JPH08146109A - Ｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ磁束計Info
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- JPH08146109A JPH08146109A JP6305715A JP30571594A JPH08146109A JP H08146109 A JPH08146109 A JP H08146109A JP 6305715 A JP6305715 A JP 6305715A JP 30571594 A JP30571594 A JP 30571594A JP H08146109 A JPH08146109 A JP H08146109A
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- Japan
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- squid
- magnetic flux
- ring
- noise
- apf
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＳＱＵＩＤ固有ノイズが大きい場合において
もＡＰＦが適用可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供する。 【構成】 ＳＱＵＩＤリングに作用する磁束変化に応じ
た電圧出力が得られるｄｃ−ＳＱＵＩＤの出力を用いて
外部磁束の微小変化量を計測するＳＱＵＩＤ磁束計にお
いて、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束
を直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路を有し、か
つ、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの磁束−電圧曲線上の緩やか
な部分に磁束計動作点を設けたことを特徴とする。
もＡＰＦが適用可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供する。 【構成】 ＳＱＵＩＤリングに作用する磁束変化に応じ
た電圧出力が得られるｄｃ−ＳＱＵＩＤの出力を用いて
外部磁束の微小変化量を計測するＳＱＵＩＤ磁束計にお
いて、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束
を直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路を有し、か
つ、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの磁束−電圧曲線上の緩やか
な部分に磁束計動作点を設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ（Supercon
ducting Quantum Interference Device ：超伝導量子干
渉デバイス）を使用して磁場を計測するＳＱＵＩＤ磁束
計に係り、より詳しくは、相互インダクタンスにより正
帰還を与える回路（ Additional Positive Feedback 回
路。以下、「ＡＰＦ回路」という。）を用いたＳＱＵＩ
Ｄ磁束計に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体ヘリ
ウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタット
等）内で低温状態に維持され、ループ（リング）内にジ
ョセフソン接合を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤル
ープに直流電流をバイアス電流として印加して駆動し、
このＳＱＵＩＤループ内に、ピックアップコイルやイン
プットコイル等を介して、あるいは直接外部からの磁束
を結合して印加すると、ＳＱＵＩＤループに周回電流が
誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量子的
な干渉効果により、印加された外部磁束の微弱な変化を
出力電圧の大きな変化に変換するトランスデューサとし
て動作することを利用して、微小磁束変化を測定する素
子である。
ducting Quantum Interference Device ：超伝導量子干
渉デバイス）を使用して磁場を計測するＳＱＵＩＤ磁束
計に係り、より詳しくは、相互インダクタンスにより正
帰還を与える回路（ Additional Positive Feedback 回
路。以下、「ＡＰＦ回路」という。）を用いたＳＱＵＩ
Ｄ磁束計に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体ヘリ
ウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタット
等）内で低温状態に維持され、ループ（リング）内にジ
ョセフソン接合を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤル
ープに直流電流をバイアス電流として印加して駆動し、
このＳＱＵＩＤループ内に、ピックアップコイルやイン
プットコイル等を介して、あるいは直接外部からの磁束
を結合して印加すると、ＳＱＵＩＤループに周回電流が
誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量子的
な干渉効果により、印加された外部磁束の微弱な変化を
出力電圧の大きな変化に変換するトランスデューサとし
て動作することを利用して、微小磁束変化を測定する素
子である。
【０００２】
【従来の技術】従来から、２個のジョセフソン接合を含
むｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計としては、低温環境（冷却
系）を維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯め
ておく断熱格納容器であるデュワー（又はクライオスタ
ット）と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプロー
ブと、室温で動作するアンプ（増幅器）及びコントロー
ラを備えて構成され、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプロ
ーブと室温のアンプとが同軸ケーブルもしくはツイスト
ケーブル等で接続されて構成されたものが知られてい
る。
むｄｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計としては、低温環境（冷却
系）を維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯め
ておく断熱格納容器であるデュワー（又はクライオスタ
ット）と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプロー
ブと、室温で動作するアンプ（増幅器）及びコントロー
ラを備えて構成され、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプロ
ーブと室温のアンプとが同軸ケーブルもしくはツイスト
ケーブル等で接続されて構成されたものが知られてい
る。
【０００３】このようなＳＱＵＩＤ磁束計は、磁束分解
能が１０-5φo ／Ｈｚ1/2 （左式においてφo は磁束量
子を示す）と、非常に高感度であり、また、ＳＱＵＩＤ
の応答は非常に早く、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）ないし数
１０ＧＨｚで動作するのが特徴である。
能が１０-5φo ／Ｈｚ1/2 （左式においてφo は磁束量
子を示す）と、非常に高感度であり、また、ＳＱＵＩＤ
の応答は非常に早く、数ＧＨｚ（ギガヘルツ）ないし数
１０ＧＨｚで動作するのが特徴である。
【０００４】最近、ＳＱＵＩＤに相互インダクタンスに
より正帰還を与えるＡＰＦ回路を付加し、磁場測定感度
（磁束−電圧変換率）を向上させる技術により、簡単な
駆動回路で低雑音の磁束計が実現可能となった。このＡ
ＰＦ回路は、生体磁気計測のように多チャンネルセンサ
の必要なＳＱＵＩＤ磁束計には有効である。
より正帰還を与えるＡＰＦ回路を付加し、磁場測定感度
（磁束−電圧変換率）を向上させる技術により、簡単な
駆動回路で低雑音の磁束計が実現可能となった。このＡ
ＰＦ回路は、生体磁気計測のように多チャンネルセンサ
の必要なＳＱＵＩＤ磁束計には有効である。
【０００５】図４にＡＰＦ回路の原理図を示す。図に示
すように、このＳＱＵＩＤ磁束計２１は、２つのジョセ
フソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 を有するＳＱＵＩＤリング２に対
し並列にＡＰＦ回路（正帰還回路）２３が接続されてお
り、ＡＰＦ回路２３は、ＡＰＦ抵抗Ｒa と相互インダク
タンスＭa のＡＰＦコイル（正帰還コイル）が直列に接
続されて構成されている。そして、ＳＱＵＩＤリング２
には、定電流源ＶB と抵抗ＲB からなる駆動用定電流源
回路が接続されている。
すように、このＳＱＵＩＤ磁束計２１は、２つのジョセ
フソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 を有するＳＱＵＩＤリング２に対
し並列にＡＰＦ回路（正帰還回路）２３が接続されてお
り、ＡＰＦ回路２３は、ＡＰＦ抵抗Ｒa と相互インダク
タンスＭa のＡＰＦコイル（正帰還コイル）が直列に接
続されて構成されている。そして、ＳＱＵＩＤリング２
には、定電流源ＶB と抵抗ＲB からなる駆動用定電流源
回路が接続されている。
【０００６】ＡＰＦ抵抗Ｒa と相互インダクタンスＭa
のない単体のＳＱＵＩＤリング２の磁束−電圧変換率を
ｄＶ／ｄΦとすると、ＡＰＦ回路を用いたときの実効的
な磁束−電圧返還率ｄＶ／ｄΦexは、下式
のない単体のＳＱＵＩＤリング２の磁束−電圧変換率を
ｄＶ／ｄΦとすると、ＡＰＦ回路を用いたときの実効的
な磁束−電圧返還率ｄＶ／ｄΦexは、下式
【数１】 で表わされる。
【０００７】上式（１）において、βa は、下式
【数２】 で表わされ、Ｍa ／Ｒa に比例する定数となる。このＭ
a ／Ｒa は正帰還量を表わしている。
a ／Ｒa は正帰還量を表わしている。
【０００８】上式（１）において、βa が０＜βa ＜１
の条件を満足する場合には、ＳＱＵＩＤ単体の磁束−電
圧返還率ｄＶ／ｄΦに対して、実効的な磁束−電圧返還
率ｄＶ／ｄΦexを大きくすることができる。その結果、
アンプによる磁束ノイズを低減することができる。
の条件を満足する場合には、ＳＱＵＩＤ単体の磁束−電
圧返還率ｄＶ／ｄΦに対して、実効的な磁束−電圧返還
率ｄＶ／ｄΦexを大きくすることができる。その結果、
アンプによる磁束ノイズを低減することができる。
【０００９】次に、ＡＰＦ回路を用いたＳＱＵＩＤにつ
いて、ＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路を用いて図５の
動作点Ｐ（磁束−電圧曲線の急峻な部分）でＳＱＵＩＤ
磁束計２１を動作させた場合の磁束分解能Φtotal を考
える。ＳＱＵＩＤ磁束計の分解能が、ＳＱＵＩＤノイズ
と、アンプによる磁束ノイズと、その他のノイズとによ
って決定されるとすると、Φtotal は下式
いて、ＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路を用いて図５の
動作点Ｐ（磁束−電圧曲線の急峻な部分）でＳＱＵＩＤ
磁束計２１を動作させた場合の磁束分解能Φtotal を考
える。ＳＱＵＩＤ磁束計の分解能が、ＳＱＵＩＤノイズ
と、アンプによる磁束ノイズと、その他のノイズとによ
って決定されるとすると、Φtotal は下式
【数３】 にように表わされる。
【００１０】上式（３）において、ΦisはＳＱＵＩＤの
固有磁束ノイズを、Ｖamp はプリアンプの電圧性ノイズ
を、Φexはダンピング抵抗やＡＰＦ回路自身の出すその
他のノイズを、それぞれ示している。ここでは、Φexに
ついては、無視できるものとして考える。
固有磁束ノイズを、Ｖamp はプリアンプの電圧性ノイズ
を、Φexはダンピング抵抗やＡＰＦ回路自身の出すその
他のノイズを、それぞれ示している。ここでは、Φexに
ついては、無視できるものとして考える。
【００１１】上式（３）より、Φtotal が最も小さくな
るのは、ＳＱＵＩＤによる磁束ノイズとアンプによる磁
束ノイズが同じ値になったときである。したがって、Φ
total が最小になるためのβa （但し、βa ＞０）の条
件式は下式
るのは、ＳＱＵＩＤによる磁束ノイズとアンプによる磁
束ノイズが同じ値になったときである。したがって、Φ
total が最小になるためのβa （但し、βa ＞０）の条
件式は下式
【数４】 のようになる。
【００１２】上式（４）の条件を上式（３）に代入する
と、下式
と、下式
【数５】 が導かれる。上式（５）において、Φt-min は、最適条
件でＡＰＦ回路を用いたときの最小磁束ノイズを表わし
ている。
件でＡＰＦ回路を用いたときの最小磁束ノイズを表わし
ている。
【００１３】一方、ＳＱＵＩＤ磁束計において、磁場を
磁束に変換する係数をＢ／Φとおく。このとき、Ｂ／Φ
が小さいＳＱＵＩＤほど磁場を磁束に変換する効率が良
いことになる。一般的に、固有インダクタンスの大きな
ＳＱＵＩＤほど、上記のＢ／Φは小さくなる。例えば、
Ketchen 型ＳＱＵＩＤの場合、ＳＱＵＩＤ固有インダク
タンスをＬs 、インプットコイルのインダクタンスをＬ
i 、ピックアップコイルのインダクタンス及び面積をＬ
p とＳ、結合効率をｋとすると、Ｂ／Φは、下式
磁束に変換する係数をＢ／Φとおく。このとき、Ｂ／Φ
が小さいＳＱＵＩＤほど磁場を磁束に変換する効率が良
いことになる。一般的に、固有インダクタンスの大きな
ＳＱＵＩＤほど、上記のＢ／Φは小さくなる。例えば、
Ketchen 型ＳＱＵＩＤの場合、ＳＱＵＩＤ固有インダク
タンスをＬs 、インプットコイルのインダクタンスをＬ
i 、ピックアップコイルのインダクタンス及び面積をＬ
p とＳ、結合効率をｋとすると、Ｂ／Φは、下式
【数６】 のように表わされる。
【００１４】また、上式（６）において、γは下式
【数７】 で表わされる。
【００１５】したがって、上式（６），（７）より、Ｓ
ＱＵＩＤ固有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤほ
ど、Ｂ／Φが小さくなる、すなわち感度が良くなること
がわかる。このことは、Direct Coupling 方式を採用し
ているDrung 型ＳＱＵＩＤも同様である。しかし、ＳＱ
ＵＩＤ固有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤで
は、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisが大きくなってしまうこ
とが知られている。
ＱＵＩＤ固有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤほ
ど、Ｂ／Φが小さくなる、すなわち感度が良くなること
がわかる。このことは、Direct Coupling 方式を採用し
ているDrung 型ＳＱＵＩＤも同様である。しかし、ＳＱ
ＵＩＤ固有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤで
は、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisが大きくなってしまうこ
とが知られている。
【００１６】ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisは、下式
【数８】 で示すされる。上式（８）において、ｋB はボルツマン
定数を、Ｔは絶対温度を、Ｒn はＳＱＵＩＤのノーマル
抵抗を、それぞれ示している。λは２〜５の値である。
定数を、Ｔは絶対温度を、Ｒn はＳＱＵＩＤのノーマル
抵抗を、それぞれ示している。λは２〜５の値である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳＱＵＩＤ固
有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤにＡＰＦを適
用するとどうなるかを考えてみると、上式（４）におい
て、ＳＱＵＩＤ固有インダクタンスＬs が大きく、ＳＱ
ＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べ
て大きい場合には、（Φis／Ｖamp ）・（ｄＶ／ｄΦ）
の値は１よりも大きくなるため、βa は負の値を持つこ
とになる。したがって、ＡＰＦは適用されなくなる。す
なわち、このような場合には、磁束−電圧曲線の急峻な
方を動作点とした場合のＡＰＦを用いても全磁束ノイズ
Φtotal を低減することができないことがわかる。本発
明は、上記の問題点を解決するためになされたものであ
り、ＳＱＵＩＤ固有ノイズが大きい場合においてもＡＰ
Ｆが適用可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供することを目的
とする。
有インダクタンスＬs の大きなＳＱＵＩＤにＡＰＦを適
用するとどうなるかを考えてみると、上式（４）におい
て、ＳＱＵＩＤ固有インダクタンスＬs が大きく、ＳＱ
ＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べ
て大きい場合には、（Φis／Ｖamp ）・（ｄＶ／ｄΦ）
の値は１よりも大きくなるため、βa は負の値を持つこ
とになる。したがって、ＡＰＦは適用されなくなる。す
なわち、このような場合には、磁束−電圧曲線の急峻な
方を動作点とした場合のＡＰＦを用いても全磁束ノイズ
Φtotal を低減することができないことがわかる。本発
明は、上記の問題点を解決するためになされたものであ
り、ＳＱＵＩＤ固有ノイズが大きい場合においてもＡＰ
Ｆが適用可能なＳＱＵＩＤ磁束計を提供することを目的
とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、ＳＱＵＩＤリン
グに作用する磁束変化に応じた電圧出力が得られるｄｃ
−ＳＱＵＩＤの出力を用いて外部磁束の微小変化量を計
測するＳＱＵＩＤ磁束計において、前記ｄｃ−ＳＱＵＩ
Ｄの電圧出力に比例した磁束を直接前記ＳＱＵＩＤリン
グに戻す帰還回路を有し、かつ、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤ
の磁束−電圧曲線上の緩やかな部分に磁束計動作点を設
けて構成される。上記において、前記ＳＱＵＩＤリング
に作用する磁束を一定値にロックするためのＦＬＬ方式
に用いる負帰還回路と、ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に
比例した磁束を直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回
路とを、同一の帰還コイルを共有化して構成してもよ
い。また、上記において、外部磁場を捉えるピックアッ
プコイルと、前記ピックアップコイルで受けた外部磁場
を前記ＳＱＵＩＤリングに伝達するインプットコイル
と、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束を
直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路とを、同一の
帰還コイルを共有化して構成してもよい。
め、本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、ＳＱＵＩＤリン
グに作用する磁束変化に応じた電圧出力が得られるｄｃ
−ＳＱＵＩＤの出力を用いて外部磁束の微小変化量を計
測するＳＱＵＩＤ磁束計において、前記ｄｃ−ＳＱＵＩ
Ｄの電圧出力に比例した磁束を直接前記ＳＱＵＩＤリン
グに戻す帰還回路を有し、かつ、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤ
の磁束−電圧曲線上の緩やかな部分に磁束計動作点を設
けて構成される。上記において、前記ＳＱＵＩＤリング
に作用する磁束を一定値にロックするためのＦＬＬ方式
に用いる負帰還回路と、ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に
比例した磁束を直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回
路とを、同一の帰還コイルを共有化して構成してもよ
い。また、上記において、外部磁場を捉えるピックアッ
プコイルと、前記ピックアップコイルで受けた外部磁場
を前記ＳＱＵＩＤリングに伝達するインプットコイル
と、前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束を
直接前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路とを、同一の
帰還コイルを共有化して構成してもよい。
【００１９】
【作用】上記構成を有する本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束
計によれば、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／（ｄ
Ｖ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、βa は正の
値となり、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動作点とする
ことにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズΦtotal を
低減することができる。
計によれば、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／（ｄ
Ｖ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、βa は正の
値となり、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動作点とする
ことにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズΦtotal を
低減することができる。
【００２０】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面にもとづいて
説明する。図１は、本発明の第１実施例であるＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を示す図である。図に示すように、このＳＱＵ
ＩＤ磁束計１Ａは、２つのジョセフソン接合Ｊ1 ，Ｊ2
を有するＳＱＵＩＤリング２に対し並列にＡＰＦ回路３
Ａが接続されており、ＡＰＦ回路２３は、ＡＰＦ抵抗Ｒ
a と相互インダクタンスＭa のＡＰＦコイルが直列に接
続されて構成されている。そして、ＳＱＵＩＤリング２
には、定電流源ＶB と抵抗ＲB からなる駆動用定電流源
回路が接続されている。
説明する。図１は、本発明の第１実施例であるＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を示す図である。図に示すように、このＳＱＵ
ＩＤ磁束計１Ａは、２つのジョセフソン接合Ｊ1 ，Ｊ2
を有するＳＱＵＩＤリング２に対し並列にＡＰＦ回路３
Ａが接続されており、ＡＰＦ回路２３は、ＡＰＦ抵抗Ｒ
a と相互インダクタンスＭa のＡＰＦコイルが直列に接
続されて構成されている。そして、ＳＱＵＩＤリング２
には、定電流源ＶB と抵抗ＲB からなる駆動用定電流源
回路が接続されている。
【００２１】上記のＳＱＵＩＤ磁束計１Ａでは、外部磁
束はＳＱＵＩＤリング２で直接受ける形式になってい
る。入力磁束に応じてＳＱＵＩＤリング２の両端に生じ
る電圧変化は、プリアンプ４により前置反転増幅された
後、積分増幅器５を通して反転増幅され、磁束変化量の
計測に用いられる。
束はＳＱＵＩＤリング２で直接受ける形式になってい
る。入力磁束に応じてＳＱＵＩＤリング２の両端に生じ
る電圧変化は、プリアンプ４により前置反転増幅された
後、積分増幅器５を通して反転増幅され、磁束変化量の
計測に用いられる。
【００２２】積分増幅器５の出力は、帰還抵抗Ｒf を介
して相互インダクタンスＭf の帰還コイルからＳＱＵＩ
Ｄリング２へ磁束フィードバックされ、ＦＬＬ方式によ
る磁束ロックが行われる。ＦＬＬ方式とは、磁束−電圧
曲線の動作点において、帰還回路により磁束をＳＱＵＩ
Ｄリングにフィードバックすることにより、ＳＱＵＩＤ
リングに作用する磁束を一定値にロックする方式であ
る。上記において、帰還抵抗Ｒf と相互インダクタンス
Ｍf の帰還コイルはＦＬＬ回路６Ａを構成している。
して相互インダクタンスＭf の帰還コイルからＳＱＵＩ
Ｄリング２へ磁束フィードバックされ、ＦＬＬ方式によ
る磁束ロックが行われる。ＦＬＬ方式とは、磁束−電圧
曲線の動作点において、帰還回路により磁束をＳＱＵＩ
Ｄリングにフィードバックすることにより、ＳＱＵＩＤ
リングに作用する磁束を一定値にロックする方式であ
る。上記において、帰還抵抗Ｒf と相互インダクタンス
Ｍf の帰還コイルはＦＬＬ回路６Ａを構成している。
【００２３】一方、ＡＰＦ回路３Ａは、ＳＱＵＩＤリン
グ２の電圧出力を、直接、抵抗Ｒaを介して、相互イン
ダクタンスＭa のＡＰＦコイルから磁束としてＳＱＵＩ
Ｄリング２に帰還する。このＡＰＦ回路（正帰還回路）
を施すことによって、ＳＱＵＩＤリング２の出力におけ
る磁束−電圧変換効率は小さくなるが、ＳＱＵＩＤ固有
ノイズΦisを実効的に小さくすることができる。この効
果によって、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがアンプのノイ
ズよりも大きいときには、トータルとしての磁束ノイズ
Φtotal を小さくすることができる。
グ２の電圧出力を、直接、抵抗Ｒaを介して、相互イン
ダクタンスＭa のＡＰＦコイルから磁束としてＳＱＵＩ
Ｄリング２に帰還する。このＡＰＦ回路（正帰還回路）
を施すことによって、ＳＱＵＩＤリング２の出力におけ
る磁束−電圧変換効率は小さくなるが、ＳＱＵＩＤ固有
ノイズΦisを実効的に小さくすることができる。この効
果によって、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがアンプのノイ
ズよりも大きいときには、トータルとしての磁束ノイズ
Φtotal を小さくすることができる。
【００２４】この理由は以下の通りである。すなわち、
磁束−電圧曲線の急峻な方ではなく、緩やかな部分（図
５におけるＱ点）を動作点とした場合の全磁束ノイズΦ
total は、下式
磁束−電圧曲線の急峻な方ではなく、緩やかな部分（図
５におけるＱ点）を動作点とした場合の全磁束ノイズΦ
total は、下式
【数９】 のように表わされる。
【００２５】上式（９）における最適なβa は、下式
【数１０】 のように表わすことができる。但し、上式（１０）にお
いて、βa はβa ＜２の条件を満足するものとする。
いて、βa はβa ＜２の条件を満足するものとする。
【００２６】したがって、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisが
Ｖamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合において
も、上式（１０）より、βa は正の値となり、磁束−電
圧曲線の緩やかな方を動作点とすることにより、ＡＰＦ
を用いても全磁束ノイズΦtotal を低減することができ
ることがわかる。
Ｖamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合において
も、上式（１０）より、βa は正の値となり、磁束−電
圧曲線の緩やかな方を動作点とすることにより、ＡＰＦ
を用いても全磁束ノイズΦtotal を低減することができ
ることがわかる。
【００２７】次に、本発明の第２実施例であるＳＱＵＩ
Ｄ磁束計１Ｂの構成を図２に示す。このＳＱＵＩＤ磁束
計１Ｂが、図１に示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ａと異なる点
は、ＡＰＦ回路３ＢのＡＰＦコイルと、ＦＬＬ回路６Ｃ
の帰還コイルとを共有化した点である。
Ｄ磁束計１Ｂの構成を図２に示す。このＳＱＵＩＤ磁束
計１Ｂが、図１に示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ａと異なる点
は、ＡＰＦ回路３ＢのＡＰＦコイルと、ＦＬＬ回路６Ｃ
の帰還コイルとを共有化した点である。
【００２８】このように構成しても、上記の第１実施例
の場合と同様に、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／
（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、磁束−
電圧曲線の緩やかな方を動作点とすることにより、ＡＰ
Ｆを用いても全磁束ノイズΦtotal を低減することがで
きる。
の場合と同様に、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶamp ／
（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、磁束−
電圧曲線の緩やかな方を動作点とすることにより、ＡＰ
Ｆを用いても全磁束ノイズΦtotal を低減することがで
きる。
【００２９】次に、本発明の第３実施例であるＳＱＵＩ
Ｄ磁束計１Ｃの構成を図３に示す。このＳＱＵＩＤ磁束
計１Ｃが、図１に示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ａ及び図２に
示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ｂと異なる点は、外部磁束をＳ
ＱＵＩＤリング２に結合させるためにピックアップコイ
ルＬp とインプットコイルＬi を設け、ＡＰＦ回路３Ｃ
のＡＰＦコイルと、インプットコイルＬi とを共有化し
た点である。
Ｄ磁束計１Ｃの構成を図３に示す。このＳＱＵＩＤ磁束
計１Ｃが、図１に示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ａ及び図２に
示すＳＱＵＩＤ磁束計１Ｂと異なる点は、外部磁束をＳ
ＱＵＩＤリング２に結合させるためにピックアップコイ
ルＬp とインプットコイルＬi を設け、ＡＰＦ回路３Ｃ
のＡＰＦコイルと、インプットコイルＬi とを共有化し
た点である。
【００３０】このように構成しても、上記の第１実施例
及び第２実施例の場合と同様に、ＳＱＵＩＤ固有ノイズ
ΦisがＶamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合にお
いても、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動作点とするこ
とにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズΦtotal を低
減することができる。
及び第２実施例の場合と同様に、ＳＱＵＩＤ固有ノイズ
ΦisがＶamp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合にお
いても、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動作点とするこ
とにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズΦtotal を低
減することができる。
【００３１】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＳＱ
ＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶ
amp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、
βa は正の値となり、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動
作点とすることにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズ
Φtotal を低減することができ、従来よりも低雑音でか
つ高感度なＳＱＵＩＤ磁束計を実現することができる、
という利点を有している。
ＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ固有ノイズΦisがＶ
amp ／（ｄＶ／ｄΦ）に比べて大きい場合においても、
βa は正の値となり、磁束−電圧曲線の緩やかな方を動
作点とすることにより、ＡＰＦを用いても全磁束ノイズ
Φtotal を低減することができ、従来よりも低雑音でか
つ高感度なＳＱＵＩＤ磁束計を実現することができる、
という利点を有している。
【図１】本発明の第１実施例であるＳＱＵＩＤ磁束計の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例であるＳＱＵＩＤ磁束計の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例であるＳＱＵＩＤ磁束計の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図４】従来例のＳＱＵＩＤ磁束計におけるＡＰＦ回路
の原理を説明する図である。
の原理を説明する図である。
【図５】図４に示すＳＱＵＩＤ磁束計における磁束−電
圧曲線を示す図である。
圧曲線を示す図である。
１Ａ〜１Ｃ ＳＱＵＩＤ磁束計 ２ ＳＱＵＩＤリング ３Ａ〜３Ｃ ＡＰＦ回路 ４ プリアンプ ５ 積分増幅器 ６Ａ〜６Ｃ ＦＬＬ回路 ２１ ＳＱＵＩＤ磁束計 ２３ ＡＰＦ回路 ２４ アンプ Ｊ1 ，Ｊ2 ジョセフソン接合 Ｌi インプットコイル Ｌp ピックアップコイル Ｍa ＡＰＦコイル相互インダクタンス Ｍf 帰還コイル相互インダクタンス Ｒa ＡＰＦ抵抗 Ｒf 帰還抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】 ＳＱＵＩＤリングに作用する磁束変化に
応じた電圧出力が得られるｄｃ−ＳＱＵＩＤの出力を用
いて外部磁束の微小変化量を計測するＳＱＵＩＤ磁束計
において、 前記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束を直接
前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路を有し、かつ、前
記ｄｃ−ＳＱＵＩＤの磁束−電圧曲線上の緩やかな部分
に磁束計動作点を設けたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁
束計。 - 【請求項２】 前記ＳＱＵＩＤリングに作用する磁束を
一定値にロックするためのＦＬＬ方式に用いる帰還回路
と、ｄｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束を直接
前記ＳＱＵＩＤリングに戻す帰還回路とを、同一の帰還
コイルを共有化して構成したことを特徴とする請求項１
記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項３】 外部磁場を捉えるピックアップコイル
と、前記ピックアップコイルで受けた外部磁場を前記Ｓ
ＱＵＩＤリングに伝達するインプットコイルと、前記ｄ
ｃ−ＳＱＵＩＤの電圧出力に比例した磁束を直接前記Ｓ
ＱＵＩＤリングに戻す帰還回路とを、同一の帰還コイル
を共有化して構成したことを特徴とする請求項１記載の
ＳＱＵＩＤ磁束計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305715A JPH08146109A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6305715A JPH08146109A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08146109A true JPH08146109A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17948482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6305715A Pending JPH08146109A (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08146109A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011029471A1 (en) | 2009-09-09 | 2011-03-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid with a coil inductively coupled to the squid via a mutual inductance |
| CN102426342A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-04-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于三端变压器的超导squid偏置反转前端电路及调整方法 |
| CN104345194A (zh) * | 2013-07-26 | 2015-02-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种超导量子干涉器件接入保护电路 |
-
1994
- 1994-11-16 JP JP6305715A patent/JPH08146109A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011029471A1 (en) | 2009-09-09 | 2011-03-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid with a coil inductively coupled to the squid via a mutual inductance |
| CN102483444A (zh) * | 2009-09-09 | 2012-05-30 | 于利希研究中心有限公司 | 具有经由互感感应耦合到squid的线圈的squid |
| CN102426342A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-04-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于三端变压器的超导squid偏置反转前端电路及调整方法 |
| CN104345194A (zh) * | 2013-07-26 | 2015-02-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种超导量子干涉器件接入保护电路 |
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