DE69736456T2 - Schaltungsanordnung zur Kontrolle eines magnetometrischen Fühlers - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Kontrolle eines magnetometrischen Fühlers Download PDF

Info

Publication number
DE69736456T2
DE69736456T2 DE69736456T DE69736456T DE69736456T2 DE 69736456 T2 DE69736456 T2 DE 69736456T2 DE 69736456 T DE69736456 T DE 69736456T DE 69736456 T DE69736456 T DE 69736456T DE 69736456 T2 DE69736456 T2 DE 69736456T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit
squid
evaluation
signal
magnetometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69736456T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69736456D1 (de
Inventor
c/o Itami Works Haruhisan Itami-shi Toyoda
c/o Itami Works Tatsuoki Itami-shi Nagaishi
c/o Itami Works Hideo Itami-shi Itozaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE69736456D1 publication Critical patent/DE69736456D1/de
Publication of DE69736456T2 publication Critical patent/DE69736456T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/035Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
    • G01R33/0354SQUIDS
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/842Measuring and testing
    • Y10S505/843Electrical
    • Y10S505/845Magnetometer
    • Y10S505/846Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines magnetometrischen Sensors und betrifft insbesondere eine Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines SQUIDs (supraleitender quanten-interferometrischer Detektor), das als ein magnetischer Fluß- oder Feldsensor verwendet wird.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltungsvorrichtung, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angeführt.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Ein SQUID ist ein hochempfindlicher magnetometrischer Sensor, der extrem kleine Magnetfelder messen kann, und ist üblicherweise mit einem magnetischen Flußregelkreis, einem sogenannten „FLL" versehen, um das SQUID zu steuern, das als ein magnetometrischer Sensor arbeitet. Die Treiberschaltung mit dem FLL verwendet ein Nullabgleichsverfahren. In der Treiberschaltung wird ein Rückkopplungssignal, das aus einem Spannungssignal erhalten wird, das durch das SQUID detektiert wird, durch eine Erregerspule zum SQUID zurückgeschickt, und der Arbeitspunkt des SQUIDs wird automatisch auf null abgeglichen, um auf einem Tief- oder Hochpunkt der Kenndaten der SQUID-Spannung (U) als Funktion des magnetischen Flusses (Φ) verriegelt zu werden, wodurch ein Magnetfeldmeßsignal aus dem Rückkopplungssignal erhalten wird.
  • Andererseits weist für ein SQUID-Element an für sich das SQUID-Element verschiedene fundamentale Betriebskenndaten wie Spannungs-Strom- (U-I) Kenndaten, die oben erwähnten U-Φ Kenndaten oder dergleichen auf, und wird folglich unter Verwendung dieser Kenndaten geprüft oder ausgewertet.
  • Wenn ein SQUID zusätzlich mit einem Hochtemperatursupraleiter wie einer supraleitenden Oxidverbindung ausgebildet ist, wird es ermöglicht, daß das SQUID bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur von –196°C des flüssigen Stickstoffs (N) arbeitet, und folglich leicht gehandhabt werden kann. Folglich wird die Systemhandhabung dieses Hochtemperaturtyps eines SQUIDs im Gegensatz zu einem System merklich vereinfacht, das flüssiges Helium (He) mit einer sehr niedrigen Betriebstemperatur von -269°C verwendet.
  • Daher wird erwartet, daß der Hochtemperaturtyp eines SQUIDs in verschiedenen Anwendungen entwickelt und genutzt wird, wie der medizinischen Diagnose, zerstörungsfreien Prüfung, Lebensmittelüberwachung, geologischen Gutachten, und dergleichen, und viele Forscher werden Anwendungen des SQUIDs erforschen und entwickeln. Um jedoch die Anwendungen in der Praxis zu erforschen und entwickeln, ist es für diese Forscher notwendig, ein SQUID zu erhalten, das einen Hochtemperatursupraleiter verwendet, und daher gibt es eine Hoffnung auf ein leicht verfügbares und experimentelles supraleitendes Hochtemperatur-SQUID.
  • Das US-Patent US 4,004,217 offenbart eine Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines magnetometrischen Sensors (SQUID), die eine magnetometrische Schaltung, eine Auswertungsschaltung und eine Auswahlschaltung zum Steuern einer der magnetometrischen Schaltung und der Auswertungsschaltung aufweist.
  • Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 501 241 offenbart eine Schaltungsvorrichtung, die mit einer ähnlichen Auswahleinrichtung versehen ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es im allgemeinen, eine kleine Schaltungsvorrichtung von praktischem Nutzen bereitzustellen, die nicht nur ein SQUID als einen Sensor zur magnetischen Messung steuern kann, sondern auch fundamentale Kenndaten des SQUID-Elements selbst auswerten kann, das als der magnetometrische Sensor einer alternativen Weise verwendet wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gelöst, die im Anspruch 1 angeführt sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine kompakte Schaltungsvorrichtung bereit, die unabhängig einen Magnetometerschaltungsabschnitt zum Steuern eines SQUIDs als einen magnetometrischen Sensor und einen Auswertungsschaltungsabschnitt zur Auswertung von Kenndaten des SQUID-Elements selbst steuern kann, die unter den Treiber- und Auswertungsschaltungsabschnitten keine Fehlsteuerungen ausübt, und das ferner keine physikalischen Mittel zur elektromagnetischen Abschirmung zwischen diesen Schaltungsabschnitten benötigt.
  • Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsvorrichtung bereitzustellen, in der in der Praxis nicht nur Betriebskenndaten eines SQUID-Elements selbst visuell geprüft oder ausgewertet werden können, sondern eine in der FLL verwendete Rückkopplungsspule als eine magnetische Flußerzeugungsspule zum Anlegen eines Magnetfelds an das SQUID-Element verwendet wird, um die Kenndaten des Elements wie die Φ-U-Kenndaten zu erhalten. Indem folglich eine kleine SQUID-Sonde damit verwendet wird, wird ein guter Zugriff auf die fundamentalen Kenndaten des SQUIDs ermöglicht, die zu Erforschung und Entwicklung einer magnetischen Meßanwendung, wie einer physikalischen Messung, zerstörungsfreien Prüfung, biomagnetischen Messung und dergleichen benötigt werden.
  • Daher betrifft die vorliegende Erfindung eine Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines magnetometrischen SQUID-Sensors, die eine FLL Magnetometerschaltung zum Steuern des SQUIDs mit einem Wechselspannungssignal als magnetometrischen Sensor, eine Auswertungsschaltung zur Auswertung der SQUID-Kenndaten und eine Auswahlschaltung zur Auswahl entweder einer Sensorfunktion oder einer Auswertungsfunktion aufweist, wobei nur eine der Magnetometer- und Auswertungsschaltungen aktiviert wird, wenn die Auswahlschaltung eine der Sensorfunktion und der Auswertungsfunktion auswählt. Folglich kann die Schaltungsvorrichtung al ternativ entweder als ein Sensor oder eine Auswertungseinrichtung dienen.
  • Um eine Schaltungsvorrichtung zu verwirklichen, die sowohl eine magnetometrische Sensorfunktion als auch eine Elementauswertungsfunktion für ein SQUID aufweist, wird es bevorzugt, daß eine Magnetometerschaltung des magnetischen Flußmodulationstyps und eine Auswertungsschaltung des SQUID-Elements zur Ausführung dieser Funktionen unabhängig als Schaltungen ausgebildet sind, ohne einen gemeinsamen Schaltungsteil aufzuweisen, um die Gestaltung der Vorrichtung einfach und die Schaltungsvorrichtung zuverlässig zu machen. Zum Beispiel können diese Schaltungen physikalisch getrennt sein, zum Beispiel auf jeweils zwei Substraten angeordnet sein, so daß die Schaltungen unabhängig voneinander arbeiten.
  • Im allgemeinen werden in einer Schaltung zur Auswertung von SQUID-Elementkenndaten Betriebskenndaten des SQUID-Elements, wie die Kenndaten der SQUID-Spannung (U) als Funktion des Stroms (I) und die Kenndaten der Spannung (U) als Funktion des magnetischen Flusses (Φ) geprüft oder ausgewertet, wobei ein Wechselspannungssignal mit niedriger Frequenz verwendet wird, zum Beispiel in der Größenordnung von zehn Hz (Hertz). Andererseits betreibt in einer Magnetometerschaltung mit einem FLL des magnetischen Flußmodulationstyps ein Wechselspannungssignal hoher Frequenz, zum Beispiel in der Größenordnung von mehreren oder mehreren zehn kHz (Kilohertz) das SQUID, um ein Magnetfeldmeßsignal zu erhalten.
  • Wenn daher diese Schaltungen für dasselbe SQUID an getrennten Stellen vorgesehen sind, gibt es keine Probleme gegenseitiger Störungen. Wenn jedoch dieser Schaltungen zusammen in einer Vorrichtung angeordnet werden, wirken die Wechselspannungssignale unterschiedlicher Arten von Frequenzen, die in der Vorrichtung vorhanden sind, als Störquellen zwischen den Schaltungen und beeinflussen sich gegenseitig schädlich. Um diese Effekte zu beseitigen, kann eine elektromagnetische Abschirmung zwischen den Schaltungen vorgesehen werden, jedoch wird die Vorrichtung groß, wenn diese Abschirmung gewählt wird.
  • Erfindungsgemäß hat die Auswahlschaltung die Fähigkeit, abhängig von der Auswahl einer der Sensor- und Auswertungsfunktionen nur eine der Magnetometer- und Auswertungsschaltungen zu aktivieren, um nur ein Wechselspannungssignal zu erzeugen, das für die ausgewählte Funktion notwendig ist, und nicht das andere Wechselspannungssignal zu erzeugen, das für die nicht ausgewählte Funktion benötigt wird, um die Erzeugung von Störungen zu verhindern, wodurch die nicht ausgewählte der Schaltungen nicht ihr eigenes Wechselspannungssignal auf die andere Schaltung ausübt und es ermöglicht wird, daß die Vorrichtung in ihrem Aufbau vereinfacht wird und klein ist.
  • Ein aktivierter Zustand einer ausgewählten der Schaltungen wird erfindungsgemäß typischerweise durch Anlegen einer Spannung an die ausgewählte Schaltung aus ihrer Stromquelle verwirklicht, während die Stromversorgung von der anderen nicht ausgewählten Schaltung getrennt bleibt. Wenn folglich eine Schaltung aktiviert wird, um ihre entsprechende Funktion auszuführen, wird kein Wechselspannungssignal, das die Schaltung beeinflußt, durch die andere Schaltung erzeugt. Um diese Schutzfunktion sicherzustellen, ist der Stromanschluß der nicht ausgewählten Schaltung vorzugsweise nicht nur von der Stromversorgung getrennt, sondern auch geerdet.
  • Erfindungsgemäß sind ferner Übertragungsanschlüsse in den ersten und zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüssen zum Senden und Empfangen von Signalen zwischen einer SQUID-Sonde und dem Magnetometer- und Auswertungsschaltungen vorgesehen, so daß es ermöglicht wird, daß diese Übertragungsanschlüsse Erregersignale an eine Erregerspule in der SQUID-Sonde anlegen. Die Spule empfängt ein Rückkopplungssignal von der Magnetometerschaltung, um hauptsächlich als eine Rückkopplungsspule zu arbeiten, wie wohlbekannt ist, wenn die Magnetometerschaltung durch die Auswahlschaltung ausgewählt wird. In der vorliegenden Erfindung empfängt die Spule außerdem das den magnetischen Fluß erzeugen de Signal aus der Auswertungsschaltung, um benötigte Kenndaten, wie U-Φ zu erhalten, wenn die Auswertungsschaltung ausgewählt wird. Daher wird kein Magnetfeldanlegungsspulenmittel benötigt, das für die Auswertungsschaltung bestimmt ist, um diese Kenndaten zu erhalten.
  • Gemäß eines weiteren Merkmals der vorliegenden Erfindung bestehen die ersten und zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüsse aus Verbinderbuchsen mit der Fähigkeit zu einer engen Verbindung mit verschiedenen Typen von SQUIDs. Ferner bestehen auch Auswertungsausgangsanschlüsse aus Verbinderbuchsen, um den Anschluß von Signalkabeln aufzunehmen, die mit einer geeigneten Graphikanzeige oder einem Anzeigemittel, zum Beispiel einem Oszilloskop verbunden sind. Dadurch ermöglicht es die Vorrichtung, auf einem Bildschirm die Kenndaten des SQUID-Elements, wie U-I, U-Φ oder dergleichen anzuzeigen, die zur Auswertung von Betriebsparametern des SQUID-Elements oder zur Schulungsausbildung zur SQUID-Forschung zugeschnitten sind.
  • Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine allgemeine perspektivische Ansicht einer Anordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt ein schematisches Schaltungsblockdiagramm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 3A und 3B sind graphische Darstellungen, die die Kenndaten der SQUID-Spannung (U) als Funktion des Stroms (I) und des magnetischen Flusses (Φ) als Beispiele von Kenndaten darstellen, die durch eine Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
  • Detaillierte Erläuterung der Erfindung
  • Kurzdarstellung der Anordnung
  • Bezugnehmend auf 1 wird eine Schaltungsvorrichtung 1 zum Steuern eines SQUIDs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung perspektivisch gezeigt, mit einer SQUID-Sonde 2, die verwendet wird, um mit der Schaltungsvorrichtung 1 einen Gerätesatz zu bilden. Die Schaltungsvorrichtung weist eine vergleichsweise geringe Größe auf, zum Beispiel 200 mm (Millimeter) breit (Frontalseite), 160 mm lang (Tiefe) und 60 mm hoch, und enthält kompakt eine Magnetometerschaltung, eine Elementauswertungsschaltung und eine Auswahlschaltung, wie im folgenden erläutert wird.
  • Auf der Frontplatte der Schaltungsvorrichtung 1 sind ein Stromquellenschalter 11, eine Einschaltlampe 12, ein Funktionsschaltmittel 13 zum Wechseln von Funktionen, wie ein Druckknopfschalter eines Typs mit zwei Stellungen, ein Meßausgangsanschluß 14, der durch die Verbinderbuchse gebildet wird, um ein magnetisches Meßsignal aufzunehmen, und dergleichen vorgesehen. Das Meßsignal aus dem Anschluß 14 wird durch ein (nicht gezeigtes) Signalkabel zu einem äußeren Anzeigemittel, wie einem Aufzeichnungsgerät für den magnetischen Fluß oder das Feld, ein Meßgerät oder eine Anzeigevorrichtung übertragen, um die Meßergebnisse anzuzeigen.
  • Auf der Frontplatte gibt es außerdem zwei Einstellbereiche A und B zum Einstellen von Sensor- und Auswertungsfunktionen. Der erste Bereich A wird verwendet, um Parameter einzustellen, wenn hauptsächlich die Sensorfunktion durch das Funktionsschaltmittel 13 ausgewählt wird, um die Magnetometerschaltung in der Schaltungsvorrichtung 1 zu aktivieren. Andererseits wird der zweite Bereich B verwendet, um Parameter einzustellen, wenn hauptsächlich die Auswertungsfunktion durch das Schaltmittel 13 ausgewählt wird, um die Auswertungsschaltung in der Schaltungsvorrichtung 1 zu aktivieren.
  • Im ersten Bereich A zum Einstellen der Sensorfunktion ist zum Beispiel außerdem ein FLL-Verriegelungs-/Rücksetzschaltmittel Sf11, wie ein Druckknopfschalter eines Typs mit zwei Stellungen für die Verriegelung oder das Rücksetzen des magnetischen Flußregelkreises (FLL) in der Magnetometerschaltung vorgesehen. In diesem Bereich A sind außerdem Detektionssignalausgangsanschlüsse zum Senden magnetischer Fluß- und Spannungsdetektionssignale, um sie auf geeigneten Meßgeräten zu beobachten, und Knöpfe zur Steuerung der Sensorparameter, wie des Vormagnetisierungsstroms, des magnetischen Flusses und dergleichen vorgesehen.
  • Im zweiten Bereich B zum Einstellen der Auswertungsfunktion sind zum Beispiel Ausgangsanschlüsse Ti/ϕ und Tv, die durch Verbinderbuchsen gebildet werden, zum Senden von Kenndatenauswertungssignalen (I/Φ, U) vorgesehen, die zur Anzeige von Kenndaten der Spannung als Funktion des Stroms (U-I) und der Kenndaten der Spannung als Funktion des magnetischen Flusses (U-Φ) notwendig sind. In diesem Bereich B sind außerdem ein Strom-/Fluß-Schaltmittel Si/ϕ, wie ein Druckknopfschalter eines Typs mit zwei Stellungen, zum Wechseln der Ausgangssignale zwischen einem Stromsignal (I) und magnetischen Flußsignal (Φ), und Knöpfe zur Steuerung von Auswertungsparametern, wie des Stroms, des magnetischen Flusses und dergleichen vorgesehen. Diese Kenndatenauswertungssignale (I/Φ, U) werden durch das (nicht gezeigte) Signalkabel zu einer Graphikanzeige, wie einem Oszilloskop übertragen, um visuelle graphische Kurven der U-I- und U-Φ-Kenndaten anzuzeigen.
  • Zusätzlich sind zum Beispiel auf der Rückplatte der Schaltungsvorrichtung 1 erste und zweite Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, die durch Verbinderbuchsen gebildet werden, zur Aufnahme eines Anschlusses eines Signalkabels 3 und ein Stromquellenanschluß zur Lieferung von Gleichspannungen mit zum Beispiel +15 Volt und –15 Volt vorgesehen. Es wird ermöglicht, daß durch das Kabel 3 eine SQUID-Sonde 2 selektiv mit den ersten und zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüssen verbunden wird.
  • Die SQUID-Sonde 2, die in der Form eines langen Zylinders geformt ist, wie in 1 gezeigt, weist einen SQUID-Sensor 2A auf, der mit dem Ende verbunden und von ihm entfernt werden kann, das dem Ende gegenüberliegt, mit dem das Signalkabel 3 verbunden ist. Der SQUID-Sensor 2A weist ein SQUID-Element und eine damit versehene Erregerspule als Hauptelemente auf. Der Sensor kann gebildet werden, indem das SQUID-Element und die Erregerspule mit Harzmasse auf einem Chipträger mit einem Durchmesser von 17 mm angebracht werden und sie mit einer Kappe abgedeckt werden. Die Harzmasse stellt eine einfache Handhabung des SQUID-Sensors und eine lange Verwendung mit einer sehr großen Häufigkeit, zum Beispiel hundert Mal bereit.
  • Das SQUID-Element kann ein supraleitendes Hochtemperatur-SQUID sein, in dem ein dünner Film aus HoBaCuO auf einem Substrat, das aus SrTiO3 hergestellt wird, unter Verwendung einer Laserabscheidungstechnologie gebildet wird. Das Herz des SQUID-Elements ist eine supraleitende Verbindung, die durch Abscheiden des supraleitenden Dünnfilms auf dem Substrat gebildet wird, der eine Stufe von 0,2 μm (Mikrometern) aufweist. Diese Art SQUID-Element liefert eine Spitzenleistung bei hoher Auflösung, zum Beispiel einem Fünfzigmillionstel (2 × 10–8) des Erdmagnetismus.
  • Detail der Schaltungen
  • Nun auf 2 bezugnehmend, wird ein schematisches Schaltungsblockdiagramm der Schaltungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die SQUID-Sonde 2 verwendet wird, um einen Gerätesatz mit der Schaltungsvorrichtung 1 zu bilden. Die Schaltungsvorrichtung 1 ist eine elektronische Schaltung, die eine Magnetometerschaltung 1A, eine Auswertungsschaltung 1B, eine Auswahlschaltung 1C und eine Stromversorgungsschaltung 1D umfaßt.
  • Die Magnetometerschaltung 1A ist mit einem sogenannten „FLL" versehen, um die SQUID-Sonde 2 als einen magnetometrischen Sensor mit magnetischer Flußmodulation zu steuern. Zu diesem Zweck weist die Schaltung 1A eine Vormagnetisierungsstromquellenschaltung 15 zur Erzeugung eines Vormagnetisierungswechselstroms für das SQUID, der eine verhältnismäßig hohe Frequenz f1 von zum Beispiel 1 kHz aufweist, eine Spannungserhöhungsschaltung 16 zur Aufwärtstransformation und Verstärkung eines Spannungssignals, das durch das SQUID detektiert wird, einen Phasendetektor 17, eine Rückkopplungsverstärkerschaltung 18 zum Erzeugen eines Magnetfeldmeßsignals am Meßausgangsanschluß 14 und eine Oszillatorschaltung 19 zur Erzeugung eines Modulationswechselspannungssignals auf, das eine hohe Frequenz f2 von zum Beispiel 40 kHz aufweist. Die Rückkopplungsverstärkerschaltung 18 ist mit einem Rücksetzschalter 18s versehen, der durch das FLL-Verriegelungs-/Rücksetzschaltmittel Sf11 betätigt wird, und umfaßt einen Rückkopplungswiderstand 18f. Zusätzlich ist die Vormagnetisierungsstromquellenschaltung 15 vorgesehen, um einen Vormagnetisierungsgleichstrom zu erzeugen.
  • Die Magnetometerschaltung 1B weist eine Niederfrequenzquelle 20 zur Erzeugung eines Wechselspannungssignals mit einer niedrigen Frequenz f3 von zum Beispiel 15 Hz, eine Treiberstromversorgungsschaltung 21, eine Erregerstromversorgungsschaltung 22 und eine Spannungsverstärkerschaltung 23 auf, die ein Spannungssignal vom SQUID verstärkt und das verstärkte Signal als ein Spannungssignal U zum Spannungsausgangsanschluß Tv sendet. Obwohl die Treiberstromversorgungsschaltung 21 und die Erregerstromversorgungsschaltung 22 dieselben Funktionen aufweisen, abhängig von der I/Φ-Auswahl durch das Strom-/Fluß-Schaltmittel Si/ϕ ihre Ausgänge (I, Φ) auf einen konstanten Wert oder ein Wechselspannungssignal mit der Frequenzkomponente f3 umzuschalten, weisen diese Schaltungen 21 und 22 ihre Umschaltaktionen invers zueinander auf.
  • Wenn nämlich die Auswertungsschaltung 1A aktiviert ist, liefert die Treiberstromversorgungsschaltung 21 einen Betriebsstrom an das SQUID, und die Erregerstromversorgungsschaltung 21 liefert einen Erregerstrom an eine Erregerspule 2C im SQUID-Sensor 2A. Wenn das Strom-/Fluß-Schaltmittel Si/ϕ in einer ersten Position „i" angeordnet ist, wird der Betriebsstrom der Schaltung 21 so gesteuert, daß er mit einer niedrigen Frequenz f3 variiert, die auf dem Wechselspannungssignal aus der Frequenzquelle 20 beruht, und es wird auch ein entsprechendes Stromsignal I an die Strom-/Flußausgangsanschlüsse Ti/ϕ geschickt. Wenn das Schaltmittel Si/ϕ in einer zweiten Position „f" angeordnet ist, wird der Betriebsstrom der Schaltung 21 so gesteuert, daß er einen vorgegebenen konstanten Wert aufweist. Andererseits wird der Erregerstrom der Erregerschaltung 22 so gesteuert, daß er einen vorgegebenen konstanten Wert aufweist, wenn das Schaltmittel Si/ϕ in der ersten Position „i" angeordnet ist. Und wenn das Schaltmittel Si/ϕ in der zweiten Position „f" angeordnet ist, wird der Erregerstrom so gesteuert, daß er mit der Frequenz f3 variiert, und es wird ein entsprechendes magnetisches Flußsignal Φ an die Anschlüsse Ti/ϕ geschickt.
  • Die Auswahlschaltung 1C ist eine Schalterschaltung zur Umschaltung der Stromversorgung abhängig von den Positionen des Funktionsschaltmittels 13. Eine Versorgungsgleichspannung von zum Beispiel +15 Volt und –15 Volt wird durch die Stromschalterschaltung 1D von der äußeren Gleichstromquelle an diese Schaltung 1C geschaltet. Die Schaltung 1C legt die Gleichspannung selektiv an die Magnetometerschaltung 1A oder die Auswertungsschaltung 1B an, und erdet den Stromversorgungsanschluß der nicht ausgewählten Schaltung 1B oder 1A zwangsweise.
  • Die Stromschalterschaltung 1D verbindet die Versorgungsgleichspannung aus der Gleichstromquelle mit der Auswahlschaltung 1C und trennt sie von ihr, und schaltet den Strom an der Lampe 12 abhängig von den Positionen des Stromschalters 11 an und aus.
  • Die Magnetometer- und Auswertungsschaltung 1A und 1B sind mit ersten bzw. zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüssen Ta und Tb versehen, die es ermöglichen, ein Ende des Signalkabels 3 aufzunehmen, und die an der Rückplatte der Vorrichtung 1 angebracht sind, wie oben erwähnt. Die SQUID-Sonde 2 ist mit dem anderen Ende des Signalkabels 3 verbunden und mit dem SQUID-Sensor 2A versehen. Auf den SQUID-Sensor 2A kann der Körper der SQUID-Sonde 2 aufgesteckt und abgenommen werden, und er umfaßt das SQUID-Element 2B und die Erregerspule 2C, wie oben erwähnt. Der SQUID-Sensor 2A verbindet die Magnetometer- oder Auswertungsschaltung 1A oder 1B durch das Signalkabel 4 und den ersten oder zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß Ta oder Tb.
  • In dem Beispiel, das in 2 gezeigt wird, wird das eine Ende des Signalkabels manuell betätigt, um selektiv mit der Magnetometer- oder Auswertungsschaltung 1A oder 1B verbunden zu werden, um einen spezifischen SQUID-Sensor 2A selektiv mit der Magnetometer- oder Auswertungsschaltung 1A oder 1B zu verbinden. Jedoch ist es auch zulässig, Schaltervorrichtungen zwischen den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen der Magnetometer- und Auswertungsschaltungen 1A und 1B und einen gemeinsamen Eingangs-/Ausgangsanschluß zur Aufnahme eines Endes des Signalkabels 3 zu verwenden. In diesem Fall werden die Schaltervorrichtungen umgeschaltet, um abhängig vom Schaltmittel 13 den gemeinsamen Anschluß mit irgendeinem der Anschlüsse der Magnetometer- und Auswertungsschaltung 1A und 1B zu verbinden.
  • Ferner wandelt die Gleichstromquelle 4 eine Wechselspannung aus einer kommerziellen Wechselstromquelle 5 in die Versorgungsgleichspannung um. In diesem Beispiel, das in 1 gezeigt wird, befindet sich die Gleichstromquelle 4 außerhalb der Vorrichtung 1, um zu verhindern, daß die Schaltungen 1A und 1B durch den Schaltvorgang der Quelle 4 beeinflußt werden. Wenn es jedoch nicht notwendig ist, eine solche schädliche Auswirkung durch dieses Umschalten zu berücksichtigen, ist es zulässig, daß sich die Gleichstromquelle 4 in der Vorrichtung 1 befindet.
  • Arbeitsweise
  • Die obenerwähnte Schaltungsvorrichtung 1 zum Steuern das SQUID-Sensors 2A arbeitet wie folgt.
  • Wenn die Stromschalterschaltung eingeschaltet wird und das Funktionsschaltmittel 13 an der ersten Position zur Auswahl der Sensorfunktion angeordnet wird, um ein Magnetfeld außerhalb der SQUID-Sonde 2 zu messen, schaltet die Auswahlschaltung 1C die Magnetometerschaltung 1A ein und die Auswertungsschaltung 1B aus, und folglich ist die gesamte Auswertungsschaltung 1B einschließlich der Frequenzquelle 20 nicht aktiviert. Zu dieser Zeit bewirkt die Auswahlschaltung 1C, daß der Stromversorgungsanschluß der Auswertungsschaltung 1B nicht nur ausgeschaltet wird, sondern auch geerdet wird, wodurch die Schaltung 1B in einen nicht aktivierten Zustand gezwungen wird.
  • Daher wird die aktivierte Magnetometerschaltung 1A nicht durch Störungen vom Wechselspannungssignal mit der Frequenz f3 der Auswertungsschaltung 1B nachteilig beeinflußt, und es wird ermöglicht, daß diese Schaltung 1A einen zuverlässigen Sensorbetrieb am magnetischen Flußregelkreis des magnetischen Flußmodulationstyps in der wohlbekannten Weise durchführt, der die Erregerspule 2C als eine sogenannte „Rückkopplungsspule" verwendet.
  • Da das SQUID-Element 2B durch den Vormagnetisierungswechselstrom der Frequenz f1 aus der Vormagnetisierungsstromquellenschaltung 15 betrieben wird, werden die Niederfrequenzstörungen des SQUIDs reduziert. Folglich wird am Meßanschluß 14 ein Magnetfeldmeßsignal erzeugt, das dem äußeren Magnetfeld genau entspricht, das gemessen werden soll. Auf diese Weise bewirkt die Schaltungsvorrichtung 1, daß der SQUID-Sensor 2A als ein magnetometrischer Sensor mit hoher Leistung arbeitet.
  • Wenn das Schaltmittel 13 zur Auswahl der Auswertungsfunktion in der zweiten Position angeordnet ist, schaltet die Auswahlschaltung 1C die Auswertungsschaltung 1B ein und die Magnetometerschaltung 1A aus, und folglich ist die gesamte Magnetometerschaltung 1A, einschließlich der Vormagnetisierungsstrom quellenschaltung 15 und der Oszillatorschaltung 19, nicht aktiviert. Zu dieser Zeit bewirkt die Auswahlschaltung 1C, daß der Stromversorgungsanschluß der Magnetometerschaltung 1A nicht nur ausgeschaltet ist, sondern auch geerdet ist, wodurch diese Schaltung 1A in einen nicht aktivierten Zustand gezwungen wird.
  • Daher wird die aktivierte Auswertungsschaltung 1B nicht nachteilig durch Störungen beeinflußt, die auf Wechselspannungssignale mit den Frequenzen f1 und f2 der Auswertungsschaltung 1B zurückzuführen sind, wodurch es ermöglicht wird, daß diese Schaltung 1B abhängig von den ausgewählten Positionen des Strom-/Fluß-Schaltmittels Si/ϕ zuverlässige Auswertungseinrichtungsoperationen durchführt.
  • Wenn in der Auswertungsschaltung 1B das Schaltmittel Si/ϕ in der ersten Position „i" angeordnet ist, liefert die Erregerstromversorgungsschaltung 22 einen konstanten Erregerstrom an die Erregerspule 2C im SQUID-Sensor 2A, um ein bestimmtes Magnetfeld an das SQUID-Element 2B anzulegen, während die Treiberstromversorgungsschaltung 21 einen Betriebsstrom, der mit der Frequenz f3 variiert, an das SQUID-Element 2B liefert, ebenso wie ein Ablenkstromsignal I, das dem Betriebsstrom entspricht, an den Strom-/Flußausgangsanschluß Ti/ϕ geschickt wird, um ein Spannungsdetektionssignal U mit dem Signal I in einem Monitor abzulenken. Folglich erzeugt die Spannungsverstärkerschaltung 23 das Spannungsdetektionssignal U für den Spannungsausgangsanschluß Tv, das auf ein Spannungssignal zurückzuführen ist, das durch das SQUID-Element 2B detektiert wird. Dann werden das Ablenkstromsignal I und das Spannungsdetektionssignal U an den Monitor, wie ein (nicht gezeigtes) Oszilloskop geliefert, und dies ermöglicht die Beobachtung der Kenndaten der Spannung als Funktion des Stroms (U-I) des SQUID-Elements 2B, wie zum Beispiel in 3-A gezeigt, auf dem Bildschirm des Oszilloskops.
  • Wenn andererseits das Schaltmittel Si/ϕ in der zweiten Position „ϕ" angeordnet ist, liefert die Treiberstromversorgungs schaltung 21 einen konstanten Betriebsstrom an das SQUID-Element 2B, während die Erregerstromversorgungsschaltung 22 einen Erregerstrom, der mit der Frequenz f3 variiert, an die Erregerspule 2C liefert, ebenso wie ein ablenkendes magnetisches Flußsignal Φ, das dem Erregerstrom entspricht, an den Anschluß Ti/ϕ gesendet wird, um ein Spannungsdetektionssignal U mit dem Signal Φ am Oszilloskop abzulenken, das als Monitor dient. Folglich erzeugt die Spannungsverstärkerschaltung 23 das Spannungsdetektionssignal U am Spannungsausgangsanschluß Tv, das auf ein Spannungssignal zurückzuführen ist, das durch das SQUID-Element 2B detektiert wird. Dann werden das ablenkende magnetische Flußsignal Φ und das Spannungsdetektionssignal U an das Oszilloskop geliefert, und dies läßt auf dem Bildschirm des Oszilloskops eine visuelle Beobachtung der Kenndaten der Spannung als Funktion des magnetischen Flusses (Φ-U) des SQUID-Elements 2B zu, wie zum Beispiel in 3-B gezeigt.
  • Resultate der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung, die die oben erwähnte Auswertungsschaltung enthält, ermöglicht es, daß das Oszilloskop die fundamentalen Kenndaten des SQUID-Sensors oder Elements 2A oder 2B, wie die U-I- und U-Φ-Kenndaten anzeigt, die in den 3A und 3B gezeigt werden, um dadurch die SQUID-Parameter zu überwachen, wie den kritischen Stromwert, die SQUID-Ausgangsspannung und dergleichen. Ferner kann die Schaltungsvorrichtung eine SQUID-Ausrüstung bereitzustellen, die für Experimente und Demonstrationen des SQUID-Betriebs in technischen Instituten geeignet ist. Folglich wird erwartet, daß die Schaltungsvorrichtung das Interesse an der Anwendung des Hochtemperatursupraleiter-SQUIDs auf die Elektronik erhöhen wird, und die Forschung an weiteren neuen Anwendungen des Hochtemperatur-Halbleiter-SQUIDs erleichtern wird.

Claims (4)

  1. Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines magnetometrischen Sensors, die aufweist: eine Magnetometerschaltung, die einen magnetischen Flußregelkreis des magnetischen Flußmodulationstyps zum Steuern eines SQUIDs als magnetometrischen Sensor (2A) enthält; eine Auswertungsschaltung (1B), die Eigenschaften des SQUIDs auswertet; und eine Auswahlschaltung (1C) zum Auswählen einer Sensorfunktion oder einer Auswertungsfunktion, wobei die Magnetometerschaltung einen ersten Eingangs-/Ausgangsanschluß (Ta) zum Senden und Empfangen von Signalen an und vom SQUID-Element, eine Wechselspannungssignalquelle (5) zum Erzeugen eines Wechselspannungssignals, um das SQUID-Element und die Magnetometerschaltung zu steuern, und einen Meßanschluß (14) zum Bereitstellen eines Magnetfeldmeßsignals auf der Grundlage eines detektierten Signals aufweist, das vom ersten Eingangs-/Ausgangsanschluß eingegeben wird, wobei die Auswertungsschaltung einen zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß (Tb) zum Senden und Empfangen von Signalen an das und vom SQUID, eine Wechselspannungssignalquelle zum Erzeugen eines Wechselspannungssignals, um das SQUID und die Auswertungsschaltung zu steuern, und einen Auswertungsanschluß (Tv) zum Bereitstellen eines Eigenschaftsauswertungssignals auf der Grundlage des Signals vom zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluß aufweist, und wobei die Auswahlschaltung eine der Magnetometerschaltung und der Auswertungsschaltung betreibt, wenn die Auswahlschaltung eine der Sensorfunktion und der Auswertungs funktion auswählt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlschaltung (1C) selektiv eine Versorgungsspannung an nur eine der Magnetometerschaltung (1A) und der Auswertungsschaltung (1B) anlegt, wenn die Auswahlschaltung eine entsprechende der Sensorfunktion und der Auswertungsfunktion auswählt.
  2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: jeder der ersten und zweiten Eingangs-/Ausgangsanschlüsse (Ta, Tb) einen Sendeanschluß zum Erregen einer Spule (2C) aufweist, die mit dem SQUID kombiniert ist; wobei die Spule (2C) dazu vorgesehen ist, als eine Rückkopplungsspule zum Anlegen eines Rückkopplungsmagnetfelds, das dem detektierten Signal entspricht, an das SQUID zu dienen, wenn die Sensorfunktion ausgewählt ist; und die Spule (2C) ferner dazu vorgesehen ist, als eine Magnetfeldanlegungsspule zum Anlegen eines Magnetfelds zum Erhalten der SQUID-Eigenschaften an das SQUID zu dienen, wenn die Auswertungsfunktion ausgewählt ist.
  3. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das SQUID mit einem Oxid-Hochtemperatursupraleiter ausgebildet ist.
  4. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß: der erste Eingangs-/Ausgangsanschluß (Ta) durch eine Verbinderbuchse zur Aufnahme eines Endes eines Signalkabels gebildet wird, das an das SQUID angeschlossen ist; der Auswertungsanschluß (Tv) durch eine Verbinderbuchse zur Aufnahme eines Endes eines Signalkabels gebildet wird, das mit einer Grafikanzeige verbunden ist; und wenn die Auswertungsfunktion ausgewählt wird, die Eigenschaften des Auswertungssignals am Auswertungsanschluß erscheinen, um mindestens die Eigenschaften der Spannung gegen den Strom und der Spannung gegen den magnetischen Fluß des SQUIDs anzuzeigen.
DE69736456T 1996-10-17 1997-10-17 Schaltungsanordnung zur Kontrolle eines magnetometrischen Fühlers Expired - Lifetime DE69736456T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29575896 1996-10-17
JP29575896A JP3360550B2 (ja) 1996-10-17 1996-10-17 磁気センサ駆動回路装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69736456D1 DE69736456D1 (de) 2006-09-21
DE69736456T2 true DE69736456T2 (de) 2007-02-15

Family

ID=17824793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69736456T Expired - Lifetime DE69736456T2 (de) 1996-10-17 1997-10-17 Schaltungsanordnung zur Kontrolle eines magnetometrischen Fühlers

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5958841A (de)
EP (1) EP0837337B1 (de)
JP (1) JP3360550B2 (de)
KR (1) KR100478067B1 (de)
DE (1) DE69736456T2 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2303677A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-09 Hideo Itozaki Device and method for easily adjusting working point of squid
JP2000321343A (ja) * 1999-05-13 2000-11-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Squid用変調駆動回路の磁場バイアス調整方法および装置
KR100317921B1 (ko) * 1999-12-17 2001-12-24 마이클 글로버 인삼 맥주의 제조 방법
JP4856916B2 (ja) 2005-09-12 2012-01-18 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 磁気センサの信号検出回路
JP4856915B2 (ja) 2005-09-12 2012-01-18 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 磁気センサの励磁コイル駆動回路
CN104569883B (zh) * 2013-10-10 2019-01-11 中国科学院上海微***与信息技术研究所 超导量子干涉器件的特性扫描装置及方法
CN110687491B (zh) * 2018-07-04 2021-11-16 漫迪医疗仪器(上海)有限公司 心磁***的探测性能评估设备/方法、介质及处理装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4004217A (en) * 1975-10-31 1977-01-18 S.H.E. Corporation Flux locked loop
US4389612A (en) * 1980-06-17 1983-06-21 S.H.E. Corporation Apparatus for reducing low frequency noise in dc biased SQUIDS
JP2662903B2 (ja) * 1991-02-22 1997-10-15 セイコーインスツルメンツ株式会社 高感度磁場検出装置
JPH04269680A (ja) * 1991-02-25 1992-09-25 Seiko Instr Inc 高感度磁場検出装置
JPH0694815A (ja) * 1992-09-14 1994-04-08 Hitachi Ltd Squid磁束計の動作点設定システム及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3360550B2 (ja) 2002-12-24
EP0837337A3 (de) 2000-11-15
DE69736456D1 (de) 2006-09-21
EP0837337B1 (de) 2006-08-09
KR19980032603A (ko) 1998-07-25
US5958841A (en) 1999-09-28
KR100478067B1 (ko) 2005-07-08
JPH10123227A (ja) 1998-05-15
EP0837337A2 (de) 1998-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4021258C2 (de) Feldsensor-Kommunikationssystem
DE69733789T2 (de) Hochauflösendes Stromversorgungsprüfsystem
EP0130490B1 (de) Supraleitendes Gradiometerspulensystem für eine Vorrichtung zur mehrkanaligen Messung schwacher, sich ändernder Magnetfelder
DE69626431T2 (de) Lineare 2-Weg-Isolationsschaltung
EP1873543B1 (de) Magnetfeldkompensationssystem mit erhöhter Bandbreite
DE19857689B4 (de) Strommeßschaltung für ein IC-Testgerät
DE69736456T2 (de) Schaltungsanordnung zur Kontrolle eines magnetometrischen Fühlers
DE69221342T2 (de) Hochempfindliches Magnetfelddetektionsgerät
DE69113968T2 (de) Messbrücke für Referenzspannung für Gerät zur Überwachung und Messung der Isolation eines elektrischen Gleichspannungsnetzes.
DE69218883T2 (de) Schaltung zum Detektieren eines Magnetfeldes
DE3879211T2 (de) Temperaturkompensationsschaltung.
DE69220104T2 (de) Magnetfelddetektionsanordnung mit hoher Empfindlichkeit
DE3614529C2 (de)
DE4125087C2 (de) Meßeinrichtung mit einer feldsensitiven Gradiometer-Schleifenanordnung und darin integriertem Gleichstrom-SQUID
DE19948618B4 (de) Magnetfeldsensitive Sensoreinrichtung mit einer Array-Anordnung mehrerer Sensoreinheiten
DE4227876A1 (de) Schaltungsanordnung zum Betrieb eines SQUID's, insbesondere eines DC-SQUID's
EP0226887A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Prüfung von integrierten Schaltungen
DE3824267C2 (de)
DE4335486A1 (de) SQUID-Meßeinrichtung mit einer aktiven Abschirmkammer zur magnetischen Störfeldkompensation
DE2013425A1 (de) Supraleitende Schaltungsanordnung
DE102013016739A1 (de) SQUID-basierte Sensoranordnung zur absoluten Messung des magnetischen Flusses
DE4133606C2 (de) SQUID-Detektionseinrichtung
EP0619497A1 (de) SQUID-Sensoreinrichtung mit einem Detektions- und einem Auslese-SQUID
EP0433482B1 (de) SQUID-Sensoreinrichtung mit induktiver Einkopplung eines Eingangssignals in ein SQUID
DE102004044588B4 (de) Stromsensor

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition