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JP3014866B2 - Magnetic flux measuring device - Google Patents
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JP3014866B2 - Magnetic flux measuring device - Google Patents

Magnetic flux measuring device

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JP3014866B2
JP3014866B2 JP4209999A JP20999992A JP3014866B2 JP 3014866 B2 JP3014866 B2 JP 3014866B2 JP 4209999 A JP4209999 A JP 4209999A JP 20999992 A JP20999992 A JP 20999992A JP 3014866 B2 JP3014866 B2 JP 3014866B2
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magnetic flux
josephson junction
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measuring device
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英一 後藤
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、極めて微弱な磁界の計
測を行うための磁束計測装置に係り、特に人体、とりわ
け人間の心臓または脳から生じる微弱な磁界、あるい
は、地表よりかなり上方の電離層または地下深い油田等
から生じる微弱な磁界等の計測を行う磁束計測装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic flux measuring device for measuring a very weak magnetic field, and more particularly to a weak magnetic field generated from a human body, especially a human heart or brain, or an ionosphere substantially above the ground surface. Also, the present invention relates to a magnetic flux measuring device for measuring a weak magnetic field or the like generated from an oil field deep underground.

【0002】[0002]

【従来の技術】極めて微弱な磁界の行うための高感度な
磁束計測には、これまで、ジョセフソン接合を利用した
直流超伝導量子干渉装置(dc−SQUID)または高
周波超伝導量子干渉装置(rf−SQUID)が用いら
れてきた。
2. Description of the Related Art A high-sensitivity magnetic flux measurement for applying an extremely weak magnetic field has hitherto been performed by using a DC superconducting quantum interference device (dc-SQUID) using a Josephson junction or a high-frequency superconducting quantum interference device (rf). -SQUID) has been used.

【0003】このような装置の出力信号には、「直流オ
フセット」と呼ばれる非零定数が含まれている。このた
め、磁束の変化量ではなく磁束の値を測定する場合は、
SQUID装置の出力から直流オフセット値を引く零磁
束較正を行う必要がある。しかしながら、このような零
磁束較正は、極めて実施が難しい。
The output signal of such a device contains a non-zero constant called "DC offset". Therefore, when measuring the value of magnetic flux instead of the amount of change in magnetic flux,
It is necessary to perform zero magnetic flux calibration by subtracting the DC offset value from the output of the SQUID device. However, such zero flux calibration is extremely difficult to implement.

【0004】そこで、本願発明者等は、従来から偶数高
調波を利用することにより、零磁束較正を行うことなく
磁束の絶対値を求めることのできる磁束計測装置の開発
を行っている(特開昭63−153484号参照)。
Therefore, the present inventors have conventionally developed a magnetic flux measuring device capable of obtaining the absolute value of the magnetic flux without performing zero magnetic flux calibration by using even harmonics (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) no. 63-153484).

【0005】上記磁束計測装置では、入力(低周波)磁
束Φin=(Φ0 /2π)φin)が、周波数f=ω/2π
の変調磁束ΦM =(Φ0 /2π)φM =(Φ0 z/2
π)cos(ωt)と共に、ジョセフソン接合に印加さ
れる。なお、Φ0 =h/2eは素量子磁束、zは変調指
数と呼ばれるパラメータである。この合成磁束Φは、Φ
=ΦM +Φinによって表される。
In the above magnetic flux measuring device, the input (low-frequency) magnetic flux Φ in = (Φ 0 / 2π) φ in ) is converted to the frequency f = ω / 2π
M = (Φ 0 / 2π) φ M = (Φ 0 z / 2
π) cos (ωt) is applied to the Josephson junction. Φ 0 = h / 2e is the elementary quantum flux, and z is a parameter called the modulation index. This composite magnetic flux Φ is Φ
= Φ M + Φ in .

【0006】ここで、Cm =cos(mωt)、Sm
sin(mωt)とし、磁束角度をφ=φin+φM 、臨
界ジョセフソン接合電流をIJ で表すと、ジョセフソン
接合を流れる電流は、次のようになる。
Here, C m = cos (mωt), S m =
Assuming that sin (mωt), the magnetic flux angle is φ = φ in + φ M , and the critical Josephson junction current is I J , the current flowing through the Josephson junction is as follows.

【0007】 I/IJ =sinφ =sin(Φin+ΦM ) =sinΦincosΦM +cosΦinsinΦM =sinΦin(J0 +Σ(−1)m 2J2m2m) +cosΦin(Σ(−1)m 2J2m+12m+1) (1) ここで、Jm =Jm (z)は、ベッセル関数である。入
力磁界の磁束角度φinが小さいと仮定すると、sinφ
inは、ほぼ零に等しくなる。従って、偶数高調波成分I
2mは、次のようになる。
[0007] I / I J = sinφ = sin (Φ in + Φ M) = sinΦ in cosΦ M + cosΦ in sinΦ M = sinΦ in (J 0 + Σ (-1) m 2J 2m C 2m) + cosΦ in (Σ (-1 ) m 2J 2m + 1 S 2m + 1) (1) here, J m = J m (z ) is the Bessel function. Assuming that the magnetic flux angle φ in of the input magnetic field is small, sin φ
in will be approximately equal to zero. Therefore, the even harmonic component I
2m is as follows.

【0008】[0008]

【数1】 この式(2)から明らかなように、偶数高調波成分I2m
は、φinに比例する。従って、ジョセフソン接合に流れ
る電流から偶数高調波成分I2mを選択的に検出すること
により、磁界の磁束の絶対値が求められる。
(Equation 1) As is apparent from the equation (2), the even harmonic component I 2m
Is proportional to φ in . Therefore, the absolute value of the magnetic flux of the magnetic field can be obtained by selectively detecting the even harmonic component I 2m from the current flowing through the Josephson junction.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の磁束計測装置では、次のような問題があった。
すなわち、まず、ジョセフソン接合からなる並列共振回
路の場合、2ω周波数におけるジョンソン・ノイズが大
きく、例えばQ値(クオリティファクタ)を50と仮定
すると2ωにおけるジョンソン・ノイズは直流成分の約
2500倍となってしまう。
However, the above-described conventional magnetic flux measuring apparatus has the following problems.
That is, first, in the case of a parallel resonance circuit composed of a Josephson junction, Johnson noise at a frequency of 2ω is large. Would.

【0010】また、適正な動作のため、検出回路におけ
るジョセフソン接合は、超伝導状態に維持する必要があ
るが、電流がジョセフソン接合の臨界電流より大きくな
り、超伝導状態が損なわれる可能性があり、安定な測定
を行うことができない。
In addition, for proper operation, the Josephson junction in the detection circuit must be maintained in a superconducting state. However, the current becomes larger than the critical current of the Josephson junction, and the superconducting state may be damaged. And stable measurement cannot be performed.

【0011】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、零磁束較正を行うことなく微弱な磁界の
磁束の絶対値を求めることが可能な、ノイズの少ない、
安定性の高い磁束計測装置を提供しようとするものであ
る。
The present invention has been made in view of such a conventional situation, and it is possible to obtain the absolute value of the magnetic flux of a weak magnetic field without performing zero magnetic flux calibration.
An object of the present invention is to provide a magnetic flux measuring device having high stability.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の磁束計測装置は、角周波数ω、変調指数z
の変調磁束(Φ0 z/2π)cosωtを発生させる変
調磁束発生手段と、固有インダクタンスLJ を有する少
なくとも1個のジョセフソン接合を具備するとともに、
タンク回路を含み、測定しようとする入力磁束と、前記
変調磁束とを重畳して前記ジョセフソン接合に印加し、
該ジョセフソン接合に流れる電流の特定の偶数高調波成
分を分離検出する検出回路とを備え、前記変調指数zが
略2乃至5、前記検出回路のインダクタンスLが前記固
有インダクタンスLJ の略1乃至1/5、前記検出回路
のキャパシタンスCが前記角周波数ωの2倍の2ωに同
調する値に設定されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a magnetic flux measuring apparatus according to the present invention comprises an angular frequency ω, a modulation index z
Magnetic flux generating means for generating a modulation magnetic flux (Φ 0 z / 2π) cos ωt, and at least one Josephson junction having a specific inductance L J ,
Including a tank circuit, the input magnetic flux to be measured and the modulation magnetic flux are superimposed and applied to the Josephson junction,
And a detection circuit for separating and detecting a specific even harmonic component of the current flowing through the Josephson junction, the modulation index z is approximately 2 to 5, about 1 to inductance L of the detection circuit is the intrinsic inductance L J 1/5, wherein the capacitance C of the detection circuit is set to a value that tunes to 2ω, which is twice the angular frequency ω.

【0013】[0013]

【作用】上記構成の本発明の磁束計測装置では、測定し
ようとする入力磁束と変調磁束とを重畳してジョセフソ
ン接合に印加し、ジョセフソン接合に流れる電流の特定
の偶数高調波成分を分離検出することにより、零磁束較
正を行うことなく微弱な磁界の磁束の絶対値を求めるこ
とができる。また、変調指数z、インダクタンスL、お
よび、キャパシタンスCを調整することにより、2ω成
分のジョンソン・ノイズを低減することができ、S/N
比の向上と安定性の向上を図ることができる。
In the magnetic flux measuring apparatus of the present invention having the above-described structure, the input magnetic flux to be measured and the modulation magnetic flux are superimposed and applied to the Josephson junction to separate a specific even harmonic component of the current flowing through the Josephson junction. By detecting, the absolute value of the magnetic flux of the weak magnetic field can be obtained without performing zero magnetic flux calibration. Further, by adjusting the modulation index z, the inductance L, and the capacitance C, it is possible to reduce the Johnson noise of the 2ω component, and the S / N
The ratio and the stability can be improved.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、本発明の一実施例の磁束計測装置
の構成を示すもので、図において、10はタンク回路を
含み測定磁束と偏重磁束を重畳するとともに偶数高調波
を分離する重畳・分離回路、20は重畳・分離回路10
によって分離された偶数高調波を増幅する低温前置増幅
器および検出器を含む半導体回路、30は所定の変調磁
束を発生するための信号発生回路である。
FIG. 1 shows the configuration of a magnetic flux measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a tank circuit which includes a tank circuit, which superimposes a measured magnetic flux and a deviated magnetic flux and separates even harmonics. Separation circuit, 20 is superposition / separation circuit 10
A semiconductor circuit including a low-temperature preamplifier and a detector for amplifying the even harmonic separated by the above-mentioned method, and 30 is a signal generating circuit for generating a predetermined modulated magnetic flux.

【0016】上記検出回路10は、2つのジョセフソン
接合11、12と、コイル13と、コンデンサ14およ
び抵抗15から構成されており、2つのジョセフソン接
合11、12を用いることにより、プッシュプルモード
で奇数高調波電流から偶数高調波電流を分離するように
なっている。また、抵抗15は、動作時にジョセフソン
接合11、12が超伝導状態にあることを保証するため
のRJ /2の分路抵抗器である。また、図中に示すLは
入力インダクタンスであり、Cはジョセフソン接合キャ
パシタンス、寄生キャパシタンス、外部コンデンサ(同
調可能)を含む総キャパシタンスである。
The detection circuit 10 includes two Josephson junctions 11 and 12, a coil 13, a capacitor 14 and a resistor 15. By using the two Josephson junctions 11 and 12, a push-pull mode is achieved. Thus, the even harmonic current is separated from the odd harmonic current. Resistor 15 is also an R J / 2 shunt resistor to ensure that Josephson junctions 11, 12 are in a superconducting state during operation. Further, L shown in the figure is an input inductance, and C is a total capacitance including a Josephson junction capacitance, a parasitic capacitance, and an external capacitor (tunable).

【0017】なお、本実施例の場合、出力信号は、図示
しないフィードバック回路により入力側にフィードバッ
クされて、入力磁束に重畳されるようになっている。こ
れにより、有効利得の安定化と入力磁束の測定範囲の拡
大とを図ることができる。
In this embodiment, the output signal is fed back to the input side by a feedback circuit (not shown) and is superimposed on the input magnetic flux. This makes it possible to stabilize the effective gain and expand the measurement range of the input magnetic flux.

【0018】半導体回路20は、ランプ成分タンク回
路、液体ヘリウム冷却GaAs FET(ガリウムヒ素
電界効果トランジスタ)前置増幅器を備えている。これ
は、ギガヘルツ(GHz)オーダーの高い周波数の信号
を高効率、低ノイズの条件で処理しなければならないた
めである。また、重畳・分離回路10とのインピーダン
ス整合は、室温で簡単に制御できる低温GaAsバラク
タダイオードを利用して行われる。
The semiconductor circuit 20 includes a lamp component tank circuit and a liquid helium cooled GaAs FET (gallium arsenide field effect transistor) preamplifier. This is because a signal having a high frequency on the order of gigahertz (GHz) must be processed under conditions of high efficiency and low noise. The impedance matching with the superposition / separation circuit 10 is performed using a low-temperature GaAs varactor diode that can be easily controlled at room temperature.

【0019】このような磁束計測装置において、各パラ
メータは、以下に説明するようにして選択される。
In such a magnetic flux measuring device, each parameter is selected as described below.

【0020】まず、φin=2πΦin/Φ0 が、次のよう
にフーリエ級数に展開されるものと仮定する。
First, it is assumed that φ in = 2πΦ in / Φ 0 is expanded into a Fourier series as follows.

【0021】 φin=α0 +Σ(α2n2n+β2n2n) (3) 図1に示す各部の電流IL 、I1 、I2 、IC 、IR
加え、Φ0 /2πIJ=LJ を利用すると、
Φ in = α 0 + Σ (α 2n C 2n + β 2n S 2n ) (3) The currents I L , I 1 , I 2 , I C , and I R shown in FIG. 1 are added, and Φ 0 / 2πI Using J = L J ,

【数2】 が得られる。なお、LJ は、ジョセフソン接合11、1
2が有する固有インダクタンスである。
(Equation 2) Is obtained. Incidentally, L J is the Josephson junction 11,1
2 is an inherent inductance.

【0022】|φin|が小さいと仮定すると、sinφ
inがほぼφin0 に等しくなる。また、フーリエ・ベッセ
ル関数式(1)およびフーリエ展開 Iin=I0 +I´ 22 +…… を利用して、2n>2について式(3)を切り捨てる
と、
Assuming that | φ in | is small, sin φ
in becomes approximately equal to φ in0 . Using the Fourier-Bessel function equation (1) and the Fourier expansion I in = I 0 + I ′ 2 C 2 +...

【数3】 が得られる。ここで、各パラメータは、a=LJ /2L
+J0 、b=a−4ω2CLJ 、b+ =b+J4 、b-
=b−J4 、q=1/Q=2ωLJ /RJ =2ωΦ0
2πVJ0である。(5)式の解は、
(Equation 3) Is obtained. Here, each parameter is a = L J / 2L
+ J 0 , b = a−4ω 2 CL J , b + = b + J 4 , b
= B-J 4 , q = 1 / Q = 2ωL J / R J = 2ωΦ 0 /
2πV J0 . The solution of equation (5) is

【数4】 となり、M11=b+ - +q2 、M33=ab+ −2J2
2 の時、
(Equation 4) M 11 = b + b + q 2 , M 33 = ab + −2J 2
At 2 ,

【数5】 ここで、(6)式を利用し、関連値をサフィックス
「s」および「n」で表すと、次のようなs/nの2乗
比が得られる。
(Equation 5) Here, if the related values are represented by the suffixes “s” and “n” using the expression (6), the following s / n square ratio is obtained.

【0023】[0023]

【数6】 上記式(8β)は、下記条件を課すことによって最適
(最大)値
(Equation 6) The above equation (8β) is an optimum (maximum) value by imposing the following conditions.

【数7】 をとることになる。(Equation 7) Will be taken.

【0024】 M33=0、または、M33=O(q) (9) a2 >0、q2 >0、b- 2 <∞と仮定すると、((s
/n)α2 は、最適値未満ということになる。従っ
て、この場合、S2 成分β2 を選択的に用いることによ
って、s/n比が改善される。C2 成分α2s 2 =(2J
2 - 0s2 は、下記条件を課すことによって、排除
することができる。
[0024] M 33 = 0, or, M 33 = O (q) (9) a 2> 0, q 2> 0, b - when 2 <Assuming ∞, ((s
/ N) α ) 2 is less than the optimal value. Therefore, in this case, the s / n ratio is improved by selectively using the S 2 component β 2 . C 2 component α 2s 2 = (2J
2 b - I 0s) 2, by imposing the following condition, can be eliminated.

【0025】 b- =0、または、b- =O(q)2 (10) 条件(10)において、直流入力電流Is に関する場
合、直流エネルギーE0sは、次のように表される。
[0025] b - = 0, or, b - = in O (q) 2 (10) condition (10), when referring to a DC input current I s, the DC energy E 0 s is expressed as follows.

【0026】[0026]

【数8】 最小直流入力信号が、(8.o)および(Equation 8) The minimum DC input signal is (8.o) and

【数9】 によって定義されるものと仮定する。添字「m」の付い
た関連値をナイキスト式
(Equation 9) Suppose that Nyquist formula for related value with subscript "m"

【数10】 を利用して表し、次のように置く、(Equation 10) And put it as follows,

【数11】 ここで、ρ=a/2J2 であり、[Equation 11] Where ρ = a / 2J 2 ,

【数12】 上記F(ρ)は、aに関する下記条件を課すことによっ
て、最小限に押さえることができる。
(Equation 12) The above F (ρ) can be minimized by imposing the following condition on a.

【0027】 ρ=a/2J2 =1 (13) 上記式(9)、(10)、(13)を満たすため、図2
のグラフに示す値zおよびJを利用し、回路パラメータ
を次のように置く。なお、図2のグラフにおいてzo
3.611が最適値であり、この時、J2,o =J2 (z
o )=2J4,o=2J4 (zo )=0.4431、J
0,o =J0 (zo )=−0.3928である。
Ρ = a / 2J 2 = 1 (13) In order to satisfy the above equations (9), (10) and (13), FIG.
Using the values z and J shown in the graph, the circuit parameters are set as follows. Incidentally, z o in the graph of FIG. 2 =
3.611 is the optimum value. At this time, J 2, o = J 2 (z
o ) = 2J 4, o = 2J 4 (z o ) = 0.431, J
0, o = J 0 (z o) = - it is 0.3928.

【0028】[0028]

【数13】 以上説明したように、条件(9)、(10)、(13)
が満たされるように、図1の磁束計測装置における各パ
ラメータおよび動作周波数が決定される。典型的な値
は、IJ =25μA、RJ =40Ω、LJ =13pH、
C=150pF、L=5pH、ω=1.5GHzであ
る。また、Qの値は50になるように選択されている。
(Equation 13) As described above, the conditions (9), (10), and (13)
Each parameter and operating frequency in the magnetic flux measuring device of FIG. 1 are determined so that is satisfied. Typical values, I J = 25μA, R J = 40Ω, L J = 13pH,
C = 150 pF, L = 5pH, ω = 1.5 GHz. The value of Q is selected to be 50.

【0029】なお、前述したように、変調指数zの最適
値は約3.6であり、少なくともこの値から±50%程
度の範囲、即ち略2〜5の範囲に変調指数zの値を設定
することが好ましい。また、インダクタンスLの最適値
は、L=LJ /2.6であり、Lの値は、少なくともこ
の値から±50%程度の範囲、即ちLJ の略1乃至1/
5倍に設定することが好ましい。一方、キャパシタンス
Cは、角周波数ωの2倍の2ωに同調させる必要性か
ら、少なくともQ値(本実施例の場合50)に対して、
1/Q即ち本実施例の場合2%程度の精度で設定する必
要がある。本実施例では、半導体回路20に設けられた
低温GaAsバラクタダイオードにより、これを実現す
ることができる。
As described above, the optimum value of the modulation index z is about 3.6, and the value of the modulation index z is set to at least a range of about ± 50% from this value, that is, a range of about 2 to 5. Is preferred. The optimum value of the inductance L is L = L J /2.6, and the value of L is at least in the range of about ± 50% from this value, that is, approximately 1 to 1/1 / L J.
Preferably, it is set to 5 times. On the other hand, the capacitance C needs to be tuned to 2ω, which is twice the angular frequency ω, so that at least the Q value (50 in this embodiment)
It is necessary to set 1 / Q, that is, in the case of this embodiment, with an accuracy of about 2%. In the present embodiment, this can be realized by a low-temperature GaAs varactor diode provided in the semiconductor circuit 20.

【0030】こうして、回路を同調させ、条件(9)、
(10)、(13)を実際に満たすことができる。これ
は、後述するように、測定システムの安定性を維持する
のにも役立つ。
Thus, the circuit is tuned, and the condition (9),
(10) and (13) can actually be satisfied. This also helps to maintain the stability of the measurement system, as described below.

【0031】1次方程式(7)に示す分母Dは、パラメ
ータa、b、zのある値についてD=0となる場合があ
る。非線形回路理論およびシミュレーションによって、
D≦0の場合、磁力計がFF(フリップフロップ)にな
り、零直流入力IJ =0の場合でさえ、2次高調波の出
力が得られることが判明した。この場合、零直流オフセ
ットには、D>0が必要になる。
The denominator D shown in the linear equation (7) may be such that D = 0 for certain values of the parameters a, b, and z. By nonlinear circuit theory and simulation,
It has been found that when D ≦ 0, the magnetometer becomes an FF (flip-flop), and the output of the second harmonic is obtained even when the zero DC input I J = 0. In this case, D> 0 is required for the zero DC offset.

【0032】Dが正で、小さい値と仮定すると、D=1
/G>0、G>>1、したがって、磁力計は、利得がO
(G)の再生増幅器としての働きをするが、これについ
ては、2つのメカニズム、すなわち、負インダクタンス
直流増幅と、変調における4次高調波の項J4 Gに関す
るポンピングによる2次高調波の縮重寄生増幅とによっ
て説明することができる。利得がGが大きければ、パラ
メータのわずかな変動によって、望ましくないD≦0と
なる。
Assuming that D is positive and small, D = 1
/ G> 0, G >> 1 and therefore the magnetometer has a gain of O
(G) acts as a regenerative amplifier, for which there are two mechanisms: negative inductance DC amplification and degeneration of the second harmonic by pumping the fourth harmonic term J 4 G in modulation. This can be explained by parasitic amplification. If the gain is large, small variations in the parameters will result in an undesired D ≦ 0.

【0033】次に、本質を強調するため、桁を簡略化し
た引き数を用いて、パラメータに関する安定性および許
容範囲について説明する。
Next, in order to emphasize the essence, a description will be given of the stability and permissible range of the parameters by using arguments whose digits are simplified.

【0034】ここで、典型的な値q=O(q)=0.0
2はかなり小さいので、a0 、b0、J20、J40を量O
(1)とみなすことにする。
Here, a typical value q = O (q) = 0.0
2 is quite small, so a 0 , b 0 , J 20 , J 40 are
(1).

【0035】まず、式(9)において、M33=σと考え
る。一般に、M33=O(1)があてはまり、式(8.
β)が、 ((s/n)β)2 =O(q2 ) (17.β) になる。M33=0、または、M33=O(q)の場合、式
(8.β)によって、((s/n)β)2 =O(1)が
得られる。従って、M33=O(q)によって、((s/
n)β)が、1/O(q2 )=O(Q2 )〜2500倍
と大幅に改善される。
First, in equation (9), it is assumed that M 33 = σ. In general, M 33 OO (1) applies and the equation (8.
β) becomes ((s / n) β) 2 = O (q 2 ) (17.β). M 33 = 0, or in the case of M 33 = O (q), by the formula (8.β), is obtained ((s / n) β) 2 = O (1). Therefore, according to M 33 = O (q), ((s /
n) β) is greatly improved to 1 / O (q 2 ) = O (Q 2 ) to 2500 times.

【0036】次に、b- =0とすると、M11=b- +
+q2 、b+ =O(1)のため、M11=O(q2 )を保
つには、b- =O(q2 )が必要になる。
[0036] Next, b - When = 0, M 11 = b - b +
Since + q 2 and b + = O (1), b = O (q 2 ) is required to keep M 11 = O (q 2 ).

【0037】分散δpに関して、式(13)を考える
と、F(p)=1+(δp)2 /2−(δp)3 /2+
……となるp=1+(δp)は、10%(+0.4d
B)未満の増大の場合、F(p)<1.1、−0.36
<δp<+0.56を必要とするが、これは、式
(9)、(10)の要件O(q)およびO(q2 )に比
べるとあまり厳しくない。
Regarding the variance δp, considering equation (13), F (p) = 1 + (δp) 2 / 2− (δp) 3/2 +
P = 1 + (δp), which is..., Is 10% (+ 0.4d
For increases below B), F (p) <1.1, -0.36
<Δp <+0.56, which is less stringent than the requirements O (q) and O (q 2 ) in equations (9) and (10).

【0038】次に分母について説明する。式(7)に、
- =O(q2 )、M33=O(q)を代入すると、D=
0 2 +O(q3 )が得られるが、これは上述したD
=aq2 が、パラメータの変動に関して極めて安定して
いることを表している。M33=O(q)によって、Dの
安定性が大幅に改善されその上、((s/n)β)2
最大となる。これは、所定の値に較べて、s/n比が向
上する結果と考えられる。
Next, the denominator will be described. In equation (7),
Substituting b = O (q 2 ) and M 33 = O (q) gives D =
a 0 q 2 + O (q 3 ) is obtained, which is based on D
= Aq 2 is extremely stable with respect to parameter variations. M 33 OO (q) greatly improves the stability of D while maximizing ((s / n) β) 2 . This is considered to be the result of an improvement in the s / n ratio as compared with the predetermined value.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
零磁束較正を行うことなく微弱な磁界の磁束の絶対値を
求めることが可能な、ノイズの少ない、安定性の高い磁
束計測装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
Thus, it is possible to provide a highly stable magnetic flux measurement device with little noise, which can obtain the absolute value of the magnetic flux of a weak magnetic field without performing zero magnetic flux calibration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の磁束計測装置の構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic flux measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図2】ベッセル関数のグラフである。FIG. 2 is a graph of a Bessel function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 重畳・分離回路 11,12 ジョセフソン接合 13 コイル 14 コンデンサ 15 抵抗 20 半導体回路 30 信号発生回路 Reference Signs List 10 superposition / separation circuit 11, 12 Josephson junction 13 coil 14 capacitor 15 resistance 20 semiconductor circuit 30 signal generation circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000004237 日本電気株式会社 東京都港区芝五丁目7番1号 (72)発明者 後藤 英一 神奈川県藤沢市辻堂東海岸3−9−305 (72)発明者 耿 ▲ちゅう▼全 埼玉県新座市北野3−14−6−101 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/035 ZAA H01L 39/22 ZAA ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (73) Patentee 000004237 NEC Corporation 5-7-1, Shiba, Minato-ku, Tokyo (72) Inventor Eiichi Goto 3-9-305, Tsujido East Coast, Fujisawa-shi, Kanagawa ( 72) Inventor Geng ▲ Chu ▼ All 3-14-6-101 Kitano, Niiza City, Saitama Prefecture (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01R 33/035 ZAA H01L 39/22 ZAA

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 角周波数ω、変調指数zの変調磁束(Φ
z/2π)cosωtを発生させる変調磁束発生手段
と、 固有インダクタンスLを有する少なくとも1個のジョ
セフソン接合を具備するとともに、タンク回路を含み、
測定しようとする入力磁束と、前記変調磁束とを重畳し
て前記ジョセフソン接合に印加し、該ジョセフソン接合
に流れる電流の特定の偶数高調波成分を分離検出する検
出回路とを備え、 前記変調指数zが略2乃至5、前記検出回路のインダク
タンスLが前記固有インダクタンスLの略1乃至1/
5、前記検出回路のキャパシタンスCが前記角周波数ω
の2倍の2ωに同調する値に設定されていることを特徴
とする磁束計測装置。
1. A modulation magnetic flux (Φ) having an angular frequency ω and a modulation index z.
0 and z / 2 [pi) modulating the magnetic flux generating means for generating a cos .omega.t, as well as provided with at least one Josephson junction having an intrinsic inductance L J, it includes a tank circuit,
A detection circuit that superimposes an input magnetic flux to be measured and the modulation magnetic flux, applies the superposed magnetic flux to the Josephson junction, and separates and detects a specific even harmonic component of a current flowing through the Josephson junction; approximately 2 to 5 exponent z, the inductance L is said of the detection circuit intrinsic inductance L stands for J 1 to 1 /
5. The capacitance C of the detection circuit is equal to the angular frequency ω
The magnetic flux measuring device is set to a value that tunes to 2ω twice as large as
【請求項2】 前記検出回路は、プッシュプルモードで
動作するよう配列された偶数個のジョセフソン接合を備
えたことを特徴とする請求項1記載の磁束計測装置。
2. The magnetic flux measuring device according to claim 1, wherein the detection circuit includes an even number of Josephson junctions arranged to operate in a push-pull mode.
【請求項3】 記キャパシタンスCを調節するための
バラクタダイオードを有する半導体回路を備えたことを
特徴とする請求項1記載の磁束計測装置。
3. A pre-Symbol flux measuring apparatus according to claim 1, further comprising a semiconductor circuit having a varactor diode for modulating the capacitance C.
【請求項4】 リウムヒ素電界効果トランジスタを用
いた増幅手段を有する半導体回路を備えたことを特徴と
する請求項1記載の磁束計測装置。
4. A magnetic flux measuring apparatus according to claim 1, further comprising a semiconductor circuit having an amplification means using a gas Riumuhi containing field effect transistor.
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