JPS6244678A - Ｓｑｕｉｄ磁力計を使用する磁場測定装置 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ磁力計を使用する磁場測定装置Info
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- JPS6244678A JPS6244678A JP61191556A JP19155686A JPS6244678A JP S6244678 A JPS6244678 A JP S6244678A JP 61191556 A JP61191556 A JP 61191556A JP 19155686 A JP19155686 A JP 19155686A JP S6244678 A JPS6244678 A JP S6244678A
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- 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
- G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、測定信号を直流８ＱＩＪよりセンサに誘導
結合する超伝導磁束変成器を備えるＳＱσより磁力計を
使用して極めて低い周波数をもって変化する磁場を測定
する装置に関するものである。
結合する超伝導磁束変成器を備えるＳＱσより磁力計を
使用して極めて低い周波数をもって変化する磁場を測定
する装置に関するものである。
５ＱＵＩＤと略称されている超伏４量子干渉計を使用し
て例えば１０ Ｔ、Ｉ（ｚ−１／２程度の高い磁場感
度を示す磁力計を構成することができる。
て例えば１０ Ｔ、Ｉ（ｚ−１／２程度の高い磁場感
度を示す磁力計を構成することができる。
この種の磁力計は一般にＳＱＵＩＤセンサの外に検出し
たｍｔａをＳＱＵＩＤセンサＫＲ４結合する磁束変成器
を備えている。
たｍｔａをＳＱＵＩＤセンサＫＲ４結合する磁束変成器
を備えている。
このような磁力計の場合その感度の上限はｌ／ｆ雑音と
呼ばれているもので決定され、周波数に逆比例する（例
えば文献「低温物理学ジャーナル」（：ｒｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ ） ′３１〔イ）、 １９８３． ｐ
、２０７〜２２４参照）。
呼ばれているもので決定され、周波数に逆比例する（例
えば文献「低温物理学ジャーナル」（：ｒｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ ） ′３１〔イ）、 １９８３． ｐ
、２０７〜２２４参照）。
文献「ＳＱＵＩＤ超伝導黛子干渉計およびその応用Ｊ
（”ＥＱＵＩＤ −Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｊｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ曳解ｅ宍ｎａ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ ：・Ｐｒ０ｃ、Ｉｎｔ。
（”ＥＱＵＩＤ −Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｊｎｇ
Ｑｕａｎｔｕｍ曳解ｅ宍ｎａ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉ
ｃａｔｉｏｎ ：・Ｐｒ０ｃ、Ｉｎｔ。
０ｏｎｆ、 ｏｎ １３ｕｐｅｒｃＯｎｄ、 Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｄｅｖｉｃｅｓ ）Ｂｅｒｌｌｎ １９７６．
ｐ、 ４３９〜４８４により３０乃至３０００１
（、の極めて低い周波級の磁場をも検出することができ
る水中通信装置が公知である。
ｔｕｍ Ｄｅｖｉｃｅｓ ）Ｂｅｒｌｌｎ １９７６．
ｐ、 ４３９〜４８４により３０乃至３０００１
（、の極めて低い周波級の磁場をも検出することができ
る水中通信装置が公知である。
この装置はＲ、ＩＦ −８Ｑ Ｕよりをセンサとして使
用し、これを超伝導磁束変成器と共に低温槽内に置く。
用し、これを超伝導磁束変成器と共に低温槽内に置く。
この磁束変成器は検出ループとも呼ばれるアンテナとし
て作用する磁場コイルを含み、このコイルは測定信号を
８Ｑσよりに結合するため結合コイルに結ばれる。これ
らの超伝導部品は薄膜構造として構成される。磁束変成
器と８Ｑ［ＴＩＤセンサで構成された超伝導部分の後に
は低雑音電子回路が接続される。
て作用する磁場コイルを含み、このコイルは測定信号を
８Ｑσよりに結合するため結合コイルに結ばれる。これ
らの超伝導部品は薄膜構造として構成される。磁束変成
器と８Ｑ［ＴＩＤセンサで構成された超伝導部分の後に
は低雑音電子回路が接続される。
雑音を更に低下させるためこの種の測定装置に直流８Ｑ
σよりを使用することも公知である（例）
えば文献「応用物理学Ｊ （Ａｐｐｌｉ・ｄ Ｐ
ｈｙｓｌ・・Ｌｅｔｔｅｒｓ）、 ４０〔８）、
１９８２． ｐ、 ７３６〜７３８参照）。しかし周
波数が例えば［１０１Ｈｚ程度の準靜磁場を秒オーダー
の測定時間で測定したい場合には、公知の装置は約Ｉ
Ｈ２以上で始まるＢＱＵよりセンサのｌ／ｆ雑音のた
めにこれまで利用できなかった。この事情は特に遠方の
発生源によって作られ変調等の操作が不可能であり僅か
に不均等である磁場に対して該当する。従って検出コイ
ルの振動によって変調信号が作られる通なの磁力計も利
用不可能である。この情況に対応して検出コイルに相対
的の磁性試料の動きによって変調を行うことも可能とな
る（例えば文献「電気および磁気Ｊ （Ｂ、１．Ｂｌｅ
ａｎｅｙ、 Ｂ、Ｂｌｅａｎｅｙ ：Ｋ１５ａｔｒｉｃ
ｉｔｙ ｏｎ４ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ）第３版、１９
７６、ｐ、１８７参照）。上記の極低周波数領域、にお
いては許される磁場変動の特性長は＋３ＱＵよりセンサ
又はそれを包囲する冷却剤容器の寸法よシ遥かに大きく
なければならない。
σよりを使用することも公知である（例）
えば文献「応用物理学Ｊ （Ａｐｐｌｉ・ｄ Ｐ
ｈｙｓｌ・・Ｌｅｔｔｅｒｓ）、 ４０〔８）、
１９８２． ｐ、 ７３６〜７３８参照）。しかし周
波数が例えば［１０１Ｈｚ程度の準靜磁場を秒オーダー
の測定時間で測定したい場合には、公知の装置は約Ｉ
Ｈ２以上で始まるＢＱＵよりセンサのｌ／ｆ雑音のた
めにこれまで利用できなかった。この事情は特に遠方の
発生源によって作られ変調等の操作が不可能であり僅か
に不均等である磁場に対して該当する。従って検出コイ
ルの振動によって変調信号が作られる通なの磁力計も利
用不可能である。この情況に対応して検出コイルに相対
的の磁性試料の動きによって変調を行うことも可能とな
る（例えば文献「電気および磁気Ｊ （Ｂ、１．Ｂｌｅ
ａｎｅｙ、 Ｂ、Ｂｌｅａｎｅｙ ：Ｋ１５ａｔｒｉｃ
ｉｔｙ ｏｎ４ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ）第３版、１９
７６、ｐ、１８７参照）。上記の極低周波数領域、にお
いては許される磁場変動の特性長は＋３ＱＵよりセンサ
又はそれを包囲する冷却剤容器の寸法よシ遥かに大きく
なければならない。
この発明の目的は、冒頭に挙げた測定装置を改良してＩ
Ｈ，よシ遥かに低い周波数、峙１ｃｌｌ１Ｈｚ以下
の周波数の準靜磁場も５ＱＵＩＤ磁力計に特徴的な高い
磁場感度をもって検出されるようにすることである。
Ｈ，よシ遥かに低い周波数、峙１ｃｌｌ１Ｈｚ以下
の周波数の準靜磁場も５ＱＵＩＤ磁力計に特徴的な高い
磁場感度をもって検出されるようにすることである。
この目的は特許請求の範囲第１項に特徴として挙げた構
成とすることによって達成される。
成とすることによって達成される。
この発明によれば、磁束変成器又はその一部によって実
効変調とも呼ばれている変調が磁束変成器の検出コイル
又は検出ループで受信した信号に対して実施される。こ
れによって５ＱＵＩＤの低雑音動作が確保される周波数
範囲内に測定周波数が移されるという利点が得られる。
効変調とも呼ばれている変調が磁束変成器の検出コイル
又は検出ループで受信した信号に対して実施される。こ
れによって５ＱＵＩＤの低雑音動作が確保される周波数
範囲内に測定周波数が移されるという利点が得られる。
この周波数範囲は一般に１ Ｈ２以上に置かれる。これ
に対応する変調操作は磁束変成器の一部分、例えばその
検出ループ又は個々の結合コイル又は場合により磁束変
成器と８ＱＵよりから成る装置全体に共通に拡げられる
。
に対応する変調操作は磁束変成器の一部分、例えばその
検出ループ又は個々の結合コイル又は場合により磁束変
成器と８ＱＵよりから成る装置全体に共通に拡げられる
。
この発明の有利な実施態様は特許請求の範囲第２１以下
に示さｎている。
に示さｎている。
以下図面についてこの発明とその種々の実施形態を詳細
に説明する。
に説明する。
実施形態！
第１図にこの発明による測定装置の変調ｔ＆置を概略的
に示す。この測定装置は二つのジョセフソン・トンネル
素子３と４を備える直流ＥＩＱＵＩＤ２を含む。このＥ
ＩＱ［ｒｘＤには結合コイル６を通して超伝導磁束変成
器５が誘電結合さ０％ ＳＱＵＩＤと例えばそれに集積
されている結合コイルは超伝導遮蔽７によって包囲され
ている。磁束変成器５は測定対象の磁場を受取る結合コ
イルの外に平面の検出ループ又はセンサループ９を含み
、このループは超伝導接続線１０によって結合コイル６
に接続されている。図に示した単巻きの平面センサ・ル
ープの変シにヘルムホλツコイルを使用することも可能
である。実際の測定を開始する前に磁束変成器電流を零
にする。この磁束変成器電流を零にすることは例えば図
に矢印１１で示したように光導体を通して熱パルスを加
えることによって行われる。この外に特殊な負帰還によ
っても磁束変成器電流を打消すことができる。
に示す。この測定装置は二つのジョセフソン・トンネル
素子３と４を備える直流ＥＩＱＵＩＤ２を含む。このＥ
ＩＱ［ｒｘＤには結合コイル６を通して超伝導磁束変成
器５が誘電結合さ０％ ＳＱＵＩＤと例えばそれに集積
されている結合コイルは超伝導遮蔽７によって包囲され
ている。磁束変成器５は測定対象の磁場を受取る結合コ
イルの外に平面の検出ループ又はセンサループ９を含み
、このループは超伝導接続線１０によって結合コイル６
に接続されている。図に示した単巻きの平面センサ・ル
ープの変シにヘルムホλツコイルを使用することも可能
である。実際の測定を開始する前に磁束変成器電流を零
にする。この磁束変成器電流を零にすることは例えば図
に矢印１１で示したように光導体を通して熱パルスを加
えることによって行われる。この外に特殊な負帰還によ
っても磁束変成器電流を打消すことができる。
この発明忙よれば検出ループ９で検出する磁場はこのル
ープの区域において可動遮蔽環１２１Ｃより、測定信号
がＥＩＱｔ７１Ｄ２の低雑音動作が保障される周波数範
囲に移されるような周波数をもって変１１される。ＣＡ
Ｋ対応する変調周波数は一般に１ ｇ２以上であるが
、特にｆｏＯＨ，以上、例えば１ ｋＨｇ程度が有利で
ある。
ープの区域において可動遮蔽環１２１Ｃより、測定信号
がＥＩＱｔ７１Ｄ２の低雑音動作が保障される周波数範
囲に移されるような周波数をもって変１１される。ＣＡ
Ｋ対応する変調周波数は一般に１ ｇ２以上であるが
、特にｆｏＯＨ，以上、例えば１ ｋＨｇ程度が有利で
ある。
変調のためには遮蔽環１２を環状の金属膜として球形の
支持体１３上に設けるのが有利である。
支持体１３上に設けるのが有利である。
この金属膜は転移温度が冷却用のクライオ媒質の温度に
できるだけ近い超伝導材料から成るものとする。この場
合遮蔽環１２も例えば光照射によつ１ □、よ
ｆ、□１．オ。お７８□う。□１□する球体１３は軸Ａ
に固定し、軸Ａの両方の自由端は超伝導遮蔽１５を備え
る超伝導磁気軸受１４で支持する。磁気軸受用の磁場は
、短絡された超伝導コイルを［える軸受遮蔽が超伝導状
四に置かれたときに始めて形成されるようにすると有利
である。このＮｉ伝導コイルはその動作に電流導入を必
要としないものである。図面に矢印１６で示すように支
持体１３は変調回転子の一部であり、この回転子は必要
に応じて安定化ジャイロ系の一部を構成するものとし、
遮蔽環１２にｍ直であ夛検出ルーグ９に平行する＠ｈを
特定の回転数をもって回転させる。この回転に際して遮
蔽環１２は検出ループ９内の磁束を対応する変調周波数
で変調する。回転子角を表わす測定信号復調信号は誘導
的に回転子軸受から引き出される。 。
できるだけ近い超伝導材料から成るものとする。この場
合遮蔽環１２も例えば光照射によつ１ □、よ
ｆ、□１．オ。お７８□う。□１□する球体１３は軸Ａ
に固定し、軸Ａの両方の自由端は超伝導遮蔽１５を備え
る超伝導磁気軸受１４で支持する。磁気軸受用の磁場は
、短絡された超伝導コイルを［える軸受遮蔽が超伝導状
四に置かれたときに始めて形成されるようにすると有利
である。このＮｉ伝導コイルはその動作に電流導入を必
要としないものである。図面に矢印１６で示すように支
持体１３は変調回転子の一部であり、この回転子は必要
に応じて安定化ジャイロ系の一部を構成するものとし、
遮蔽環１２にｍ直であ夛検出ルーグ９に平行する＠ｈを
特定の回転数をもって回転させる。この回転に際して遮
蔽環１２は検出ループ９内の磁束を対応する変調周波数
で変調する。回転子角を表わす測定信号復調信号は誘導
的に回転子軸受から引き出される。 。
このように構成されたＳ９．σＩＤ２を含む磁力計は、
回転子の減衰を低くするため超流動ヘリウム内に置くの
が有利である。回転子の回転の減衰は、例えば超伝導遮
蔽された回転子軸受内の超伝導短絡回転子に作用する回
転磁場によって除くことができる。
回転子の減衰を低くするため超流動ヘリウム内に置くの
が有利である。回転子の回転の減衰は、例えば超伝導遮
蔽された回転子軸受内の超伝導短絡回転子に作用する回
転磁場によって除くことができる。
図示の実施例は一平面内に拡がる単一の検出ループで検
出された磁場が遮蔽環１２で変調されるものとしている
が、この遮蔽が互に直交して設けられた二つの検出ルー
プに作用するものとしてもよい。
出された磁場が遮蔽環１２で変調されるものとしている
が、この遮蔽が互に直交して設けられた二つの検出ルー
プに作用するものとしてもよい。
更に本来の検出系だけを支持する安定化されたプラット
ホームが超流動ヘリウム中に置かれた小型装置の実現も
可能である。この場合にも超伝導磁気軸受と超伝導遮蔽
が使用される。
ホームが超流動ヘリウム中に置かれた小型装置の実現も
可能である。この場合にも超伝導磁気軸受と超伝導遮蔽
が使用される。
一定のバックグラウンド磁場の補償には測定系に固定さ
れたコイル装置を利用することができる。
れたコイル装置を利用することができる。
補償磁場の最高可能安定性の達成に対しては、この磁場
を超伝導スイッチで短絡された超伝導コイルで作ること
ができる。ただし測定系を一定のバックグラウンド磁場
に対して機械的に安定化することが必要である。
を超伝導スイッチで短絡された超伝導コイルで作ること
ができる。ただし測定系を一定のバックグラウンド磁場
に対して機械的に安定化することが必要である。
周囲からの妨害磁場も、それが周囲で勤〈磁性対象物に
起因するものである限シこの磁性対象物に固く結合され
た補償コイルによって低減させることができる。それと
共に測定磁場を包囲する妨害磁場も遠くに置かれた別の
測定系としての形の遠隔基準の採用と部分信号のコヒー
レンス関数の形成によって著しく低減させることができ
る。
起因するものである限シこの磁性対象物に固く結合され
た補償コイルによって低減させることができる。それと
共に測定磁場を包囲する妨害磁場も遠くに置かれた別の
測定系としての形の遠隔基準の採用と部分信号のコヒー
レンス関数の形成によって著しく低減させることができ
る。
第１図に示した測定信号変調装置は、超伝導磁束変成器
の検出ループに周期的に作用する遮蔽操作に関するもの
である。磁束変成器の他の部分に対してもこのような変
調を行うことは充分可能である。これに対応する別の実
施形態を第２図乃至第６因について説明する。
の検出ループに周期的に作用する遮蔽操作に関するもの
である。磁束変成器の他の部分に対してもこのような変
調を行うことは充分可能である。これに対応する別の実
施形態を第２図乃至第６因について説明する。
実施形態ｎ
第２図の回路図から分るように超伝導磁束変成器ピとそ
れに所属する５ＱＵＩＤ２０の相互インダクタンスＭの
変調も可能である。そのためには磁束変成器の電流を測
定開始前に零にするが、これは相互インダクタンスが速
動する試験体と共に変化する重力波検出器（例えば文献
「アイ・イー・イー・イーートランサク７′Ｅン・オン
−マグネチフスＪ（工Ｅ Ｅｉ Ｆｉ Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎ−ｓｔｉｃｓ）ＭＡＧ−＋
９ｒ３）、 １９８３．ｐ、４６１〜４６８参照）の
場合と異っている。この発明の装置では測定する磁場の
小変化が磁束変成器に電流を流し８ＱＵよりに及ぼす作
用を所望通シ変調する。
れに所属する５ＱＵＩＤ２０の相互インダクタンスＭの
変調も可能である。そのためには磁束変成器の電流を測
定開始前に零にするが、これは相互インダクタンスが速
動する試験体と共に変化する重力波検出器（例えば文献
「アイ・イー・イー・イーートランサク７′Ｅン・オン
−マグネチフスＪ（工Ｅ Ｅｉ Ｆｉ Ｔｒａｎｓａ
ｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎ−ｓｔｉｃｓ）ＭＡＧ−＋
９ｒ３）、 １９８３．ｐ、４６１〜４６８参照）の
場合と異っている。この発明の装置では測定する磁場の
小変化が磁束変成器に電流を流し８ＱＵよりに及ぼす作
用を所望通シ変調する。
第２図の回路において磁束変成器１９の磁束転送と呼ば
れている効果をできるだけ高めるためには、第３図の実
施例のようにそれ自体として公知の直流日ＱＵより２０
を基本にするのが有利である。この８ＱＵよりｊｄそれ
に所属する磁束変成器１９の部分と共に薄膜技術に基＾
て作られる（列えば文献［アイ・イー・イー・イー・ト
ランサクション・オン・マグネチクスコ（工Ｅ ｍ Ｔ
！、 Ｔｒａ−ｎｅａｃｔｌｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅ
Ｈｃｓ） Ｍ ａ Ｇ −１７、〔１〕。
れている効果をできるだけ高めるためには、第３図の実
施例のようにそれ自体として公知の直流日ＱＵより２０
を基本にするのが有利である。この８ＱＵよりｊｄそれ
に所属する磁束変成器１９の部分と共に薄膜技術に基＾
て作られる（列えば文献［アイ・イー・イー・イー・ト
ランサクション・オン・マグネチクスコ（工Ｅ ｍ Ｔ
！、 Ｔｒａ−ｎｅａｃｔｌｏｎ ｏｎ Ｍａｇｎｅ
Ｈｃｓ） Ｍ ａ Ｇ −１７、〔１〕。
１９８１、ｐ、４００〜４０３参照）。８ＱＵより２０
は超伝導材料製の幅の広い環状のループ２１為 を備え、このループの一辺には狭い切開き２）があり、
そこに細い導体路２５と２４が接続されている。切開き
２２でのロスを最低にして６Ｑσよりへの磁束結合を最
高にするためには、切開きを特殊な被覆で覆うか両導体
路を重ね合せることによって閉鎖するのが有利である。
は超伝導材料製の幅の広い環状のループ２１為 を備え、このループの一辺には狭い切開き２）があり、
そこに細い導体路２５と２４が接続されている。切開き
２２でのロスを最低にして６Ｑσよりへの磁束結合を最
高にするためには、切開きを特殊な被覆で覆うか両導体
路を重ね合せることによって閉鎖するのが有利である。
この導体路の外部に導く部分には直流５ＱＵＩＤＫ特徴
的な二つのジョセフソン・トンネル素子２５．２６が構
成されている。ループ２１の上には磁束変成器１９の平
面結合コイル２８の巻回が置かれる。
的な二つのジョセフソン・トンネル素子２５．２６が構
成されている。ループ２１の上には磁束変成器１９の平
面結合コイル２８の巻回が置かれる。
このループ２１は例えば−辺が約５０μｍの正方形の小
さい結合孔３０を包囲する。この発明によシこの結合孔
従って結合コイルの相互インダクタンスＭが変調される
。そのためにＥＩＱＵより２０又はループ２１の薄膜構
造から僅か数βｍ離れて超伝導ループ３１が設けられる
。図に両頭矢印３２で示すように、このループ３１は特
定の変調周波数を示す結合孔５０をある程度まで閉鎖す
る。そのためにはループ３１を例えば圧電的、音響的又
は機械的に動かされるシリコン膜上に設ける。この場合
変調周波数は１ Ｈ２以上とする。特に１００Ｈ２以上
例えば１ ｋＨ，程度が有利である。
さい結合孔３０を包囲する。この発明によシこの結合孔
従って結合コイルの相互インダクタンスＭが変調される
。そのためにＥＩＱＵより２０又はループ２１の薄膜構
造から僅か数βｍ離れて超伝導ループ３１が設けられる
。図に両頭矢印３２で示すように、このループ３１は特
定の変調周波数を示す結合孔５０をある程度まで閉鎖す
る。そのためにはループ３１を例えば圧電的、音響的又
は機械的に動かされるシリコン膜上に設ける。この場合
変調周波数は１ Ｈ２以上とする。特に１００Ｈ２以上
例えば１ ｋＨ，程度が有利である。
ループ３１は臨界温度が冷却槽内の低温媒体の温度の僅
か上である超伝導材料で作るのが良い。この外に測定開
始に先立ってループ電流を零にすることも重要である。
か上である超伝導材料で作るのが良い。この外に測定開
始に先立ってループ電流を零にすることも重要である。
これは例えば光ファイバを通して加熱することによって
達成される。
達成される。
第２図と第３図について説明した測定信号の変調法では
、＋０ＯｋＨ，程度の周波数領域で行われる公知の搬送
周波法によってはｓｃ４σより信号が得られない。即ち
結合孔の実効面構の変化による変調法では搬送周波変調
振幅も共に変化する。５ＱＵＩＤが低周波磁束増幅器と
して無変調で操作されるため、この場合に有利な回路を
第４図に示す。この回Ｒ１は刊行物［ＳＱＵＩＤ ８
０ＪＮ９８０）報告ｐ、２２７〜２３５によって示唆さ
゛れる回路を基礎とするものである。
、＋０ＯｋＨ，程度の周波数領域で行われる公知の搬送
周波法によってはｓｃ４σより信号が得られない。即ち
結合孔の実効面構の変化による変調法では搬送周波変調
振幅も共に変化する。５ＱＵＩＤが低周波磁束増幅器と
して無変調で操作されるため、この場合に有利な回路を
第４図に示す。この回Ｒ１は刊行物［ＳＱＵＩＤ ８
０ＪＮ９８０）報告ｐ、２２７〜２３５によって示唆さ
゛れる回路を基礎とするものである。
第４図の回路では測定信号が検出ループ２９と結合コイ
ル２８を含む磁束変成器２Ｂを介して５ＱＵＩＤ２０に
導かれる。この５ＱＵＩＤにはそのダイナビック抵抗８
日にほぼ等しいオーム抵抗Ｒ２とインダクタンスＬ２の
直列接続が負荷インピーダンスとして設けられている。
ル２８を含む磁束変成器２Ｂを介して５ＱＵＩＤ２０に
導かれる。この５ＱＵＩＤにはそのダイナビック抵抗８
日にほぼ等しいオーム抵抗Ｒ２とインダクタンスＬ２の
直列接続が負荷インピーダンスとして設けられている。
測定信号はこのインダクタンスを通して読出し用の超伏
４Ｑ束センサ３３に結合される。この磁束センサも例え
ば入力コイル３５と結合コイル３６を備える磁束変成器
３４ならびに直流ＥＩ Ｑ、 Ｕ Ｉ Ｄ ３７を含ん
でいる。磁束センサの後には室温に保持される電子回路
５８が接続される。
４Ｑ束センサ３３に結合される。この磁束センサも例え
ば入力コイル３５と結合コイル３６を備える磁束変成器
３４ならびに直流ＥＩ Ｑ、 Ｕ Ｉ Ｄ ３７を含ん
でいる。磁束センサの後には室温に保持される電子回路
５８が接続される。
比Ｒ２／Ｌ２に対しては測定に許される最小値即ち例え
ば＋ ｋＨ２の上限界周ｅ、数が選ばれる。インダクタ
ンスＬ２には抵抗Ｒ１を通して零点計器に対して基準磁
束を与えるバイアス電流が流れる。ＳＱσよりを通って
インダクタンスＬ２に逆流する最大電流は超伝導材料の
臨界１を流ＩＣにほぼ等しい。入力インダクタンスＬＱ
の結合コイル２Ｂ内の磁束をインダクタンスＬｇのＢＱ
ＵＩＤに無損失に誘導結合し、インダクタンスＬ２の磁
束を後に続く磁束センサ３３のＬＱにほぼ等しいインダ
クタンスＬＱ’の入力インダクタンスに無損失に誘導結
合すると、ＬｏからＬＱ’への磁束増幅率ＦＶはほぼＵ
Ｔ７万ニーに等しくなる。具体的な値としてＲ２＝１０
０．νｇ＝１讐Ｈ２，Ｌ２ ＝ ＋ ０−２Ｈｙ。
ば＋ ｋＨ２の上限界周ｅ、数が選ばれる。インダクタ
ンスＬ２には抵抗Ｒ１を通して零点計器に対して基準磁
束を与えるバイアス電流が流れる。ＳＱσよりを通って
インダクタンスＬ２に逆流する最大電流は超伝導材料の
臨界１を流ＩＣにほぼ等しい。入力インダクタンスＬＱ
の結合コイル２Ｂ内の磁束をインダクタンスＬｇのＢＱ
ＵＩＤに無損失に誘導結合し、インダクタンスＬ２の磁
束を後に続く磁束センサ３３のＬＱにほぼ等しいインダ
クタンスＬＱ’の入力インダクタンスに無損失に誘導結
合すると、ＬｏからＬＱ’への磁束増幅率ＦＶはほぼＵ
Ｔ７万ニーに等しくなる。具体的な値としてＲ２＝１０
０．νｇ＝１讐Ｈ２，Ｌ２ ＝ ＋ ０−２Ｈｙ。
ＬＳ ＝ １０”Ｈアをとると、磁束増幅率は１０４と
なる。実際的な値として全体で２桁の損失としても直列
接続可能のＳＱＵより増幅器の一つの段において約１０
２の磁束増幅率が可能である。このように高い磁束増幅
は従来の磁束計、例えばフラツクス・ゲート・センサを
制御するのに充分な値であるが、ＥＩＱ、ＵＩＤを読出
し増幅器として使用することも可能である。この場合約
１０Ｈｙ程度のインダクタンスＬ２は、細いＮｂ線を巻
いたコイルを箔巻枠に乗せたものが有利である。このコ
イルのインダクタンスは読出し８ＱＵよりの結合コイル
５６のインダクタンス約α３μＨｙに適合させる。
なる。実際的な値として全体で２桁の損失としても直列
接続可能のＳＱＵより増幅器の一つの段において約１０
２の磁束増幅率が可能である。このように高い磁束増幅
は従来の磁束計、例えばフラツクス・ゲート・センサを
制御するのに充分な値であるが、ＥＩＱ、ＵＩＤを読出
し増幅器として使用することも可能である。この場合約
１０Ｈｙ程度のインダクタンスＬ２は、細いＮｂ線を巻
いたコイルを箔巻枠に乗せたものが有利である。このコ
イルのインダクタンスは読出し８ＱＵよりの結合コイル
５６のインダクタンス約α３μＨｙに適合させる。
き
読出し８ＱＵより３５は一次ＥＩＱＵより２０よりも遥
かに広く制御されるから、従来通力の変調操作とするこ
とができる。積分器を使用し一次Ｓことにより全回路が
線形化される。この電子回路３日から磁束変成器１９へ
の負帰還は３９として示されている。
かに広く制御されるから、従来通力の変調操作とするこ
とができる。積分器を使用し一次Ｓことにより全回路が
線形化される。この電子回路３日から磁束変成器１９へ
の負帰還は３９として示されている。
第４図の回路を便用するとＬ２における磁束基準によっ
て一次ＳＱＵＩＤ２０の最大伝達関すおよび最小固有雑
音動作点が安定化されるという利点が得られる。この場
合負帰還！＋９が有効である間は、変調が一次８ＱＵ１
：Ｄをこの状態から外すことはない。直流によって与え
られた磁束基準は望１しくない熱起電カドリフトを惹起
しない。この種のドリフトは読出し計器によって磁束又
は電流を読出す際にも発生しない。低温において一次Ｓ
ＱＵＩＤの形の増幅器カスケードとセンサ３３の形の読
み出し計器を選ぶことによって、室温電子回路３８を比
較的簡単な構成とすることができる。
て一次ＳＱＵＩＤ２０の最大伝達関すおよび最小固有雑
音動作点が安定化されるという利点が得られる。この場
合負帰還！＋９が有効である間は、変調が一次８ＱＵ１
：Ｄをこの状態から外すことはない。直流によって与え
られた磁束基準は望１しくない熱起電カドリフトを惹起
しない。この種のドリフトは読出し計器によって磁束又
は電流を読出す際にも発生しない。低温において一次Ｓ
ＱＵＩＤの形の増幅器カスケードとセンサ３３の形の読
み出し計器を選ぶことによって、室温電子回路３８を比
較的簡単な構成とすることができる。
第２図乃至第４図に示したＳＱＵよりの相互インダクタ
ンスの変調法と異り、磁束変成器を二段に分割すること
も可能である（例えば文献「アイ・イー・イー・イー・
トランサクション・オン拳マグネチクス」（工Ｗ Ｋ
Ｆ！ Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎ ｏｎＭａｇｎｅｔｌ
ｃｓ）、 ＭＡＧ −１９，１９８３，ｐ、 ３０３
〜３０７参照）。この場合の回路を第５図に示す。
ンスの変調法と異り、磁束変成器を二段に分割すること
も可能である（例えば文献「アイ・イー・イー・イー・
トランサクション・オン拳マグネチクス」（工Ｗ Ｋ
Ｆ！ Ｔｒａｎｓａｃｔｌｏｎ ｏｎＭａｇｎｅｔｌ
ｃｓ）、 ＭＡＧ −１９，１９８３，ｐ、 ３０３
〜３０７参照）。この場合の回路を第５図に示す。
磁束変成器４０は電気的に閉結された二つの段４１と４
２を含む。これらはそれぞれ小型の磁束変成器Ｋ準する
ものであり、電流Ｊ１又はＪ）が流れる。これらの段の
間の相互インダクタンスＭによる結合は公知の板コイル
変成滞りを通して行われる。４５と４６は段４１と４２
に所属する変成器コイルである。
２を含む。これらはそれぞれ小型の磁束変成器Ｋ準する
ものであり、電流Ｊ１又はＪ）が流れる。これらの段の
間の相互インダクタンスＭによる結合は公知の板コイル
変成滞りを通して行われる。４５と４６は段４１と４２
に所属する変成器コイルである。
変成器４４の詳細は第６図に示さｎている。この変成器
は点破線と実線で示した二つの集積薄膜コイル４５．４
６を含み、それらは富なシ合うか被覆されたスリット４
８と結合孔４９を備える環４７の上に重ね合わせて設け
られる。スリットの被櫨５０は破線でかこまれて示され
る。環４７がジョセフノン素子を備えていないことを除
けば、変成器４４は第３図の変成器２０によく似ている
。
は点破線と実線で示した二つの集積薄膜コイル４５．４
６を含み、それらは富なシ合うか被覆されたスリット４
８と結合孔４９を備える環４７の上に重ね合わせて設け
られる。スリットの被櫨５０は破線でかこまれて示され
る。環４７がジョセフノン素子を備えていないことを除
けば、変成器４４は第３図の変成器２０によく似ている
。
第３図の実施例と同様にここでも結合孔の実効面積の変
調が超伝導ループによって行われる。測定開始に当って
薄膜コイル４５．４６の電流Ｊｌ、Ｊ）が前記の過程に
より零にされる。第５図と第６図に示した変調法の場合
通常の搬送周波法がＳＱＵより信号の読出しに利用され
る。
調が超伝導ループによって行われる。測定開始に当って
薄膜コイル４５．４６の電流Ｊｌ、Ｊ）が前記の過程に
より零にされる。第５図と第６図に示した変調法の場合
通常の搬送周波法がＳＱＵより信号の読出しに利用され
る。
実施形態＋１１
直流８ＱＵよりセンサに所属する磁束変成器５゜１９又
は４０に直接作用する変調操作の外に、少くとも日ＱＵ
Ｉ Ｄとその磁束変成器を収容する冷却媒体容器を磁
束変成器の検出ループ面を貫通する軸の回りに約Ｉ
Ｈ２の低周波数で周期的に回転させることによっても所
望の変調を達成することができる。 この場合静的バッ
クグラウンド磁場は、冷却剤容器の外に置いたコイルに
よって補償することができる。ここでは検出信号の位相
が測定する磁場の回転平面への投影の方向に関する情報
を与える。互に垂直方向に回転する冷却剤容器を対応す
る測定装置と共に設けることＫよフ凪場ベクトルを決定
することができる。
は４０に直接作用する変調操作の外に、少くとも日ＱＵ
Ｉ Ｄとその磁束変成器を収容する冷却媒体容器を磁
束変成器の検出ループ面を貫通する軸の回りに約Ｉ
Ｈ２の低周波数で周期的に回転させることによっても所
望の変調を達成することができる。 この場合静的バッ
クグラウンド磁場は、冷却剤容器の外に置いたコイルに
よって補償することができる。ここでは検出信号の位相
が測定する磁場の回転平面への投影の方向に関する情報
を与える。互に垂直方向に回転する冷却剤容器を対応す
る測定装置と共に設けることＫよフ凪場ベクトルを決定
することができる。
実施形態■、［においても実施形！！１１に関連して行
われた補助磁場による妨害磁場抑制に関する操作と遠方
基準の利用は採用可能である。
われた補助磁場による妨害磁場抑制に関する操作と遠方
基準の利用は採用可能である。
図面はこの発明の種々の実施情況を示すもので、第１図
はこの発明の測定ｆｅ直に使用される変調装置の概略図
、第２図乃至第６図は第１図の変調装置の種々の変形の
概略図である。第１図において２はジョセフソン・トン
ネル素子３．４を含む直流６１ＱＵより、 ５は結合
コイル６と検出ループ９を備える磁束変成器、１２は遮
蔽環、１３は軸Ａの回りに回転する球形支持体である。
はこの発明の測定ｆｅ直に使用される変調装置の概略図
、第２図乃至第６図は第１図の変調装置の種々の変形の
概略図である。第１図において２はジョセフソン・トン
ネル素子３．４を含む直流６１ＱＵより、 ５は結合
コイル６と検出ループ９を備える磁束変成器、１２は遮
蔽環、１３は軸Ａの回りに回転する球形支持体である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）測定信号を直流ＳＱＵＩＤセンサに誘導結合する超
伝導磁束変成器を備えるＳＱＵＩＤ磁力計を使用して極
低周波数をもつて変化する磁場を測定する装置において
、少くとも磁束変成器（￥５￥、￥１９￥、￥４０￥）
にＳＱＵＩＤセンサ（￥２￥、￥２０￥）に導かれる測
定信号を変調する装置が設けられ、この装置の変調周波
数がＳＱＵＩＤの低雑音操作に特徴的な周波数範囲内に
あることを特徴とする磁場測定装置。 ２）ＳＱＵＩＤ（￥２￥、￥２０￥）と結合コイル（６
、２８）が所属磁束変成器（￥５￥、￥１９￥）と共に
薄膜技術により一つの構成ユニットとして集積されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）ＳＱＵＩＤ（￥２￥、￥２０￥）とそれに所属する
結合コイル（６、２８）が超電動遮蔽によつて包囲され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
置。 ４）磁束変成器の検出ループ（９）に変調周波数をもつ
て周期的に作用する超伝導遮蔽環（１２）が設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
の一つに記載の装置。 ５）遮蔽環（１２）がそれに直交し検出ループ面に平行
する軸（Ａ）の回りに回転可能に支承されていることを
特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６）回転する遮蔽環（１２）の磁気支承のために超伝導
遮蔽（１５）を備える超伝導軸受（１４）が設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置
。 ７）回転遮蔽（１２）が超流動ヘリウム中に置かれてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項記
載の装置。 ８）磁束変成器（￥１９￥）とＳＱＵＩＤ（￥２０￥）
の間の相互インダクタンス（Ｍ）の変調が行われること
を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つに
記載の装置。 ９）ＳＱＵＩＤ（￥２０￥）が細隙付きの超伝導ループ
（２１）を備え、その上に設けられた磁束変成器（￥１
９￥）の結合コイル（２８）の巻回が結合孔（３０）を
包囲し、この結合孔の有効面積が超伝導環状ループ（３
１）によつて変調されることを特徴とする特許請求の範
囲第８項記載の装置。 １０）ＳＱＵＩＤ（￥２０￥）の後に磁束センサ（３３
）と読出し電子回路（３７）を備える無変調操作の磁束
増幅器が接続されていることを特徴とする特許請求の範
囲第９項記載の装置。 １１）ＳＱＵＩＤ（￥２０￥）に負荷回路が接続され、
そのオーム負荷抵抗（Ｒ２）が信号を磁束センサ（３３
）に誘導結合するインダクタンス（Ｌ＿２）に直列接続
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
載の装置。 １２）磁束センサ（３３）が読出し用の直流ＳＱＵＩＤ
（３７）を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
第１０項又は第１１項記載の装置。 １３）読出し電子回路（３８）から磁束変成器（１９）
への負帰還が行われることを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第１２項の一つに記載の装置。 １４）磁束変成器（￥４０￥）がそれぞれ小型の磁束変
成器を構成する二つの段（４１、４２）に分割され、こ
れらの段が結合変成器（￥４４￥）を通して誘導結合さ
れること、この結合変成器（￥４４￥）のコイル（４５
、４６）の間の相互インダクタンス（Ｍ）の変調が行わ
れることを特徴とする特許請求の範囲第８項乃至第１３
項の一つに記載の装置。 １５）結合変成器（￥４４￥）のコイル（４５、４６）
が共通の結合孔（４９）を包囲し、この孔の有効面積が
超伝導環状ループによつて変調されることを特徴とする
特許請求の範囲第１４項記載の装置。 １６）１Ｈｚ以上、特に１００Ｈｚ以上の変調周波数が
使用されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第１５項の一つに記載の装置。 １７）変調用としてＳＱＵＩＤと磁束変成器を収容する
冷却剤容器が設けられ、この容器が磁束変成器の検出ル
ープ面を貫通する軸のまわりに変調周波数をもつて周期
的に回転することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第３項の一つに記載の装置。 １８）１Ｈｚ程度の変調周波数が使用されることを特徴
とする特許請求の範囲第１７項記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853529815 DE3529815A1 (de) | 1985-08-20 | 1985-08-20 | Messvorrichtung mit einem squid-magnetometer |
| DE3529815.4 | 1985-08-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6244678A true JPS6244678A (ja) | 1987-02-26 |
Family
ID=6278955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61191556A Pending JPS6244678A (ja) | 1985-08-20 | 1986-08-15 | Ｓｑｕｉｄ磁力計を使用する磁場測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4864237A (ja) |
| EP (1) | EP0212452B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6244678A (ja) |
| DE (2) | DE3529815A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6043649A (en) * | 1996-12-06 | 2000-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Magnetometric sensor using a voltage step up circuit and a SQUID element to measure a magnetic field |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5232905A (en) * | 1987-01-30 | 1993-08-03 | Hitachi, Ltd. | High Tc superconducting device with weak link between two superconducting electrodes |
| US4804915A (en) * | 1987-02-16 | 1989-02-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Squid magnetometer including a flux-gate chopper using a mechanically vibrating superconducting mirror |
| JP2623090B2 (ja) * | 1987-06-03 | 1997-06-25 | キヤノン株式会社 | 距離測定装置 |
| JPH083520B2 (ja) * | 1987-07-06 | 1996-01-17 | 三菱電機株式会社 | 超伝導磁気検出装置 |
| DE3911195A1 (de) * | 1988-04-06 | 1989-10-19 | Hitachi Ltd | Flussmesser und verfahren fuer dessen herstellung |
| JPH02124484A (ja) * | 1988-11-02 | 1990-05-11 | Hitachi Ltd | 磁束伝達回路 |
| DE4102891A1 (de) * | 1991-01-31 | 1992-08-06 | Siemens Ag | Loetbare, supraleitende leitung und verwendung der leitung |
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| DE4126411A1 (de) * | 1991-08-09 | 1993-02-11 | Heinz Dr Markert | Kontaktfreie magnetische signaluebertragung aus rotierenden wellen mittels mitlaufender spulen und ruhender streufeldsensoren |
| DE4229558C2 (de) * | 1992-09-04 | 1995-10-19 | Tzn Forschung & Entwicklung | Beschleunigungsaufnehmer |
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| DE4309293A1 (de) * | 1993-03-24 | 1994-09-29 | Siemens Ag | SQUID-Sensoreinrichtung mit einem Detektions- und einem Auslese-SQUID |
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| DE10210072B4 (de) * | 2002-03-08 | 2005-11-03 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. d. d. Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit, dieses vertr. d. d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Magnetometer |
| US7898247B2 (en) | 2009-02-04 | 2011-03-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Magnetic sensor method and apparatus |
| US7923999B2 (en) * | 2008-08-14 | 2011-04-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | MEMS device with supplemental flux concentrator |
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| US9488496B2 (en) | 2012-09-13 | 2016-11-08 | Bourns, Inc. | Position measurement using flux modulation and angle sensing |
| AU2018214017A1 (en) | 2018-08-07 | 2020-02-27 | The University Of Melbourne | Quantum Spin Magnetometer |
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| US4389612A (en) * | 1980-06-17 | 1983-06-21 | S.H.E. Corporation | Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS |
| US4489274A (en) * | 1980-12-10 | 1984-12-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rotating SQUID magnetometers and gradiometers |
| US4496854A (en) * | 1982-03-29 | 1985-01-29 | International Business Machines Corporation | On-chip SQUID cascade |
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1985
- 1985-08-20 DE DE19853529815 patent/DE3529815A1/de not_active Withdrawn
-
1986
- 1986-08-06 DE DE8686110875T patent/DE3683215D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-08-06 EP EP86110875A patent/EP0212452B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-08 US US06/894,685 patent/US4864237A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-08-15 JP JP61191556A patent/JPS6244678A/ja active Pending
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3529815A1 (de) | 1987-02-26 |
| US4864237A (en) | 1989-09-05 |
| EP0212452B1 (de) | 1992-01-02 |
| EP0212452A3 (en) | 1987-07-15 |
| EP0212452A2 (de) | 1987-03-04 |
| DE3683215D1 (de) | 1992-02-13 |
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