JP3373260B2 - 高感度磁場検出器 - Google Patents
高感度磁場検出器Info
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- JP3373260B2 JP3373260B2 JP23176493A JP23176493A JP3373260B2 JP 3373260 B2 JP3373260 B2 JP 3373260B2 JP 23176493 A JP23176493 A JP 23176493A JP 23176493 A JP23176493 A JP 23176493A JP 3373260 B2 JP3373260 B2 JP 3373260B2
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- G—PHYSICS
- 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
-
- 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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Description
【産業上の利用分野】本発明は高速論理回路、高感度電
磁気センサ、電流計、変位計、または高周波信号増幅器
などに応用する直流駆動型超伝導量子干渉素子（ＤＣ
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉ
ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ 以下ＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤと略す）に関する。
磁気センサ、電流計、変位計、または高周波信号増幅器
などに応用する直流駆動型超伝導量子干渉素子（ＤＣ
Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉ
ｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ 以下ＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤと略す）に関する。
【従来技術】従来技術としてＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図
を図６に示す。外部磁場信号を検出コイルから信号電流
として伝達する入力コイル１と、信号電流を信号磁束と
して入力されるワッシャーコイル２と、ワッシャーコイ
ル２に伝達された信号磁束を信号電圧に変換する２つの
ジョセフソン素子３と、電流電圧特性のヒステリシスを
無くすために各々のジョセフソン素子に並列に接続され
たシャント抵抗４と、直列に接続されたダンピング抵抗
５と、外部制御回路から帰還及び変調電流を伝達される
帰還変調コイル６の構造であり、このとき帰還変調コイ
ル６はワッシャーコイル２に対して上部または下部に１
ターンの配置になる構造になっている。入力コイルとワ
ッシャーコイルと高い結合係数ｋ（ｉｗ）と、小さい寄
生容量を得るために、ワッシャーコイルの内径をおおき
くしてワッシャーコイルの自己インダクタンスＬｗを大
きくしていた。
を図６に示す。外部磁場信号を検出コイルから信号電流
として伝達する入力コイル１と、信号電流を信号磁束と
して入力されるワッシャーコイル２と、ワッシャーコイ
ル２に伝達された信号磁束を信号電圧に変換する２つの
ジョセフソン素子３と、電流電圧特性のヒステリシスを
無くすために各々のジョセフソン素子に並列に接続され
たシャント抵抗４と、直列に接続されたダンピング抵抗
５と、外部制御回路から帰還及び変調電流を伝達される
帰還変調コイル６の構造であり、このとき帰還変調コイ
ル６はワッシャーコイル２に対して上部または下部に１
ターンの配置になる構造になっている。入力コイルとワ
ッシャーコイルと高い結合係数ｋ（ｉｗ）と、小さい寄
生容量を得るために、ワッシャーコイルの内径をおおき
くしてワッシャーコイルの自己インダクタンスＬｗを大
きくしていた。
【発明が解決しようとする課題】従来技術では上記のよ
うな特徴があるが、一般的に帰還変調コイルの自己イン
ダクタンスＬｍは、帰還変調コイルのストリップライン
インダクタンスＬｓ、ターン数をｎとすると、 Ｌｍ＝ｎ2×Ｌｗ＋Ｌｓ ・・・（１） の関係式が成り立ち、またワッシャーコイルと帰還変調
コイルと相互インダクタンスＭｍｓは、ワッシャーコイ
ルと帰還変調コイルとの結合係数ｋ（ｍｓ）とすると、 Ｍｍｓ＝ｋ（ｍｓ）√（Ｌｗ×Ｌｍ） ・・・（２） の関係式が成り立つ。 そして、従来技術のように帰還
変調コイルがワッシャーコイルの上部または下部に１タ
ーンの配置になるような構造になっている場合には、ｎ
＝１、ｋ（ｍｓ）＝１の条件であるために、式（１）、
（２）より Ｍｍｓ＝Ｌｗ ・・・（３） の関係式が近似的に成り立つ。また、一般的にＳＱＵＩ
Ｄの磁場感度αとＭｍｓとは反比例関係にある。そのた
めに、自己インダクタンスＬｗが大きいとＭｍｓも大き
くなることから、磁場感度αが低下し、ＳＮ比が悪くな
る。また、外部制御回路からの環境ノイズやＲＦノイズ
など帰還変調コイルを介してワッシャーコイルに鎖交す
る磁束ノイズФｎが大きくなり、ＳＱＵＩＤの磁束電圧
変換効率が低下するといった問題があった。
うな特徴があるが、一般的に帰還変調コイルの自己イン
ダクタンスＬｍは、帰還変調コイルのストリップライン
インダクタンスＬｓ、ターン数をｎとすると、 Ｌｍ＝ｎ2×Ｌｗ＋Ｌｓ ・・・（１） の関係式が成り立ち、またワッシャーコイルと帰還変調
コイルと相互インダクタンスＭｍｓは、ワッシャーコイ
ルと帰還変調コイルとの結合係数ｋ（ｍｓ）とすると、 Ｍｍｓ＝ｋ（ｍｓ）√（Ｌｗ×Ｌｍ） ・・・（２） の関係式が成り立つ。 そして、従来技術のように帰還
変調コイルがワッシャーコイルの上部または下部に１タ
ーンの配置になるような構造になっている場合には、ｎ
＝１、ｋ（ｍｓ）＝１の条件であるために、式（１）、
（２）より Ｍｍｓ＝Ｌｗ ・・・（３） の関係式が近似的に成り立つ。また、一般的にＳＱＵＩ
Ｄの磁場感度αとＭｍｓとは反比例関係にある。そのた
めに、自己インダクタンスＬｗが大きいとＭｍｓも大き
くなることから、磁場感度αが低下し、ＳＮ比が悪くな
る。また、外部制御回路からの環境ノイズやＲＦノイズ
など帰還変調コイルを介してワッシャーコイルに鎖交す
る磁束ノイズФｎが大きくなり、ＳＱＵＩＤの磁束電圧
変換効率が低下するといった問題があった。
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、ワッシャーコイルと帰還変調コイルとの相互イン
ダクタンスＭｍｓがワッシャーコイルの自己インダクタ
ンス以下になるようにする。そのために、主に式（２）
の帰還変調コイルとワッシャーコイルとの結合係数ｋ
（ｍｓ）が小さくなるように、帰還変調コイルを１ター
ン以下にしたり、ワッシャーコイルの内径にかからない
ような構造にしたり、帰還変調コイルの自己インダクタ
ンスＬｍが小さくなるような構造にする。
めに、ワッシャーコイルと帰還変調コイルとの相互イン
ダクタンスＭｍｓがワッシャーコイルの自己インダクタ
ンス以下になるようにする。そのために、主に式（２）
の帰還変調コイルとワッシャーコイルとの結合係数ｋ
（ｍｓ）が小さくなるように、帰還変調コイルを１ター
ン以下にしたり、ワッシャーコイルの内径にかからない
ような構造にしたり、帰還変調コイルの自己インダクタ
ンスＬｍが小さくなるような構造にする。
【作用】ワッシャーコイルと帰還変調コイルとの相互イ
ンダクタンスＭｍｓがワッシャーコイルの自己インダク
タンス以下になるような構造にすることにより、帰還電
流に対するＳＱＵＩＤの磁場感度が良好になることから
ＳＮ比が向上し、ＲＦノイズが低下しＳＱＵＩＤの特性
が向上する。
ンダクタンスＭｍｓがワッシャーコイルの自己インダク
タンス以下になるような構造にすることにより、帰還電
流に対するＳＱＵＩＤの磁場感度が良好になることから
ＳＮ比が向上し、ＲＦノイズが低下しＳＱＵＩＤの特性
が向上する。
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の実施例１のＤＣ−ＳＱＵＩ
Ｄの平面図である。外部磁場信号を検出コイルから信号
電流として伝達する入力コイル１と、信号電流を信号磁
束として入力されるワッシャーコイル２と、ワッシャー
コイル２に伝達された信号磁束を信号電圧に変換する２
つのジョセフソン素子３と、電流電圧特性のヒステリシ
スをなくすために各々のジョセフソン素子に並列に接続
されたシャント抵抗４と、直列に接続されたダンピング
抵抗５と、外部制御回路から帰還及び変調電流を伝達さ
れる帰還変調コイル６から成る構造であり、このとき帰
還変調コイル６はワッシャーコイル２の上部または下部
に直線的に横断する配置の構造になっている。図２に本
発明の実施例２のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図である。実
施例１の帰還変調コイル６が直線的でワッシャーコイル
２の上部または下部に重ならないでワッシャーコイル２
近傍に配置される構造になっている。図３に本発明の実
施例３のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図である。実施例１の
帰還変調コイル６が１ターンでワッシャーコイル２の上
部または下部に１部だけが重なるが、ワッシャーコイル
２の内径を取り囲まない配置の構造になっている。図４
に本発明の実施例４のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図であ
る。実施例１の帰還変調コイル６が１ターンでワッシャ
ーコイル２の上部または下部に重ならないで、ワッシャ
ーコイル２の内径を取り囲まないで近傍に配置された構
造になっている。図５に本発明の実施例５のＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤの平面図である。実施例１の帰還変調コイル６が
１ターンでワッシャーコイル２の上部または下部に重な
らないでワッシャーコイル２取り囲むように配置された
構造になっている。また、外部磁場信号を検出コイルか
ら信号電流として伝達する入力コイル１と、信号電流を
信号磁束として入力される８の字に接続されている３つ
のワッシャーコイル２と、ワッシャーコイル２に伝達さ
れた信号磁束を信号電圧に変換する２つのジョセフソン
素子３がワッシャーコイル２に対して直列に接続され、
電流電圧特性のヒステリシスをなくすために各々のジョ
セフソン素子に並列に接続されたシャント抵抗４と、直
列に接続されたダンピング抵抗５と、外部制御回路から
帰還及び変調電流を伝達される帰還変調コイル６から成
る構造であるＤＣ−ＳＱＵＩＤや、または２つのジョセ
フソン素子が２つのワッシャーコイルに対して並列に接
続されているＤＣ−ＳＱＵＩＤなどのダブル・ワッシャ
ータイプにおいても、前記実施例に示した帰還変調コイ
ルの配置構造は成り立つ。また、これらの実施例におい
て、各々コイルや抵抗などの積層順序は問わないで、各
層の間に層間絶縁膜を挿入するような構造になってい
る。
て説明する。図１は本発明の実施例１のＤＣ−ＳＱＵＩ
Ｄの平面図である。外部磁場信号を検出コイルから信号
電流として伝達する入力コイル１と、信号電流を信号磁
束として入力されるワッシャーコイル２と、ワッシャー
コイル２に伝達された信号磁束を信号電圧に変換する２
つのジョセフソン素子３と、電流電圧特性のヒステリシ
スをなくすために各々のジョセフソン素子に並列に接続
されたシャント抵抗４と、直列に接続されたダンピング
抵抗５と、外部制御回路から帰還及び変調電流を伝達さ
れる帰還変調コイル６から成る構造であり、このとき帰
還変調コイル６はワッシャーコイル２の上部または下部
に直線的に横断する配置の構造になっている。図２に本
発明の実施例２のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図である。実
施例１の帰還変調コイル６が直線的でワッシャーコイル
２の上部または下部に重ならないでワッシャーコイル２
近傍に配置される構造になっている。図３に本発明の実
施例３のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図である。実施例１の
帰還変調コイル６が１ターンでワッシャーコイル２の上
部または下部に１部だけが重なるが、ワッシャーコイル
２の内径を取り囲まない配置の構造になっている。図４
に本発明の実施例４のＤＣ−ＳＱＵＩＤの平面図であ
る。実施例１の帰還変調コイル６が１ターンでワッシャ
ーコイル２の上部または下部に重ならないで、ワッシャ
ーコイル２の内径を取り囲まないで近傍に配置された構
造になっている。図５に本発明の実施例５のＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤの平面図である。実施例１の帰還変調コイル６が
１ターンでワッシャーコイル２の上部または下部に重な
らないでワッシャーコイル２取り囲むように配置された
構造になっている。また、外部磁場信号を検出コイルか
ら信号電流として伝達する入力コイル１と、信号電流を
信号磁束として入力される８の字に接続されている３つ
のワッシャーコイル２と、ワッシャーコイル２に伝達さ
れた信号磁束を信号電圧に変換する２つのジョセフソン
素子３がワッシャーコイル２に対して直列に接続され、
電流電圧特性のヒステリシスをなくすために各々のジョ
セフソン素子に並列に接続されたシャント抵抗４と、直
列に接続されたダンピング抵抗５と、外部制御回路から
帰還及び変調電流を伝達される帰還変調コイル６から成
る構造であるＤＣ−ＳＱＵＩＤや、または２つのジョセ
フソン素子が２つのワッシャーコイルに対して並列に接
続されているＤＣ−ＳＱＵＩＤなどのダブル・ワッシャ
ータイプにおいても、前記実施例に示した帰還変調コイ
ルの配置構造は成り立つ。また、これらの実施例におい
て、各々コイルや抵抗などの積層順序は問わないで、各
層の間に層間絶縁膜を挿入するような構造になってい
る。
【発明の効果】本発明の高感度磁場検出器において、帰
還変調コイルとワッシャーコイルとの相互インダクタン
スＭｍｓをワッシャーコイルの自己インダクタンスＬｗ
より小さくなるようにすることにより、磁場感度が良好
になることからＳＮ比が向上し、ＲＦノイズが低下し、
ＳＱＵＩＤの特性が向上するために、ＳＱＵＩＤのノイ
ズレベルが下がる。
還変調コイルとワッシャーコイルとの相互インダクタン
スＭｍｓをワッシャーコイルの自己インダクタンスＬｗ
より小さくなるようにすることにより、磁場感度が良好
になることからＳＮ比が向上し、ＲＦノイズが低下し、
ＳＱＵＩＤの特性が向上するために、ＳＱＵＩＤのノイ
ズレベルが下がる。
【図１】本発明の高感度磁場検出器の実施例１のＤＣ−
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
【図２】本発明の高感度磁場検出器の実施例２のＤＣ−
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
【図３】 本発明の高感度磁場検出器の実施例３のＤＣ
−ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
−ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
【図４】本発明の高感度磁場検出器の実施例４のＤＣ−
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
【図５】本発明の高感度磁場検出器の実施例５のＤＣ−
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
ＳＱＵＩＤを示す平面図である。
【図６】従来の高感度磁場検出器のＤＣ−ＳＱＵＩＤを
示す平面図である。
示す平面図である。
１ 入力コイル
２ ワッシャーコイル
３ ジョセフソン素子
４ シャント抵抗
５ ダンピング抵抗
６ 帰還変調コイル
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−2980（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−136777（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−27280（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−200679（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−95367（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 33/035 ZAA
H01L 39/22 ZAA
Claims (2)
- 【請求項１】 磁場を検出し信号電流とする検出コイル
と前記検出コイルと二つの入力端子で超伝導結合した入
力コイルと、外部制御系からの信号を伝える帰還変調コ
イルと、前記入力コイル及び前記帰還変調コイルと磁気
的に結合した超伝導リングを構成するワッシャ−コイル
と前記ワッシャーコイルと接続し障壁層を下部電極と上
部電極で挟んだ前記信号電流を電圧に変換するジョセフ
ソン素子と前記ジョセフソン素子に並列に接続されたシ
ャント抵抗を備えた直流駆動型超伝導量子干渉素子にお
いて、前記帰還変調コイルが前記ワッシャーコイルの上部また
は下部に重ならないように配置される ことを特徴とする
高感度磁場検出器。 - 【請求項２】 前記帰還変調コイルが直線またはコ型ま
たはＬ型の形状であることを特徴とする請求項１記載の
高感度磁場検出器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23176493A JP3373260B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高感度磁場検出器 |
| US08/306,411 US5596273A (en) | 1993-09-17 | 1994-09-15 | Highly sensitive magnetic field detector using low-noise DC SQUID |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23176493A JP3373260B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高感度磁場検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784019A JPH0784019A (ja) | 1995-03-31 |
| JP3373260B2 true JP3373260B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=16928668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23176493A Expired - Fee Related JP3373260B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高感度磁場検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5596273A (ja) |
| JP (1) | JP3373260B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08313609A (ja) * | 1995-05-22 | 1996-11-29 | Seiko Instr Inc | 径方向微分型ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| JP2909807B2 (ja) * | 1995-11-22 | 1999-06-23 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 超伝導量子干渉素子磁束計および非破壊検査装置 |
| US6208235B1 (en) | 1997-03-24 | 2001-03-27 | Checkpoint Systems, Inc. | Apparatus for magnetically decoupling an RFID tag |
| US6072383A (en) * | 1998-11-04 | 2000-06-06 | Checkpoint Systems, Inc. | RFID tag having parallel resonant circuit for magnetically decoupling tag from its environment |
| JP2004325344A (ja) * | 2003-04-25 | 2004-11-18 | Hirose Cherry Precision Co Ltd | 制御素子と一体化した感磁素子 |
| US7091718B1 (en) * | 2004-02-27 | 2006-08-15 | Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc | System having unmodulated flux locked loop for measuring magnetic fields |
| JP7140149B2 (ja) * | 2020-01-31 | 2022-09-21 | Tdk株式会社 | 電流センサ、磁気センサ及び回路 |
| CN112881772B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-08-25 | 中国计量科学研究院 | Squid电流传感器以及制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2764115B2 (ja) * | 1991-02-26 | 1998-06-11 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 高感度磁場検出器の製造方法 |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP23176493A patent/JP3373260B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-09-15 US US08/306,411 patent/US5596273A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5596273A (en) | 1997-01-21 |
| JPH0784019A (ja) | 1995-03-31 |
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| JPH04204069A (ja) | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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