[其他]利用約瑟夫遜器件的磁力計

無效

• 申請號: 88101049
• 申請日: 1988-02-26
• 公開（公告）號: CN88101049A
• 公開（公告）日: 1988-09-28
• 發明（設計）人: 中根英章;西野∴一;長谷川晴弘
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: G01R33/035
• 分類號: G01R33/035
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 楊曉光

本發明涉及磁力計，更具體地說，涉及利用約瑟夫遜（Josephson）器件的磁力計，這種磁力計特別適于檢測弱磁場。

在所涉及的技術領域中，利用約瑟夫遜器件的磁力計被稱為超導量子干涉器件（以后稱為SQUID）磁力計。傳統的磁力計的代表是直流SQUID磁力計和射頻SQUID磁力計。直流SQUID磁力計是這樣一種裝置，其中超導環（包括兩個約瑟夫遜結和一個電感器）交連的磁通量隨流過超導環的最大超導電流的變化以直流電流的形式顯示出來。（參著美國專利4，389，612和4，567，438）。射頻SQUID磁力計是這樣一種裝置，其中，與超導環（包括一個約瑟夫遜結和一個電感器）交連的磁通量隨流過超導環的最大超導電流的變化以交流電流的形式顯示出來。在任何一種傳統的SQUID磁力計中，構成磁力計關鍵的SQUID是無源器件，它檢測與超導環交連的磁通量。利用約瑟夫遜結的SQUID被浸入液氦中，輸出信號通過一條電纜送到處于室溫下的數據處理器及測量電路中。SQUID測量很微弱的磁通量，約瑟夫遜器件的輸出信號本身也很微弱。因此，在室溫下從SQUID送到測量電路的信號是很微弱的信號，例如大約1uv。因此，傳統的SQUID磁力計一直受到室溫下的熱噪聲的限制。

此外，“IEEE????Trans.on????Electron????Devices，”ED27，NO.10（1980），PP.1896-1908中討論了一種檢測弱磁場用的磁力計。在這種磁力計中，來自磁場檢測裝置（例如直流SQUID）的電壓信號由同步放大器放大并進行相敏檢測，其檢測輸出被反饋回檢測器件。

上述先有技術沒有考慮通過電路接地線加到磁力計電路或檢測器件上的噪聲的影響。特別是，當在交流電源下操作磁力計電路時，就存在一個問題，即磁力計由于交流電源線的噪聲會產生誤動作。

為了解決這個問題，日本專利公報NO.82872/1985.NO.35378/1986和NO77772/1986中公開了若干種磁力計，其中易于受噪聲影響的磁通量檢測器件及其外圍電路由光絕緣裝置相連以便將它們電絕緣。

這些先有技術設備采用了脈寬調制（PWM）以將電信號轉換為光信號。然而，它們沒有考慮到由PWM調制器部分產生的脈沖噪聲加在磁通量檢測裝置上的影響，即誤動作問題。

此外，先有技術的磁力計應用了光纖或類似的裝置作為反饋電路，因此在那部分的響應速率沒有問題。然而，由于電氣元件分別與置于光纖兩端的光電轉換器和電光轉換器相連，這就存在一個問題，由于有電氣元件，光纖的高速傳輸特性不能滿意地顯現出來。

本發明的第一個目的是提供一種利用約瑟夫遜器件的磁力計，其中在電光轉換器和光電轉換器中產生的噪聲被減小以防止誤動作。

本發明的第一個目的是提供一種利用約瑟夫遜器件的磁力計，它包含一個高響應速率的反饋電路。

上述第一個目的通過一個具有約瑟夫遜器件的磁力計來實現，該磁力計包括一個檢測信號磁通量的傳感線圈;一個超導環，它與上述傳感線圈磁耦合，以產生一個相應于來自上述傳感線圈的交連磁通量的周期性電壓，該超導環由一個電感器和至少一個約瑟夫遜結構成;放大來自上述超導環的周期性電壓的裝置;放大由上述放大裝置放大的周期性電壓的一個預定頻率分量的同步檢測放大器裝置;將同步檢測放大器放大的信號轉換成光信號的第一光電轉換裝置;傳輸來自上述第一光電轉換裝置的光信號的第一光傳輸裝置;接收來自上述第一光傳輸裝置的光信號并將其轉換成電信號的超導光電晶體管，把相應于上述超導光電晶體管電信號的磁通量與上述超導環交連的反饋線圈;由鈮或高臨界溫度氧化物超導體制成的上述傳感線圈超導環和超導光電晶體管被置于低溫環境中。

由超導材料制成的光電轉換器以這種方式工作，即超導臨界電流和器件的電阻根據液氦中4.2K的低溫時的光輸入而變化。因此，在光電轉換過程中產生的噪聲就只是4.2K時器件本身的熱噪聲和電源分布電阻器的熱噪聲。因而，就能夠防止如在先有技術中的光電轉換器產生的脈沖噪聲，300K時的熱噪聲及半導體產生的噪聲，此外，由于磁力計不受噪聲的影響，就消除了誤動作問題。