JPS632350B2 - - Google Patents
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- JPS632350B2 JPS632350B2 JP56005851A JP585181A JPS632350B2 JP S632350 B2 JPS632350 B2 JP S632350B2 JP 56005851 A JP56005851 A JP 56005851A JP 585181 A JP585181 A JP 585181A JP S632350 B2 JPS632350 B2 JP S632350B2
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- trimming
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- loops
- superconducting
- substrate
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Classifications
-
- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
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-
- G—PHYSICS
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- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/022—Measuring gradient
-
- 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
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
- Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
発明の背景
極めて低レベルの電圧、すなわち10-15Vのオ
ーダの電圧の検出はB.D.ジヨセフソンにより
「ポツシブル ニユー エフエクツ イン スー
パーコンダクテイング トンネリング」フイジク
ス レターズ１、251頁、1962年に初めて刊行さ
れたような、薄い絶縁障壁を横切る超伝導トンネ
リングの開発によつて可能になつた。ジヨセフソ
ン効果は超伝導現象であり、かつ数度ケルビン、
例えば4.5゜K以下の温度でしか起こらず、かつオ
ーデイオ周波数以下からマイクロ波および遠赤外
線の電磁放射周波数までの電圧、磁界、磁界グラ
ジエントおよび磁化率の測定のために使われる。
J.クラーク著、論文「ジヨセフソン ジヤンクシ
ヨン デテクターズ」サイエンス1974.6.21、184
巻、4143号、1235〜1242頁を参照。 さらに最近の研究は、１つまたは２つのジヨセ
フソン接合を有する超伝導リングにおける量子干
渉効果に向けられている。これらの研究により
DCおよびRFのSQUID（超伝導量子干渉装置）お
よびSLUG（超伝導低インダクタンス波動検流計）
が開発されている。J.クラーク他著、論文「トン
ネル ジヤンクシヨンDC SQUID：製造、動作
および特性」ジヤーナル オブ ロー テンパレ
ーチヤー フイジクス1976年、25巻、1/2号、99
〜144頁参照。低温グラジオメータは、２つのル
ープパターンを使用して空間内の２つの点または
範囲の間の磁界強度差を測定するので、基本的に
ループの寸法とパターンの相違による不平衡を伴
なう。従来は可動の超伝導片を調節して検出ルー
プの近くの磁界を適当にひずませることにより平
衡化が行われている。そのためにはデユーア容器
の外部の調節ねじに対する機械的連結が必要であ
る。この方法では、熱サイクルの間および機械的
振動が存在する際に平衡を維持することは困難で
ある。本発明は、デユーア容器の外部に機械的に
連結することなく、かつ機械的振動または熱サイ
クルにより変化し難い永久的な機械結合によつて
平衡化を行う装置を目的とする。 発明の要約 本発明においてグラジオメータは、トリミング
素子を導入することにより平衡化され、このトリ
ミング素子は、磁束を相殺する逆向きの巻線方向
を有しかつ一方のグラジオメータループに直列で
あるが物理的に外部に接続された比較的小さな２
つの平衡化ループと、測定された不平衡を補償す
るため一方の平衡化ループ内に配置された適当な
特性の超伝導デイスクとからなる。付加的な超伝
導デイスクを、一方の平衡化ループの近くではあ
るが外部において、平衡化ループの面に直交する
面に加えることにより、付加的な平衡化を行つて
もよい。第２のトリミング素子を一方のグラジオ
メータループに挿入するが第１のトリミング素子
のものに直交する方向に挿入して、それ以上の平
衡化を行つてもよい。 実施例の説明 低温グラジオメータは、空間内の異なつた２つ
の点における磁界ベクトリ成分（HX、HYまたは
HZの値の差を測定するように構成され逆向きに
巻かれた２つのループパターンからなる。第１ａ
図及び第１ｂ図は、２つのタイプのグラジオメー
タループパターンを示している。第１ａ図は、グ
ラジエントGZY＝∂HZ／∂Yを測定するような構成
であり、第１ｂは、GXX＝∂HX／∂Xを測定する
構成である。 第１ａ図においてループを貫通しループ電流に
比例する磁束は次のように表わされる。 φ＝Ｖ（GYYbXHX＋bYHY＋bZHZ） その際Ｖは、ループの寸法とパターンに依存す
る一定の体積係数である。完全なグラジオメータ
は、平衡係数bX、bYおよびbZに対して０の値を有
する。不正確な製造のためループの面積が等しく
ないと、平衡係数の値は０でなくなる。従来技術
による製造後の平衡係数の代表的な値は、所要用
途により課されるものより４〜６桁大きい。低温
磁力計による電子的な相殺は、ある程度の相殺を
行うために利用できるが、電子的な相殺では４桁
以上は不可能である。 特に第２図によれば、単一軸グラジオメータが
概略的に示されている。グラジオメータ１０にお
いて超伝導検出ループ１２は、SQUID１４の入
力信号コイル１６に接続されている。磁束（磁界
×ループ断面積）を加えることにより、ループ１
２に電流が誘導される。検出ループ１２を形成す
るコイルの機可学構造を調節することにより、磁
束は、磁界成分、磁界の１次微分（グラジエン
ト）または高次微分に比例するようにすることが
できる。このことは、J.P.ウイクソーJr.著、論文
「オプテイマイゼーシヨン オブSQUIDデイフア
レンシヤル マグネトメータ」AIPカンフアレン
ス、プロシーデイングNo.44、フアーザー トレン
ズ イン スーパーコンダクテイブ エレクトロ
ニクス、145頁、1978年に述べられたとおりであ
る。 第２図に示すようなグラジオメータに関連して
平衡の要素を理解するため、次のことを説明す
る。第２図のグラジオメータ１０に関する磁束の
式は次のように示される。 φZZ＝A1BZ1−A2BZ2 この式は次のように書き換えることができる。 φZZ（A1−A2）BZ0＋（A1＋A2）／２・l∂BZ／∂Z A1＋A2／２＝Ａ、A1−A2＝△Ａ、2BZ／∂Z＝gZZ および
ーダの電圧の検出はB.D.ジヨセフソンにより
「ポツシブル ニユー エフエクツ イン スー
パーコンダクテイング トンネリング」フイジク
ス レターズ１、251頁、1962年に初めて刊行さ
れたような、薄い絶縁障壁を横切る超伝導トンネ
リングの開発によつて可能になつた。ジヨセフソ
ン効果は超伝導現象であり、かつ数度ケルビン、
例えば4.5゜K以下の温度でしか起こらず、かつオ
ーデイオ周波数以下からマイクロ波および遠赤外
線の電磁放射周波数までの電圧、磁界、磁界グラ
ジエントおよび磁化率の測定のために使われる。
J.クラーク著、論文「ジヨセフソン ジヤンクシ
ヨン デテクターズ」サイエンス1974.6.21、184
巻、4143号、1235〜1242頁を参照。 さらに最近の研究は、１つまたは２つのジヨセ
フソン接合を有する超伝導リングにおける量子干
渉効果に向けられている。これらの研究により
DCおよびRFのSQUID（超伝導量子干渉装置）お
よびSLUG（超伝導低インダクタンス波動検流計）
が開発されている。J.クラーク他著、論文「トン
ネル ジヤンクシヨンDC SQUID：製造、動作
および特性」ジヤーナル オブ ロー テンパレ
ーチヤー フイジクス1976年、25巻、1/2号、99
〜144頁参照。低温グラジオメータは、２つのル
ープパターンを使用して空間内の２つの点または
範囲の間の磁界強度差を測定するので、基本的に
ループの寸法とパターンの相違による不平衡を伴
なう。従来は可動の超伝導片を調節して検出ルー
プの近くの磁界を適当にひずませることにより平
衡化が行われている。そのためにはデユーア容器
の外部の調節ねじに対する機械的連結が必要であ
る。この方法では、熱サイクルの間および機械的
振動が存在する際に平衡を維持することは困難で
ある。本発明は、デユーア容器の外部に機械的に
連結することなく、かつ機械的振動または熱サイ
クルにより変化し難い永久的な機械結合によつて
平衡化を行う装置を目的とする。 発明の要約 本発明においてグラジオメータは、トリミング
素子を導入することにより平衡化され、このトリ
ミング素子は、磁束を相殺する逆向きの巻線方向
を有しかつ一方のグラジオメータループに直列で
あるが物理的に外部に接続された比較的小さな２
つの平衡化ループと、測定された不平衡を補償す
るため一方の平衡化ループ内に配置された適当な
特性の超伝導デイスクとからなる。付加的な超伝
導デイスクを、一方の平衡化ループの近くではあ
るが外部において、平衡化ループの面に直交する
面に加えることにより、付加的な平衡化を行つて
もよい。第２のトリミング素子を一方のグラジオ
メータループに挿入するが第１のトリミング素子
のものに直交する方向に挿入して、それ以上の平
衡化を行つてもよい。 実施例の説明 低温グラジオメータは、空間内の異なつた２つ
の点における磁界ベクトリ成分（HX、HYまたは
HZの値の差を測定するように構成され逆向きに
巻かれた２つのループパターンからなる。第１ａ
図及び第１ｂ図は、２つのタイプのグラジオメー
タループパターンを示している。第１ａ図は、グ
ラジエントGZY＝∂HZ／∂Yを測定するような構成
であり、第１ｂは、GXX＝∂HX／∂Xを測定する
構成である。 第１ａ図においてループを貫通しループ電流に
比例する磁束は次のように表わされる。 φ＝Ｖ（GYYbXHX＋bYHY＋bZHZ） その際Ｖは、ループの寸法とパターンに依存す
る一定の体積係数である。完全なグラジオメータ
は、平衡係数bX、bYおよびbZに対して０の値を有
する。不正確な製造のためループの面積が等しく
ないと、平衡係数の値は０でなくなる。従来技術
による製造後の平衡係数の代表的な値は、所要用
途により課されるものより４〜６桁大きい。低温
磁力計による電子的な相殺は、ある程度の相殺を
行うために利用できるが、電子的な相殺では４桁
以上は不可能である。 特に第２図によれば、単一軸グラジオメータが
概略的に示されている。グラジオメータ１０にお
いて超伝導検出ループ１２は、SQUID１４の入
力信号コイル１６に接続されている。磁束（磁界
×ループ断面積）を加えることにより、ループ１
２に電流が誘導される。検出ループ１２を形成す
るコイルの機可学構造を調節することにより、磁
束は、磁界成分、磁界の１次微分（グラジエン
ト）または高次微分に比例するようにすることが
できる。このことは、J.P.ウイクソーJr.著、論文
「オプテイマイゼーシヨン オブSQUIDデイフア
レンシヤル マグネトメータ」AIPカンフアレン
ス、プロシーデイングNo.44、フアーザー トレン
ズ イン スーパーコンダクテイブ エレクトロ
ニクス、145頁、1978年に述べられたとおりであ
る。 第２図に示すようなグラジオメータに関連して
平衡の要素を理解するため、次のことを説明す
る。第２図のグラジオメータ１０に関する磁束の
式は次のように示される。 φZZ＝A1BZ1−A2BZ2 この式は次のように書き換えることができる。 φZZ（A1−A2）BZ0＋（A1＋A2）／２・l∂BZ／∂Z A1＋A2／２＝Ａ、A1−A2＝△Ａ、2BZ／∂Z＝gZZ および
【式】と置けば、次のように書
き換えることができる。
ここでgZZは、実際のグラジオメータ出力であ
り、
り、
【式】は、検出ループ位置における真の磁
界グラジエントである。△Ａ／Alの項は不平衡係数
と称し、所望のグラジエント信号に加わる残留磁
力計雑音信号として作用する。地球の磁界中にお
いてgZZ／BZ0の比は、通常1.5×10-7／ftである。
gZZに３桁の感度が必要ならば、不平衡係数は1.5
×10-10／ftまたはそれ以下でなければならない。 この程度の平衡は、純粋に正確な製造によつて
達成することはできない。しかし正確な製造、製
造後の較正とトリミングおよび電子的調節を組合
わせれば、この程度の平衡に近付けることができ
る。検出ループにより検出するため利用できる磁
束の量はＡに比例し、これは体積効率と称する。
入力信号コイルに実際に供給される電流は、iZZ
＝φZZ／LTであり、その際LTは、検出ループ１２、 DC電流変成器１８およびSQUID１４の入力信号
コイル１６の総合自己インダクタンスである。 トリミング素子 どのような公知の製造技術によつても低温グラ
ジオメータの所望の不平衡（10-10／ftのオーダ）
は達成できない。従来の最高の製造技術を用いた
場合、平衡は10-4／ft程度であり、かつ電子的平
衡では４桁以上の改善を行うことは期待できな
い。２〜３桁だけグラジオメータの本質的な平衡
を改善するため、製造後の「トリミング」技術が
必要である。 可能性としては選択的な２つのタイプのトリミ
ング過程が存在する。 １ ループ構造を変形して、平衡にするためルー
プ面積を実際に増加または減少する。 ２ 局部的な磁界をひずませて、通常はループを
通らない磁束をループ内に転向させ、またはそ
の逆に通常はループを通る磁束を通るループ外
へ転向させる。 ループの近くに小さな超電導デイスクを配置し
て局部的な磁界をひずませる第２の方法は、次の
理由により第１の方法により優れていると考えら
れる。 １ 過程を解析的に取扱うことができる。 ２ 作用の広いダイナミツクレンジが達成でき
る。 ３ 互いに直交する方向に実際に軸間結合なしに
修正を行うことができる。 ４ 配置したループの物理的なトリミングが不要
であり、粗いエツジを作る可能性はなく、その
結果センサヒステリシスが生じる可能性がなく
なる。 磁界中の超伝導材料には表面電流が生じ、磁束
線は超伝導体内には侵入しない。従つて超伝導デ
イスクは、通常はこのデイスクを貫通する磁束線
を実効的にはねつけることにより、供給された磁
界をわい曲する。第３図は超電導デイスク２０に
よる磁界のひずみを示している。デイスク２０
は、デイスク２０の超伝導磁界（HR）−供給磁界
（Ha）による合計磁界に等しい磁界(H)を生じる磁
気源としてモデル化できる。 デイスク２０を扁球として近似することによ
り、ベクトル磁界ポテンシヤルが解析的に導出さ
れている。扁球近似は、厚さ対直径の比（ρ＝
0.1またはそれ以下の値を生じる。 スペリーユニバツク（商標）1101コンピユータ
シスチム用に開発された数値積分コンピユータプ
ログラムによれば、トリミング素子により形成さ
れた磁束の計算は次の定義式によつて行うことが
できる。 このプログラムを使用すれば、２〜３の制約を
受けるあらゆる磁束収集構造およびトリミングデ
イスク配置に対して較正曲線を形成できる。 特に第４図によれば、本発明によるトリミング
方式の１例が示されており、ここでは3.5インチ
（in）平方の平らな基板３２上に単一軸グラジオ
メータ３０が形成されている。第４図に示すよう
にＸおよびＹ座標を定め、かつ基板３２の面に対
して垂直にＺ座標を定めれば、グラジオメータル
ープ３６，３７は∂HZ／∂Yを測定する。SQUID
（第２図参照）は、ループ導体の２つの端子３４，
３５を終端する点で基板３２に接続する。ループ
３６の２つのＴ形トリミング素子３８，３９の一
方は図の上部にあり、かつ他方は図の右側にあ
り、これらは後で詳細に説明するトリミング素子
である。 トリミングは、Ｔ形トリミング素子導体路の近
くに超電導デイスクを配置することによつて行わ
れる。これらトリミング素子を主ループ３８，３
９内またはその近くから離せば、ほぼ30：１の分
離度が得られる。これらトリミング素子を詳細に
検討すれば、これらトリミング素子が、主グラジ
オメータループ３６からほぼ3/8″だけ離されかつ
基板３２のエツジの近くにある時計方向と反対時
計方向のループからなることがわかる。HZ不平
衡のトリミングは、一方のループの内側に適当な
寸法のデイスクを配置することにより行われる。
不平衡の符号により、どちらのループのトリミン
グ素子を使うかが決まる。第４図上部のトリミン
グ素子３８についてループを３８Ａおよび３８Ｂ
で表わし、左側のループを３８Ａとした場合、そ
れぞれのループ３８Ａ，３８Ｂの幾何学的中心に
配置したデイスクにより形成されるγ−in2／γ
の単位の不平衡の量が、デイスク半径の関数とし
て第５図に示されている。 HYにより生じる不平衡のトリミングは、第７
図に示すように、トリミング素子の近くにおいて
基板３２の側面にデイスク２０Ｃ，２０Ｄを配置
することによつて行われる。このようなデイスク
に対する計算結果は、第６図に示されている。デ
イスクはトリミング素子に囲まれたものよりもト
リミング素子からいくらか遠く離されているの
で、これらの結果は、同じ半径についていくらか
小さなオーダになつている。HXの不平衡は、ト
リミング素子３９を用いてHY不平衡と様にトリ
ミングされる。第４図の検出ループ構造の体積効
率は4.62in3であり、 の程度のグラジエント感度を生じるはずである。 特に第８図によれば、本発明によるトリミング
方式の例が示されており、ここでは正方形の平ら
な基板５２上に２軸グラジオメータ５０が形成さ
れている。第４図の実施例のように第８図に示し
たＸおよびＹ座標を決め、かつ基板５２の面に対
して垂直にＺ座標を決めれば、グラジオメータル
ープ５４，５５および５６，５７は、HZ／Ｙお
よびHZ／Ｘを測定する。この第２の実施例にお
いて、適当な寸法のデイスク５８および５９は、
ループ５６および５７に接続されたトリミング素
子６０および６５内に配置されるが、一方デイス
ク６１および６２は、ループ５４に接続されたト
リミング素子６３および６４内に配置される。 特に第９図によれば、本発明の第３の実施例の
斜視図が示されている。この実施例ではシリンダ
７２の外面に、単一軸グラジオメータ７０が形成
されており、円形断面のこのシリンダは、長手軸
７４とシリンダ７２の円周のまわりの円形軸７６
とを有する。シリンダ７２は、ガラスから形成さ
れており、かつマグネトロンスパツタリング装置
を用いてニオブでコーテイングされ、かつそれら
陰画レジストでコーテイングされている。レジス
トは薄く、浸漬コーテイングにより1.0μｍの厚さ
の層を形成する。このことは、適当なエツジ解像
力を確保するために必要である。レジストの露光
のため、4568Åに同調したアルゴンレーザーを使
用する。レーザービームは、ピンホール空間フイ
ルタを通り、拡大し、正方形開口を通つて、シリ
ンダの表面に集束する。シリンダ上に全パターン
を描くまで、シリンダは、100μｍずつくり返し
ステツプ状に動かされる。それぞれのステツプ毎
にシヤツタが開かれ、かつレジストは露光され
る。現像後にニオブは、バレル形プラズマエツシ
ング装置内でCF4＋４％O2を使用してエツチング
される。これがマイクロマニピユレータを用いた
手動システムであるとしても、示された精度は、
±1.5μｍ以内の線の幅変動を有するように思わ
れ、かつ絶対寸法は±2.0μｍである。 第９図のグラジオメータ７０の図示した実施例
においてそれぞれの主ループ７７および７８は、
これに関連してそれぞれトリミング素子７９およ
び８０およびトリミング素子８１および８２を有
し、これらトリミング素子は、シリンダ７２の一
端に構成されており、かつ長手軸７４のまわりで
半径方向に90゜離れた方に向けられ、かつシリン
ダ７２の表面に配置されている。第７図に示すよ
うに、それぞれトリミング素子７９および８０に
関連してデイスク８３および８４も示されてい
る。 上記説明に関して、本発明が、Ｔ形トリミング
素子および関連する超電導デイスクを用いた低温
グラジオメータのトリミングを行う装置を提供す
ることは明らかである。これらトリミング素子
は、これまで不可能であつた簡単かつ確実な方法
により２〜３桁の範囲で不平衡をトリミングする
ことができる。 これまでトリミング素子を２重ループＴ形構造
として説明した。これら構造の重要な点は正確な
形にあるのではなく、次の点にある。 １ これら構造が、トリミングデイスクの効果を
高めたトリミングデイスクを囲む。 ２ トリミング素子が、サブストレートのエツジ
の近くに配置され、それぞれのトリミング素子
により２軸トリミングが可能である。 ３ トリミング素子が、主ループ構造から離れて
おり、多軸構成の際それぞれのグラジオメータ
の独立したトリミングが可能であり、グラジオ
メータ間のトリミングの関連が最小である。
力計雑音信号として作用する。地球の磁界中にお
いてgZZ／BZ0の比は、通常1.5×10-7／ftである。
gZZに３桁の感度が必要ならば、不平衡係数は1.5
×10-10／ftまたはそれ以下でなければならない。 この程度の平衡は、純粋に正確な製造によつて
達成することはできない。しかし正確な製造、製
造後の較正とトリミングおよび電子的調節を組合
わせれば、この程度の平衡に近付けることができ
る。検出ループにより検出するため利用できる磁
束の量はＡに比例し、これは体積効率と称する。
入力信号コイルに実際に供給される電流は、iZZ
＝φZZ／LTであり、その際LTは、検出ループ１２、 DC電流変成器１８およびSQUID１４の入力信号
コイル１６の総合自己インダクタンスである。 トリミング素子 どのような公知の製造技術によつても低温グラ
ジオメータの所望の不平衡（10-10／ftのオーダ）
は達成できない。従来の最高の製造技術を用いた
場合、平衡は10-4／ft程度であり、かつ電子的平
衡では４桁以上の改善を行うことは期待できな
い。２〜３桁だけグラジオメータの本質的な平衡
を改善するため、製造後の「トリミング」技術が
必要である。 可能性としては選択的な２つのタイプのトリミ
ング過程が存在する。 １ ループ構造を変形して、平衡にするためルー
プ面積を実際に増加または減少する。 ２ 局部的な磁界をひずませて、通常はループを
通らない磁束をループ内に転向させ、またはそ
の逆に通常はループを通る磁束を通るループ外
へ転向させる。 ループの近くに小さな超電導デイスクを配置し
て局部的な磁界をひずませる第２の方法は、次の
理由により第１の方法により優れていると考えら
れる。 １ 過程を解析的に取扱うことができる。 ２ 作用の広いダイナミツクレンジが達成でき
る。 ３ 互いに直交する方向に実際に軸間結合なしに
修正を行うことができる。 ４ 配置したループの物理的なトリミングが不要
であり、粗いエツジを作る可能性はなく、その
結果センサヒステリシスが生じる可能性がなく
なる。 磁界中の超伝導材料には表面電流が生じ、磁束
線は超伝導体内には侵入しない。従つて超伝導デ
イスクは、通常はこのデイスクを貫通する磁束線
を実効的にはねつけることにより、供給された磁
界をわい曲する。第３図は超電導デイスク２０に
よる磁界のひずみを示している。デイスク２０
は、デイスク２０の超伝導磁界（HR）−供給磁界
（Ha）による合計磁界に等しい磁界(H)を生じる磁
気源としてモデル化できる。 デイスク２０を扁球として近似することによ
り、ベクトル磁界ポテンシヤルが解析的に導出さ
れている。扁球近似は、厚さ対直径の比（ρ＝
0.1またはそれ以下の値を生じる。 スペリーユニバツク（商標）1101コンピユータ
シスチム用に開発された数値積分コンピユータプ
ログラムによれば、トリミング素子により形成さ
れた磁束の計算は次の定義式によつて行うことが
できる。 このプログラムを使用すれば、２〜３の制約を
受けるあらゆる磁束収集構造およびトリミングデ
イスク配置に対して較正曲線を形成できる。 特に第４図によれば、本発明によるトリミング
方式の１例が示されており、ここでは3.5インチ
（in）平方の平らな基板３２上に単一軸グラジオ
メータ３０が形成されている。第４図に示すよう
にＸおよびＹ座標を定め、かつ基板３２の面に対
して垂直にＺ座標を定めれば、グラジオメータル
ープ３６，３７は∂HZ／∂Yを測定する。SQUID
（第２図参照）は、ループ導体の２つの端子３４，
３５を終端する点で基板３２に接続する。ループ
３６の２つのＴ形トリミング素子３８，３９の一
方は図の上部にあり、かつ他方は図の右側にあ
り、これらは後で詳細に説明するトリミング素子
である。 トリミングは、Ｔ形トリミング素子導体路の近
くに超電導デイスクを配置することによつて行わ
れる。これらトリミング素子を主ループ３８，３
９内またはその近くから離せば、ほぼ30：１の分
離度が得られる。これらトリミング素子を詳細に
検討すれば、これらトリミング素子が、主グラジ
オメータループ３６からほぼ3/8″だけ離されかつ
基板３２のエツジの近くにある時計方向と反対時
計方向のループからなることがわかる。HZ不平
衡のトリミングは、一方のループの内側に適当な
寸法のデイスクを配置することにより行われる。
不平衡の符号により、どちらのループのトリミン
グ素子を使うかが決まる。第４図上部のトリミン
グ素子３８についてループを３８Ａおよび３８Ｂ
で表わし、左側のループを３８Ａとした場合、そ
れぞれのループ３８Ａ，３８Ｂの幾何学的中心に
配置したデイスクにより形成されるγ−in2／γ
の単位の不平衡の量が、デイスク半径の関数とし
て第５図に示されている。 HYにより生じる不平衡のトリミングは、第７
図に示すように、トリミング素子の近くにおいて
基板３２の側面にデイスク２０Ｃ，２０Ｄを配置
することによつて行われる。このようなデイスク
に対する計算結果は、第６図に示されている。デ
イスクはトリミング素子に囲まれたものよりもト
リミング素子からいくらか遠く離されているの
で、これらの結果は、同じ半径についていくらか
小さなオーダになつている。HXの不平衡は、ト
リミング素子３９を用いてHY不平衡と様にトリ
ミングされる。第４図の検出ループ構造の体積効
率は4.62in3であり、 の程度のグラジエント感度を生じるはずである。 特に第８図によれば、本発明によるトリミング
方式の例が示されており、ここでは正方形の平ら
な基板５２上に２軸グラジオメータ５０が形成さ
れている。第４図の実施例のように第８図に示し
たＸおよびＹ座標を決め、かつ基板５２の面に対
して垂直にＺ座標を決めれば、グラジオメータル
ープ５４，５５および５６，５７は、HZ／Ｙお
よびHZ／Ｘを測定する。この第２の実施例にお
いて、適当な寸法のデイスク５８および５９は、
ループ５６および５７に接続されたトリミング素
子６０および６５内に配置されるが、一方デイス
ク６１および６２は、ループ５４に接続されたト
リミング素子６３および６４内に配置される。 特に第９図によれば、本発明の第３の実施例の
斜視図が示されている。この実施例ではシリンダ
７２の外面に、単一軸グラジオメータ７０が形成
されており、円形断面のこのシリンダは、長手軸
７４とシリンダ７２の円周のまわりの円形軸７６
とを有する。シリンダ７２は、ガラスから形成さ
れており、かつマグネトロンスパツタリング装置
を用いてニオブでコーテイングされ、かつそれら
陰画レジストでコーテイングされている。レジス
トは薄く、浸漬コーテイングにより1.0μｍの厚さ
の層を形成する。このことは、適当なエツジ解像
力を確保するために必要である。レジストの露光
のため、4568Åに同調したアルゴンレーザーを使
用する。レーザービームは、ピンホール空間フイ
ルタを通り、拡大し、正方形開口を通つて、シリ
ンダの表面に集束する。シリンダ上に全パターン
を描くまで、シリンダは、100μｍずつくり返し
ステツプ状に動かされる。それぞれのステツプ毎
にシヤツタが開かれ、かつレジストは露光され
る。現像後にニオブは、バレル形プラズマエツシ
ング装置内でCF4＋４％O2を使用してエツチング
される。これがマイクロマニピユレータを用いた
手動システムであるとしても、示された精度は、
±1.5μｍ以内の線の幅変動を有するように思わ
れ、かつ絶対寸法は±2.0μｍである。 第９図のグラジオメータ７０の図示した実施例
においてそれぞれの主ループ７７および７８は、
これに関連してそれぞれトリミング素子７９およ
び８０およびトリミング素子８１および８２を有
し、これらトリミング素子は、シリンダ７２の一
端に構成されており、かつ長手軸７４のまわりで
半径方向に90゜離れた方に向けられ、かつシリン
ダ７２の表面に配置されている。第７図に示すよ
うに、それぞれトリミング素子７９および８０に
関連してデイスク８３および８４も示されてい
る。 上記説明に関して、本発明が、Ｔ形トリミング
素子および関連する超電導デイスクを用いた低温
グラジオメータのトリミングを行う装置を提供す
ることは明らかである。これらトリミング素子
は、これまで不可能であつた簡単かつ確実な方法
により２〜３桁の範囲で不平衡をトリミングする
ことができる。 これまでトリミング素子を２重ループＴ形構造
として説明した。これら構造の重要な点は正確な
形にあるのではなく、次の点にある。 １ これら構造が、トリミングデイスクの効果を
高めたトリミングデイスクを囲む。 ２ トリミング素子が、サブストレートのエツジ
の近くに配置され、それぞれのトリミング素子
により２軸トリミングが可能である。 ３ トリミング素子が、主ループ構造から離れて
おり、多軸構成の際それぞれのグラジオメータ
の独立したトリミングが可能であり、グラジオ
メータ間のトリミングの関連が最小である。
第１ａ図および第１ｂ図は、２つのタイプの低
温グラジオメータループパターンの図、第２図
は、単一軸グラジオメータの略図、第３図は、超
電導デイスクの近くの磁界の図、第４図は、本発
明による単一軸グラジオメータのループパターン
の図、第５図は、デイスク半径の関数としたＺ軸
磁束結合度のグラフ、第６図は、デイスク半径の
関数としたＹ軸磁束結合度のグラフ、第７図は、
本発明によるＴ形トリミング素子の近くにあるデ
イスクの方向を示す斜視図、第８図は、本発明に
よる２軸グラジオメータループパターンを示す
図、第９図は、本発明によるシリンダ表面に形成
された単一軸グラジオメータの斜視図である。 １０……グラジオメータ、１２……超伝導検出
ループ、１４……SQUID、１６……入力信号コ
イル、２０……超電導デイスク、３０……グラジ
オメータ、３２……基板、３６……ループ、３
８，３９……トリミング素子、５０……グラジオ
メータ、５２……基板、５４，５５，５６，５７
……ループ、６１，６２……デイスク、６０，６
３，６４，６５……トリミング素子、７０……グ
ラジオメータ、７２……シリンダ、７７，７８…
…ループ、７９，８０……トリミング素子、８
３，８４……デイスク。
温グラジオメータループパターンの図、第２図
は、単一軸グラジオメータの略図、第３図は、超
電導デイスクの近くの磁界の図、第４図は、本発
明による単一軸グラジオメータのループパターン
の図、第５図は、デイスク半径の関数としたＺ軸
磁束結合度のグラフ、第６図は、デイスク半径の
関数としたＹ軸磁束結合度のグラフ、第７図は、
本発明によるＴ形トリミング素子の近くにあるデ
イスクの方向を示す斜視図、第８図は、本発明に
よる２軸グラジオメータループパターンを示す
図、第９図は、本発明によるシリンダ表面に形成
された単一軸グラジオメータの斜視図である。 １０……グラジオメータ、１２……超伝導検出
ループ、１４……SQUID、１６……入力信号コ
イル、２０……超電導デイスク、３０……グラジ
オメータ、３２……基板、３６……ループ、３
８，３９……トリミング素子、５０……グラジオ
メータ、５２……基板、５４，５５，５６，５７
……ループ、６１，６２……デイスク、６０，６
３，６４，６５……トリミング素子、７０……グ
ラジオメータ、７２……シリンダ、７７，７８…
…ループ、７９，８０……トリミング素子、８
３，８４……デイスク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１と第２の超伝導検出ループ７７，７８を
支持する基板７２が設けられており、第１と第２
の超伝導検出ループは、第１の面内に第１と第２
のほぼ同じ面積を囲んでおり、これら検出ループ
は、磁界を相殺するような逆向きの巻線方向にし
て直列接続されている、空間内の第１と第２の点
の間の磁界強度差を測定する装置において、 第１の超伝導検出ループ７７に直列接続された
第１のトリミング素子７９を有するトリミング手
段が設けられており、 この第１のトリミング素子は第１と第２のトリ
ミングループ３８Ａ，３８Ｂを有し、これらトリ
ミングループは、磁界を相殺するような逆向きの
巻線方向にして互いに直列接続されており、これ
ら第１と第２のトリミングループのそれぞれ一方
の端子は、第１の超伝導検出ループに接続されて
おり、かつ 第１の超伝導デイスク８１が、第１の面内にお
いて第１のトリミングループ内に配置されてお
り、それにより磁界により生じる第１のトリミン
グループを通る磁束を調節するようにしたことを
特徴とする、 空間内の第１と第２の点の間の磁界強度差を測
定する装置。 ２ トリミング手段が、第２の超伝導検出ループ
７８に直列接続された第２のトリミング素子８０
を有し、 この第２のトリミング素子は第３と第４のトリ
ミングループを有し、これらトリミングループ
は、磁界を相殺するような逆向きの巻線方向にし
て互いに直列接続されており、これら第３と第４
のトリミングループのそれぞれ一方の端子は、第
２の超伝導検出ループに接続されており、かつ 第２の超伝導デイスク８２が、第１の面内にお
いて第３のトリミングループ内に配置されてお
り、それにより磁界により生じる第３のトリミン
グループを通る磁束を調節するようにした、 特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 基板が平らであり、かつ第１の面が平面であ
る、特許請求の範囲第１または２項記載の装置。 ４ 基板が円筒形をしており、かつ第１の面が曲
面である、特許請求の範囲第１または２項記載の
装置。 ５ トリミングループが、検出ループによつて囲
まれるものより比較的小さな面積を囲んでいる、
特許請求の範囲第３または４項記載の装置。 ６ トリミングループが、基板の１つのエツジに
沿つて配置されている、特許請求の範囲第１項記
載の装置。 ７ 基板が平らであり、第１と第２のトリミング
ループが、基板の第１のエツジに沿つて配置され
ており、かつ第３と第４のトリミングループが、
基板の第１のエツジに直交する第２のエツジに沿
つて配置されている、特許請求の範囲第２項記載
の装置。 ８ 基板が円筒形をしており、かつ第１、第２、
第３および第４のトリミングループが、円筒の一
端の近くに配置されている、特許請求の範囲第２
項記載の装置。 ９ トリミング手段が少なくとも１つの超伝導デ
イスクを有し、この超伝導デイスクは、基板の１
つのエツジに、第１の面に直交する面内に、かつ
少なくとも１つのトリミングループの近くに配置
されている、特許請求の範囲第６、７または８項
記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/112,897 US4320341A (en) | 1980-01-17 | 1980-01-17 | Method and apparatus for balancing the magnetic field detecting loops of a cryogenic gradiometer using trimming coils and superconducting disks |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56108973A JPS56108973A (en) | 1981-08-28 |
| JPS632350B2 true JPS632350B2 (ja) | 1988-01-18 |
Family
ID=22346422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP585181A Granted JPS56108973A (en) | 1980-01-17 | 1981-01-17 | Trimming structure for cryogenic gradiometer |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4320341A (ja) |
| JP (1) | JPS56108973A (ja) |
| CA (1) | CA1146629A (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4403189A (en) * | 1980-08-25 | 1983-09-06 | S.H.E. Corporation | Superconducting quantum interference device having thin film Josephson junctions |
| JPS58210683A (ja) * | 1982-06-01 | 1983-12-07 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 微分形スクイツド |
| DE3247543A1 (de) * | 1982-12-22 | 1984-06-28 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur mehrkanaligen messung schwacher, sich aendernder magnetfelder und verfahren zu ihrer herstellung |
| DE3324208A1 (de) * | 1983-07-05 | 1985-01-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Supraleitendes gradiometerspulensystem fuer eine vorrichtung zur mehrkanaligen messung schwacher, sich aendernder magnetfelder |
| JPS6059981U (ja) * | 1983-09-30 | 1985-04-25 | 株式会社島津製作所 | 超伝導磁力計素子 |
| US4590426A (en) * | 1983-12-08 | 1986-05-20 | Sperry Corporation | Bzz and Byz sense loop geometries for cylindrical tensor gradiometer loop structures |
| US4588947A (en) * | 1983-12-30 | 1986-05-13 | International Business Machines Corporation | Integrated miniature DC SQUID susceptometer for measuring properties of very small samples |
| US4585999A (en) * | 1984-04-27 | 1986-04-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Radiofrequency amplifier based on a dc superconducting quantum interference device |
| EP0185186B1 (de) * | 1984-11-19 | 1989-02-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gradiometers für eine Vorrichtung zur ein- oder mehrkanaligen Messung schwacher Magnetfelder |
| EP0184670B1 (de) * | 1984-11-19 | 1990-03-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Herstellung eines supraleitenden Gradiometers mit dreidimensionaler Struktur für eine Vorrichtung zur Messung schwacher Magnetfelder |
| EP0210489B2 (de) * | 1985-07-22 | 1993-11-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Vielkanalige Vorrichtung zur Messung schwacher Magnetfelder |
| DE3529815A1 (de) * | 1985-08-20 | 1987-02-26 | Siemens Ag | Messvorrichtung mit einem squid-magnetometer |
| JPH0814613B2 (ja) * | 1986-09-29 | 1996-02-14 | 株式会社東芝 | グラジオメ−タ |
| JP2624828B2 (ja) * | 1988-04-06 | 1997-06-25 | 株式会社日立製作所 | 磁束計及びこれを用いた金属材料の劣化検出方法 |
| FI89417C (fi) * | 1990-12-21 | 1993-09-27 | Neuromag Oy | Detektorspole foer maetning av magnetfaelt |
| US5420100A (en) * | 1991-04-05 | 1995-05-30 | Northeastern University | Planar squid magnetometer with inductively coupled microstrip resonator |
| US5329229A (en) * | 1991-07-25 | 1994-07-12 | Seiko Instruments Inc. | Magnetic field detection coils with superconducting wiring pattern on flexible film |
| GB2258314B (en) * | 1991-08-02 | 1995-07-19 | Dornier Gmbh | Device for measuring local magnetic field distributions |
| DE4227877A1 (de) * | 1992-08-22 | 1994-02-24 | Philips Patentverwaltung | Miniaturisiertes SQUID-Modul, insbesondere für Vielkanal-Magnetometer |
| US5523686A (en) * | 1994-08-30 | 1996-06-04 | International Business Machines Corporation | Probes for scanning SQUID magnetometers |
| US5633583A (en) * | 1995-06-07 | 1997-05-27 | Gas Research Institute | Magnetic telescope with enhanced noise suppression |
| US7615385B2 (en) | 2006-09-20 | 2009-11-10 | Hypres, Inc | Double-masking technique for increasing fabrication yield in superconducting electronics |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3956690A (en) * | 1974-01-21 | 1976-05-11 | Develco, Inc. | Trimmed superconductive magnetic pickup coil circuits |
| US3976938A (en) * | 1974-12-09 | 1976-08-24 | Superconducting Technology, Inc. | Superconducting magnetic sensor with improved balancing system |
-
1980
- 1980-01-17 US US06/112,897 patent/US4320341A/en not_active Expired - Lifetime
- 1980-10-29 CA CA000363482A patent/CA1146629A/en not_active Expired
-
1981
- 1981-01-17 JP JP585181A patent/JPS56108973A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56108973A (en) | 1981-08-28 |
| US4320341A (en) | 1982-03-16 |
| CA1146629A (en) | 1983-05-17 |
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