JP2869555B2 - Measuring device for weak magnetic field by rf squid - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明はrfスクイドを用いて微弱な磁場を測定するた
めの装置に関し、特にその応答速度と磁束感度を改善し
ようとするものである。 《従来の技術》 既知の如く、スクイド（Superconducting Quantum In
terference Device超伝導量子干渉計）は、ジョセフソ
ン素子（ジョセフソン接合）を有するスクイドループ
（超伝導リング）を利用して、微弱な磁場を高感度に測
定するのに用いられているセンサーであるが、これに
は、現在のところdcスクイドと、rfスクイドとが知られ
ているものの、その主流は水晶発振子等を発振源とする
一定のラジオ周波数をもった交流バイアス電流で駆動す
ることとなるrfスクイドであり、既に、これについての
実用化も進んでいる。このrfスクイドなるものは、イン
プットコイルからスクイドループ（スクイド素子）に入
力される外部磁束変化情報を、これと磁気的に結合して
いるrf共振回路であるタンク回路によって、rf共振電圧
の変化として検出するものであり、さらに詳しくは、こ
のタンク回路では一定の周波数の高周波で共振して、ス
クイドループを貫く磁束変化に伴うヒステリシス損失に
より、rf共振電圧が一磁束量子の磁束変化毎に周期的に
変化する現象を利用して、外部磁束変化を測定するもの
である。 《発明が解決しようとする課題》 上記の通り、従来のrfスクイドにあっては、タンク回
路のrf共振電圧を、このタンク回路と増幅器とによって
増幅することになるため、どうしてもノイズを拾い易
く、従って、このノイズレベルを低くするため、前記の
通り交流バイアス電流に変調電流を付加してタンク回路
に印加し、当該変調電流に対する位相検波を用いて磁場
の測定を行うことになる。 そこで、本発明は上記従来の問題に鑑み、これまでの
ように上記rf共振電圧変化を測定するのではなく、スク
イドループと磁気結合する前記タンク回路に、トンネル
ダイオードの如き発振器を接続して発振回路部を構成
し、この発振回路部における発振周波数の変化を、次段
の検出回路により測定可能となし、当該測定に基づき外
部磁束の変化を捉え得るようにすることで、ノイズを拾
い難く、しかも、磁場の測定に際して応答速度と磁束感
度の向上を図ろうとするのが、その目的である。 《問題点を解決するための手段》 本発明は、上記の目的を達成するため、インプットコ
イルから外部磁束変化情報が入力される１つのジョセフ
ソン素子を有するスクイドループと、これと磁気的に結
合しているコイルとキャパシタンスとを並列に接設した
タンク回路と、このタンク回路に接続した発振器からな
り、上記タンク回路と上記発振器は、上記タンク回路の
Ｑ値と上記発振器の回路定数とにより決定される発振周
波数の信号を発振する発振回路部を構成するものであ
り、該発振回路部に接続した検出回路部により、上記ス
クイドループのヒステリシス損失の変化およびジョセフ
ソン素子の等価インダクタンスの変化により変化する上
記発振周波数の変化を検出するようにしたことを特徴と
するrfスクイドによる微弱磁場の測定装置を提供しよう
としている。 《実 施 例》 本発明につき、先ず第１図に示された実施例によって
詳記すると、既知の如く３は図示されていないピックア
ップコイルに接続されたインプットコイルを示し、当該
インプットコイル３から外部磁場における磁束変化の情
報が、スクイドループ２に入力され、これに、エネルギ
ー変化をＱ倍にして、該変化を大きく取り出すために、
コイルＬとキャパシタンスCrの並列接続により構成され
たタンク回路Ｔが磁気的に結合されるよう配設されてお
り、ここまでの構成は従来のrfスクイドと同じである。 そして上記のスクイドループ２にあって、Ｊは既知の
ショセフソン素子を示し、前記の如くスクイドループ２
とインプットコイル３、そして当該スクイドループ２と
タンク回路ＴにおけるコイルＬとが磁気的に結合されて
いる。 さらに、上記の如き従来のrfスクイドにあって、本発
明では、スクイドループ２そしてタンク回路Ｔにおける
配線抵抗Ｒを介し、トンネルダイオードなどの採択によ
って充足されることになる発振器１が接続されることに
よって、発振回路部Ｓが構成され、この発振回路部Ｓに
よって、上記タンク回路ＴのＱ値と上記発振器１の回路
定数とにより決定される発振周波数の信号を発振される
ようにするのである。 さらに、この発振回路部Ｓにおけるタンク回路Ｔのコ
イルＬによるインダクタンスLrとキャパシタンスCr、そ
して前記の配線抵抗Ｒとの接続点CPが、コンデンサＣを
介して、後に詳述する磁場の検出回路部Ｄに接続されて
いる。 第１図の構成による本発明のスクイドにつき、その基
本動作につき説明すると、これは以下説示の通りノンヒ
ステリシスモードと、ヒステリシスモードの場合にわけ
て説明することができる。 今、発振回路部Ｓにおけるタンク回路Ｔからのrf磁界
が、スクイドループ２内の磁束を変化させない程度に小
さい時、すなわち、その振幅がスクイドループ２で１磁
束量子Φ_０か２Φ_０のヒステリシスロスを生じない場
合、本発明ではノンヒステリシスモードで動作する。さ
らに詳記すれば、第２図の等価インダクタンス特性図に
示す通り、外部磁束により誘起されるスクイド巡回電流
I_SCによって、ジョセフソン素子の等価インダクタンスL
j（第１図）が、外部磁束に対して最大Φ₀/2πI₀からΦ
₀/4I₀まで変化し、この外部磁束に対応したインダクタ
ンスLjの変化が、発振周波数変化として検出される。 ここで、Φ_０は磁束量子単位、I₀はスクイドループの
磁界電流を示している。 一方、発振回路部Ｓにおけるタンク回路Ｔのrf磁界が
大きい時、すなわち、その振幅がΦ_０以上の磁束量子の
単位で、スクイドループ２に出入りし、ヒステリシスロ
スを生じるときには、スクイドループ２内の磁束がこれ
により、エネルギー変化を伴って変化する場合となり、
ヒステリシスモードで動作する。さらに詳記すると、外
部磁場がスクイドループ内にヒステリシス損失を引き起
こし、この損失が発振回路部Ｓのエネルギー損失となる
ため、この場合、ヒステリシスロスによって、トンネル
ダイオードの如き前記の発振器からエネルギーが吸収さ
れるので、それを充足するまでは、次のヒステリシスロ
スは生じない。そこで、ある動作ポイントでは、ヒステ
リシスロスの発生確率が発振回路部Ｓにおける平均的エ
ネルギー損失を決める。 そこで、適当なヒステリシスロスに基づいたエネルギ
ーロスになるように、rf発振磁界の大きさを一定にして
おき、外部磁界をスクイドループに印加すると、ヒステ
リシスロスの発生率が変化し平均的エネルギーロスが変
化することになる。 上記のヒステリシスモードでは、第１図のように発振
回路部Ｓにおける発振源として、負性抵抗を持つトンネ
ルダイオードなどの回路構成を採択した場合、上記した
印加磁界による平均的エネルギーロスの変化に伴う回路
定数の変化から、発振周波数を変化させることになる。 第１図において発振器１としてのトンネルダイオード
の発振源は負性抵抗としての−gd（負性コンタクダン
ス）であって、発振周波数は、主として発振回路部Ｓの
インダクタンスLr、スクイドループ２のインダクタンス
Ls、これらの結合係数kr、発振回路部Ｓのキャパシタン
スCr、トンネルダイオードの上記−gdと、キャパシタン
スCd（障壁容量）で定められるが、前記、インプットコ
イル３によってスクイドループ２に入力される外部磁束
変化が、この発振回路部Ｓの発振周波数を変化させるこ
とにつき、トンネルダイオードの静特性（Ｉ−Ｖ特性）
を示す第３図によって以下説明する。 第３図において、縦軸はトンネルダイオードにおける
電流値Id、横軸は第１図に示す電圧値Vdであるが、バイ
アス電圧Vbが、ピーク電圧Vpと谷電圧Vvとの間にあると
きは、非線形の負性コンダクタンス−gdを持ち、タンク
回路Ｔの配線抵抗をＲ（第１図）、Quality factorを
Ｑとして、1/gd＜Q²Rという条件で発振振幅が制限され
る。 そこで、バイアス電圧Vbを変化させるとgdが変化し、
発振振幅を変化させることができるし、仮にVbが一定で
あっても、前記平均的エネルギーロスが変われば振幅が
変化する。このようにトンネルダイオードの負性コンダ
クタンス−gd、キャパシタンスCdは、非線形な変化をす
るため、これが発振回路部Ｓの周波数変化をもたらすの
である。 以上の如き本発明の装置において、外部磁束に対応す
る有効な周波数変化を得るためには、発振回路部Ｓのタ
ンク回路Ｔからスクイドループ２に注入されるrf磁界の
大きさが、ノンヒステリシスモードにおいては勿論、ヒ
ステリシスモードにおいても、Φ_０（量子磁束）の２〜
３倍程度の小さな発振振幅に抑えなければならないが、
このような小さなrf磁界は、例えばトンネルダイオード
・BD−７（GERMANIUN POWER DEVICES社製）を用いる
ことによって得ることができる。 次に、第１図に示した本発明に係る測定装置にあっ
て、その前記した検出回路Ｄにつき、その内容をも示し
た一実施例が第４図であり、当該図示例によって、以下
外部磁束−発振回路部Ｓにおける発振周波数特性につい
て、第５図、第６図を用いて説示する。 第４図にあって、１はトンネルダイオードなどによる
発振器を示しており、発振回路部ＳにコンデンサＣを介
して接続されている検出回路部Ｄは、コンデンサＣより
順次増幅器４、Ｆ−Ｖ変換器５（周波数−電圧変換
器）、そして記録計６の接続により構成されている。 ここで、例えばコイルＬのインダクタンスLrを250nH
とし、トンネルダイオードのバイアス電圧Vbの調節によ
り、スクイドループ２に注入されるrf磁界レベルを、0.
9Φ_０として、周波数カウンターにより周波数変化を測
定したところ、第５図に示す如く、60.29MHzの発振周波
数に対して、20KH_zに近い大きな周波数変化Δｆが認め
られた。 第５図において、横軸は外部磁束、縦軸は共振周波数
であり、周波数変化の一周期は外部磁界のΦ_０に相当す
る。ここで現れるパターンは原則であり、すなわち、60
0H_z程度の緩やかな変化を示す領域ｎと19KH_z程度の大き
な変化を示す領域ｈの２つの領域を有している。これ
は、前述の通り、この測定装置が、領域ｎではノンヒス
テリシスモード、また領域ｈではヒステリシスモードの
２種類のモードで動作しているためである。 次に、rf磁界を３Φ_０程度に増加させた時、第６図の
如く発振周波数37MHzに対して、周波数変化Δｆは1MH_z
とさらに大きくなり、外部磁界に対する周波数変化パタ
ーンも前者と異なり三角に近いものとなるが、これはこ
の場合のrf磁界が３Φ_０程度と大きいため、主として、
ヒステリシスモードで動作し、これが支配的となり、ノ
ンヒステリシスモードに対応する緩やかな変化領域が現
れないことによる。 以上の如く、rf磁界が小さい場合は２つのモードもし
くは主としてノンヒステリシスモードで、大きい場合は
主としてヒステリシスモードでこの測定装置は動作する
が、いずれにしてもトンネルダイオード等を有する発振
回路部Ｓにあって、当該発振回路部Ｓのエネルギー変化
で発振周波数の変化する発振回路を設け、スクイドルー
プ２に注入する発振回路部Ｓのrf磁界の大きさを２〜３
Φ_０以下の小さな値に設定することによって、従来の電
圧変化に依って測知していた外部磁束変化の測定を、周
波数変化によって測定することが可能となった。 尚、この測定装置での周波数の安定性は、0.1ppm程度
であって充分に安定しておりまた磁束感度もヒステリシ
スモード動作時にあってはΦ₀/2あたり150KH_zの周波数
変化として換算されるから、1.3×10^-5Φ_０程度と計算
でき、従来法での磁束感度が10^-3〜10^-4Φ_０程度である
ことからみても、これも充分な性能であると言える。 また、上記発振周波数を、より高くすることが可能で
あり高スルーレート、周波数変化に対する高速応答性を
有するスクイドシステムを構成できることが期待でき
る。 次に、前記第４図とは異なる測定装置の回路例を示す
第７図につき説示すると、当該発振回路部Ｓについては
前記例と同様の構成であり、これに接続の検出回路Ｄが
順次接続の増幅器４、FM検波器７（位相検波器）と、当
該FM検波器７からの電圧出力が、スクイドループ２に対
して磁気的に結合したコイルＬ′に流れるようにした磁
束帰還回路Ｂとで構成され、これにより、磁束変化に対
応した電圧出力が、FM検波器７とコイルＬ′間に接続の
負荷Ｚにおける両出力端子OP₁、OP₂から、帰還電流のモ
ニター値として得られることになる。 このようにすれば、スクイドループ２自体を、ゼロ点
検出器として動作させることが可能となり、ダイナミッ
クレンジの広い測定装置を提供できる。 《発明の効果》 本発明は上記のようにして構成することができるもの
であるから、外部磁束変化を、電圧変化としてではなく
周波数変化として検出することを可能としたので、ノイ
ズレベルを低く抑え、応答速度を改良できると共に、磁
束感度をも改良することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION << Industrial Application >> The present invention relates to an apparatus for measuring a weak magnetic field using an rf squid, and more particularly to improving the response speed and magnetic flux sensitivity. << Conventional Technology >> As is known, squid (Superconducting Quantum In
terference Device superconducting quantum interferometer) is a sensor used to measure a weak magnetic field with high sensitivity using a squid loop (superconducting ring) having a Josephson element (Josephson junction). Although dc squid and rf squid are currently known for this, the mainstream is driven by an AC bias current having a constant radio frequency using a crystal oscillator or the like as an oscillation source. It is an rf squid, and its practical use has already been advanced. This rf squid detects external magnetic flux change information input from the input coil to the squid loop (squid element) as a change in rf resonance voltage by a tank circuit that is a rf resonance circuit that is magnetically coupled to the information. In more detail, this tank circuit resonates at a high frequency of a certain frequency, and the rf resonance voltage periodically changes every magnetic flux change of one flux quantum due to the hysteresis loss caused by the magnetic flux change through the squid loop. The change of the external magnetic flux is measured by using the phenomenon that occurs. << Problems to be Solved by the Invention >> As described above, in the conventional rf squid, since the rf resonance voltage of the tank circuit is amplified by the tank circuit and the amplifier, noise is easily picked up, Therefore, in order to lower this noise level, as described above, a modulation current is added to the AC bias current, applied to the tank circuit, and the magnetic field is measured using phase detection for the modulation current. In view of the above, the present invention does not measure the rf resonance voltage change as in the past, but connects an oscillator such as a tunnel diode to the tank circuit that is magnetically coupled to the squid loop to generate an oscillation circuit. The change of the oscillation frequency in the oscillation circuit section is configured to be measurable by the detection circuit at the next stage, and the change in the external magnetic flux can be captured based on the measurement. The purpose is to improve response speed and magnetic flux sensitivity when measuring a magnetic field. << Means for Solving the Problems >> In order to achieve the above object, the present invention provides a squid loop having one Josephson element to which external magnetic flux change information is input from an input coil, and a magnetically coupled squid loop. A tank circuit having a coil and a capacitance connected in parallel, and an oscillator connected to the tank circuit. The tank circuit and the oscillator are determined by the Q value of the tank circuit and the circuit constant of the oscillator. And a detection circuit connected to the oscillation circuit. The detection circuit changes the hysteresis loss of the squid loop and changes the equivalent inductance of the Josephson element. A device for measuring a weak magnetic field using an rf squid characterized by detecting a change in oscillation frequency We are trying to test. << Embodiment >> The present invention will be described in detail with reference to an embodiment shown in FIG. 1. As is known, reference numeral 3 denotes an input coil connected to a pickup coil (not shown). Information on the magnetic flux change in the magnetic field is input to the squid loop 2, and the energy change is multiplied by Q, and the change is largely taken out.
A tank circuit T constituted by a parallel connection of a coil L and a capacitance Cr is disposed so as to be magnetically coupled, and the configuration up to this point is the same as that of a conventional rf squid. In the squid loop 2 described above, J indicates a known Schoesson element, and as described above, the squid loop 2
And the input coil 3, and the squid loop 2 and the coil L in the tank circuit T are magnetically coupled. Further, in the conventional rf squid as described above, in the present invention, the oscillator 1 which is satisfied by adoption of a tunnel diode or the like is connected via the squid loop 2 and the wiring resistance R in the tank circuit T by connecting. The oscillation circuit section S is configured to oscillate a signal having an oscillation frequency determined by the Q value of the tank circuit T and the circuit constant of the oscillator 1. Further, the inductance Lr and the capacitance Cr of the coil L of the tank circuit T in the oscillation circuit section S, and the connection point CP between the wiring resistance R and the magnetic field detection circuit section D described later will be described. It is connected to the. The basic operation of the squid of the present invention having the structure shown in FIG. 1 will be described. This can be described separately for the non-hysteresis mode and the hysteresis mode as described below. Now, resulting rf magnetic field from the tank circuit T in the oscillation circuit portion S, when small enough not to change the magnetic flux in the Sukuidorupu 2, i.e., the hysteresis loss of amplitude in Sukuidorupu 2 1 flux quantum [Phi ₀ or 2 [phi ₀ If not, the present invention operates in a non-hysteresis mode. More specifically, as shown in the equivalent inductance characteristic diagram of FIG. 2, the squid cyclic current induced by the external magnetic flux
The equivalent inductance L of the Josephson element is determined by I _SC
j (FIG. 1) is the maximum Φ ₀ / 2πI ₀ to Φ
Varied from ₀ / 4I _0, the change in inductance Lj corresponding to the external magnetic flux is detected as the oscillation frequency change. Here, Φ ₀ indicates a magnetic flux quantum unit, and I ₀ indicates a magnetic field current of a squid loop. On the other hand, when the rf magnetic field of the tank circuit T in the oscillation circuit section S is large, that is, when the amplitude enters and exits the squid loop 2 in units of magnetic flux quanta of Φ ₀ or more and a hysteresis loss occurs, the magnetic flux in the squid loop 2 is reduced. As a result, it may change with energy change,
Operate in hysteresis mode. More specifically, an external magnetic field causes a hysteresis loss in the squid loop, and this loss becomes an energy loss of the oscillation circuit unit S. In this case, the hysteresis loss causes energy to be absorbed from the oscillator such as a tunnel diode. Therefore, the next hysteresis loss does not occur until it is satisfied. Therefore, at a certain operation point, the occurrence probability of the hysteresis loss determines the average energy loss in the oscillation circuit unit S. Therefore, if the magnitude of the rf oscillation magnetic field is kept constant and an external magnetic field is applied to the squid loop so that the energy loss is based on the appropriate hysteresis loss, the occurrence rate of the hysteresis loss changes and the average energy loss changes Will do. In the above-mentioned hysteresis mode, when a circuit configuration such as a tunnel diode having a negative resistance is adopted as an oscillation source in the oscillation circuit section S as shown in FIG. The oscillation frequency is changed from the change in the circuit constant. In FIG. 1, the oscillation source of the tunnel diode as the oscillator 1 is -gd (negative contactance) as a negative resistance, and the oscillation frequency mainly depends on the inductance Lr of the oscillation circuit unit S and the inductance of the squid loop 2.
Ls, their coupling coefficient kr, the capacitance Cr of the oscillation circuit section S, the above-mentioned -gd of the tunnel diode, and the capacitance Cd (barrier capacity). The change in the external magnetic flux input to the squid loop 2 by the input coil 3 is described above. However, regarding changing the oscillation frequency of the oscillation circuit section S, the static characteristics (IV characteristics) of the tunnel diode
This will be described below with reference to FIG. In FIG. 3, the vertical axis represents the current value Id in the tunnel diode, and the horizontal axis represents the voltage value Vd shown in FIG. 1. When the bias voltage Vb is between the peak voltage Vp and the valley voltage Vv, Oscillation amplitude is limited under the condition of 1 / gd <Q ² R, having nonlinear negative conductance −gd, wiring resistance of tank circuit T as R (FIG. 1), and quality factor as Q. Therefore, changing the bias voltage Vb changes gd,
The oscillation amplitude can be changed, and even if Vb is constant, the amplitude changes if the average energy loss changes. As described above, since the negative conductance -gd and the capacitance Cd of the tunnel diode change nonlinearly, this causes a change in the frequency of the oscillation circuit unit S. In the device of the present invention as described above, in order to obtain an effective frequency change corresponding to the external magnetic flux, the magnitude of the rf magnetic field injected into the squid loop 2 from the tank circuit T of the oscillation circuit section S is determined in the non-hysteresis mode. Of course, even in the hysteresis mode, 2 of Φ ₀ (quantum magnetic flux)
The oscillation amplitude must be reduced to about three times as small,
Such a small rf magnetic field can be obtained by using, for example, a tunnel diode BD-7 (manufactured by German Power Devices). Next, FIG. 4 shows an embodiment of the measuring device according to the present invention shown in FIG. 1, which also shows the contents of the detection circuit D described above. The oscillation frequency characteristics of the magnetic flux-oscillation circuit section S will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes an oscillator composed of a tunnel diode or the like. A detection circuit D connected to an oscillation circuit S via a capacitor C includes an amplifier 4 and a FV converter sequentially from the capacitor C. And a recorder 6 (frequency-voltage converter) and a recorder 6. Here, for example, the inductance Lr of the coil L is 250 nH
By adjusting the bias voltage Vb of the tunnel diode, the level of the rf magnetic field injected into the squid loop 2 is set to 0.
As 9Fai _0, was measured frequency change by the frequency counter, as shown in Figure 5, the oscillation frequency of 60.29MHz, large frequency change Δf is observed near 20 kHz _z. In FIG. 5, the horizontal axis represents the external magnetic flux, and the vertical axis represents the resonance frequency, and one cycle of the frequency change corresponds to Φ ₀ of the external magnetic field. The pattern that appears here is the principle, i.e. 60
It has two regions of a region h indicating a large change in the order of regions n and 19KH _z showing the gradual change of the order 0H _z. This is because, as described above, the measurement device operates in two modes: the non-hysteresis mode in the region n, and the hysteresis mode in the region h. Next, when increasing the rf magnetic field of about 3 [phi] _0, the oscillation frequency 37MHz as FIG. 6, the frequency change Δf is 1 MH _z
If further increased, since it becomes close to a triangle also different frequency change pattern for the external magnetic field and the former, this rf magnetic field in this case is as large as about 3 [phi] _0, principally,
It operates in the hysteresis mode, which becomes dominant, and the gradual change region corresponding to the non-hysteresis mode does not appear. As described above, when the rf magnetic field is small, the measurement device operates in two modes or mainly in the non-hysteresis mode, and when the rf magnetic field is large, the measurement device operates mainly in the hysteresis mode. Then, an oscillation circuit whose oscillation frequency is changed by the energy change of the oscillation circuit unit S is provided, and the magnitude of the rf magnetic field of the oscillation circuit unit S injected into the squid loop 2 is set to 2 to 3
By setting the value to a small value of Φ ₀ or less, the measurement of the change of the external magnetic flux, which has been conventionally measured based on the voltage change, can be measured by the frequency change. Incidentally, the stability of frequency in the measuring device, in a sufficiently stable and also the magnetic flux sensitivity is about 0.1ppm even during hysteretic mode operation is calculated as a frequency change of [Phi _0/2 per 150KH _z From this, it can be calculated to be about 1.3 × 10 ⁻⁵ Φ _0, and it can be said that this is also a sufficient performance from the viewpoint that the magnetic flux sensitivity in the conventional method is about 10 ⁻³ to 10 ⁻⁴ Φ ₀ . Further, it is expected that the oscillation frequency can be further increased, and a squid system having a high slew rate and a high-speed response to a frequency change can be configured. Next, referring to FIG. 7, which shows a circuit example of a measuring apparatus different from that of FIG. 4, the oscillation circuit section S has the same configuration as that of the above-described example, and a connection detection circuit D is sequentially connected thereto. , An FM detector 7 (phase detector), and a magnetic flux feedback circuit B configured to allow a voltage output from the FM detector 7 to flow through a coil L ′ magnetically coupled to the squid loop 2. As a result, a voltage output corresponding to a change in magnetic flux can be obtained as a monitor value of a feedback current from both output terminals OP ₁ and OP ₂ of the load Z connected between the FM detector 7 and the coil L ′. Become. In this way, the squid loop 2 itself can be operated as a zero point detector, and a measuring device with a wide dynamic range can be provided. << Effect of the Invention >> Since the present invention can be configured as described above, it is possible to detect a change in external magnetic flux as a change in frequency instead of a change in voltage. The response speed can be improved, and the magnetic flux sensitivity can be improved.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るrfスクイドによる微弱磁場の測定
装置を示す一実施例の電気回路図、第２図はスクイドル
ープにおけるジョセフソン素子の等価インダクタンス特
性図、第３図はトンネルダイオードの電圧値に対する電
流値をした静特性図、第４図は第１図の実施例における
検出回路部例を開示した測定装置例の全体を示す電気回
路図、第５図はスクイドループに注入のrf磁界レベル
を、0.9Φ_０とした場合の外部磁束−共振周波数特性
図、第６図はスクイドループに注入のrf磁界レベルを、
３Φ_０程度に増加した場合の外部磁束−共振周波数特性
図、第７図は第４図と異なる検出回路をもった測定装置
例を示す電気回路図である。 １……発振器 ２……スクイドループ ３……インプットコイル Cr……キャパシタンス Ｄ……検出回路部 Ｊ……ジョセフソン素子 Ｌ……コイル Ｓ……発振回路部 Ｔ……タンク回路BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an electric circuit diagram of an embodiment showing an apparatus for measuring a weak magnetic field using an rf squid according to the present invention, FIG. FIG. 4 is a static characteristic diagram showing a current value with respect to a voltage value of a tunnel diode. FIG. 4 is an electric circuit diagram showing an entire measuring apparatus which discloses an example of a detecting circuit unit in the embodiment of FIG. 1. FIG. injection of the rf field level, the external magnetic flux in the case of a 0.9Fai ₀ to - resonance frequency characteristic diagram, FIG. 6 is a rf magnetic field level of infusion into Sukuidorupu,
External magnetic flux in the case of increased 3Φ about ₀ - resonance frequency characteristic diagram, Fig. 7 is an electric circuit diagram showing a measurement example of an apparatus having a different detection circuit as Figure 4. 1 ... Oscillator 2 ... Squid loop 3 ... Input coil Cr ... Capacitance D ... Detection circuit J ... Josephson element L ... Coil S ... Oscillation circuit T ... Tank circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 俊明 茨城県筑波郡谷田部町二の宮３丁目16番 ２ 株式会社ほくさん低温技術開発セン ター内 (72)発明者 藤岡 耕治 茨城県筑波郡谷田部町二の宮３丁目16番 ２ 株式会社ほくさん低温技術開発セン ター内 (72)発明者 倉岡 泰郎 茨城県筑波郡谷田部町二の宮３丁目16番 ２ 株式会社ほくさん低温技術開発セン ター内 (56)参考文献 「ジョセフソン効果 基礎と応用」電 気学会（昭53−５−20）ｐｐ．61−67   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Toshiaki Noda               3-16-16 Ninomiya, Yatabe-cho, Tsukuba-gun, Ibaraki Prefecture               2 Hokusan Low Temperature Technology Development Center               Inside (72) Inventor Koji Fujioka               3-16-16 Ninomiya, Yatabe-cho, Tsukuba-gun, Ibaraki Prefecture               2 Hokusan Low Temperature Technology Development Center               Inside (72) Inventor Yasuo Kuraoka               3-16-16 Ninomiya, Yatabe-cho, Tsukuba-gun, Ibaraki Prefecture               2 Hokusan Low Temperature Technology Development Center               Inside                (56) References `` Josephson Effect: Fundamentals and Applications ''               Kikai Society (53-5-20, pp. Pp.) 61-67

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 １．インプットコイルから外部磁束変化情報が入力され
る１つのジョセフソン素子を有するスクイドループと、
これと磁気的に結合しているコイルとキャパシタンスと
を並列に接設したタンク回路と、このタンク回路に接続
した発振器からなり、上記タンク回路と上記発振器は、
上記タンク回路のＱ値と上記発振器の回路定数とにより
決定される発振周波数の信号を発振する発振回路部を構
成するものであり、該発振回路部に接続した検出回路部
により、上記スクイドループのヒステリシス損失の変化
およびジョセフソン素子の等価インダクタンスの変化に
より変化する上記発振周波数の変化を検出するようにし
たことを特徴とするrfスクイドによる微弱磁場の測定装
置。(57) [Claims] A squid loop having one Josephson element to which external magnetic flux change information is input from an input coil;
A tank circuit in which a coil and a capacitor magnetically coupled to the tank circuit are connected in parallel, and an oscillator connected to the tank circuit, the tank circuit and the oscillator are:
The oscillator circuit oscillates a signal having an oscillation frequency determined by the Q value of the tank circuit and the circuit constant of the oscillator. A hysteresis of the squid loop is detected by a detection circuit connected to the oscillator circuit. An apparatus for measuring a weak magnetic field using an rf squid, wherein a change in the oscillation frequency, which is changed by a change in loss and a change in an equivalent inductance of a Josephson element, is detected.