JPH0643230A - Ｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ磁束計Info
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- JPH0643230A JPH0643230A JP4198308A JP19830892A JPH0643230A JP H0643230 A JPH0643230 A JP H0643230A JP 4198308 A JP4198308 A JP 4198308A JP 19830892 A JP19830892 A JP 19830892A JP H0643230 A JPH0643230 A JP H0643230A
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Classifications
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/83—Electrical pulse counter, pulse divider, or shift register
-
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- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
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Abstract
(57)【要約】
【目的】入力磁束が短時間で大きく変化しても磁束を正
確に測定する。 【構成】交流バイアス電流源１４がＳＱＵＩＤ素子１２
へ周波数ｆの交流バイアス電流ＩB を供給し、制御回路
３０が、ＳＱＵＩＤ素子１２への入力磁束の時間微分値
に応じた制御信号ＣＳｎを出力し、これに応じて、可変
交流電流源２８が周波数２ｎｆの交流電源電流ＩC を超
伝導ゲート２６の電源入力端に供給する。超伝導ゲート
２６は、１個の入力パルスに対しｎ個のパルスを出力す
るので、ＳＱＵＩＤ素子１２への入力磁束に対するＳＱ
ＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速度が従
来のｎ倍となり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が
大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大
きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従する。
確に測定する。 【構成】交流バイアス電流源１４がＳＱＵＩＤ素子１２
へ周波数ｆの交流バイアス電流ＩB を供給し、制御回路
３０が、ＳＱＵＩＤ素子１２への入力磁束の時間微分値
に応じた制御信号ＣＳｎを出力し、これに応じて、可変
交流電流源２８が周波数２ｎｆの交流電源電流ＩC を超
伝導ゲート２６の電源入力端に供給する。超伝導ゲート
２６は、１個の入力パルスに対しｎ個のパルスを出力す
るので、ＳＱＵＩＤ素子１２への入力磁束に対するＳＱ
ＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速度が従
来のｎ倍となり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が
大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大
きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ磁束計に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＱＵＩＤ磁束計は、あらゆる磁束計の
中で最も感度が高く、特に、生体から発する磁界の測定
に利用され、臨床応用面からより高特性のＳＱＵＩＤ磁
束計が要望されている。
中で最も感度が高く、特に、生体から発する磁界の測定
に利用され、臨床応用面からより高特性のＳＱＵＩＤ磁
束計が要望されている。
【０００３】図６は、従来の超伝導フィードバック回路
内蔵型ＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である（特開昭６３−
２９０９７９号公報、特開昭６４−２１３７８号公
報）。
内蔵型ＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である（特開昭６３−
２９０９７９号公報、特開昭６４−２１３７８号公
報）。
【０００４】ＳＱＩＤチップＳ’において、地磁気を打
ち消す１次微分型のピックアップコイル１０は、ＳＱＵ
ＩＤ素子１２と磁気結合されている。ＳＱＵＩＤ素子１
２は、超伝導ループにジョセフソン接合Ｊ１とジョセフ
ソン接合Ｊ２とが介在されて構成されている。このＳＱ
ＵＩＤ素子１２には、交流バイアス電流源１４から図７
（Ａ）に示すような交流バイアス電流が供給されてい
る。
ち消す１次微分型のピックアップコイル１０は、ＳＱＵ
ＩＤ素子１２と磁気結合されている。ＳＱＵＩＤ素子１
２は、超伝導ループにジョセフソン接合Ｊ１とジョセフ
ソン接合Ｊ２とが介在されて構成されている。このＳＱ
ＵＩＤ素子１２には、交流バイアス電流源１４から図７
（Ａ）に示すような交流バイアス電流が供給されてい
る。
【０００５】一方、書き込みゲート１６は、ＳＱＵＩＤ
素子１８の近くに磁気結合線２０が設けられている。磁
気結合線２０は、その一端がＳＱＵＩＤ素子１８に接続
され、他端がＳＱＵＩＤ素子１２に接続されている。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１８は、超伝導蓄積ループ２２と共に環状
に接続されている。フィードバック磁束は、コイル２４
を介してＳＱＵＩＤ素子１２に供給される。ＳＱＵＩＤ
素子１２から出力されるパルスはカウンタ３２に供給さ
れて計数され、その計数値Ｃ１が磁束の計測値として出
力される。
素子１８の近くに磁気結合線２０が設けられている。磁
気結合線２０は、その一端がＳＱＵＩＤ素子１８に接続
され、他端がＳＱＵＩＤ素子１２に接続されている。Ｓ
ＱＵＩＤ素子１８は、超伝導蓄積ループ２２と共に環状
に接続されている。フィードバック磁束は、コイル２４
を介してＳＱＵＩＤ素子１２に供給される。ＳＱＵＩＤ
素子１２から出力されるパルスはカウンタ３２に供給さ
れて計数され、その計数値Ｃ１が磁束の計測値として出
力される。
【０００６】上記構成において、ＳＱＵＩＤ素子１２が
ピックアップコイル１０を介して入力磁束を受けると、
磁気結合線２０には図７（Ｂ）に示すような書き込みパ
ルスが供給され、ＳＱＵＩＤ素子１８を介して超伝導蓄
積ループ２２に図７（Ｃ）に示すような磁束ψが磁束量
子単位で蓄積される。この蓄積磁束ψに比例した磁束が
フィードバックループ２４を介してＳＱＵＩＤ素子１２
にフィードバックされ、ピックアップコイル１０からの
入力磁束を打ち消してＳＱＵＩＤ素子１２内の全磁束が
０になるように動作点を維持する。
ピックアップコイル１０を介して入力磁束を受けると、
磁気結合線２０には図７（Ｂ）に示すような書き込みパ
ルスが供給され、ＳＱＵＩＤ素子１８を介して超伝導蓄
積ループ２２に図７（Ｃ）に示すような磁束ψが磁束量
子単位で蓄積される。この蓄積磁束ψに比例した磁束が
フィードバックループ２４を介してＳＱＵＩＤ素子１２
にフィードバックされ、ピックアップコイル１０からの
入力磁束を打ち消してＳＱＵＩＤ素子１２内の全磁束が
０になるように動作点を維持する。
【０００７】図７（Ｂ）に示す書き込みパルスにおい
て、正のパルスは、ピックアップコイル１０からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とコイル２４からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とを重ね合わせた全磁束
が増加したときに生じ、これにより計数値Ｃ１がインク
リメントされ、負のパルスは、この全磁束が減少（前記
と逆方向の磁束が増加）したときに生じ、これにより計
数値Ｃ１がデクリメントされる。
て、正のパルスは、ピックアップコイル１０からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とコイル２４からＳＱＵ
ＩＤ素子１２へ供給される磁束とを重ね合わせた全磁束
が増加したときに生じ、これにより計数値Ｃ１がインク
リメントされ、負のパルスは、この全磁束が減少（前記
と逆方向の磁束が増加）したときに生じ、これにより計
数値Ｃ１がデクリメントされる。
【０００８】このようなＳＱＵＩＤ磁束計は、交流バイ
アス電流源１４を除きワンチップ化が可能であり、多数
の磁束計を並設して磁界分布を測定することができると
いう利点を有する。このワンチップ化により、室温側回
路と低温側ＳＱＵＩＤチップＳ’とを接続するケーブル
の本数が低減して室温側から低温側への熱流入が減少
し、また、チャンネル間のクロストークが減少するとい
う利点もある。
アス電流源１４を除きワンチップ化が可能であり、多数
の磁束計を並設して磁界分布を測定することができると
いう利点を有する。このワンチップ化により、室温側回
路と低温側ＳＱＵＩＤチップＳ’とを接続するケーブル
の本数が低減して室温側から低温側への熱流入が減少
し、また、チャンネル間のクロストークが減少するとい
う利点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、交流バイアス
電流の正及び負のサイクルの各々について磁束量子しか
超伝導蓄積ループ２２に書き込むことができない。ＳＱ
ＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックが１次遅れ系で
あるため、入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１２への磁
束フィードバックの応答速度Δψ・ｆが遅い。ここに、
Δψは、磁束量子を超伝導蓄積ループ２２に１つ書き込
んだときのフィードバック磁束である。
電流の正及び負のサイクルの各々について磁束量子しか
超伝導蓄積ループ２２に書き込むことができない。ＳＱ
ＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックが１次遅れ系で
あるため、入力磁束に対するＳＱＵＩＤ素子１２への磁
束フィードバックの応答速度Δψ・ｆが遅い。ここに、
Δψは、磁束量子を超伝導蓄積ループ２２に１つ書き込
んだときのフィードバック磁束である。
【００１０】応答速度を上げるために、バイアス周波数
をある値より高くした場合、前回のＳＱＵＩＤ素子のス
イッチが次のクロックに影響を与えるため、バイアス周
波数の上限は回路定数によって決まる値で制限される。
さらに、Δψを大きくすると、フィードバック磁束によ
る量子化雑音が大きくなる。
をある値より高くした場合、前回のＳＱＵＩＤ素子のス
イッチが次のクロックに影響を与えるため、バイアス周
波数の上限は回路定数によって決まる値で制限される。
さらに、Δψを大きくすると、フィードバック磁束によ
る量子化雑音が大きくなる。
【００１１】したがって、入力磁束が短時間で大きく変
化した場合には、磁束を正確に測定することができなく
なる。測定対象によっては、感度を犠牲にしても応答速
度を上げることが要求される。
化した場合には、磁束を正確に測定することができなく
なる。測定対象によっては、感度を犠牲にしても応答速
度を上げることが要求される。
【００１２】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、入力磁束が短時間で大きく変化しても磁束を正確に
測定することが可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供すること
にある。
み、入力磁束が短時間で大きく変化しても磁束を正確に
測定することが可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供すること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその作用】図１は、本
発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成を示す。
発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成を示す。
【００１４】このＳＱＵＩＤ磁束計は、超伝導リングに
２つのジョセフソン接合Ｊ１、Ｊ２が介在されたＳＱＵ
ＩＤ素子１と、ＳＱＵＩＤ素子１に周波数ｆの交流バイ
アス電流ＩBを供給する交流バイアス電流源２と、ＳＱ
ＵＩＤ素子１への入力磁束の時間微分値に応じた制御信
号ＣＳを出力する制御回路３と、入力端がＳＱＵＩＤ素
子１の出力端に接続され、制御信号ＣＳに応じて、１個
の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然数）のパルスを出力
し、該入力パルスの極性と該出力パルスの極性が対応、
例えば入力パルスが正のパルスであるとき出力パルスが
正のパルスと対応しているパルス数逓倍回路４と、パル
ス数逓倍回路４から出力される正パルスの個数Ｐと負パ
ルスの個数Ｑとの差Ｐ−Ｑに比例した磁束をＳＱＵＩＤ
素子１に加えてＳＱＵＩＤ素子１への入力磁束を打消そ
うとするフィードバック回路５とを備えている。
２つのジョセフソン接合Ｊ１、Ｊ２が介在されたＳＱＵ
ＩＤ素子１と、ＳＱＵＩＤ素子１に周波数ｆの交流バイ
アス電流ＩBを供給する交流バイアス電流源２と、ＳＱ
ＵＩＤ素子１への入力磁束の時間微分値に応じた制御信
号ＣＳを出力する制御回路３と、入力端がＳＱＵＩＤ素
子１の出力端に接続され、制御信号ＣＳに応じて、１個
の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然数）のパルスを出力
し、該入力パルスの極性と該出力パルスの極性が対応、
例えば入力パルスが正のパルスであるとき出力パルスが
正のパルスと対応しているパルス数逓倍回路４と、パル
ス数逓倍回路４から出力される正パルスの個数Ｐと負パ
ルスの個数Ｑとの差Ｐ−Ｑに比例した磁束をＳＱＵＩＤ
素子１に加えてＳＱＵＩＤ素子１への入力磁束を打消そ
うとするフィードバック回路５とを備えている。
【００１５】パルス数逓倍回路４の出力パルス１個に対
するＳＱＵＩＤ素子１へのフィードバック磁束をΔψと
すると、ＳＱＵＩＤ素子１への入力磁束に対するＳＱＵ
ＩＤ素子１への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・
ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大き
くなるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく
変化してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁
束を正確に測定することができる。
するＳＱＵＩＤ素子１へのフィードバック磁束をΔψと
すると、ＳＱＵＩＤ素子１への入力磁束に対するＳＱＵ
ＩＤ素子１への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・
ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大き
くなるほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく
変化してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁
束を正確に測定することができる。
【００１６】本発明の第１態様では、パルス数逓倍回路
４は、例えば図２に示す如く、入力端がＳＱＵＩＤ素子
１２の出力端に接続され、１個の入力パルスに対し交流
電源電流ＩCが周波数４ｎｆ（ｎは自然数）の場合にｎ
個のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力パル
スの極性が対応している超伝導ゲート２６と、制御信号
ＣＳｎに応じて周波数４ｎｆの交流電源電流ＩCを超伝
導ゲート２６の電源入力端に供給する周波数可変交流電
流源２８とを有し、制御回路３０は、超伝導ゲート２６
の入力端に供給される正パルスの個数ｐと負パルスの個
数ｑとの差ｐ−ｑの時間微分値及び該ｎの値に応じた制
御信号ＣＳｎを出力する。なお、周波数可変交流電流源
２８は、ｎ＝１の場合には周波数ｆの交流電源電流ＩC
を出力する構成であってもよい。また、周波数可変交流
電流源２８は、超伝導ゲート２６へパルスが入力されて
いるときのみ交流電源電流を出力する構成であってもよ
い。
４は、例えば図２に示す如く、入力端がＳＱＵＩＤ素子
１２の出力端に接続され、１個の入力パルスに対し交流
電源電流ＩCが周波数４ｎｆ（ｎは自然数）の場合にｎ
個のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力パル
スの極性が対応している超伝導ゲート２６と、制御信号
ＣＳｎに応じて周波数４ｎｆの交流電源電流ＩCを超伝
導ゲート２６の電源入力端に供給する周波数可変交流電
流源２８とを有し、制御回路３０は、超伝導ゲート２６
の入力端に供給される正パルスの個数ｐと負パルスの個
数ｑとの差ｐ−ｑの時間微分値及び該ｎの値に応じた制
御信号ＣＳｎを出力する。なお、周波数可変交流電流源
２８は、ｎ＝１の場合には周波数ｆの交流電源電流ＩC
を出力する構成であってもよい。また、周波数可変交流
電流源２８は、超伝導ゲート２６へパルスが入力されて
いるときのみ交流電源電流を出力する構成であってもよ
い。
【００１７】本発明の第２態様では、上記第１態様にお
いて、上記制御回路３０の代りに、超伝導ゲート２６か
ら出力される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの
差Ｐ−Ｑの時間微分値に応じた制御信号ＣＳｎを出力す
る制御回路を備えている。
いて、上記制御回路３０の代りに、超伝導ゲート２６か
ら出力される正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの
差Ｐ−Ｑの時間微分値に応じた制御信号ＣＳｎを出力す
る制御回路を備えている。
【００１８】上記第１又は第２態様によれば、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の構成が簡単になり、また、ＳＱＵＩＤ素子１
２、超伝導ゲート２６及びフィードバック回路１６、２
２、２４をワンチップ化することが可能となる。
Ｄ磁束計の構成が簡単になり、また、ＳＱＵＩＤ素子１
２、超伝導ゲート２６及びフィードバック回路１６、２
２、２４をワンチップ化することが可能となる。
【００１９】本発明の第３態様では、上記第１態様又は
第２態様のＳＱＵＩＤ素子１２がＮ個（Ｎ≧２）形成さ
れ、このＳＱＵＩＤ素子１２を有するＳＱＵＩＤ磁束計
を例えば図５に示す如くＮ個備え、１つの周波数可変交
流電流源２８の出力端がＮ個の上記超伝導ゲートの電源
入力端に共通に接続されている。
第２態様のＳＱＵＩＤ素子１２がＮ個（Ｎ≧２）形成さ
れ、このＳＱＵＩＤ素子１２を有するＳＱＵＩＤ磁束計
を例えば図５に示す如くＮ個備え、１つの周波数可変交
流電流源２８の出力端がＮ個の上記超伝導ゲートの電源
入力端に共通に接続されている。
【００２０】この構成の場合、室温側回路と低温側ＳＱ
ＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の本数は、従来よ
りも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけであ
り、この１本の信号線を介して、室温側から低温側に侵
入してくる熱量の影響は比較的小さい。
ＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の本数は、従来よ
りも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけであ
り、この１本の信号線を介して、室温側から低温側に侵
入してくる熱量の影響は比較的小さい。
【００２１】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【００２２】［第１実施例］図２は、第１実施例のＳＱ
ＵＩＤ磁束計を示す。図６と同一構成要素には、同一符
号を付してその説明を省略する。
ＵＩＤ磁束計を示す。図６と同一構成要素には、同一符
号を付してその説明を省略する。
【００２３】このＳＱＵＩＤ磁束計は、ＳＱＵＩＤチッ
プＳと、室温側の回路とからなる。ＳＱＵＩＤチップＳ
は、ＳＱＵＩＤ素子１２のバイアス入力端と書き込みゲ
ート１６の入力端との間に、超伝導ゲートである１入力
オアゲート２６が接続されている。ＳＱＵＩＤチップＳ
の他の点は図６と同一構成である。
プＳと、室温側の回路とからなる。ＳＱＵＩＤチップＳ
は、ＳＱＵＩＤ素子１２のバイアス入力端と書き込みゲ
ート１６の入力端との間に、超伝導ゲートである１入力
オアゲート２６が接続されている。ＳＱＵＩＤチップＳ
の他の点は図６と同一構成である。
【００２４】室温側回路は、次の通りである。すなわ
ち、交流バイアス電流源１４は、ＳＱＵＩＤ素子１２の
バイアス入力端に固定周波数ｆの交流バイアス電流ＩB
を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２８は、１入
力オアゲート２６の電源入力端に可変周波数４ｎｆの交
流電源電流ＩCを供給する。ここに、ｎは自然数であ
り、ｎ＝１の場合には周波数ｆの交流電源電流ＩCを供
給してもよく、以下においてはこの場合を説明する。周
波数可変交流バイアス電流源２８は、例えばファンクシ
ョンジェネレータ又はシンセサイザーで構成されてい
る。制御回路３０は、交流バイアス電流源１４及び周波
数可変交流バイアス電流源２８に対し、交流バイアス電
流ＩBと交流電源電流ＩC間の同期を取るための制御信号
を供給する。
ち、交流バイアス電流源１４は、ＳＱＵＩＤ素子１２の
バイアス入力端に固定周波数ｆの交流バイアス電流ＩB
を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２８は、１入
力オアゲート２６の電源入力端に可変周波数４ｎｆの交
流電源電流ＩCを供給する。ここに、ｎは自然数であ
り、ｎ＝１の場合には周波数ｆの交流電源電流ＩCを供
給してもよく、以下においてはこの場合を説明する。周
波数可変交流バイアス電流源２８は、例えばファンクシ
ョンジェネレータ又はシンセサイザーで構成されてい
る。制御回路３０は、交流バイアス電流源１４及び周波
数可変交流バイアス電流源２８に対し、交流バイアス電
流ＩBと交流電源電流ＩC間の同期を取るための制御信号
を供給する。
【００２５】１入力オアゲート２６の電圧ＶI及びＶOは
それぞれ、室温側のカウンタ３２及びカウンタ３４に供
給される。カウンタ３２及び３４は共にアップダウンカ
ウンタであり、その計数値Ｃ１及びＣ２は、負の入力パ
ルスでデクリメントされ、正の入力パルスでインクリメ
ントされる。カウンタ３２の計数値Ｃ１は、制御回路３
０に供給され、制御回路３０は、この計数値Ｃ１の時間
微分値ΔＣ１／Δｔ及びｎの値に基づいて周波数可変交
流バイアス電流源２８に選択制御信号ＣＳｎを供給し、
周波数可変交流バイアス電流源２８はこれに応じた周波
数ｆ又は４ｎｆの交流電源電流ＩCを出力する。
それぞれ、室温側のカウンタ３２及びカウンタ３４に供
給される。カウンタ３２及び３４は共にアップダウンカ
ウンタであり、その計数値Ｃ１及びＣ２は、負の入力パ
ルスでデクリメントされ、正の入力パルスでインクリメ
ントされる。カウンタ３２の計数値Ｃ１は、制御回路３
０に供給され、制御回路３０は、この計数値Ｃ１の時間
微分値ΔＣ１／Δｔ及びｎの値に基づいて周波数可変交
流バイアス電流源２８に選択制御信号ＣＳｎを供給し、
周波数可変交流バイアス電流源２８はこれに応じた周波
数ｆ又は４ｎｆの交流電源電流ＩCを出力する。
【００２６】次に、上記の如く構成された第１実施例の
動作を説明する。
動作を説明する。
【００２７】最初、制御回路３０は周波数可変交流バイ
アス電流源２８に選択制御信号ＣＳ１を供給し、周波数
可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数ｆ
の交流電源電流ＩCを出力する（ｎ＝１）。
アス電流源２８に選択制御信号ＣＳ１を供給し、周波数
可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周波数ｆ
の交流電源電流ＩCを出力する（ｎ＝１）。
【００２８】これにより、交流バイアス電流ＩB、電圧
ＶI、交流電源電流ＩC及び電流ＩOはそれぞれ図３
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如くなる。すなわち、電流ＩOの
パルス数は電圧ＶIのパルス数と同一となり、図６の回
路の動作と実質的に同じになる。
ＶI、交流電源電流ＩC及び電流ＩOはそれぞれ図３
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如くなる。すなわち、電流ＩOの
パルス数は電圧ＶIのパルス数と同一となり、図６の回
路の動作と実質的に同じになる。
【００２９】ピックアップコイル１０を介しＳＱＵＩＤ
素子１２に入力される磁束の変化が速くなり、計数値Ｃ
１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが設定値Ｄ１以上になる
と、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電流源２８
に選択制御信号ＣＳ２を供給し、周波数可変交流バイア
ス電流源２８はこれに応答して周波数８ｆの交流電源電
流ＩCを出力する（ｎ＝２）。
素子１２に入力される磁束の変化が速くなり、計数値Ｃ
１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが設定値Ｄ１以上になる
と、制御回路３０は周波数可変交流バイアス電流源２８
に選択制御信号ＣＳ２を供給し、周波数可変交流バイア
ス電流源２８はこれに応答して周波数８ｆの交流電源電
流ＩCを出力する（ｎ＝２）。
【００３０】これにより、交流バイアス電流ＩB、電圧
ＶI、交流電源電流ＩC及び電流ＩOはそれぞれ図４
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如くなる。すなわち、出力ＩOの
パルス数は入力ＶIのパルス数の２倍となる。この出力
ＩOの各パルスにより、磁束量子が書き込みゲート１６
を介し超伝導蓄積ループ２２に書き込まれて蓄積され
る。この際、正パルスの場合には蓄積磁束ψが磁束Δψ
だけ増加し、負パルスの場合には蓄積磁束ψが磁束Δψ
だけ減少する（以下同様）。出力ＩOのパルス数が入力
ＶIのパルス数の２倍になることにより、計数値Ｃ１の
時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少して設定値Ｄ１以下とな
る。
ＶI、交流電源電流ＩC及び電流ＩOはそれぞれ図４
（Ａ）〜（Ｄ）に示す如くなる。すなわち、出力ＩOの
パルス数は入力ＶIのパルス数の２倍となる。この出力
ＩOの各パルスにより、磁束量子が書き込みゲート１６
を介し超伝導蓄積ループ２２に書き込まれて蓄積され
る。この際、正パルスの場合には蓄積磁束ψが磁束Δψ
だけ増加し、負パルスの場合には蓄積磁束ψが磁束Δψ
だけ減少する（以下同様）。出力ＩOのパルス数が入力
ＶIのパルス数の２倍になることにより、計数値Ｃ１の
時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少して設定値Ｄ１以下とな
る。
【００３１】この状態から、ピックアップコイル１０を
介しＳＱＵＩＤ素子１２に入力される磁束の変化が更に
速くなり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが再度
設定値Ｄ１以上になると、制御回路３０は周波数可変交
流バイアス電流源２８に選択制御信号ＣＳ３を供給し、
周波数可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周
波数１２ｆの交流電源電流ＩCを出力する。これによ
り、出力ＩOのパルス数は入力ＶIのパルス数の３倍とな
り、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少して設
定値Ｄ１以下となる（ｎ＝３）。以下、上記同様に動作
する。
介しＳＱＵＩＤ素子１２に入力される磁束の変化が更に
速くなり、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが再度
設定値Ｄ１以上になると、制御回路３０は周波数可変交
流バイアス電流源２８に選択制御信号ＣＳ３を供給し、
周波数可変交流バイアス電流源２８はこれに応答して周
波数１２ｆの交流電源電流ＩCを出力する。これによ
り、出力ＩOのパルス数は入力ＶIのパルス数の３倍とな
り、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少して設
定値Ｄ１以下となる（ｎ＝３）。以下、上記同様に動作
する。
【００３２】周波数可変交流バイアス電流源２８が周波
数４ｎｆ（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力している
状態で、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少し
て設定値Ｄ０（Ｄ０＜Ｄ１）以下となると、制御回路３
０は周波数可変交流バイアス電流源２８に選択制御信号
ＣＳｎ−１を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２
８はこれに応答して、ｎ＝２の場合には周波数ｆ、ｎ≧
３の場合には周波数４（ｎ−１）ｆの交流電源電流ＩC
を出力する。これにより、出力ＩOのパルス数は入力ＶI
のパルス数のｎ−１倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値
ΔＣ１／Δｔが増加して設定値Ｄ０以上となる。
数４ｎｆ（ｎ≧２）の交流電源電流ＩCを出力している
状態で、計数値Ｃ１の時間微分値ΔＣ１／Δｔが減少し
て設定値Ｄ０（Ｄ０＜Ｄ１）以下となると、制御回路３
０は周波数可変交流バイアス電流源２８に選択制御信号
ＣＳｎ−１を供給し、周波数可変交流バイアス電流源２
８はこれに応答して、ｎ＝２の場合には周波数ｆ、ｎ≧
３の場合には周波数４（ｎ−１）ｆの交流電源電流ＩC
を出力する。これにより、出力ＩOのパルス数は入力ＶI
のパルス数のｎ−１倍となり、計数値Ｃ１の時間微分値
ΔＣ１／Δｔが増加して設定値Ｄ０以上となる。
【００３３】カウンタ３４の計数値Ｃ２は、蓄積磁束ψ
に比例しており、計数値Ｃ２により、ピックアップコイ
ル１０で検出した磁束を知ることができる。
に比例しており、計数値Ｃ２により、ピックアップコイ
ル１０で検出した磁束を知ることができる。
【００３４】以上のような動作により、入力磁束に対す
るＳＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速
度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微
分値が大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時
間で大きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従
し、入力磁束を正確に測定することができる。
るＳＱＵＩＤ素子１２への磁束フィードバックの応答速
度がΔψ・ｎｆとなり、このｎの値は入力磁束の時間微
分値が大きくなるほど大きくなるので、入力磁束が短時
間で大きく変化してもフィードバック磁束がこれに追従
し、入力磁束を正確に測定することができる。
【００３５】［第２実施例］図５は、第２実施例のＳＱ
ＵＩＤ磁束計を示す。
ＵＩＤ磁束計を示す。
【００３６】このＳＱＵＩＤ磁束計は、多チャンネルＳ
ＱＵＩＤチップＳＳがＮ個のＳＱＵＩＤ回路Ｓ１、Ｓ
２、・・・、ＳＮを備えており、各ＳＱＵＩＤ回路は、
図２のＳＱＵＩＤチップＳの回路と同一である。
ＱＵＩＤチップＳＳがＮ個のＳＱＵＩＤ回路Ｓ１、Ｓ
２、・・・、ＳＮを備えており、各ＳＱＵＩＤ回路は、
図２のＳＱＵＩＤチップＳの回路と同一である。
【００３７】ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流バイアス
電流入力端にはそれぞれ互いに同一構成の交流バイアス
電流源１４１、１４２、・・・、１４Ｎの出力端が接続
され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流電源電流入力端
は共に周波数可変交流バイアス電流源２８の出力端に接
続され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの何れか１つ、例え
ばＳ２の電圧ＶIがカウンタ３２のクロック入力端に接
続されている。
電流入力端にはそれぞれ互いに同一構成の交流バイアス
電流源１４１、１４２、・・・、１４Ｎの出力端が接続
され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの交流電源電流入力端
は共に周波数可変交流バイアス電流源２８の出力端に接
続され、ＳＱＵＩＤ回路Ｓ１〜ＳＮの何れか１つ、例え
ばＳ２の電圧ＶIがカウンタ３２のクロック入力端に接
続されている。
【００３８】他の点は図２と同一である。
【００３９】この第２実施例では、多チャンネルＳＱＵ
ＩＤチップＳＳを用いているが、室温側回路と低温側多
チャンネルＳＱＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の
本数は、従来よりも１本増えるだけであり、この１本の
信号線を介し室温側から低温側へ侵入する熱量の影響は
比較的小さい。
ＩＤチップＳＳを用いているが、室温側回路と低温側多
チャンネルＳＱＵＩＤチップＳＳとを接続する信号線の
本数は、従来よりも１本増えるだけであり、この１本の
信号線を介し室温側から低温側へ侵入する熱量の影響は
比較的小さい。
【００４０】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。例えば、図２において、カウンタ３２を用い
ず、制御回路３０は、カウンタ３４の計数値Ｃ２の時間
微分値に基づいて上記選択制御信号ＣＳｎを出力する構
成であってもよい。また、書込みゲート１６及び超伝導
蓄積ループ２２の機能を公知の室温側回路で果す構成で
あってもよい。さらに、１入力オアゲート２６の代りに
例えば及び周波数ｎｆの交流電源電流ＩCを用いてパル
ス数をｎ倍にする構成であってもよい。
まれる。例えば、図２において、カウンタ３２を用い
ず、制御回路３０は、カウンタ３４の計数値Ｃ２の時間
微分値に基づいて上記選択制御信号ＣＳｎを出力する構
成であってもよい。また、書込みゲート１６及び超伝導
蓄積ループ２２の機能を公知の室温側回路で果す構成で
あってもよい。さらに、１入力オアゲート２６の代りに
例えば及び周波数ｎｆの交流電源電流ＩCを用いてパル
ス数をｎ倍にする構成であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ素子への交流バイアス電流
の周波数をｆとしパルス数逓倍回路の出力パルス１個に
対するＳＱＵＩＤ素子へのフィードバック磁束をΔψと
すると、ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束に対するＳＱＵＩ
Ｄ素子への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・ｎｆ
となり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大きくな
るほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく変化
してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁束を
正確に測定することができるという優れた効果を奏し、
ＳＱＵＩＤ磁束計の用途拡大に寄与するところが大き
い。
ＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ素子への交流バイアス電流
の周波数をｆとしパルス数逓倍回路の出力パルス１個に
対するＳＱＵＩＤ素子へのフィードバック磁束をΔψと
すると、ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束に対するＳＱＵＩ
Ｄ素子への磁束フィードバックの応答速度がΔψ・ｎｆ
となり、このｎの値は入力磁束の時間微分値が大きくな
るほど大きくなるので、入力磁束が短時間で大きく変化
してもフィードバック磁束がこれに追従し、入力磁束を
正確に測定することができるという優れた効果を奏し、
ＳＱＵＩＤ磁束計の用途拡大に寄与するところが大き
い。
【００４２】本発明の第１態様又は第２態様によれば、
ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、ＳＱＵＩ
Ｄ素子、超伝導ゲート及びフィードバック回路をワンチ
ップ化することが可能となるという効果を奏する。
ＳＱＵＩＤ磁束計の構成が簡単になり、また、ＳＱＵＩ
Ｄ素子、超伝導ゲート及びフィードバック回路をワンチ
ップ化することが可能となるという効果を奏する。
【００４３】本発明の第３態様によれば、室温側回路と
低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続する信号線の本数は、
従来よりも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけ
であり、この１本の信号線を介し室温側から低温側へ侵
入する熱量の影響が比較的小さいという効果を奏する。
低温側ＳＱＵＩＤチップとを接続する信号線の本数は、
従来よりも周波数可変交流電流供給用が１本増えるだけ
であり、この１本の信号線を介し室温側から低温側へ侵
入する熱量の影響が比較的小さいという効果を奏する。
【図１】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の原理構成図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の回路
図である。
図である。
【図３】図２の回路の動作を示す波形図である。
【図４】図２の回路の動作を示す波形図である。
【図５】本発明の第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の回路
図である。
図である。
【図６】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の回路図である。
【図７】図６の回路の動作を示す波形図である。
Ｓ ＳＱＵＩＤチップ ＳＳ 多チャンネルＳＱＵＩＤチップ １０ ピックアップコイル １２、１８ ＳＱＵＩＤ素子 １４、１４１〜１４Ｎ 交流バイアス電流源 １６ 書き込みゲート ２０ 磁気結合線 ２２ 超伝導蓄積ループ ２４ フィードバックループ ２６ １入力オアゲート ２８ 周波数可変交流バイアス電流源 ３０ 制御回路 ３２、３４ カウンタ
Claims (4)
- 【請求項１】 超伝導リングに２つのジョセフソン接合
（Ｊ１、Ｊ２）が介在されたＳＱＵＩＤ素子（１）と、 該ＳＱＵＩＤ素子に周波数ｆの交流バイアス電流
（ＩB）を供給する交流バイアス電流源（２）と、 該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束の時間微分値に応じた制
御信号（ＣＳ）を出力する制御回路（３）と、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子の出力端に接続され、該制御
信号に応じて、１個の入力パルスに対しｎ個（ｎは自然
数）のパルスを出力し、該入力パルスの極性と該出力パ
ルスの極性が対応しているパルス数逓倍回路（４）と、 該パルス数逓倍回路から出力される正パルスの個数Ｐと
負パルスの個数Ｑとの差Ｐ−Ｑに比例した磁束を該ＳＱ
ＵＩＤ素子に加えて該ＳＱＵＩＤ素子への入力磁束を打
消そうとするフィードバック回路（５）と、 を有することを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項２】 前記パルス数逓倍回路（４）は、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子（１２）の出力端に接続さ
れ、１個の入力パルスに対し交流電源電流（ＩC）が周
波数４ｎｆ（ｎは自然数）の場合にｎ個のパルスを出力
し、該入力パルスの極性と該出力パルスの極性が対応し
ている超伝導ゲート（２６）と、 前記制御信号（ＣＳ）に応じて周波数４ｎｆの交流電源
電流を該超伝導ゲートの電源入力端に供給する周波数可
変交流電流源（２８）とを有し、 前記制御回路（３０）は、該超伝導ゲートの入力端に供
給される正パルスの個数ｐと負パルスの個数ｑとの差ｐ
−ｑの時間微分値及び該ｎの値に応じた制御信号を出力
する、 ことを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項３】 前記パルス数逓倍回路（４）は、 入力端が該ＳＱＵＩＤ素子（１２）の出力端に接続さ
れ、１個の入力パルスに対し交流電源電流（ＩC）が周
波数４ｎｆ（ｎは自然数）の場合にｎ個のパルスを出力
し、該入力パルスの極性と該出力パルスの極性が対応し
ている超伝導ゲート（２６）と、 前記制御信号（ＣＳ）に応じて周波数４ｎｆの交流電源
電流を該超伝導ゲートの電源入力端に供給する周波数可
変交流電流源（２８）とを有し、 前記制御回路（３０）は、該超伝導ゲートから出力され
る正パルスの個数Ｐと負パルスの個数Ｑとの差Ｐ−Ｑの
時間微分値に応じた制御信号を出力する、 ことを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項４】 請求項２又は３記載のＳＱＵＩＤ素子
（Ｓ１〜ＳＮ）が複数個形成され、該ＳＱＵＩＤ素子を
有する請求項２又は３記載のＳＱＵＩＤ磁束計を該複数
個備え、１つの前記周波数可変交流電流源（２８）の出
力端が該複数個の前記超伝導ゲート（２６）の電源入力
端に共通に接続されていることを特徴とするＳＱＵＩＤ
磁束計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04198308A JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| US08/096,401 US5424641A (en) | 1992-07-24 | 1993-07-26 | SQUID fluxmeter having a pulse mulliplication circuit number for accurately measuring large rates of change in flux |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04198308A JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0643230A true JPH0643230A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3133830B2 JP3133830B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16388978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04198308A Expired - Fee Related JP3133830B2 (ja) | 1992-07-24 | 1992-07-24 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5424641A (ja) |
| JP (1) | JP3133830B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8571614B1 (en) | 2009-10-12 | 2013-10-29 | Hypres, Inc. | Low-power biasing networks for superconducting integrated circuits |
| US10222416B1 (en) | 2015-04-14 | 2019-03-05 | Hypres, Inc. | System and method for array diagnostics in superconducting integrated circuit |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4389612A (en) * | 1980-06-17 | 1983-06-21 | S.H.E. Corporation | Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS |
| US4672359A (en) * | 1985-11-12 | 1987-06-09 | Trw Inc. | Superconducting analog-to-digital converter and digital magnetometer and related method for its use |
| JPS63158753A (ja) * | 1986-12-22 | 1988-07-01 | Seiko Instr & Electronics Ltd | 電池放電用回路 |
| US4947118A (en) * | 1988-11-21 | 1990-08-07 | Fujitsu Limited | Digital squid system adaptive for integrated circuit construction and having high accuracy |
| JPH02257076A (ja) * | 1989-03-30 | 1990-10-17 | Fujitsu Ltd | ディジタルスクイド制御方式 |
-
1992
- 1992-07-24 JP JP04198308A patent/JP3133830B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-07-26 US US08/096,401 patent/US5424641A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3133830B2 (ja) | 2001-02-13 |
| US5424641A (en) | 1995-06-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001114 |
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