Characterization of a digital squid for magnetic field measurements with high dynamic range

• Autorzy: Haverkamp I. , Wetzstein O. , Kunert J. , Stolz R. , Ortlepp T. , Toepfer H.

Warianty tytułu

PL

Charakterystyka cyfrowego układu SQUID do pomiarów pola magnetycznego o szerokim zakresie dynamiki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Measurements of extremely weak magnetic fields in unshielded environments require sensors providing a high dynamic range and slew rate while maintaining a high resolution. At present, analog Superconducting Quantum Interference Devices (SQUIDs) are the most sensitive sensors for magnetic flux. Due to their room-temperature feedback electronics necessary to maintain a stable point of operation, slew rates of those sensors are limited. The dynamic range is usually restricted by the resolution of classical analog tc digital converters. The digital SQUID follows a different approach: a change of the magnetic field penetrating the pickup loop is translated by the sensor into a stream of voltage pulses. Each pulse represents the change of the magnetic flux inside the pickup loop by one flux quantum Φ₀. By fast counting of these flux quanta, it is possible to outperform the analog SQUID in terms of dynamic range and maximum slew rate. We present our latest results with respect to the internal mechanisms of the digital SQUID and present a method to compensate the main source for nonlinear behavior of the sensor. The analyzed circuit was fabricated by FLUXONICS Foundry [1] in a 1 kA/cm² niobium fabrication process.

PL

Pomiary bardzo słabych pól magnetycznych w nieekranowanych środowiskach wymagają czujników zapewniających szeroki zakres dynamiki i szybkości zmian napięcia wyjściowego przy zachowaniu wysokiej rozdzielczości. Obecnie analogowe nadprzewodnikowe detektory kwantowe (SQUID) są najczulszymi czujnikami strumienia magnetycznego. Z powodu elektronicznych układów sterowania, pracujących w temperaturze pokojowej a koniecznych do utrzymywania stałych parametrów punktu pracy deteklora SQUID, szybkość zmiany napięcia wyjściowego (slew rate) tych detektorów jest ograniczona. Zakres dynamiki jest zwykle ograniczony przez rozdzielczość klasycznych przetworników A/C w systemie SQUID. Cyfrowe układy SQUID prezentują odmienne podejście: zmiana pola magnetycznego przenikającego cewkę wejściową detektora jest przekształcana w ciąg impulsów napięciowych. Każdy impuls reprezentuje zmianę strumienia magnetycznego wewnątrz pętli przetwornika o jeden kwant strumienia Φ₀. Przez szybkie zliczanie tych kwantów strumienia, możliwe jest uzyskanie lepszych parametrów dotyczących dynamiki i maksymalnej szybkości zmiany napięcia wyjściowego niż dla analogowych układów SQUID. Prezentujemy nasze najnowsze wyniki w zakresie wewnętrznych mechanizmów cyfrowego układu SQUID oraz przedstawiamy metody kompensacji najważniejszej przyczyny nieliniowej pracy czujnika. Analizowany układ został wyprodukowany przez FLUXONICS Foundry [1] w niobowej technologii produkcji 1 kA/cm².

Słowa kluczowe

EN

digital SQUID; magnetic field

PL

cyfrowy układ SQUID; pole magnetyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 52, nr 6
• Strony: 28--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Haverkamp I.

autor

Wetzstein O.

autor

Kunert J.

autor

Stolz R.

autor

Ortlepp T.

autor

Toepfer H.

• Department of Advanced Electromagnetics, Ilmenau University of Technology, Germany

Bibliografia

• [1] FLUXONICS-Foundry for design and fabrication of RSFQ circuits. http://www.fluxonics-foundry.de (2011).
• [2] Doll R., Naebauer M.: Experimental proof of magnetic flux quantization in a superconducting ring. Physical Review Letters, vol. 7, no. 2, pp. 51-52, 1961.
• [3] Bunyk P., Likharev K., Zinoviev D.: RSFQ Technology: Physics and Devices. Int. Journal on High Speed Electronics and Systems, vol. 11, no.1, pp. 257-306, 2001.
• [4] Reich T., Ortlepp T., Uhlmann, F. H.: Digital SQUID sensor based on SFQ technique. IEEE Trans. Appl. Supercon., vol. 15, no. 2, pp. 304-307, 2005.
• [5] Haverkamp I., Mielke O., Kunert J., Stolz R., Meyer H.-G., Toepfer H., Ortlepp T.: Linearity of a Digital SQUID magnetometer. IEEE Trans. on Appl. Supercond., accepted for publication, 10.1109/TASC.2010.2087734, 2011.
• [6] Filippov T., Kornev V.: Sensitivity of the Balanced Josephson Junction Comparator. IEEE Trans. Magn., vol. 27, no. 2, pp. 2452-2455, 1991.