JPH044555B2 - - Google Patents
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- JPH044555B2 JPH044555B2 JP57057599A JP5759982A JPH044555B2 JP H044555 B2 JPH044555 B2 JP H044555B2 JP 57057599 A JP57057599 A JP 57057599A JP 5759982 A JP5759982 A JP 5759982A JP H044555 B2 JPH044555 B2 JP H044555B2
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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
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Description
【発明の詳細な説明】
〔本発明の属する技術分野〕
本発明はスクイツド（SQUID）磁束計に関す
るものである。更に詳しくは、本発明は、直流磁
界を高感度で測定することのできるスクイツド磁
束計に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to a SQUID magnetometer. More specifically, the present invention relates to a Squid magnetometer that can measure DC magnetic fields with high sensitivity.
スクイツド磁束計は、ジヨゼフソン接合を有す
る超伝導リングとLC共振回路を含んで構成され
ており、超伝導リングに加わる外部磁界に対し磁
束量子Φo（2.07x10-15wb）を周期とした電圧信号
を出力するもので、高感度で磁束測定を行うこと
ができる。ところで、このようなスクイツド磁束
計は、磁束の変化を検出するものであつて、直流
磁界を測定することはできない。 The Squid magnetometer is composed of a superconducting ring with a Josefson junction and an LC resonant circuit, and generates a voltage signal with a period of magnetic flux quantum Φo (2.07x10 -15 wb) in response to an external magnetic field applied to the superconducting ring. This output allows magnetic flux measurements to be performed with high sensitivity. Incidentally, such a Squid magnetometer detects changes in magnetic flux, and cannot measure DC magnetic fields.
本発明は、直流磁界の高感度測定ができるＳ／
Ｎ比の改善されたスクイツド磁束計を実現しよう
とするものである。
The present invention is an S/
This is an attempt to realize a squid magnetometer with an improved N ratio.
本発明は、超伝導リングに結合するインプツト
コイルと並列に可変インダクタンスコイルを接続
し、このコイルのインダクタンスを所定周波数で
連続的に可変にするとともに、スクイツド磁束計
の出力信号を所定周波数によつてロツクイン検波
することによつて直流磁界を精度よく測定するよ
うにしたものである。
The present invention connects a variable inductance coil in parallel with the input coil coupled to the superconducting ring, makes the inductance of this coil continuously variable at a predetermined frequency, and changes the output signal of the Squid magnetometer at a predetermined frequency. The DC magnetic field is accurately measured by lock-in detection.
第１図は本発明の原理を説明するための説明図
である。超伝導体でできた自己インダクタンスＬ
のリング１に、外部磁束Φxが加わると、リング
１内の内部磁束Φは、(1)式で示す通りとなる。
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention. Self-inductance L made of superconductor
When an external magnetic flux Φx is applied to the ring 1, the internal magnetic flux Φ within the ring 1 becomes as shown in equation (1).
Φ＝Φx−Ｌ・ｉ (1) ただし、ｉはリング１に流れる電流。 Φ＝Φx−L・i (1) However, i is the current flowing through ring 1.
ここで、内部磁束Φは、磁束量子Φoの整数倍
であり、一定に保たれる。従つて、Φxが一定
（Φx≠０）、すなわち直流磁束ならば、リング１
の自己インダクタンスＬを変えることにより、リ
ング１を流れる電流ｉを変化させることができ
る。 Here, the internal magnetic flux Φ is an integral multiple of the magnetic flux quantum Φo and is kept constant. Therefore, if Φx is constant (Φx≠0), that is, DC magnetic flux, ring 1
By changing the self-inductance L of the ring 1, the current i flowing through the ring 1 can be changed.
第２図は本発明の一実施例を示す構成接続図で
ある。図において、１はジヨゼフソン接合JCを
持つ超伝導リング、２はこの超伝導リング１に結
合するインダクタンスLiのインプツトコイル、２
１，２２は超伝導材料でできたインプツトコイル
２の端子、３はインダクタンスLpのピツクアツ
プコイルで、インプツトコイル２とともに超伝導
閉ループを構成するように端子２１，２２を介し
て直列に接続されている。４はインプツトコイル
２と並列接続されるように端子２１，２２に接続
された可変インダクタンスの超伝導コイル、５は
このコイル５に近接して設置された可動超伝導
体、５０はこの超伝導体５を例えば石英で構成さ
れる連結棒５１を介して矢印に示すように上下に
変位させる駆動手段、５２は駆動手段５０を介し
て超伝導体５を所定周波数ｆで変位させる発振器
である。これらによつて、超伝導体５を矢印に示
すように上下に所定周波数ｆで変位させ、コイル
４のインダクタンスLvを連続的に所定周波数ｆ
で変化させる。６は超伝導リング１に結合する
LC共振回路、７０はこのLC共振回路からの出力
電圧を増幅する増幅器、７１は増幅器７０からの
出力信号を信号処理して測定磁束に関連した信号
を出力する信号処理回路で、これらはスクイツド
磁束計７を構成している。ここで、超伝導リング
１、インプツトコイル２、端子２１，２２、ピツ
クアツプコイル３、コイル４、超伝導体５及び
LC共振回路６は、いずれも例えばクライオスタ
ツト８内に収容され、ヘリウム温度に維持され
る。また、これらの中でピツクアツプコイル３以
外の部分は、外部磁界の影響を受けないように超
伝導シールドルーム８０内に収容されている。９
は信号処理回路７１の出力信号（スクイツド磁束
計の出力信号）を入力とするロツクインアンプ
で、発振器５２からの周波数信号ｆを参照信号と
しており、この周波数ｆでロツクイン検波を行
う。
FIG. 2 is a configuration and connection diagram showing one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a superconducting ring with Josephson junction JC, 2 is an input coil with an inductance Li coupled to this superconducting ring 1, and 2
1 and 22 are terminals of an input coil 2 made of superconducting material, and 3 is a pickup coil with an inductance Lp, which are connected in series via terminals 21 and 22 to form a superconducting closed loop with the input coil 2. ing. 4 is a variable inductance superconducting coil connected to terminals 21 and 22 so as to be connected in parallel with input coil 2; 5 is a movable superconductor installed close to this coil 5; 50 is this superconducting coil. Drive means displaces the superconductor 5 up and down as shown by the arrow via a connecting rod 51 made of quartz, for example, and 52 is an oscillator that displaces the superconductor 5 at a predetermined frequency f via the drive means 50. By these, the superconductor 5 is displaced up and down at a predetermined frequency f as shown by the arrow, and the inductance Lv of the coil 4 is continuously changed at a predetermined frequency f.
Change it with. 6 is coupled to superconducting ring 1
LC resonant circuit; 70 is an amplifier that amplifies the output voltage from the LC resonant circuit; 71 is a signal processing circuit that processes the output signal from the amplifier 70 and outputs a signal related to the measured magnetic flux; It consists of 7 in total. Here, a superconducting ring 1, an input coil 2, terminals 21, 22, a pick-up coil 3, a coil 4, a superconductor 5 and
The LC resonant circuits 6 are all housed in a cryostat 8, for example, and maintained at helium temperature. Furthermore, the parts other than the pickup coil 3 are housed in a superconducting shield room 80 so as not to be affected by external magnetic fields. 9
is a lock-in amplifier that receives the output signal of the signal processing circuit 71 (output signal of the Squid magnetometer), uses the frequency signal f from the oscillator 52 as a reference signal, and performs lock-in detection at this frequency f.
このように構成された装置の動作は次の通りで
ある。 The operation of the device configured in this way is as follows.
いま、ピツクアツプコイル３に外部からきた磁
束Φxが入ろうとすると、このピツクアツプコイ
ル３には超伝導ループ（コイル３とコイル２の直
列ループ）内の磁束を一定に保つため、しやへい
電流ｉが流れ、これらは、(2)式の関係になる。 Now, when magnetic flux Φx from the outside is about to enter the pick-up coil 3, a weak current i is applied to the pick-up coil 3 in order to keep the magnetic flux in the superconducting loop (the series loop of coil 3 and coil 2) constant. The relationship between these flows is shown in equation (2).
Ｎ・Φx−（Lp＋Li1）・ｉ＝一定 (2) ただし、Ｎ：ピツクアツプコイル３の巻数。 N・Φx−(Lp+Li 1 )・i=constant (2) However, N: the number of turns of the pickup coil 3.
Li1：端子２１，２２から右側の全インダクタ
ンス（より線部分のインダクタンスは無視す
る）で、(3)式で表わされる。 Li 1 : Total inductance on the right side from terminals 21 and 22 (ignoring the inductance of the twisted wire portion), expressed by equation (3).
Li1＝Li・Lv／Li＋Lv (3)
また、このしやへい電流ｉにより、インプツト
コイル２に流れる電流iiは(4)式で表わされる。 Li 1 =Li·Lv/Li+Lv (3) Furthermore, the current i i flowing through the input coil 2 is expressed by equation (4) based on this weak current i.
ii＝Lv／Li＋Lv・ｉ (4)
従つて、(2)式の右辺を零とおいて、(2)式、(3)
式、(4)式から、iiは(5)式の通りとなる。 i i = Lv/Li+Lv・i (4) Therefore, setting the right side of equation (2) to zero, equation (2), (3)
From equation (4), i i is as shown in equation (5).
ii＝Lv／Li＋Lv・Ｎ・Φx／Lp＋Li・Lv／Li＋Lv (5)
(5)式から明らかなように、コイル４のインダク
タンスLvが０ならばiiは０であり、コイル４のイ
ンダクタンスLv又はピツクアツプコイル３のイ
ンダクタンスLpを所定周波数ｆで連続的に変化
させることによつて、外部からの磁束Φxが直流
磁界であつてもこれを測定することができる。 i i =Lv/Li+Lv・N・Φx/Lp+Li・Lv/Li+Lv (5) As is clear from equation (5), if the inductance Lv of the coil 4 is 0, i i is 0, and the inductance Lv of the coil 4 Alternatively, by continuously changing the inductance Lp of the pickup coil 3 at a predetermined frequency f, it is possible to measure the external magnetic flux Φx even if it is a DC magnetic field.
第３図は、第２図装置において、信号処理回路
７１の出力信号波形を示したもので、イは直流磁
界H1が大きい場合であり、ロは直流磁界H2が小
さい場合である。信号処理回路７１の出力信号
（スクイド磁束計７の出力信号）は、第３図イに
示すように、大きな直流磁界H1がある場合、コ
イル４のインダクタンスLvの変化（変化周波数
ｆ）とともに大きな変化となる。即ちコイル４の
インダクタンスLvの変化は一定でも、外部直流
磁界の大きさに比例してその振幅が変化してい
る。 FIG. 3 shows the output signal waveform of the signal processing circuit 71 in the apparatus shown in FIG. 2, where A shows the case where the DC magnetic field H 1 is large, and B shows the case where the DC magnetic field H 2 is small. As shown in Fig. 3A, the output signal of the signal processing circuit 71 (output signal of the SQUID magnetometer 7) becomes large as the inductance Lv of the coil 4 changes (change frequency f) when there is a large DC magnetic field H1 . It becomes a change. That is, even if the change in the inductance Lv of the coil 4 is constant, its amplitude changes in proportion to the magnitude of the external DC magnetic field.
ロツクインアンプ９は、このようなスクイツド
磁束計の出力信号を入力し、これを周波数ｆでロ
ツクイン検波するもので、これによつて、Ｓ／Ｎ
比が改善された直流磁界の大きさに関連する信号
を出力することができる。 The lock-in amplifier 9 inputs the output signal of such a squid magnetometer and performs lock-in detection on it at frequency f, thereby increasing the S/N.
A signal related to the magnitude of the DC magnetic field with an improved ratio can be output.
なお、上記の実施例では、ピツクアツプコイル
３にワンターンコイルを用いたものであるが、１
次微分、あるいは２次微分形のコイルを用いても
よい。また、ここではrfスクイツドに適用した場
合を想定しているが、DCスクイツドに適用する
ようにしてもよい。 Note that in the above embodiment, a one-turn coil is used as the pick-up coil 3;
A coil of a second-order differential type or a second-order differential type may also be used. Further, although here it is assumed that the present invention is applied to an RF squid, it may also be applied to a DC squid.
以上説明したように、本発明によれば、ピツク
アツプコイル（検出コイル）のインダクタンス又
はインプツトコイルに並列に接続したコイルのイ
ンダクタンスを所定周波数で変えるとともに、ス
クイツド磁束計の出力を所定周波数でロツクイン
検波して得るようにしたもので、簡便にしかも高
感度で直流磁束の絶対値Φxを測定することがで
きる。したがつて、直流電流の測定をも行うこと
ができる。
As explained above, according to the present invention, the inductance of the pickup coil (detection coil) or the inductance of the coil connected in parallel to the input coil is changed at a predetermined frequency, and the output of the squid magnetometer is locked-in detected at a predetermined frequency. The absolute value Φx of the DC magnetic flux can be measured simply and with high sensitivity. Therefore, it is also possible to measure direct current.
第１図は本発明の原理を説明するための説明
図、第２図は本発明の一実施例を示す構成接続
図、第３図は本発明に係る装置の動作を説明する
ための出力波形図である。
１……超伝導リング、２……インプツトコイ
ル、３……ピツクアツプコイル、４……可変イン
ダクタンス、５……可動超伝導体、５０……駆動
手段、５２……発振器、６……LC共振回路、７
……スクイツド磁束計、９……ロツクインアン
プ。
Fig. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention, Fig. 2 is a configuration and connection diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is an output waveform for explaining the operation of the device according to the present invention. It is a diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Superconducting ring, 2... Input coil, 3... Pick-up coil, 4... Variable inductance, 5... Movable superconductor, 50... Driving means, 52... Oscillator, 6... LC resonance circuit, 7
...Squid magnetometer, 9...Lock-in amplifier.
Claims (1)
このピツクアツプコイルに接続されこのコイルと
共に超伝導閉ループを形成するインプツトコイル
と、このインプツトコイルに結合する超伝導リン
グを含んで構成されるスクイツド磁束計におい
て、 前記インプツトコイルと並列に接続された可変
インダクタンスの超伝導コイル４と、 この超伝導コイルに近接して設置された可動超
伝導体５と、 この可動超伝導体を所定周波数ｆで機械的に変
位させる駆動手段５０と、 前記スクイツド磁束計の出力を前記所定周波数
ｆの信号でロツクイン検波するロツクインアンプ
９とを設け、 このロツクインアンプから前記ピツクアツプコ
イルが受ける直流磁界の大きさに関連する信号を
得るようにしたことを特徴とするスクイツド磁束
計。[Claims] 1. A pick-up coil for detecting magnetic flux to be measured;
In a Squid magnetometer, the input coil is connected to the pick-up coil and forms a superconducting closed loop with the pickup coil, and a superconducting ring is coupled to the input coil. a superconducting coil 4 with a variable inductance; a movable superconductor 5 disposed adjacent to the superconducting coil; a driving means 50 for mechanically displacing the movable superconductor at a predetermined frequency f; A lock-in amplifier 9 is provided for lock-in detecting the output of the magnetometer with a signal of the predetermined frequency f, and a signal related to the magnitude of the DC magnetic field received by the pickup coil is obtained from the lock-in amplifier. Squid magnetometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57057599A JPS58174866A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Squid fluxmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57057599A JPS58174866A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Squid fluxmeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58174866A JPS58174866A (en) | 1983-10-13 |
| JPH044555B2 true JPH044555B2 (en) | 1992-01-28 |
Family
ID=13060311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57057599A Granted JPS58174866A (en) | 1982-04-07 | 1982-04-07 | Squid fluxmeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58174866A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3529815A1 (en) * | 1985-08-20 | 1987-02-26 | Siemens Ag | MEASURING DEVICE WITH A SQUID MAGNETOMETER |
| JPH0672913B2 (en) * | 1986-12-18 | 1994-09-14 | 新技術事業団 | Magnetic flux measurement device |
| JPH02124484A (en) * | 1988-11-02 | 1990-05-11 | Hitachi Ltd | Magnetic flux transfer circuit |
-
1982
- 1982-04-07 JP JP57057599A patent/JPS58174866A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58174866A (en) | 1983-10-13 |
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