵＩＤ７は電圧源１０の相応の電位
に接続されている。ＳＱＵＩＤ７と直列に出結合コイル
１１が接続されており、その一端は十分に小さい直列抵
抗１２を介して接地電位と接続されている。電圧バイア
スに対する基本条件としてこの抵抗１２のオーム値は、
直列回路を通って流れる電流ｉ1 の際にＳＱＵＩＤのオ
ーム値よりも明らかに小さくなければならない。場合に
よっては直列抵抗１２は省略されていてもよい。
に示されている等価回路では、ＬＨｅ冷却技術および相
応の超伝導材料を有するＳＱＵＩＤセンサに対して用い
られるようなそれ自体は公知の回路部分から出発してい
る。全体として参照符号２を付されている装置は超伝導
性の入結合コイル４を有する完全には示されていない入
力回路３を含んでいる。入力回路は例えば、磁石磁界ま
たは磁石磁界勾配のような磁界の大きさを検出するため
のアンテナとしてマグネトメータまたはグラディオメー
タを形成し、入力電流ｉe を導く超伝導性の磁束変成器
であってよい。入結合コイル４により相応の磁束が誘導
作用によりＤＣ‐ＳＱＵＩＤ７のＳＱＵＩＤループ６に
入結合される。このＤＣ‐ＳＱＵＩＤは２つのジョセフ
ソン素子８および９を有する検出ＳＱＵＩＤであり、基
本電流の代わりに本発明によれば基本電圧により作動す
る。こうしてＳＱＵＩＤ７の望ましい動作範囲が予め定
められた、例えば一定の電圧レベルをベースとして設定
される。この作動の仕方は“電圧バイアス”とも呼ばれ
る。そのためにＳＱＵＩＤ７は電圧源１０の相応の電位
に接続されている。ＳＱＵＩＤ７と直列に出結合コイル
１１が接続されており、その一端は十分に小さい直列抵
抗１２を介して接地電位と接続されている。電圧バイア
スに対する基本条件としてこの抵抗１２のオーム値は、
直列回路を通って流れる電流ｉ1 の際にＳＱＵＩＤのオ
ーム値よりも明らかに小さくなければならない。場合に
よっては直列抵抗１２は省略されていてもよい。
【０００９】検出ＳＱＵＩＤ７において発生される電圧
信号を読出すために、以下で読出しＳＱＵＩＤ１５とも
呼ばれるジョセフソン素子１６および１７を有する別の
ＤＣ‐ＳＱＵＩＤが用いられている。このＳＱＵＩＤ１
５のＳＱＵＩＤループ１８中にそれ自体は公知の仕方
で、検出ＳＱＵＩＤ７において発生された信号が誘導作
用により出結合コイル１１を介して入結合される。読出
しＳＱＵＩＤ１５はその際にそれ自体は公知の仕方で電
流バイアスにより作動する。そのために必要な交流電流
発生器は参照符号２０を付されている。読出しＳＱＵＩ
Ｄの出力電圧は直接に、すなわち特別なマッチング要素
なしに、後段に挿入されている全体として参照符号２１
を付されている電子回路に、詳細には前置増幅器２２、
例えば演算増幅器に与えられる。この前置増幅器は有利
に室温下に位置し得る。図面中で、超伝導部分を有する
低温範囲ＴＴと室温範囲ＲＴとの間の境は破線により示
されている。前置増幅器２２の後にミクサ回路２３が挿
入されている。このミクサ回路２３には、発振器装置２
４から発生される信号も供給されている。こうして得ら
れた混合信号は次いで積分器回路２５を介して出力信号
Ｖa として、爾後の評価および表示のために後段に挿入
されている電子回路に導かれる。さらに、示されている
回路図から明らかなように、発振器装置２４はさらに、
例えばＳＱＵＩＤループ１８中に変調コイル２７を介し
て誘導作用により入結合すべき変調信号を発生する。さ
らに、例えば検出ＳＱＵＩＤ７までの負帰還により回路
全体が直線化され得る。電流ｉf を有する相応の負帰還
信号が例えば積分器回路２５の出力端から取り出され、
検出ＳＱＵＩＤ７のループ６における負帰還巻線２８に
導かれる。
信号を読出すために、以下で読出しＳＱＵＩＤ１５とも
呼ばれるジョセフソン素子１６および１７を有する別の
ＤＣ‐ＳＱＵＩＤが用いられている。このＳＱＵＩＤ１
５のＳＱＵＩＤループ１８中にそれ自体は公知の仕方
で、検出ＳＱＵＩＤ７において発生された信号が誘導作
用により出結合コイル１１を介して入結合される。読出
しＳＱＵＩＤ１５はその際にそれ自体は公知の仕方で電
流バイアスにより作動する。そのために必要な交流電流
発生器は参照符号２０を付されている。読出しＳＱＵＩ
Ｄの出力電圧は直接に、すなわち特別なマッチング要素
なしに、後段に挿入されている全体として参照符号２１
を付されている電子回路に、詳細には前置増幅器２２、
例えば演算増幅器に与えられる。この前置増幅器は有利
に室温下に位置し得る。図面中で、超伝導部分を有する
低温範囲ＴＴと室温範囲ＲＴとの間の境は破線により示
されている。前置増幅器２２の後にミクサ回路２３が挿
入されている。このミクサ回路２３には、発振器装置２
４から発生される信号も供給されている。こうして得ら
れた混合信号は次いで積分器回路２５を介して出力信号
Ｖa として、爾後の評価および表示のために後段に挿入
されている電子回路に導かれる。さらに、示されている
回路図から明らかなように、発振器装置２４はさらに、
例えばＳＱＵＩＤループ１８中に変調コイル２７を介し
て誘導作用により入結合すべき変調信号を発生する。さ
らに、例えば検出ＳＱＵＩＤ７までの負帰還により回路
全体が直線化され得る。電流ｉf を有する相応の負帰還
信号が例えば積分器回路２５の出力端から取り出され、
検出ＳＱＵＩＤ７のループ６における負帰還巻線２８に
導かれる。
【００１０】以下には本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装
置の個々の部分における作動状況が示されている。
置の個々の部分における作動状況が示されている。
【００１１】外部磁界源から入力回路３中に生ぜしめら
れる磁束は検出ＳＱＵＩＤ７中の磁束φ1 に通ずる。こ
の磁束φ1 は出力電流信号Δｉ1 に通ずる。 Δｉ1 ＝（ ＩC1／ φ1 ）×φ1 ここでＩC1はＳＱＵＩＤ７の臨界電流である。
れる磁束は検出ＳＱＵＩＤ７中の磁束φ1 に通ずる。こ
の磁束φ1 は出力電流信号Δｉ1 に通ずる。 Δｉ1 ＝（ ＩC1／ φ1 ）×φ1 ここでＩC1はＳＱＵＩＤ７の臨界電流である。
【００１２】出力電流信号Δｉ1 は読出しＳＱＵＩＤ１
５内の磁束φ2 に通ずる。 φ2 ＝Δｉ1 ×Ｍ ここでＭは出結合コイル１１とＳＱＵＩＤループ１８と
の間の相互インダクタンスであり、下記の関係が成り立
つ。 Ｍ＝ｋ×（Ｌi ×ＬS2）1/2 ここでｋは磁気的結合定数、Ｌi は出結合コイル１１の
インダクタンス、またＬS2は読出しＳＱＵＩＤ１５のＳ
ＱＵＩＤループ１８のインダクタンスである。
５内の磁束φ2 に通ずる。 φ2 ＝Δｉ1 ×Ｍ ここでＭは出結合コイル１１とＳＱＵＩＤループ１８と
の間の相互インダクタンスであり、下記の関係が成り立
つ。 Ｍ＝ｋ×（Ｌi ×ＬS2）1/2 ここでｋは磁気的結合定数、Ｌi は出結合コイル１１の
インダクタンス、またＬS2は読出しＳＱＵＩＤ１５のＳ
ＱＵＩＤループ１８のインダクタンスである。
【００１３】読出しＳＱＵＩＤの１つの知られている結
合（Ketchen による）に対して下式が成り立つ。 Ｌi ＝Ｎ2 ×ＬS2 ここでＮは出結合コイル１１の巻回数である。
合（Ketchen による）に対して下式が成り立つ。 Ｌi ＝Ｎ2 ×ＬS2 ここでＮは出結合コイル１１の巻回数である。
【００１４】その場合、下記の関係が生ずる。 φ2 ／φ1 ＝ｋ×Ｎ×ＬS2×（ ＩC1／ φ1 ）＝Ａφ ここでＡφは磁束増幅率である。
【００１５】相応の具体的な実施例では下記の値が選ば
れている。 ｋ＝０．９ Ｎ＝２０ ＬS2＝０．２５ｎＨ ＩC1／ φ1 ＝１２μＡ／φ0 ここでφ0 は磁束量子
れている。 ｋ＝０．９ Ｎ＝２０ ＬS2＝０．２５ｎＨ ＩC1／ φ1 ＝１２μＡ／φ0 ここでφ0 は磁束量子
【００１６】その場合、Ａφは下記のようになる。 Ａφ＝（５×１０-9×０．９×１．２×１０-5）／（２
×１０-5）＝２７
×１０-5）＝２７
【００１７】すなわち検出ＳＱＵＩＤのＳＮ比は係数２
７だけ高められ、従って室温で作動する公知の低雑音前
置増幅器のレベルより上にある。
７だけ高められ、従って室温で作動する公知の低雑音前
置増幅器のレベルより上にある。
【００１８】ＳＱＵＩＤセンサ装置２の本発明による構
成と別の利点も結び付いている。 ａ）電圧バイアスを有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤのＩ
C （φ）特性は電流バイアスを有するＳＱＵＩＤのそれ
よりもはるかに直線的である。相応の事実は図２および
図３の測定ダイアグラムの比較の際に認識可能である。
その際に図２のダイアグラムは予め定められた値の電流
バイアスを有するＳＱＵＩＤにおいて得られるべき出力
電圧Ｖ（μＶで示す）を磁束φ（磁束量子φ0 の周期で
示す）と関係して示す。その際に電流バイアス値（μＡ
で示す）は個々の曲線に示されている。それに対して本
発明により電圧バイアスを採用すると、図３のダイアグ
ラムに示されている曲線経過が生じ、その際に図２と類
似しているが、より大きい縦軸尺度を有する表示が選ば
れている。電圧バイアス値（μＶで示す）は個々の曲線
に示されている。認識されるように、特に１μＶと２０
μＶとの間の比較的低いバイアス電圧に対しては個々の
磁束量子の間に直線性の高い領域が生ずる。このこと
は、ＳＱＵＩＤの動作点の位置が相応に非臨界的である
という顕著な利点に通ずる。その結果、電圧バイアスを
有するＳＱＵＩＤ７では磁束バイアスがＳＱＵＩＤの性
能データの顕著な変化なしにドリフトすることを許され
る。このことは作動の仕方の相応に高い動特性に通ず
る。 ｂ）電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤにおける直線的範
囲は約１μＶと２０μＶとの間の比較的低いバイアス電
圧において生ずるので、雑音の増大に通ずる共振の悪影
響が回避され得る。 ｃ）さらに電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤにおけるＳ
ＱＵＩＤ信号は量 βL ＝ＩC1×ＬS1／φ0 にのみ関係している。ここでＩC1およびＬS1はＳＱＵＩ
Ｄの臨界電流またはインダクタンスである。その場合、
ＳＱＵＩＤに対する作動パラメータは、電流バイアスを
有するＳＱＵＩＤの場合よりも緩和されている、すなわ
ち、良好なＳＱＵＩＤ特性を有する比較的広い動作範囲
内でより非臨界的である。なぜならば、電圧バイアスを
有するＳＱＵＩＤではＳＱＵＩＤ信号が、βL ≧１の場
合には、β L に実際上無関係であるからである。このβ
L ≧１の範囲内では信号値が最大である。それにくらべ
て電流バイアスを有するＳＱＵＩＤでは信号がβL およ
びＩC ×Ｒに関係する。この依存性は、値βL ≧１に対
してＳＱＵＩＤ信号が再び減退することに通ずる。従っ
て、このＳＱＵＩＤの作動の仕方では最適な作動条件を
設定することが相応に困難である。さらに、βL へのＩ
C （φ）の依存性も電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤで
は、電流バイアスを有するＳＱＵＩＤの場合のＶ（φ）
のβL への依存性よりも一般にはるかにわずかである。 ｄ）電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤの電力消費は小さ
く保たれ得るので、雑音電力も相応に制限されており、
また特に熱的限界の近くに保たれる。この熱的限界では
電圧制御されるＳＱＵＩＤのＳＮ比は電流制御されるＳ
ＱＵＩＤのＳＮ比に等しい。
成と別の利点も結び付いている。 ａ）電圧バイアスを有するＤＣ‐ＳＱＵＩＤのＩ
C （φ）特性は電流バイアスを有するＳＱＵＩＤのそれ
よりもはるかに直線的である。相応の事実は図２および
図３の測定ダイアグラムの比較の際に認識可能である。
その際に図２のダイアグラムは予め定められた値の電流
バイアスを有するＳＱＵＩＤにおいて得られるべき出力
電圧Ｖ（μＶで示す）を磁束φ（磁束量子φ0 の周期で
示す）と関係して示す。その際に電流バイアス値（μＡ
で示す）は個々の曲線に示されている。それに対して本
発明により電圧バイアスを採用すると、図３のダイアグ
ラムに示されている曲線経過が生じ、その際に図２と類
似しているが、より大きい縦軸尺度を有する表示が選ば
れている。電圧バイアス値（μＶで示す）は個々の曲線
に示されている。認識されるように、特に１μＶと２０
μＶとの間の比較的低いバイアス電圧に対しては個々の
磁束量子の間に直線性の高い領域が生ずる。このこと
は、ＳＱＵＩＤの動作点の位置が相応に非臨界的である
という顕著な利点に通ずる。その結果、電圧バイアスを
有するＳＱＵＩＤ７では磁束バイアスがＳＱＵＩＤの性
能データの顕著な変化なしにドリフトすることを許され
る。このことは作動の仕方の相応に高い動特性に通ず
る。 ｂ）電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤにおける直線的範
囲は約１μＶと２０μＶとの間の比較的低いバイアス電
圧において生ずるので、雑音の増大に通ずる共振の悪影
響が回避され得る。 ｃ）さらに電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤにおけるＳ
ＱＵＩＤ信号は量 βL ＝ＩC1×ＬS1／φ0 にのみ関係している。ここでＩC1およびＬS1はＳＱＵＩ
Ｄの臨界電流またはインダクタンスである。その場合、
ＳＱＵＩＤに対する作動パラメータは、電流バイアスを
有するＳＱＵＩＤの場合よりも緩和されている、すなわ
ち、良好なＳＱＵＩＤ特性を有する比較的広い動作範囲
内でより非臨界的である。なぜならば、電圧バイアスを
有するＳＱＵＩＤではＳＱＵＩＤ信号が、βL ≧１の場
合には、β L に実際上無関係であるからである。このβ
L ≧１の範囲内では信号値が最大である。それにくらべ
て電流バイアスを有するＳＱＵＩＤでは信号がβL およ
びＩC ×Ｒに関係する。この依存性は、値βL ≧１に対
してＳＱＵＩＤ信号が再び減退することに通ずる。従っ
て、このＳＱＵＩＤの作動の仕方では最適な作動条件を
設定することが相応に困難である。さらに、βL へのＩ
C （φ）の依存性も電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤで
は、電流バイアスを有するＳＱＵＩＤの場合のＶ（φ）
のβL への依存性よりも一般にはるかにわずかである。 ｄ）電圧バイアスを有するＳＱＵＩＤの電力消費は小さ
く保たれ得るので、雑音電力も相応に制限されており、
また特に熱的限界の近くに保たれる。この熱的限界では
電圧制御されるＳＱＵＩＤのＳＮ比は電流制御されるＳ
ＱＵＩＤのＳＮ比に等しい。
【００１９】図１による回路図によれば、本発明による
ＳＱＵＩＤセンサ装置において、マグネトメータまたは
グラディオメータのような図示されていないループ装置
により検出された入力信号が測定磁束として誘導作用に
よりＳＱＵＩＤ７のＳＱＵＩＤループ６に入結合される
ことから出発した。しかしＳＱＵＩＤはループ装置の集
積された構成部分であってもよい（例えば“ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”、第ＭＡＧ‐１９巻、第３
号、１９８３年５月、第６４８〜６５１頁参照）。
ＳＱＵＩＤセンサ装置において、マグネトメータまたは
グラディオメータのような図示されていないループ装置
により検出された入力信号が測定磁束として誘導作用に
よりＳＱＵＩＤ７のＳＱＵＩＤループ６に入結合される
ことから出発した。しかしＳＱＵＩＤはループ装置の集
積された構成部分であってもよい（例えば“ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．”、第ＭＡＧ‐１９巻、第３
号、１９８３年５月、第６４８〜６５１頁参照）。
【００２０】本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置に対し
て、その超伝導部分は公知の古典的な超伝導材料から特
に薄膜の形態で製造されていてよいし、またＬＨｅ技術
により例えば４．２Ｋのその超伝導作動温度に保たれて
よい。しかし、本発明によるセンサ装置において、一般
にＬＮ2 技術により例えば７７Ｋの温度に、または場合
によってはＬＨe 温度に保つべき公知の高ＴC 超伝導材
料も同様に良好に使用ができる。相応の金属酸化物の材
料の例は物質系Ｙ‐Ｂａ‐Ｃｕ‐Ｏ、Ｂｉ‐Ｓｒ‐Ｃａ
‐Ｃｕ‐ＯまたはＴｉ‐Ｂａ‐Ｃａ‐Ｃｕ‐Ｏに基づい
ている。このような高ＴC 超伝導材料を使用する場合に
は、電圧バイアスに対する条件が守られるたぎり、直列
抵抗１２は場合によっては常伝導性であってもよい。
て、その超伝導部分は公知の古典的な超伝導材料から特
に薄膜の形態で製造されていてよいし、またＬＨｅ技術
により例えば４．２Ｋのその超伝導作動温度に保たれて
よい。しかし、本発明によるセンサ装置において、一般
にＬＮ2 技術により例えば７７Ｋの温度に、または場合
によってはＬＨe 温度に保つべき公知の高ＴC 超伝導材
料も同様に良好に使用ができる。相応の金属酸化物の材
料の例は物質系Ｙ‐Ｂａ‐Ｃｕ‐Ｏ、Ｂｉ‐Ｓｒ‐Ｃａ
‐Ｃｕ‐ＯまたはＴｉ‐Ｂａ‐Ｃａ‐Ｃｕ‐Ｏに基づい
ている。このような高ＴC 超伝導材料を使用する場合に
は、電圧バイアスに対する条件が守られるたぎり、直列
抵抗１２は場合によっては常伝導性であってもよい。
【００２１】さらに、電圧バイアスを有するＤＣ‐ＳＱ
ＵＩＤ７に対する電圧源１０の電圧信号は必ずしも時間
的に一定でなくてもよい。場合によっては、交番電圧に
よるバイアスをＳＱＵＩＤに与えることも可能である。
ＳＱＵＩＤセンサ装置の本発明によるＤＣ‐ＳＱＵＩＤ
はこの場合には２つのジョセフソン素子を有する相応の
交流電圧ＳＱＵＩＤを意味する。
ＵＩＤ７に対する電圧源１０の電圧信号は必ずしも時間
的に一定でなくてもよい。場合によっては、交番電圧に
よるバイアスをＳＱＵＩＤに与えることも可能である。
ＳＱＵＩＤセンサ装置の本発明によるＤＣ‐ＳＱＵＩＤ
はこの場合には２つのジョセフソン素子を有する相応の
交流電圧ＳＱＵＩＤを意味する。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、ＳＮ比の顕著な改善が
可能となり、それによって読出しＳＱＵＩＤの後段に、
有利に室温に位置する１つの低雑音の増幅器エレクトロ
ニクスを挿入することができ、さらに、読出しＳＱＵＩ
Ｄの品質への要求を検出ＳＱＵＩＤの品質への要求より
も例えば１桁だけ低くすることができる。
可能となり、それによって読出しＳＱＵＩＤの後段に、
有利に室温に位置する１つの低雑音の増幅器エレクトロ
ニクスを挿入することができ、さらに、読出しＳＱＵＩ
Ｄの品質への要求を検出ＳＱＵＩＤの品質への要求より
も例えば１桁だけ低くすることができる。
【図１】本発明によるＳＱＵＩＤセンサ装置の原理回路
図。
図。
【図２】電流バイアスを有する公知のＳＱＵＩＤセンサ
装置において得られる電圧信号と磁束との関係を示すダ
イアグラム。
装置において得られる電圧信号と磁束との関係を示すダ
イアグラム。
【図３】電圧バイアスを有する本発明によるＳＱＵＩＤ
センサ装置において得られる電圧信号の磁束との関係を
示すダイアグラム。
センサ装置において得られる電圧信号の磁束との関係を
示すダイアグラム。
２ ＳＱＵＩＤセンサ装置 ３ 入力回路 ４ 入結合コイル ６ ＳＱＵＩＤループ ７ 検出ＳＱＵＩＤ ８、９ ジョセフソン素子 １０ 電圧源 １１ 出結合コイル １２ 直列抵抗 １５ 読出しＳＱＵＩＤ １６、１７ ジョセフソン素子 １８ ＳＱＵＩＤループ ２０ 交流電流発生器 ２１ 電子回路 ２２ 前置増幅器 ２３ ミクサ回路 ２４ 発振器装置 ２５ 積分器回路 ２７ 変調コイル ２８ 負帰還巻線 ｉe 入力回路の電流 ｉ1 検出ＳＱＵＩＤを通る電流 Δｉ1 検出ＳＱＵＩＤの出力電流 Ｍ 相互インダクタンス ｉf 負帰還線のなかの電流 ＴＴ 低温範囲 ＲＴ 室温範囲 Ｖa 出力電圧 ＬS1 検出ＳＱＵＩＤのインダクタンス ＬS2 読出しＳＱＵＩＤのインダクタンス Ｌ1 出結合コイルのインダクタンス
Claims (12)
- 【請求項１】 直流（ＤＣ）ＳＱＵＩＤを有し、そのＳ
ＱＵＩＤループ中に検出すべき磁界の大きさに関係する
磁束が生ぜしめられており、またＳＱＵＩＤにより発生
され磁束に関係する信号を増幅するための電子回路を有
するＳＱＵＩＤセンサ装置において、 ＤＣ検出ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤ（７）が基本電
圧（電圧バイアス）により作動しており、 この検出ＳＱＵＩＤ（７）が出結合コイル（１１）を有
する直列回路の部分であり、出結合コイル（１１）を介
して検出ＳＱＵＩＤ（７）の信号により誘導作用により
ＤＣ読出しＳＱＵＩＤ（１５）が駆動され、その信号が
後段に挿入されている電子回路（２１）に供給されるこ
とを特徴とするＳＱＵＩＤセンサ装置。 - 【請求項２】 読出しＳＱＵＩＤ（１５）が基本電流
（電流バイアス）により作動することを特徴とする請求
項１記載のセンサ装置。 - 【請求項３】 読出しＳＱＵＩＤ（１５）に直接に、後
段に挿入されている電子回路（２１）の前置増幅器（２
２）が接続されていることを特徴とする請求項１または
２記載のセンサ装置。 - 【請求項４】 読出しＳＱＵＩＤ（１５）に作用する変
調が行われていることを特徴とする請求項１ないし３の
１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項５】 検出ＳＱＵＩＤ（７）への帰還結合が行
われていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに
記載のセンサ装置。 - 【請求項６】 検出ＳＱＵＩＤ（７）に対する基本電圧
が定電圧であることを特徴とする請求項１ないし５の１
つに記載のセンサ装置。 - 【請求項７】 検出ＳＱＵＩＤ（７）に対する基本電圧
が交流電圧であることを特徴とする請求項１ないし５の
１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項８】 検出ＳＱＵＩＤ（７）に対して１μＶと
２０μＶとの間の基本電圧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つに記載のセンサ装置。 - 【請求項９】 ＳＱＵＩＤ（７、１５）が金属の超伝導
材料により製造されていることを特徴とする請求項１な
いし８の１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項１０】 ＳＱＵＩＤ（７、１５）が金属酸化物
の高ＴC 超伝導材料により製造されていることを特徴と
する請求項１ないし８の１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項１１】 直列回路のなかに直列抵抗（１２）が
配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０の
１つに記載のセンサ装置。 - 【請求項１２】 読出しＳＱＵＩＤ（１５）の後段に挿
入されている前置増幅器（２２）が室温下に配置されて
いることを特徴とする請求項１ないし１１の１つに記載
のセンサ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4309293.4 | 1993-03-24 | ||
| DE4309293A DE4309293A1 (de) | 1993-03-24 | 1993-03-24 | SQUID-Sensoreinrichtung mit einem Detektions- und einem Auslese-SQUID |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324130A true JPH06324130A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=6483556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6076501A Withdrawn JPH06324130A (ja) | 1993-03-24 | 1994-03-23 | Ｓｑｕｉｄセンサ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0619497A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06324130A (ja) |
| DE (1) | DE4309293A1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI940110A0 (fi) * | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Valtion Teknillinen | Squid-magnetometer |
| US6066948A (en) * | 1995-06-02 | 2000-05-23 | Seppae; Heikki | Squid magnetometer having resistor-capacitor damping circuits |
| CN112162223B (zh) * | 2020-08-20 | 2023-09-05 | 中国计量科学研究院 | Squid器件电磁参数测试方法、装置和计算机设备 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3529815A1 (de) * | 1985-08-20 | 1987-02-26 | Siemens Ag | Messvorrichtung mit einem squid-magnetometer |
| JP2807518B2 (ja) * | 1989-12-26 | 1998-10-08 | 富士通株式会社 | 超伝導装置 |
| EP0461742A3 (en) * | 1990-02-15 | 1992-11-19 | Fujitsu Limited | Digital magnetic flux measuring apparatus using superconducting quantum interference device |
| US5355085A (en) * | 1990-03-20 | 1994-10-11 | Fujitsu, Ltd. | Multichannel SQUID flux meter having multiplexed SQUID flux sensors |
| JPH07104402B2 (ja) * | 1990-09-07 | 1995-11-13 | ダイキン工業株式会社 | 磁束ロック方法およびその装置 |
| JP2955356B2 (ja) * | 1990-11-30 | 1999-10-04 | 大阪瓦斯株式会社 | 多入力磁界検出装置 |
-
1993
- 1993-03-24 DE DE4309293A patent/DE4309293A1/de not_active Ceased
-
1994
- 1994-03-10 EP EP94103705A patent/EP0619497A1/de not_active Withdrawn
- 1994-03-23 JP JP6076501A patent/JPH06324130A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0619497A1 (de) | 1994-10-12 |
| DE4309293A1 (de) | 1994-09-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |