JP2587002B2 - SQUID magnetometer - Google Patents
SQUID magnetometerInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ（Supercon
ducting Quantum Interference Device ：超伝導量子干
渉デバイス）を使用して磁場を計測するＳＱＵＩＤ磁束
計に係わり、さらに詳しくは、相互インダクタンスによ
り正帰還を与える回路（ AdditionalPositive Feedback
回路。以下、「ＡＰＦ回路」という。）を用いたＳＱ
ＵＩＤ磁束計に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体
ヘリウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタッ
ト等）内で低温状態に維持され、ループ内にジョセフソ
ン接合を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤループに直
流電流をバイアス電流として印加して駆動し、このＳＱ
ＵＩＤループ内に、ピックアップコイルや入力コイル等
を介して外部からの磁束を結合して印加すると、ＳＱＵ
ＩＤループに周回電流が誘起され、ループ内のジョセフ
ソン接合における量子的な干渉効果により、印加された
外部磁束の微弱な変化を出力電圧の大きな変化に変換す
るトランスデューサとして動作することを利用して、微
小磁束変化を測定する素子である。The present invention relates to a SQUID (Supercon
It relates to a SQUID magnetometer that measures a magnetic field using a ducting Quantum Interference Device (superconducting quantum interference device). More specifically, a circuit that provides positive feedback by mutual inductance (AdditionalPositive Feedback)
circuit. Hereinafter, it is referred to as an “APF circuit”. ) Using)
It relates to a UID magnetometer. Here, the SQUID is a DC current as a bias current which is maintained in a low-temperature state in a heat insulating container (cryostat or the like) by liquid helium, liquid nitrogen, or the like, and is a superconducting loop including a Josephson junction in the loop. Apply and drive, this SQ
When a magnetic flux from the outside is coupled and applied to the UID loop via a pickup coil or an input coil, the SQUID
A circulating current is induced in the ID loop, and by using a quantum interference effect in a Josephson junction in the loop, it operates as a transducer that converts a small change in the applied external magnetic flux into a large change in the output voltage. , An element for measuring a small change in magnetic flux.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、２個のジョセフソン接合を含むｄ
ｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計としては、低温環境（冷却系）を
維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯めておく
断熱格納容器であるデュワー（又はクライオスタット）
と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプローブと、
室温で動作するアンプ（増幅器）及びコントローラを備
えて構成され、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプローブと
室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイストケーブ
ル等で接続されて構成されたものが知られている。この
ようなＳＱＵＩＤ磁束計は磁束分解能が１０-5φo ／Ｈ
ｚ1/2 （左式においてφo は磁束量子を示す）と、非常
に高感度であり、また、ＳＱＵＩＤの応答は非常に早
く、数GHz （ギガヘルツ）ないし数１０GHz で動作する
のが特徴である。最近、ＳＱＵＩＤにＡＰＦ回路を付加
し、磁場測定感度（磁束−電圧変換率）を向上させる技
術により、簡単な駆動回路（Direct Offset Integrated
Technique：ＤＯＩＴ方式無変調回路）で低雑音の磁束
計が実現可能となった。このＡＰＦ回路は、生体磁気計
測のように多チャンネルセンサの必要なＳＱＵＩＤ磁束
計には有効である（D.Drung et al,"Low-noise high-sp
eed dc superconducting quantum interference device
magnetometer with simplified feedback electronic
s.", Appl.Phys.Lett.57(4),23 July 1990 ）。一方、
ＳＱＵＩＤインダクタンスの大きいものほど、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の磁場感度が良いことが一般的に知られている
（原宏編著「量子電磁気計測」電子情報通信学会）。そ
こで、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤに対してＡＰ
Ｆ回路を使用すれば、磁場感度に優れたＳＱＵＩＤ磁束
計が実現できる、と考えられる。2. Description of the Related Art Conventionally, d including two Josephson junctions
As a c-SQUID magnetometer, a dewar (or cryostat) which is an insulated containment container for storing liquid helium as a coolant for maintaining a low-temperature environment (cooling system).
And a SQUID probe operating in liquid helium;
It is known that an amplifier (amplifier) operating at room temperature and a controller are provided, and an SQUID probe in liquid helium and an amplifier at room temperature are connected by a coaxial cable or a twist cable or the like. Such a SQUID magnetometer has a magnetic flux resolution of 10 -5 φo / H.
z 1/2 (φo indicates magnetic flux quantum in the left equation), very high sensitivity, and SQUID response is very fast, operating at several GHz (gigahertz) to tens of GHz. . Recently, a simple drive circuit (Direct Offset Integrated) was developed by adding an APF circuit to SQUID and improving the magnetic field measurement sensitivity (magnetic flux-voltage conversion rate).
Technique: DOIT type non-modulation circuit) has made it possible to realize a low-noise magnetometer. This APF circuit is effective for a SQUID magnetometer that requires a multi-channel sensor such as biomagnetic measurement (D. Drung et al, "Low-noise high-sp
eed dc superconducting quantum interference device
magnetometer with simplified feedback electronic
s. ", Appl.Phys.Lett.57 (4), 23 July 1990).
The larger the SQUID inductance, the higher the SQUID
It is generally known that the magnetic field sensitivity of the D magnetometer is good (edited by Hiroshi Hara, "Quantum Electromagnetic Measurement" IEICE). Therefore, for SQUID with large inductance, AP
It is considered that a SQUID magnetometer excellent in magnetic field sensitivity can be realized by using the F circuit.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この点を検討するた
め、図７に示すようなＳＱＵＩＤ磁束計を考える。この
ＳＱＵＩＤ磁束計１１は、ＳＱＵＩＤ１２に対し並列に
ＡＰＦ回路１３が接続されており、ＡＰＦ回路１３は、
抵抗Ｒa と正帰還コイルＬa が直列に接続されて構成さ
れている。このＳＱＵＩＤ１２の電圧出力は、ＡＰＦ回
路１３が設けられていない場合には、下式（１）In order to examine this point, consider a SQUID magnetometer as shown in FIG. In this SQUID magnetometer 11, an APF circuit 13 is connected in parallel to the SQUID 12, and the APF circuit 13
The resistance Ra and the positive feedback coil La are connected in series. When the APF circuit 13 is not provided, the voltage output of the SQUID 12 is expressed by the following equation (1).
【数１】 で表わされる（K.Enpuku, Y.Shimomura, and T.Kisu "E
ffect of thermal noiseon the characteristics of a
high Tc SQUID", J.Appl.Phys.73(11),1993. 参照）。
ここに、ｋは定数を、Ｉc は臨界電流値を、Ｒs はシャ
ント抵抗値を、Φo は磁束量子を、それぞれ表わしてい
る。(Equation 1) (K. Enpuku, Y. Shimomura, and T. Kisu "E
ffect of thermal noiseon the characteristics of a
high Tc SQUID ", J. Appl. Phys. 73 (11), 1993.).
Here, k represents a constant, Ic represents a critical current value, Rs represents a shunt resistance value, and Φo represents a magnetic flux quantum.
【０００４】また、上式（１）において、δΦn は、下
式（２）In the above equation (1), δΦn is calculated by the following equation (2)
【数２】 で表わされる。ここに、ｋB はボルツマン定数を、Ｔは
絶対温度を、Ｌs はＳＱＵＩＤ１２２のインダクタンス
値を、それぞれ表わしている。(Equation 2) Is represented by Here, kB represents the Boltzmann constant, T represents the absolute temperature, and Ls represents the inductance value of the SQUID 122.
【０００５】今、図７に示すようにＳＱＵＩＤ１２にＡ
ＰＦ回路１３を設けると、上式（１）は、下式（３）[0005] Now, as shown in FIG.
When the PF circuit 13 is provided, the above equation (1) becomes the following equation (3)
【数３】 として表わされる。(Equation 3) Is represented as
【０００６】上式（３）においてβa は、下式（４）In the above equation (3), βa is given by the following equation (4)
【数４】 で表わされる。ここに、Ｍa は正帰還コイルＬa の相互
インダクタンスである。Ｍa ／Ｒa は正帰還量を表わし
ている。(Equation 4) Is represented by Here, Ma is the mutual inductance of the positive feedback coil La. Ma / Ra represents the amount of positive feedback.
【０００７】上式（４）におけるｄＶ／ｄΦは、電圧出
力δＶの関数であるので、上式（３）は下式（５）Since dV / dΦ in the above equation (4) is a function of the voltage output δV, the above equation (3) is obtained by the following equation (5).
【数５】 および下式（６）(Equation 5) And the following equation (6)
【数６】 として置き換えられる。(Equation 6) Will be replaced as
【０００８】上記の式（５）及び式（６）を用いてシュ
ミレーションした結果を図８及び図９に示す。図８はＭ
a ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳＱＵ
ＩＤ１２の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、曲線ｊ
はＳＱＵＩＤインダクタンスＬs ＝２５ｐＨの場合のＭ
a ／Ｒa すなわち正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の電
圧出力ΔＶを、曲線ｋはＳＱＵＩＤインダクタンスＬs
＝１０００ｐＨの場合のＭa ／Ｒa すなわち正帰還量に
対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶを、それぞれ示し
ている。図８の曲線ｊに示すように、ＳＱＵＩＤ１２の
インダクタンスが小さい場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは一定だが、図
８の曲線ｋに示すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタ
ンスが大きな場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳ
ＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは減少する。FIGS. 8 and 9 show the results of simulation using the above equations (5) and (6). FIG.
a / Ra, that is, SQUA for the positive feedback amount of the APF circuit
12 is a graph showing a voltage output ΔV of ID12, and is a curve j
Is M when SQUID inductance Ls = 25pH
a / Ra, that is, the voltage output ΔV of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount, and the curve k is the SQUID inductance Ls
Ma / Ra in the case of = 1000 pH, that is, the voltage output ΔV of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount is shown. When the inductance of the SQUID 12 is small as shown by the curve j in FIG. 8, the voltage output ΔV of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount of the APF circuit is constant, but when the inductance of the SQUID 12 is large as shown by the curve k in FIG. Is S with respect to the positive feedback amount of the APF circuit.
The voltage output ΔV of QUID 12 decreases.
【０００９】図９は、Ｍa ／Ｒa すなわち正帰還量に対
するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを
示したグラフであり、曲線ｍはＳＱＵＩＤインダクタン
スＬs ＝２５ｐＨの場合の正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを、曲線ｎはＳＱ
ＵＩＤインダクタンスＬs ＝１０００ｐＨの場合の正帰
還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／
ｄΦexを、それぞれ示している。図９の曲線ｍに示すよ
うに、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが小さい場合
は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換
率ｄＶ／ｄΦexの変化分は大きいが、図９の曲線ｎに示
すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが大きな場
合は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変
換率ｄＶ／ｄΦexの変化分は小さい。上記の図８、図９
の結果は、ＡＰＦ回路を通して、ＳＱＵＩＤ固有の磁束
ノイズが加算されるために起こる現象と理解できる。FIG. 9 is a graph showing the magnetic flux-voltage conversion rate dV / dΦex of the SQUID 12 with respect to Ma / Ra, that is, the positive feedback amount. The curve m shows the SQUID with respect to the positive feedback amount when the SQUID inductance Ls = 25pH.
12 is a magnetic flux-voltage conversion rate dV / dΦex.
The magnetic flux-voltage conversion rate dV / of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount when the UID inductance Ls = 1000 pH
dΦex is shown respectively. As shown by the curve m in FIG. 9, when the inductance of the SQUID 12 is small, the change in the magnetic flux-voltage conversion rate dV / dΦex of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount is large, but as shown by the curve n in FIG. Is large, the variation of the magnetic flux-voltage conversion rate dV / dΦex of the SQUID 12 with respect to the positive feedback amount is small. 8 and 9 described above.
Can be understood as a phenomenon caused by the addition of the magnetic flux noise unique to the SQUID through the APF circuit.
【００１０】上記のように、大きなインダクタンスを持
つｄｃ−ＳＱＵＩＤに対してＡＰＦ回路を用いると、Ａ
ＰＦ回路の正帰還量を増すとＳＱＵＩＤの電圧出力が小
さくなってしまう、という問題点があった。As described above, when the APF circuit is used for a dc-SQUID having a large inductance,
When the amount of positive feedback of the PF circuit is increased, there is a problem that the voltage output of the SQUID decreases.
【００１１】図１０は、上記ＡＰＦ回路の抵抗Ｒa に対
する磁束−電圧変換率の関係を示している。この関係
は、下式（７）FIG. 10 shows the relationship between the resistance Ra of the APF circuit and the magnetic flux-voltage conversion rate. This relationship is given by the following equation (7)
【数７】 で表わされる。(Equation 7) Is represented by
【００１２】図１０の曲線ｐは正帰還コイルＬa の相互
インダクタンスＭa が１００ｐＨの時の結果を、曲線ｑ
は正帰還コイルＬa の相互インダクタンスＭa が３００
ｐＨの時の結果を、曲線ｒは正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が１０００ｐＨの時の結果を、それぞ
れ示している。図１０から、正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が大きいものほどＡＰＦ回路の抵抗Ｒ
a の値が大きくなる傾向にある。このことは、Ｍa が大
きいほどＲa の抵抗の絶対精度が緩やかになることを示
唆している。したがって、Ｍa が大きい方が所望の磁束
−電圧変換率を精度良く得やすくなる。しかし、Ｍa の
値を大きくすると、ＳＱＵＩＤとＡＰＦ回路内のインダ
クタンスに浮遊容量が生じてしまい、共振が発生する可
能性がある。その結果、ＳＱＵＩＤの電圧出力特性が劣
化してしまうことが一般的に知られている（C.Hilbert
and J.Clartke,J,Low Temp.Phys.68,pp.269-,1987）,
（K.Enpuku and K.Yoshida,J.Appl.Phys.69(10),pp7295
-7300,1991）。A curve p in FIG. 10 shows a result when the mutual inductance Ma of the positive feedback coil La is 100 pH, and a curve q
Means that the mutual inductance Ma of the positive feedback coil La is 300
The curve r shows the result when the mutual inductance Ma of the positive feedback coil La is 1000 pH. FIG. 10 shows that the larger the mutual inductance Ma of the positive feedback coil La is, the larger the resistance R of the APF circuit becomes.
The value of a tends to increase. This suggests that the larger the value of Ma, the lower the absolute accuracy of the resistance of Ra. Therefore, the larger the value of Ma, the easier it is to obtain a desired magnetic flux-to-voltage conversion rate with high accuracy. However, when the value of Ma is increased, a stray capacitance is generated between the SQUID and the inductance in the APF circuit, and resonance may occur. As a result, it is generally known that the voltage output characteristic of the SQUID deteriorates (C. Hilbert
and J. Clartke, J, Low Temp. Phys. 68, pp. 269-, 1987),
(K. Enpuku and K. Yoshida, J. Appl. Phys. 69 (10), pp7295
-7300, 1991).
【００１３】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、大きなインダクタンスを持つＳＱ
ＵＩＤにＡＰＦ回路を用いてもＳＱＵＩＤの電圧出力の
低下を防止することができるＳＱＵＩＤ磁束計を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the SQ having a large inductance.
It is an object of the present invention to provide a SQUID magnetometer capable of preventing a decrease in voltage output of a SQUID even when an APF circuit is used for the UID.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願の第１の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互
インダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正
帰還コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並
列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回
路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗を
備えて構成される。また、本願の第２の発明に係るＳＱ
ＵＩＤ磁束計は、相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤ
に正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前
記ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計で
あって、前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並
列に接続されたコンデンサを備えて構成される。また、
本願の第３の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互イン
ダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正帰還
コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並列に
接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回路
は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗およ
びコンデンサを備えて構成される。In order to solve the above-mentioned problems, the SQUID magnetometer according to the first invention of the present application includes a positive feedback circuit including a positive feedback coil for applying a positive feedback to the SQUID by mutual inductance. An SQUID magnetometer connected in parallel to a SQUID, wherein the positive feedback circuit includes a resistor connected in parallel to the positive feedback coil. The SQ according to the second invention of the present application
The UID magnetometer uses SQUID due to mutual inductance.
A SQUID magnetometer in which a positive feedback circuit including a positive feedback coil that provides positive feedback to the SQUID is connected in parallel to the SQUID, and the positive feedback circuit includes a capacitor connected in parallel to the positive feedback coil. It is composed. Also,
The SQUID magnetometer according to the third invention of the present application is a SQUID magnetometer in which a positive feedback circuit including a positive feedback coil for giving a positive feedback to the SQUID by mutual inductance is connected in parallel to the SQUID. The circuit includes a resistor and a capacitor connected in parallel to the positive feedback coil.
【００１５】[0015]
【作用】上記構成を有する本発明によれば、ＳＱＵＩＤ
に対し、並列に正帰還コイルを有する正帰還回路を設
け、この正帰還回路内に、正帰還コイルに対し並列に接
続された抵抗、あるいはコンデンサ、または抵抗とコン
デンサを備えたので、大きなインダクタンスを持つｄｃ
−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を用いても、インダクタンス
の大きなＳＱＵＩＤの固有磁束ノイズが正帰還回路を通
して戻る磁束ノイズを帯域制限することができ、ＳＱＵ
ＩＤの電圧出力の低下を防止することができる。According to the present invention having the above structure, the SQUID
In contrast, a positive feedback circuit with a positive feedback coil is provided in parallel.In this positive feedback circuit, a resistor, a capacitor, or a resistor and a capacitor connected in parallel to the positive feedback coil is provided, so a large inductance is provided. Have dc
-Even if a positive feedback circuit is used for the SQUID, it is possible to limit the band of the magnetic flux noise of the SQUID having a large inductance and returning through the positive feedback circuit.
It is possible to prevent the voltage output of the ID from decreasing.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１実施例であるＳＱＵＩＤ磁束
計を示したものであり、インダクタンスの大きなＳＱＵ
ＩＤ２の固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束
ノイズを帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタ
ンスに対してコンデンサを並列に接続して構成される。
すなわち、第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ａは、ＳＱ
ＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路（正帰還回路）３Ａが
接続されており、ＡＰＦ回路３Ａは、抵抗Ｒa と正帰還
コイルＬa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し
コンデンサＣa が並列に接続されて構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a SQUID magnetometer according to a first embodiment of the present invention.
In order to band-limit the magnetic flux noise returned by the inherent magnetic flux noise of ID2 through the APF circuit, a capacitor is connected in parallel with the inductance of the APF circuit.
That is, the SQUID magnetometer 1A of the first embodiment
An APF circuit (positive feedback circuit) 3A is connected in parallel to the UID 2, and in the APF circuit 3A, a resistor Ra and a positive feedback coil La are connected in series, and a capacitor Ca is connected in parallel to the positive feedback coil La. It is configured.
【００１７】上記のＳＱＵＩＤ磁束計１ＡのＳＱＵＩＤ
２の出力電圧ΔＶは下式（８）The SQUID of the above SQUID magnetometer 1A
The output voltage ΔV of 2 is given by the following equation (8)
【数８】 で表わされる。(Equation 8) Is represented by
【００１８】上式（８）において、βa （ｆ）は、下式
（９）In the above equation (8), βa (f) is calculated by the following equation (9)
【数９】 で表わされる。上式（９）において、Ｍa ／Ｒa ・（ｄ
Ｖ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれば、
磁束の帰還量は制限できる。(Equation 9) Is represented by In the above equation (9), Ma / Ra · (d
V / dΦ), if the square root of the coefficient is 1 or less,
The amount of magnetic flux feedback can be limited.
【００１９】図３の曲線ａは、図１のＡＰＦ回路３Ａに
おけるコンデンサＣa の容量を０．１μＦとしたときの
Ｍa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する
インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを
示したグラフであり、図３の曲線ｂは上記のコンデンサ
を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３
Ａの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを示
している。The curve a in FIG. 3 shows Ma / Ra when the capacitance of the capacitor Ca in the APF circuit 3A in FIG. The curve b in FIG. 3 shows Ma / Ra, ie, the APF circuit 3 when no capacitor was provided.
The voltage output ΔV of SQUID2 with respect to the positive feedback amount of A is shown.
【００２０】図３から、コンデンサＣa を設けた場合
は、ＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する電圧出力が改善
されていることがわかる。しかし、ＳＱＵＩＤチップ内
にコンデンサを作り込むことは製造上、困難である。そ
れと同時に、コンデンサが所望の容量を得るには、ＳＱ
ＵＩＤチップに比べてかなり大きくなってしまう。ま
た、インダクタンスとキャパシタンスにより共振回路を
形成するので、ＳＱＵＩＤのΦ−Ｖ曲線上に共振点が発
生するおそれがある。FIG. 3 shows that when the capacitor Ca is provided, the voltage output with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3A is improved. However, it is difficult to manufacture a capacitor in the SQUID chip in terms of manufacturing. At the same time, the capacitor must have SQ
It becomes considerably larger than the UID chip. Further, since a resonance circuit is formed by the inductance and the capacitance, a resonance point may be generated on the SQUID Φ-V curve.
【００２１】そこで、図２に示すように、ＳＱＵＩＤの
固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束ノイズを
帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタンスに対
して抵抗を並列に接続して構成される第２実施例が考え
られる。すなわち、第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ｂ
は、ＳＱＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路３Ｂが接続さ
れており、ＡＰＦ回路３Ｂは、抵抗Ｒa と正帰還コイル
Ｌa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し抵抗Ｒ
adが並列に接続されて構成されている。Therefore, as shown in FIG. 2, in order to limit the band of the magnetic flux noise returned by the SQUID through the APF circuit, a second resistor is connected in parallel with the inductance of the APF circuit. Examples are possible. That is, the SQUID magnetometer 1B of the second embodiment
Has an APF circuit 3B connected in parallel to the SQUID2. The APF circuit 3B includes a resistor Ra and a positive feedback coil La connected in series, and a resistor R connected to the positive feedback coil La.
ad is connected in parallel.
【００２２】上記のＳＱＵＩＤ磁束計１ＢのＳＱＵＩＤ
２の出力電圧ΔＶは下式（１０）The SQUID of the above SQUID magnetometer 1B
The output voltage ΔV of 2 is given by the following equation (10)
【数１０】 で表わされる。(Equation 10) Is represented by
【００２３】上式（１０）において、βa （ｆ）は、下
式（１１）In the above equation (10), βa (f) is calculated by the following equation (11)
【数１１】 で表わされる。上式（１１）において、Ｍa ／Ｒa ・
（ｄＶ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれ
ば、磁束の帰還量は制限できる。[Equation 11] Is represented by In the above equation (11), Ma / Ra ·
If the square root, which is the coefficient of (dV / dΦ), is set to 1 or less, the amount of magnetic flux feedback can be limited.
【００２４】図４の曲線ｃは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶ
を示したグラフであり、図４の曲線ｄは上記のダンピン
グ抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ
回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力Δ
Ｖを示している。The curve c in FIG. 4 shows Ma / Ra when the resistance value of the damping resistor Rad in the APF circuit 3B of FIG. 2 is 10Ω, that is, the voltage output ΔV of the SQUID 2 having a large inductance with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B.
4 is a graph showing Ma / Ra, that is, APF when the above-described damping resistance is not provided.
Voltage output Δ of SQUID2 with respect to the amount of positive feedback of circuit 3B
V is shown.
【００２５】図４から、ダンピング抵抗Ｒadを設けた場
合は、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する電圧出力が改
善されていることがわかる。しかも抵抗なので、ＳＱＵ
ＩＤチップ内に簡単に作り込むことも可能である。FIG. 4 shows that when the damping resistor Rad is provided, the voltage output with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B is improved. And because it's a resistor,
It can also be easily built in the ID chip.
【００２６】上記のシュミレーション結果を確認するた
め、図２の回路を実際に構成し、ＡＰＦ回路の正帰還量
Ｍa ／Ｒa に対する出力電圧、および磁束−電圧変換率
の関係を実験的に求めた。In order to confirm the above simulation results, the circuit of FIG. 2 was actually constructed, and the relationship between the output voltage and the magnetic flux-voltage conversion rate with respect to the positive feedback amount Ma / Ra of the APF circuit was experimentally obtained.
【００２７】図５の曲線ｅは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、図４の曲線ｆは
上記のダンピング抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa
すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
２の電圧出力ΔＶを示している。図５から、ダンピング
抵抗Ｒadを設けた方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対
する電圧出力の低下が少ないことが実験的に証明され
た。The curve e in FIG. 5 shows SQUID2 of Ma / Ra when the resistance value of the damping resistor Rad in the APF circuit 3B of FIG. 2 is 10 Ω, that is, the inductance value Ls = 1200pH with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B.
FIG. 4 is a graph showing the voltage output ΔV, and the curve f in FIG. 4 shows Ma / Ra when the above damping resistor is not provided.
That is, the SQUID for the positive feedback amount of the APF circuit 3B
2 shows a voltage output ΔV. From FIG. 5, it has been experimentally proved that the provision of the damping resistor Rad reduces the decrease in the voltage output with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B.
【００２８】図６の曲線ｇは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを示したグラフであ
り、図６の曲線ｈは上記のダンピング抵抗を設けなかっ
た場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦex
を示している。図６から、ダンピング抵抗Ｒadを設けた
方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する磁束−電圧変
換率が改善されていることが実験的に証明された。The curve g in FIG. 6 shows SQUID2 of Ma / Ra when the resistance value of the damping resistor Rad in the APF circuit 3B of FIG. 2 is 10Ω, that is, the inductance value Ls = 1200pH with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B.
FIG. 6 is a graph showing a magnetic flux-voltage conversion ratio dV / dΦex of FIG. 6, and a curve h in FIG. Rate dV / dΦex
Is shown. From FIG. 6, it has been experimentally proved that the provision of the damping resistor Rad improves the magnetic flux-voltage conversion ratio with respect to the positive feedback amount of the APF circuit 3B.
【００２９】また、Ｍa の値を大きくするとＳＱＵＩＤ
とＡＰＦ回路内のインダクタンスに浮遊容量が生じ共振
が発生する可能性がある、という従来例の問題点も、上
記実施例のように正帰還コイルＬa に対して並列に抵抗
ＲadもしくはコンデンサＣaを付加すると解決され、共
振は低減される。これは、横軸周波数、縦軸ＳＱＵＩＤ
の等価抵抗を考えたとき、高周波におけるＳＱＵＩＤ等
価抵抗値に共振点が生じる、すなわち不整抵抗になる
が、この時、ダンピング抵抗等を付加することによりそ
のＱ値が低くなり、結果として共振が低減されるからで
ある。When the value of Ma is increased, the SQUID
Another problem with the conventional example is that a stray capacitance may occur in the inductance in the APF circuit and resonance may occur. Another problem is that a resistor Rad or a capacitor Ca is added in parallel to the positive feedback coil La as in the above embodiment. This is resolved and the resonance is reduced. This is the horizontal axis frequency, the vertical axis SQUID
Considering the equivalent resistance of the above, a resonance point occurs in the SQUID equivalent resistance value at a high frequency, that is, an irregular resistance occurs. At this time, the Q value is reduced by adding a damping resistance or the like, and as a result, resonance is reduced Because it is done.
【００３０】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same function and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
【００３１】例えば、上記実施例においては、ＡＰＦ回
路内に正帰還コイルＬa に対し並列に接続されたコンデ
ンサを備えた例、およびＡＰＦ回路内に正帰還コイルＬ
a に対し並列に接続された抵抗を備えた例について説明
したが、これらには限定されず、ＡＰＦ回路内に正帰還
コイルＬa に対し並列に接続された抵抗およびコンデン
サを備えるように構成してもよい。For example, in the above embodiment, the APF circuit has a capacitor connected in parallel to the positive feedback coil La, and the APF circuit has a positive feedback coil L
Although an example in which a resistor is connected in parallel to a is described, the present invention is not limited to this. The APF circuit is configured to include a resistor and a capacitor connected in parallel to the positive feedback coil La in the APF circuit. Is also good.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、ＳＱＵＩＤに対し、並列に正帰還コイ
ルを有する正帰還回路を設け、この正帰還回路内に、正
帰還コイルに対し並列に接続された抵抗、あるいはコン
デンサ、または抵抗とコンデンサを備えたので、大きな
インダクタンスを持つｄｃ−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を
用いても、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤの固有磁
束ノイズが正帰還回路を通して戻る磁束ノイズを帯域制
限することができ、ＳＱＵＩＤの電圧出力の低下を防止
することができる、という利点がある。As described above, according to the present invention having the above structure, a positive feedback circuit having a positive feedback coil is provided in parallel with the SQUID, and the positive feedback circuit is provided in the positive feedback circuit. Since a resistor or a capacitor or a resistor and a capacitor are connected in parallel, even if a positive feedback circuit is used for a dc-SQUID having a large inductance, the magnetic flux noise of the SQUID having a large inductance returns through the positive feedback circuit. There is an advantage that the band of the noise can be limited and a decrease in the voltage output of the SQUID can be prevented.
【図１】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の第１実施例の
構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a SQUID magnetometer according to the present invention.
【図２】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の第２実施例の
構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a second embodiment of the SQUID magnetometer according to the present invention.
【図３】図１に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作をシュミレーションした図である。FIG. 3 is a diagram simulating the operation of the SQUID magnetometer of the first embodiment shown in FIG. 1;
【図４】図２に示す第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作をシュミレーションした図である。FIG. 4 is a diagram simulating the operation of the SQUID magnetometer of the second embodiment shown in FIG.
【図５】図２に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作を実験的に確認した図（１）である。FIG. 5 is a diagram (1) in which the operation of the SQUID magnetometer of the first embodiment shown in FIG. 2 is experimentally confirmed.
【図６】図２に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作を実験的に確認した図（２）である。FIG. 6 is a diagram (2) experimentally confirming the operation of the SQUID magnetometer of the first embodiment shown in FIG. 2;
【図７】従来例のＡＰＦ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計
の構成を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional SQUID magnetometer using an APF circuit.
【図８】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作を
説明する図（１）である。FIG. 8 is a diagram (1) for explaining the operation of the conventional SQUID magnetometer shown in FIG. 7;
【図９】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作を
説明する図（２）である。FIG. 9 is a diagram (2) for explaining the operation of the conventional SQUID magnetometer shown in FIG. 7;
【図１０】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作
を説明する図（３）である。FIG. 10 is a diagram (3) for explaining the operation of the conventional SQUID magnetometer shown in FIG. 7;
１Ａ，１Ｂ ＳＱＵＩＤ磁束計 ２ ＳＱＵＩＤ ３Ａ，３Ｂ ＡＰＦ回路 １１ ＳＱＵＩＤ磁束計 １２ ＳＱＵＩＤ １３ ＡＰＦ回路 Ｃa コンデンサ Ｊ1 ，Ｊ2 ジョセフソン接合 Ｌa 正帰還コイル Ｒa ，Ｒb ，Ｒad 抵抗 1A, 1B SQUID magnetometer 2 SQUID 3A, 3B APF circuit 11 SQUID magnetometer 12 SQUID 13 APF circuit Ca Capacitor J1, J2 Josephson junction La Positive feedback coil Ra, Rb, Rad resistance
Claims (3)
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
された抵抗を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束
計。1. A SQUID magnetometer in which a positive feedback circuit including a positive feedback coil for giving a positive feedback to a SQUID by mutual inductance is connected in parallel to the SQUID, wherein the positive feedback circuit is connected to the positive feedback coil. An SQUID magnetometer comprising a resistor connected in parallel.
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
されたコンデンサを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ
磁束計。2. A SQUID magnetometer in which a positive feedback circuit including a positive feedback coil for providing a positive feedback to a SQUID by mutual inductance is connected in parallel to the SQUID, wherein the positive feedback circuit is connected to the positive feedback coil. SQUID comprising a capacitor connected in parallel
Magnetometer.
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
された抵抗およびコンデンサを備えたことを特徴とする
ＳＱＵＩＤ磁束計。3. A SQUID magnetometer in which a positive feedback circuit including a positive feedback coil for giving a positive feedback to a SQUID by mutual inductance is connected in parallel to the SQUID, wherein the positive feedback circuit is connected to the positive feedback coil. An SQUID magnetometer comprising a resistor and a capacitor connected in parallel.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP6133936A JP2587002B2 (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | SQUID magnetometer |
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| JP6133936A JP2587002B2 (en) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | SQUID magnetometer |
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ID=15116538
Family Applications (1)
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1994
- 1994-05-25 JP JP6133936A patent/JP2587002B2/en not_active Expired - Lifetime
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