WO1997031273A2 - Magnetic field measuring arrangement - Google Patents

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WO1997031273A2
WO1997031273A2 PCT/DE1997/000315 DE9700315W WO9731273A2 WO 1997031273 A2 WO1997031273 A2 WO 1997031273A2 DE 9700315 W DE9700315 W DE 9700315W WO 9731273 A2 WO9731273 A2 WO 9731273A2
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Egon Zimmermann
Günter BRANDENBURG
Uwe Clemens
Horst Halling
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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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
    • G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring magnetic fields with the aid of one or more highly sensitive SQUID magnetic field sensors (Superconducting Quantum Interference Devices).
  • SQUID magnetic field sensors Superconducting Quantum Interference Devices
  • Such sensors show a periodic characteristic of the voltage U as a function of the magnetic flux ⁇ with a
  • Period length of a flux quantum ⁇ 0 2 ' ICT 1 Tm 2 [cf. e.g. R.Boll, KJOvershott Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsgesellschaft mbH, ISB N 3-527-26771-9, pages 387-389]. Due to the periodic characteristic curve, the voltage can only change within% ⁇ 0
  • the measurement signal 1 is converted into a voltage 4 by means of the SQUID sensor 3.
  • the controller 5 calculates the compensation signal 6 from this signal.
  • the compensation voltage is converted into a magnetic flux 8 via a linear voltage-flux converter 7 and fed back in such a way that the controller input signal 4 assumes a value of 0 volts.
  • the compensation signal 6 is also the output signal of the circuit.
  • analog compensation control The use of an analog compensation control is known.
  • analog control existing from analog components such as operational amplifiers lies in the large measuring bandwidth and the high slew rate. Since it is a continuous-time control, the response time to changes in the input signal is short.
  • the very limited measuring range of such an analog control proves to be disadvantageous.
  • the measuring range is determined by the maximum voltage swing of the output amplifier and the intrinsic noise of the circuit.
  • a digital compensation control with a flux quantum counter is also known.
  • the advantage of such a digital control consisting of an analog-digital converter (ADC), a digital-analog converter (DAU) and an arithmetic unit, lies in the almost unlimited
  • the periodic characteristic of the SQUID signal is used for the digitization of the analog signals.
  • a reset unit performs defined jumps in compensation by an even number of flux quanta that are counted.
  • the compensation unit keeps the compensation signal in a defined value range.
  • the measurement signal is finally formed from the sum of the flux quantum jump number and the compensation signal.
  • the digital control provides an almost unlimited measuring range. Because of the digital, time-discrete processing of the signals with AD-DA converters and the calculation If the compensation signal is used in accordance with a predefined algorithm, the measurement bandwidth and slew rate are lower than with analog circuits.
  • the measuring device should be designed as a hybrid controller to solve the task, ie by combining an analog P controller (proportional controller) with a digital I controller (integral controller). In this way, the positive properties of these two control loops are combined with one another in the measuring device according to the invention.
  • FIG. 1 Measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a measuring device according to the invention for measuring magnetic fields in a circuit diagram.
  • a measurement signal 1 is converted by a SQUID 3 into a voltage signal 4 for an analog P-controller 5.
  • the compensation signal 6 calculated by the P controller 5 forms the input signal of the digital I controller 9, 11, 13.
  • This signal 6 is digitized by an AD converter 9 and fed to an arithmetic unit 11.
  • This arithmetic unit 11 calculates the compensation signal 12 of the I controller.
  • the digital signal 12 is converted into an analog signal 14 via a DA converter 13.
  • An analog summing element 15 forms the total compensation signal 16 from the compensation signal 6 of the analog P-controller 5 and the compensation signal 12 of the digital I-controller 14 7/31273 PC 17DE97 / 00315
  • linear voltage-flux converter 7 converted into a compensation flow 8.
  • a reset unit and a flux quantum counter as well as the calculation of the output signal 17 are carried out by the arithmetic logic unit 11 with the aid of software, for example using a DSP.
  • Such a measuring device shows the following properties:
  • the control signal compensates the measurement signal so that the input signal of the closed control loop does not exceed a value range of ⁇ ⁇ ⁇ 0 . In this way it is avoided that the regulation can no longer follow the input signal.
  • the P component of the control is responsible for the fast compensation, the limitation of the SQUID signal (2) to ⁇ M ⁇ 0 , and thus for the high slew rate and the large measurement bandwidth.
  • the P controller is therefore analog.
  • the disadvantage of the P controller is the remaining control deviation, which leads to the permissible value range of the SQUID signal (2) being exceeded by ⁇ M ⁇ 0 in the case of large input signals.
  • an I controller is provided in addition to the P controller. He responds more slowly; However, it was recognized that the I-controller, however, for static signals, fully inputs the input signal of the I-controller (6) and thus the input signal of the P-controller (4). constantly compensated. This ensures that the SQUID remains in the specified operating point.
  • the I controller is now implemented digitally with an additional flux quantum counter, then the measuring range limitation due to the maximum amplitude of the output amplifier does not apply to the measuring device, and it has an almost unlimited measuring range for measuring signals with a low frequency.
  • the analog compensation signal 6 does not change its value during the flux quantum jump of the digital compensation signal 12.
  • a hardware component such as a clamping device, can be provided in the circuit, which effects this.
  • the measuring range limitation is specified by the analog P controller.
  • the analog P-controller brings about the high slew rate and the large measurement bandwidth, while at the same time the digital I-controller uses lower-level ones
  • FIGS. 3 to 5 For the purpose of explanation, the function for a flux quantum jump width of one flux quantum W is shown in FIGS. 3 to 5:

Abstract

The invention concerns an arrangement for measuring magnetic fields using a SQUID. To that end, a hybrid regulation system is provided which comprises means for converting a measuring signal (1) from a SQUID (3) into a voltage signal (4) for an analog proportional controller (5), the compensation signal (6) calculated by the proportional controller (5) forming the input signal of a digital integral controller (9, 11, 13). This signal (6) is digitized by an analog-to-digital converter (9) and fed to an arithmetic-logic unit (11) which calculates the compensation signal (12) of the integral controller, and the digital signal (12) is converted by a digital-to-analog converter (13) into an analog signal (14). Finally, an analog summer (15) forms the total compensation signal (16) from the compensation signal (6) of the analog proportional controller (5) and the compensation signal (12) of the digital integral controller (14). The total compensation signal (16) is then converted into a compensation flow (8) via a linear voltage-flow converter (7). The arithmetic-logic unit (11) also controls a resetting unit and a fluxion counter and calculates the output signal (17).

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Meßeinrichtung zur Messung magnetischer FelderMeasuring device for measuring magnetic fields
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Felder gemäß dem Oberbegriff des AnspruchsThe invention relates to a measuring device for measuring magnetic fields according to the preamble of the claim
1.1.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Messung von magnetischen Feldern mit Hilfe eines oder mehrerer hochempfindlichen SQUID- Magnetfeldsensoren (Superconducting Quantum Interference Devices) . Solche Sensoren zeigen eine periodische Kennlinie der Spannung U als Funktion des magnetischen Flusses φ mit einerThe invention relates to a measuring device for measuring magnetic fields with the aid of one or more highly sensitive SQUID magnetic field sensors (Superconducting Quantum Interference Devices). Such sensors show a periodic characteristic of the voltage U as a function of the magnetic flux φ with a
Periodenlänge von einem Flußquant φ0 = 2'ICT1 Tm2 [vgl. beispielsweise R.Boll, K.J.Overshott Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsgesellschaft mbH, ISB N 3-527-26771-9, Seite 387-389] . Aufgrund der periodischen Kennlinie kann nur innerhalb von % φ0 von der Spannung auf denPeriod length of a flux quantum φ 0 = 2 ' ICT 1 Tm 2 [cf. e.g. R.Boll, KJOvershott Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsgesellschaft mbH, ISB N 3-527-26771-9, pages 387-389]. Due to the periodic characteristic curve, the voltage can only change within% φ 0
Fluß geschlossen werden. Für den Einsatz von SQUID-Sen- soren als Magnetometer mit einem größeren Aussteuerbe¬ reich wird daher eine Kompensationsregelung (flux-lok- ked-loop) verwendet [R.Boll, K.J.Overshott, Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsgesellschaft mbH, ISB N 3- 527-26771-9, Seite 383-438] . Hierbei wird wie in der Figur 1 dargestellt das Me߬ signal 1 mittels SQUID-Sensor 3 in eine Spannung 4 ge¬ wandelt . Der Regler 5 berechnet aus diesem Signal das Kompensationssignal 6. Die Kompensationsspannung wird über einen linearen Spannungs-Fluß-Wandler 7 in einen Magnetfluß 8 gewandelt und so zurückgeführt, daß das Reglereingangssignal 4 einen Wert von 0 Volt annimmt . Durch diese Kompensationsregelung bleibt der SQUID, un¬ abhängig von der Größe des Meßsignals, in einem Ar- beitspunkt der periodischen U-φ-Kennlinie [vgl. R.Boll, K.J.Overshott, Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsge¬ sellschaft mbH, ISB N 3-527-26771-9, Fig. 10-10] . Das Kompensationssignal 6 ist gleichzeitig das Ausgangs¬ signal der Schaltung.River to be closed. For the use of SQUID sensors as magnetometers with a larger modulation range, a compensation control (flux-localized-loop) is therefore used [R.Boll, KJOvershott, Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsgesellschaft mbH, ISB N 3 - 527-26771-9, pages 383-438]. Here, as shown in FIG. 1, the measurement signal 1 is converted into a voltage 4 by means of the SQUID sensor 3. The controller 5 calculates the compensation signal 6 from this signal. The compensation voltage is converted into a magnetic flux 8 via a linear voltage-flux converter 7 and fed back in such a way that the controller input signal 4 assumes a value of 0 volts. As a result of this compensation regulation, the SQUID remains in an operating point of the periodic U-φ characteristic, regardless of the size of the measurement signal [cf. R.Boll, KJOvershott, Magnetic Sensors, 1989, VCH Verlagsge¬gesellschaft mbH, ISB N 3-527-26771-9, Fig. 10-10]. The compensation signal 6 is also the output signal of the circuit.
Es ist bekannt analoge Regelkreise oder digitale Regel¬ kreise mit Flußquantenzähler zur Ausbildung einer sol¬ chen Meßeinrichtung einzusetzen. Dabei werden gewöhn¬ lich Regelcharakteristiken mit proportionalem und inte- gralem Anteil eingesetzt. Es zeigen sich jedoch unter¬ schiedliche Leistungsmerkmale für den analogen oder di¬ gitalen Regelkreis. Diese können durch die Meßband¬ breite ausgedrückt in Hz, der maximalen zulässigen An¬ stiegsgeschwindigkeit der Eingangssignale (die soge- nannte Slewrate) in φ0/s und des maximalen Meßbereichs in φ0 beschrieben werden.It is known to use analog control loops or digital control loops with a flux quantum counter to form such a measuring device. Control characteristics with a proportional and integral part are usually used. However, there are different performance characteristics for the analog or digital control loop. These can be described by the measuring bandwidth expressed in Hz, the maximum permissible rate of increase of the input signals (the so-called slew rate) in φ 0 / s and the maximum measuring range in φ 0 .
Bekannt ist der Einsatz einer analogen Kompensationsre¬ gelung. Der Vorteil der analogen Regelung, bestehend aus analogen Komponenten wie z.B. Operationsverstärker, liegt in der großen Meßbandbreite und der hohen Slew- rate. Da es sich um eine zeitkontinuierliche Regelung handelt, ist die Reaktionszeit auf Änderungen des Ein¬ gangssignals kurz. Nachteilig erweist sich jedoch der stark begrenzten Meßbereich einer solchen analogen Re¬ gelung. Der Meßbereich wird dabei durch den maximalen Spannungshub des Ausgangsverstärkers und dem Eigenrau¬ schen der Schaltung bestimmt.The use of an analog compensation control is known. The advantage of analog control, existing from analog components such as operational amplifiers lies in the large measuring bandwidth and the high slew rate. Since it is a continuous-time control, the response time to changes in the input signal is short. However, the very limited measuring range of such an analog control proves to be disadvantageous. The measuring range is determined by the maximum voltage swing of the output amplifier and the intrinsic noise of the circuit.
Ebenfalls bekannt ist eine digitale Kompensationsrege¬ lung mit Flußquantenzähler. Der Vorteil einer solchen digitalen Regelung, bestehend aus einem Analog-Digital- Umformer (ADU) , einem Digital-Analog-Umformer (DAU) und einem Rechenwerk, liegt in dem nahezu unbegrenztenA digital compensation control with a flux quantum counter is also known. The advantage of such a digital control, consisting of an analog-digital converter (ADC), a digital-analog converter (DAU) and an arithmetic unit, lies in the almost unlimited
Meßbereich. Hierbei wird die periodische Charakteristik des SQUID-Signals für die Digitalisierung der analogen Signale verwendet. Zusätzlich zur Kompensation führt eine Rücksetzeinheit definierte Kompensationssprünge um eine geradzahlige Anzahl von Flußquanten durch, die gezählt werden. Durch die Rücksetzeinheit bleibt das Kompensationssignal in einem definierten Wertebereich. Das Meßsignal bildet sich schließlich aus der Summe der Flußquantensprungzahl und dem Kompensationssignal. Für einen feldunabhängigen SQUID (Periodenlänge und Amplitude unabhängig vom angelegten Magnetfeld) , liefert die digitale Regelung einen nahezu unbegrenzten Meßbereich. Wegen der digitalen, zeitdiskreten Verar¬ beitung der Signale mit AD-DA-Umformern und der Berech- nungen des Kompensationssignals nach einem vorgegebenen Algorithmus, ist die Meßbandbreite und die Slewrate geringer als bei analogen Schaltkreisen.Measuring range. The periodic characteristic of the SQUID signal is used for the digitization of the analog signals. In addition to the compensation, a reset unit performs defined jumps in compensation by an even number of flux quanta that are counted. The compensation unit keeps the compensation signal in a defined value range. The measurement signal is finally formed from the sum of the flux quantum jump number and the compensation signal. For a field-independent SQUID (period length and amplitude independent of the magnetic field applied), the digital control provides an almost unlimited measuring range. Because of the digital, time-discrete processing of the signals with AD-DA converters and the calculation If the compensation signal is used in accordance with a predefined algorithm, the measurement bandwidth and slew rate are lower than with analog circuits.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Meßeinrich¬ tung zur Messung magnetischer Felder zu schaffen, bei dem eine hohe Dynamik und gleichzeitig eine hohe Ge¬ schwindigkeit erreicht wird.It is therefore an object of the invention to provide a measuring device for measuring magnetic fields in which high dynamics and at the same time high speed is achieved.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Felder gemäß der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1. Weitere zweckmäßige oder vor¬ teilhafte Ausführungsformen finden sich in den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen.The object is achieved by a measuring device for measuring magnetic fields in accordance with the entirety of the features according to claim 1. Further expedient or advantageous embodiments can be found in the subclaims which refer back to this claim.
Es wurde erkannt, zur Lösung der gestellten Aufgabe die Meßeinrichtung als Hybrid-regelung zu gestalten, das heißt durch Kombination eines analogen P-Reglers (Proportionalregler) mit einem digitalen I-Regler (Integralregler) . Auf diese Weise werden die positiven Eigenschaften dieser beiden Regelkreise mit einander in der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung vereinigt.It was recognized that the measuring device should be designed as a hybrid controller to solve the task, ie by combining an analog P controller (proportional controller) with a digital I controller (integral controller). In this way, the positive properties of these two control loops are combined with one another in the measuring device according to the invention.
Figur 2: erfindungsgemäße MeßeinrichtungFigure 2: Measuring device according to the invention
Figur 3: modifizierter I-Regler Figur 4 : modifizierter P-ReglerFigure 3: modified I controller Figure 4: Modified P controller
Figur 5 : Signalverlauf der Spannungen des analogen Regelkreises bei einem FlußquantensprungFigure 5: Signal curve of the voltages of the analog control loop in a flux quantum jump
AusfuhrungsbeispielExemplary embodiment
In der Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Felder in einem Schaltbild dargestellt.FIG. 2 shows a measuring device according to the invention for measuring magnetic fields in a circuit diagram.
Im einzelnen wird dabei ein Meßsignal 1 von einem SQUID 3 in ein Spannungssignal 4 für einen analogen P-Regler 5 umgewandelt. Das vom P-Regler 5 berechnete Kompensa¬ tionssignal 6 bildet das Eingangssignal des digitalen I-Reglers 9, 11, 13. Dieses Signal 6 wird von einem AD- Umformer 9 digitalisiert und einem Rechenwerk 11 zuge¬ führt . Dieses Rechenwerk 11 berechnet das Kompensationssignal 12 des I-Reglers. Über einen DA-Um¬ former 13 wird das digitale Signal 12 in ein analoges Signal 14 umgeformt.In particular, a measurement signal 1 is converted by a SQUID 3 into a voltage signal 4 for an analog P-controller 5. The compensation signal 6 calculated by the P controller 5 forms the input signal of the digital I controller 9, 11, 13. This signal 6 is digitized by an AD converter 9 and fed to an arithmetic unit 11. This arithmetic unit 11 calculates the compensation signal 12 of the I controller. The digital signal 12 is converted into an analog signal 14 via a DA converter 13.
Ein analoges Summierglied 15 bildet aus dem Kompensationssignal 6 des analogen P-Reglers 5 und dem Kompensationssignal 12 des digitalen I-Reglers 14 das Gesamt-Kompensationssignal 16. Dieses wird über einen 7/31273 PC 17DE97/00315An analog summing element 15 forms the total compensation signal 16 from the compensation signal 6 of the analog P-controller 5 and the compensation signal 12 of the digital I-controller 14 7/31273 PC 17DE97 / 00315
linearen Spannungs-Fluß-Wandler 7 in einen Kompensationsfluß 8 gewandelt. Eine Rücksetzeinheit und ein Flußquantenzähler sowie die Berechnung des Aus- gangssignals 17 werden vom Rechenwerk 11 mit Hilfe bei- spielsweise eines DSP softwaremäßig vorgenommen.linear voltage-flux converter 7 converted into a compensation flow 8. A reset unit and a flux quantum counter as well as the calculation of the output signal 17 are carried out by the arithmetic logic unit 11 with the aid of software, for example using a DSP.
Eine solche Meßeinrichtung zeigt folgende Eigenschaf¬ ten:Such a measuring device shows the following properties:
Das Meßsignal wird bei der Regelung so kompensiert, daß das Eingangssignal des geschlossenen Regelkreises einen Wertebereich von ± ^ φ0 nicht überschreitet. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Regelung dem Eingangs¬ signal nicht mehr folgen kann. Für die schnelle Kompen- sation, die Begrenzung des SQUID-Signals (2) auf ± M φ0, und damit für die hohe Slewrate und die große Me߬ bandbreite ist der P-Anteil der Regelung verantwort¬ lich. Der P-Regler ist deshalb analog ausgebildet.The control signal compensates the measurement signal so that the input signal of the closed control loop does not exceed a value range of ± ^ φ 0 . In this way it is avoided that the regulation can no longer follow the input signal. The P component of the control is responsible for the fast compensation, the limitation of the SQUID signal (2) to ± M φ 0 , and thus for the high slew rate and the large measurement bandwidth. The P controller is therefore analog.
Der Nachteil des P-Regler liegt jedoch in der bleiben¬ den Regelabweichung, welche bei großen Eingangssignalen zu einer Überschreitung der zulässigen Wertebereiches des SQUID-Signals (2) von ± M φ0 führt. Um dieses zu unterdrücken bzw. vermeiden ist zusätzlich zum P-Regler ein I-Regler vorgesehen. Er reagiert zwar langsamer; es wurde aber erkannt, daß der I-Regler jedoch für statische Signale das Eingangssignal des I-Regler (6) und somit das Eingangssignal des P-Reglers (4) voll- ständig kompensiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß der SQUID im vorgegebenen Arbeitspunkt verbleibt.However, the disadvantage of the P controller is the remaining control deviation, which leads to the permissible value range of the SQUID signal (2) being exceeded by ± M φ 0 in the case of large input signals. In order to suppress or avoid this, an I controller is provided in addition to the P controller. He responds more slowly; However, it was recognized that the I-controller, however, for static signals, fully inputs the input signal of the I-controller (6) and thus the input signal of the P-controller (4). constantly compensated. This ensures that the SQUID remains in the specified operating point.
Mit zunehmender Frequenz des Meßsignals wird der Kom- pensationsanteil des P-Reglers größer und der des I-As the frequency of the measurement signal increases, the compensation component of the P controller increases and that of the I-
Reglers kleiner. Realisiert man den I-Regler nun digi¬ tal mit zusätzlichem Flußquantenzähler, so entfällt bei der Meßeinrichtung die Meßbereichsbeschränkung durch die maximale Amplitude des Ausgangsverstärkers, und sie weist einen nahezu unbegrenzten Meßbereich für Meßsignale mit geringer Frequenz auf .Controller smaller. If the I controller is now implemented digitally with an additional flux quantum counter, then the measuring range limitation due to the maximum amplitude of the output amplifier does not apply to the measuring device, and it has an almost unlimited measuring range for measuring signals with a low frequency.
Zur Funktion des Hybridregelung ist es erforderlich, daß das analoge Kompensationssignal 6, während des Flußquantensprungs des digitalen Kompensationssignales 12 ihren Wert nicht ändert. Dazu kann in der Schaltung eine Hard-ware-komponente wie zum Beispiel eine Klemmeinrichtung vorgesehen sein, die dies bewirkt. Für schnelle Signale ist wie beim analogen Regelkreis die Meßbereichsbegrenzung durch den analogen P-Regler vorgegeben.For the hybrid control to function, it is necessary that the analog compensation signal 6 does not change its value during the flux quantum jump of the digital compensation signal 12. For this purpose, a hardware component, such as a clamping device, can be provided in the circuit, which effects this. For fast signals, as with the analog control loop, the measuring range limitation is specified by the analog P controller.
Beim Hybrid-Regler bewirkt somit der analoge P-Regler die hohe Slewrate und die großen Meßbandbreite, während gleichzeitig der digitale I-Regler durch unterlagerteWith the hybrid controller, the analog P-controller thus brings about the high slew rate and the large measurement bandwidth, while at the same time the digital I-controller uses lower-level ones
Flußquantensprünge einen nahezu unbegrenzten Meßbereich erlaubt . Als oben erwähnte Klemmeinrichtung kann eine solche eingesetzt werden, mit deren Hilfe das Ziel erreicht wird, eine Schaltung zu realisieren, die gewährleistet, daß sich das analoge Kompensationssignal während eines Flußsprunges nicht ändert und ein Verschieben des SQUID-Arbeitspunktes um n Flußquanten zuläßt.River quantum leaps allowed an almost unlimited measuring range. As the above-mentioned clamping device, one can be used, with the aid of which the goal is achieved of realizing a circuit which ensures that the analog compensation signal does not change during a flow jump and allows the SQUID operating point to be shifted by n flow quanta.
Zur Erläuterung ist im folgenden in den Figuren 3 bis 5 dargestellt die Funktion beschrieben für eine Flußquantensprungweite von einem Flußquant W:For the purpose of explanation, the function for a flux quantum jump width of one flux quantum W is shown in FIGS. 3 to 5:
Vor einem Flußquantensprung 14 (Spannungssprung am Eingang der digitalen Rückkopplung) wird der Schalter SW1 geöffnet (SW1 = 0) und damit auch der analoge Regelkreis. Der Spannungsübergang beim Sprung von einer beliebigen Spannung 14 auf eine um einen Flußquant reduzierte Spannung 14 bewirkt ein SQUID- Signal 2, welches eine vollständige SQUID-Periode durchläuft (Figur 4 (2) ) .Before a flow quantum jump 14 (voltage jump at the input of the digital feedback), the switch SW1 is opened (SW1 = 0) and thus also the analog control loop. The voltage transition when jumping from an arbitrary voltage 14 to a voltage 14 reduced by a flux quantum causes a SQUID signal 2 which runs through a complete SQUID period (FIG. 4 (2)).
Diese Signaländerungen werden wegen des geöffneten Schalters SW1 nicht zum Integrator geführt. Der Integrationswert 6 bleibt somit während des SpannungsSprunges unverändert. Nach abgeschlossenem Flußquantensprung wird der Schalter SW1 und damit auch der analoge Regelkreis wieder geschlossen (Fig. 4 SW1=1) . These signal changes are not led to the integrator because of the open switch SW1. The integration value 6 thus remains unchanged during the voltage jump. After the flux quantum jump has been completed, the switch SW1 and thus also the analog control circuit is closed again (FIG. 4 SW1 = 1).

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Meßeinrichtung zur Messung magnetischer Felder mit Hilfe eines SQUID, gekennzeichnet durch einen Hybrid -rege lung.1. Measuring device for measuring magnetic fields with the aid of a SQUID, characterized by a hybrid control.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Regelung, die Mittel aufweist, sodaß2. Measuring device according to claim 1, characterized by a control which has means so that
- ein Meßsignal 1 von einem SQUID 3 in ein- A measurement signal 1 from a SQUID 3 in
Spannungssignal 4 für einen analogen P-Regler 5 umgewandelt wird,Voltage signal 4 is converted for an analog P-controller 5,
-das vom P-Regler 5 berechnete Kompensationssignal 6 das Eingangssignal des digitalen I-Reglers 9, 11, 13 bildet,the compensation signal 6 calculated by the P controller 5 forms the input signal of the digital I controller 9, 11, 13,
- dieses Signal 6 von einem AD-Umformer 9 digitalisiert und einem Rechenwerk 11 zugeführt wird,this signal 6 is digitized by an AD converter 9 and fed to an arithmetic unit 11,
- dieses Rechenwerk 11 das Kompensationssignal 12 des I-Reglers berechnet und das digitale Signal 12 über einen DA-Umformer 13 in ein analoges Signal 14 umgeformt wird, - ein analoges Summierglied 15 aus dem Kompensationssignal 6 des analogen P-Reglers 5 und dem Kompensationssignal 12 des digitalen I-Reglers 14 das Gesamt-Kompensationssignal 16 bildet und dieses über einen linearen Spannungs-Fluß-Wandler 7 in einen Kompensationsfluß 8 gewandelt wird, wobei eine Rücksetzeinheit und ein Flußquantenzähler sowie die Berechnung des Ausgangssignals 17 wird vom Rechenwerk 11 vorgenommen werden.this arithmetic unit 11 calculates the compensation signal 12 of the I controller and the digital signal 12 is converted into an analog signal 14 via a DA converter 13, - An analog summing element 15 from the compensation signal 6 of the analog P-controller 5 and the compensation signal 12 of the digital I-controller 14 forms the overall compensation signal 16 and this is converted into a compensation flow 8 via a linear voltage-flux converter 7, whereby a reset unit and a flux quantum counter as well as the calculation of the output signal 17 will be performed by the arithmetic unit 11.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer3. Measuring device according to claim 1 or 2 with a
Regelung, bei der das Meßsignal so kompensiert wird, daß das Eingangssignal des geschlossenenRegulation in which the measurement signal is compensated so that the input signal of the closed
Regelkreises einen Wertebereich von ± 34 φ0 nicht überschreitet.Control circuit does not exceed a value range of ± 34 φ 0 .
4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden4. Measuring device according to one of the preceding
Ansprüche 1 bis 3 mit einer Klemmeinrichtung zur Verhinderung einer Änderung des Wertes des analogen Kompensationssignals (6) während eines Quantensprungs . Claims 1 to 3 with a clamping device for preventing a change in the value of the analog compensation signal (6) during a quantum jump.
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