JPH04310884A - 超伝導磁力計 - Google Patents
超伝導磁力計Info
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- JPH04310884A JPH04310884A JP3076387A JP7638791A JPH04310884A JP H04310884 A JPH04310884 A JP H04310884A JP 3076387 A JP3076387 A JP 3076387A JP 7638791 A JP7638791 A JP 7638791A JP H04310884 A JPH04310884 A JP H04310884A
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- Pending
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- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 abstract description 24
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
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Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は超伝導量子干渉素子(
Superconducting Quantum
Interference Device,以後略
してSQUIDと呼ぶ)を用いた高感度な磁力計の動作
安定化に関するものである。
Superconducting Quantum
Interference Device,以後略
してSQUIDと呼ぶ)を用いた高感度な磁力計の動作
安定化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の超伝導磁力計の一実施例を
示す構成図である。図中、1はSQUID、2は支持棒
、3はフランジ、4は冷媒容器、5は冷媒、6は冷媒容
器4に設けられた冷媒注入口である。7はSQUID1
と電気的に接続したプリアンプ、8は駆動電子回路であ
る。ここでは支持棒2とフランジ3を用いてSQUID
1を冷媒容器4内に固定する場合を示した。
示す構成図である。図中、1はSQUID、2は支持棒
、3はフランジ、4は冷媒容器、5は冷媒、6は冷媒容
器4に設けられた冷媒注入口である。7はSQUID1
と電気的に接続したプリアンプ、8は駆動電子回路であ
る。ここでは支持棒2とフランジ3を用いてSQUID
1を冷媒容器4内に固定する場合を示した。
【0003】図4はSQUID1の一実施例を示す構成
図であり、図中、9は基板、10はNb薄膜から成る超
伝導リング、11は超伝導リング10の端部を覆うPb
とInの合金から成る電極、12、13は超伝導リング
10と電極11との間に位置する2個のジョセフソン素
子である。14、15は超伝導リング10と電極11と
の間に位置し、ジョセフソン素子12、13に対して電
気的に並列に設けられたAuから成るシャント抵抗であ
る。超伝導リング10、電極11、ジョセフソン素子1
2、13、シャント抵抗14、15はいずれも基板9上
に形成される。
図であり、図中、9は基板、10はNb薄膜から成る超
伝導リング、11は超伝導リング10の端部を覆うPb
とInの合金から成る電極、12、13は超伝導リング
10と電極11との間に位置する2個のジョセフソン素
子である。14、15は超伝導リング10と電極11と
の間に位置し、ジョセフソン素子12、13に対して電
気的に並列に設けられたAuから成るシャント抵抗であ
る。超伝導リング10、電極11、ジョセフソン素子1
2、13、シャント抵抗14、15はいずれも基板9上
に形成される。
【0004】次に動作について説明する。背景磁界中に
て冷媒注入口6から液体ヘリウム等の冷媒を注入して冷
却し、SQUID1を超伝導状態に転移させる。この時
、超伝導リング10と電極11とにより構成される超伝
導ループにおけるフラクソイドの量子化条件と、2つの
ジョセフソン素子12、13における直流ジョセフソン
効果とにより、SQUID1の端子A−B間に電位差を
生じることなく流すことの出来る超伝導電流の最大値I
m は、上記超伝導ループを貫く検知磁束Φの関数とな
る。
て冷媒注入口6から液体ヘリウム等の冷媒を注入して冷
却し、SQUID1を超伝導状態に転移させる。この時
、超伝導リング10と電極11とにより構成される超伝
導ループにおけるフラクソイドの量子化条件と、2つの
ジョセフソン素子12、13における直流ジョセフソン
効果とにより、SQUID1の端子A−B間に電位差を
生じることなく流すことの出来る超伝導電流の最大値I
m は、上記超伝導ループを貫く検知磁束Φの関数とな
る。
【0005】超伝導リング10のインダクタンスLs
の存在を無視し、Ls =0とみなすと、ΦとIm と
の関係は式(1)のようになり、Im はΦに対して磁
束量子Φ0 (=2.07×10−15 Wb)を周期
として変化する。 Im =2Ic |cos(Φ/Φ0 )π|
…(1)
の存在を無視し、Ls =0とみなすと、ΦとIm と
の関係は式(1)のようになり、Im はΦに対して磁
束量子Φ0 (=2.07×10−15 Wb)を周期
として変化する。 Im =2Ic |cos(Φ/Φ0 )π|
…(1)
【0006】ここでIc はジョセフソン
素子12、13それぞれの臨界電流値である。Ls の
値は実際には数10pH〜数nHの値であるため、Im
とΦとの関係は式(1)からずれ、Im の最小値は
零にはならないが、この場合にもIm はΦ0 を周期
として変化する。上記のようなIm の変化に対応して
SQUID1の電流−電圧(I−V)特性も又、Φ0
を周期として変化する。
素子12、13それぞれの臨界電流値である。Ls の
値は実際には数10pH〜数nHの値であるため、Im
とΦとの関係は式(1)からずれ、Im の最小値は
零にはならないが、この場合にもIm はΦ0 を周期
として変化する。上記のようなIm の変化に対応して
SQUID1の電流−電圧(I−V)特性も又、Φ0
を周期として変化する。
【0007】5図(a)は上記のようなSQUIDのI
−V特性を示すものであり、式(2),式(3)の時に
それぞれ曲線C、Dのようになり、Φの値に応じてこの
間を連続して変化する。ただし、nは整数であり、5図
中、Im1、Im2はそれぞれ式(2)、式(3)の時
の超伝導電流である。
−V特性を示すものであり、式(2),式(3)の時に
それぞれ曲線C、Dのようになり、Φの値に応じてこの
間を連続して変化する。ただし、nは整数であり、5図
中、Im1、Im2はそれぞれ式(2)、式(3)の時
の超伝導電流である。
【0008】
【数1】
【0009】次にIm1より若干大きな直流バイアス電
流Ib を流して端子A−B間の電位差をΦに対して測
定すると、図5(b)のようなΦ0 を周期とした振幅
Vs1の出力電圧が得られる。
流Ib を流して端子A−B間の電位差をΦに対して測
定すると、図5(b)のようなΦ0 を周期とした振幅
Vs1の出力電圧が得られる。
【0010】次にプリアンプ7を用いて上記のようなS
QUID1の出力電圧を増幅した後に駆動電子回路8に
伝達し、入力磁束の変化量に比例した出力電圧を得る。 駆動電子回路8はFLL(Flux−locked
loop)回路と呼ばれる公知のものでありその動作は
例えば、Review of Scientifi
cInstrument、1984年、第55巻、第9
52〜957ページに記載されている。
QUID1の出力電圧を増幅した後に駆動電子回路8に
伝達し、入力磁束の変化量に比例した出力電圧を得る。 駆動電子回路8はFLL(Flux−locked
loop)回路と呼ばれる公知のものでありその動作は
例えば、Review of Scientifi
cInstrument、1984年、第55巻、第9
52〜957ページに記載されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の超伝導磁力計は
上記のように構成されており、SQUID1が背景磁界
を直接受けながら超伝導に転移するため、背景磁界が例
えば地磁気程度の比較的強い磁界の場合には6図に示す
ように磁束をジョセフソン素子12、13の中に捕えて
しまうことがあった。
上記のように構成されており、SQUID1が背景磁界
を直接受けながら超伝導に転移するため、背景磁界が例
えば地磁気程度の比較的強い磁界の場合には6図に示す
ように磁束をジョセフソン素子12、13の中に捕えて
しまうことがあった。
【0012】これは“磁束トラップ”とよばれる現象で
あり、捕えられた磁束の近傍(図7に斜線で示した領域
)では超伝導リング10と電極11との間に超伝導電流
が流れないため、式(2),式(3)の時の超伝導電流
Im3、Im4が8図(a)に示すように正常時と比べ
て減少する。
あり、捕えられた磁束の近傍(図7に斜線で示した領域
)では超伝導リング10と電極11との間に超伝導電流
が流れないため、式(2),式(3)の時の超伝導電流
Im3、Im4が8図(a)に示すように正常時と比べ
て減少する。
【0013】その結果、磁束−電圧特性が図8(b)の
ようになり、電力電圧の振幅Vs2が正常時のVs1に
比べて小さくなり、測定感度が低下してしまうという難
点があった。極端な場合にはVs2が零となり、磁力計
として動作しないこともあった。
ようになり、電力電圧の振幅Vs2が正常時のVs1に
比べて小さくなり、測定感度が低下してしまうという難
点があった。極端な場合にはVs2が零となり、磁力計
として動作しないこともあった。
【0014】この発明は、上記のような難点を解決する
ためになされたもので、磁束トラップが生じることなく
確実に動作する超伝導磁力計を得ることを目的とする。
ためになされたもので、磁束トラップが生じることなく
確実に動作する超伝導磁力計を得ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる超伝導
磁力計は、超伝導転移時にSQUIDに加わる磁界を測
定する背景磁界測定磁力計と、電流源と、SQUIDに
加わる磁界を打消す磁界発生コイルとを備えたものであ
る。
磁力計は、超伝導転移時にSQUIDに加わる磁界を測
定する背景磁界測定磁力計と、電流源と、SQUIDに
加わる磁界を打消す磁界発生コイルとを備えたものであ
る。
【0016】
【作用】この発明に係わる超伝導磁力計は、背景磁界測
定磁力計が背景磁界を測定する。次に電流源は背景磁界
測定磁力計の出力に応じた電流を磁界発生コイルに流し
、SQUIDの位置における磁界強度を零、又は、零に
近い値に減少させる。その状態においてSQUIDを冷
却して超伝導に転移させ、磁束トラップすることの無い
確実な動作を得る。
定磁力計が背景磁界を測定する。次に電流源は背景磁界
測定磁力計の出力に応じた電流を磁界発生コイルに流し
、SQUIDの位置における磁界強度を零、又は、零に
近い値に減少させる。その状態においてSQUIDを冷
却して超伝導に転移させ、磁束トラップすることの無い
確実な動作を得る。
【0017】
【実施例】実施例1
図1はこの発明による超伝導磁力計の一実施例を示す構
成図であり、図中、1〜8は従来の実施例と同じもので
ある。16、17、18は背景磁界測定磁力計であり、
一例としてフラックスゲート磁力計である。背景磁界測
定磁力計16、17、18はそれぞれセンサ部19、2
0、21と駆動部22,23,24から構成される。2
5、26、27はそれぞれ背景磁界測定磁力計16、1
7、18に接続した電流源、28、29、30はそれぞ
れ電流源25、26、27に接続した磁界発生コイルで
ある。31は磁界発生コイル28、29、30をSQU
ID1の周囲に固定するための固体枠である。SQUI
D1、背景磁界測定磁力計16、17、18、磁界発生
コイル28、29、30の相対的な位置関係は固定され
ている。図2(a),(b),(c)はそれぞれ磁界発
生コイル28、29、30の巻き線の一実施例を示す図
であり、磁界発生コイル28、29、30をそれぞれヘ
ルムホルツコイルで構成した場合を示した。磁界発生コ
イル28、29、30が発生する磁界の方向は、それぞ
れ背景磁界測定磁力計25、26、27の感度軸と一致
する。
成図であり、図中、1〜8は従来の実施例と同じもので
ある。16、17、18は背景磁界測定磁力計であり、
一例としてフラックスゲート磁力計である。背景磁界測
定磁力計16、17、18はそれぞれセンサ部19、2
0、21と駆動部22,23,24から構成される。2
5、26、27はそれぞれ背景磁界測定磁力計16、1
7、18に接続した電流源、28、29、30はそれぞ
れ電流源25、26、27に接続した磁界発生コイルで
ある。31は磁界発生コイル28、29、30をSQU
ID1の周囲に固定するための固体枠である。SQUI
D1、背景磁界測定磁力計16、17、18、磁界発生
コイル28、29、30の相対的な位置関係は固定され
ている。図2(a),(b),(c)はそれぞれ磁界発
生コイル28、29、30の巻き線の一実施例を示す図
であり、磁界発生コイル28、29、30をそれぞれヘ
ルムホルツコイルで構成した場合を示した。磁界発生コ
イル28、29、30が発生する磁界の方向は、それぞ
れ背景磁界測定磁力計25、26、27の感度軸と一致
する。
【0018】次にこの発明による超伝導磁力計の動作に
ついて説明する。まず、背景磁界測定磁力計16、17
、18を用いてSQUID1周囲の背景磁界の3成分を
測定する。ここで例えば背景磁界測定磁力計16、17
、18の測定値をそれぞれ+HX、+HY、+HZとす
ると、電流源25、26、27から磁界発生コイル28
、29、30にそれぞれ電流を流し、SQUID1の位
置においてそれぞれ−HX、−HY、−HZの磁界を発
生し、磁界の3成分を打消す。背景磁界測定磁力計16
、17、18を用いて測定した磁界の3成分の値と、磁
界発生コイル28、29、30に流す電流の大きさ、方
向との関係はSQUID1と磁界発生コイル28、29
、30との位置関係からあらかじめ求めておいた値を用
いる。上記のようにしてQUID1周囲の背景磁界を打
消した状態で冷媒注入口6から液体ヘリウム等の冷媒を
注入してSQUID1を冷却し、磁束トラップすること
なく超伝導に転移させる。以後の動作は従来の場合と同
じである。
ついて説明する。まず、背景磁界測定磁力計16、17
、18を用いてSQUID1周囲の背景磁界の3成分を
測定する。ここで例えば背景磁界測定磁力計16、17
、18の測定値をそれぞれ+HX、+HY、+HZとす
ると、電流源25、26、27から磁界発生コイル28
、29、30にそれぞれ電流を流し、SQUID1の位
置においてそれぞれ−HX、−HY、−HZの磁界を発
生し、磁界の3成分を打消す。背景磁界測定磁力計16
、17、18を用いて測定した磁界の3成分の値と、磁
界発生コイル28、29、30に流す電流の大きさ、方
向との関係はSQUID1と磁界発生コイル28、29
、30との位置関係からあらかじめ求めておいた値を用
いる。上記のようにしてQUID1周囲の背景磁界を打
消した状態で冷媒注入口6から液体ヘリウム等の冷媒を
注入してSQUID1を冷却し、磁束トラップすること
なく超伝導に転移させる。以後の動作は従来の場合と同
じである。
【0019】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、SQ
UID周囲の磁界強度を零、または零に近い値にした状
態でSQUIDを超伝導に転移させるので、磁束トラッ
プすることなく確実に動作する超伝導磁力計が得られる
効果がある。
UID周囲の磁界強度を零、または零に近い値にした状
態でSQUIDを超伝導に転移させるので、磁束トラッ
プすることなく確実に動作する超伝導磁力計が得られる
効果がある。
【図1】この発明による超伝導磁力計の一実施例の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図2】磁界発生コイルの一実施例の構成を示す図であ
る。
る。
【図3】従来の超伝導磁力計の一実施例の構成を示す図
である。
である。
【図4】SQUIDの一実施例の構成を示す図である。
【図5】SQUIDの正常時の電流−電圧特性と磁束−
電圧特性を示す図である。
電圧特性を示す図である。
【図6】磁束トラップの様子を示す図である。
【図7】磁束トラップの様子を示す図である。
【図8】SQUIDの磁束トラップ時の電流−電圧特性
と磁束−電圧特性を示す図である。
と磁束−電圧特性を示す図である。
1 SQUID
4 冷媒容器
7 プリアンプ
8 駆動電子回路
16 背景磁界測定磁力計
17 背景磁界測定磁力計
18 背景磁界測定磁力計
25 電流源
26 電流源
27 電流源
28 磁界発生コイル
29 磁界発生コイル
30 磁界発生コイル
Claims (1)
- 【請求項1】 超伝導量子干渉素子と、上記超伝導量
子干渉素子を収納する冷媒容器と、上記超伝導量子干渉
素子の出力を増幅するプリアンプと、上記超伝導量子干
渉素子を駆動し所望の出力を得る駆動電子回路と、背景
磁界測定磁力計と、上記超伝導量子干渉素子の周囲に配
置した磁界発生コイルと、上記背景磁界測定磁力計の出
力に応じて上記磁界発生コイルに電流を供給する電流源
とから構成されることを特徴とする超伝導磁力計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3076387A JPH04310884A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 超伝導磁力計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3076387A JPH04310884A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 超伝導磁力計 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04310884A true JPH04310884A (ja) | 1992-11-02 |
Family
ID=13603922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3076387A Pending JPH04310884A (ja) | 1991-04-09 | 1991-04-09 | 超伝導磁力計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04310884A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009216424A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Kobe Steel Ltd | 磁石位置測定方法および磁場測定装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0225776A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | 磁力計 |
JPH02108986A (ja) * | 1988-10-18 | 1990-04-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導量子干渉計 |
-
1991
- 1991-04-09 JP JP3076387A patent/JPH04310884A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0225776A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Mitsubishi Electric Corp | 磁力計 |
JPH02108986A (ja) * | 1988-10-18 | 1990-04-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 超電導量子干渉計 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009216424A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Kobe Steel Ltd | 磁石位置測定方法および磁場測定装置 |
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