JP2662903B2 - 高感度磁場検出装置 - Google Patents
高感度磁場検出装置Info
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- JP2662903B2 JP2662903B2 JP3028804A JP2880491A JP2662903B2 JP 2662903 B2 JP2662903 B2 JP 2662903B2 JP 3028804 A JP3028804 A JP 3028804A JP 2880491 A JP2880491 A JP 2880491A JP 2662903 B2 JP2662903 B2 JP 2662903B2
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- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0356—SQUIDS with flux feedback
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば医療用、地下資源
探索用、等の応用が可能な直流駆動型超伝導量子干渉素
子(DC SQUID:DC Superconduc
ting Quantum Interference
Device)を用いた高感度磁場検出装置に関する
ものである。
探索用、等の応用が可能な直流駆動型超伝導量子干渉素
子(DC SQUID:DC Superconduc
ting Quantum Interference
Device)を用いた高感度磁場検出装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図4は、従来の高感度磁場検出装置の構
成を示すブロック図である。 発振回路5から出力され
る基準信号は、振幅調整回路9で調整され、第1の電圧
電流変換回路6で電流に変換され変調用信号としてDC
SQUID1に加えられる。DC SQUID1に可
変電流源8から適当なバイアス電流が供給されていると
き、DC SQUID1に鎖交する磁束は変調用信号に
より変調され、変調信号として検出され、増幅回路2で
増幅され、発振回路5からの参照信号を用いて位相検波
回路3で検波される。この位相検波回路3の出力に応じ
た検出信号が、積分回路4から出力され、第2の電圧電
流変換回路7で電流に変換され、DC SQUID1に
鎖交する磁束の変化を補償するような帰還信号として、
DC SQUID1に加えられる。
成を示すブロック図である。 発振回路5から出力され
る基準信号は、振幅調整回路9で調整され、第1の電圧
電流変換回路6で電流に変換され変調用信号としてDC
SQUID1に加えられる。DC SQUID1に可
変電流源8から適当なバイアス電流が供給されていると
き、DC SQUID1に鎖交する磁束は変調用信号に
より変調され、変調信号として検出され、増幅回路2で
増幅され、発振回路5からの参照信号を用いて位相検波
回路3で検波される。この位相検波回路3の出力に応じ
た検出信号が、積分回路4から出力され、第2の電圧電
流変換回路7で電流に変換され、DC SQUID1に
鎖交する磁束の変化を補償するような帰還信号として、
DC SQUID1に加えられる。
【0003】これらのDC SQUID1を駆動するた
めの回路をF.L.L.(FluxLocked Lo
op)回路装置をいう。そして、この帰還信号あるいは
検出信号を読み出すことによって磁場の測定が行える。
微小磁場の測定は、外乱磁場を除くために磁気シ一ルド
された特殊な環境の下で行なわれる。従来、以上のよう
な測定を行なうための可変電流源8と振幅調整回路9の
調整は、外乱磁場のある環境で、あるいは、磁石などの
磁性体を使いDC SQUID1にノイズを加えて、増
幅回路2からの、基準信号に同期した出力の振幅や、位
相検波回路3の出力を見ながら行なっていた。
めの回路をF.L.L.(FluxLocked Lo
op)回路装置をいう。そして、この帰還信号あるいは
検出信号を読み出すことによって磁場の測定が行える。
微小磁場の測定は、外乱磁場を除くために磁気シ一ルド
された特殊な環境の下で行なわれる。従来、以上のよう
な測定を行なうための可変電流源8と振幅調整回路9の
調整は、外乱磁場のある環境で、あるいは、磁石などの
磁性体を使いDC SQUID1にノイズを加えて、増
幅回路2からの、基準信号に同期した出力の振幅や、位
相検波回路3の出力を見ながら行なっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の高
感度磁場検出装置によると、可変電流源8と振幅調整回
路9の調整は、測定する時とは違う環境で行なう必要が
あるため、最適に調整しても、環境を変えて測定すると
きには、最適状態からずれてしまう可能性がある。ま
た、DC SQUID1として、外乱磁場による影響を
相殺する事により磁気シ一ルドされた特殊な環境以外で
も動作するように開発された、平面型グラジオメ一タを
使用すると、外乱を加えても信号の変化は殆どなく、最
適な調整ができないという問題があった。
感度磁場検出装置によると、可変電流源8と振幅調整回
路9の調整は、測定する時とは違う環境で行なう必要が
あるため、最適に調整しても、環境を変えて測定すると
きには、最適状態からずれてしまう可能性がある。ま
た、DC SQUID1として、外乱磁場による影響を
相殺する事により磁気シ一ルドされた特殊な環境以外で
も動作するように開発された、平面型グラジオメ一タを
使用すると、外乱を加えても信号の変化は殆どなく、最
適な調整ができないという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような課
題を解決するために、高感度磁場検出装置のF.L.
L.回路装置の一部にバイアス電流を変調用信号の調整
用基準信号となる疑似信号を、帰還変調コイルに入力す
る信号に重畳させる事ができる様にした信号切り換え回
路と、それに接続し、疑似信号や外部から入力する外部
入力端子か、疑似信号を発生する低周波発振回路の少な
くともどちらか一方を設けた。
題を解決するために、高感度磁場検出装置のF.L.
L.回路装置の一部にバイアス電流を変調用信号の調整
用基準信号となる疑似信号を、帰還変調コイルに入力す
る信号に重畳させる事ができる様にした信号切り換え回
路と、それに接続し、疑似信号や外部から入力する外部
入力端子か、疑似信号を発生する低周波発振回路の少な
くともどちらか一方を設けた。
【0006】
【作用】上記のような構成によれば、バイアス電流や変
調用信号の調整時にDCSQUIDに加える外乱磁場
を、DC SQUIDの外部からではなく、回路上の疑
似信号を使って帰還変調コイルから加えることができ
る。
調用信号の調整時にDCSQUIDに加える外乱磁場
を、DC SQUIDの外部からではなく、回路上の疑
似信号を使って帰還変調コイルから加えることができ
る。
【0007】
【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を参照
して説明する。 図1は、本発明の第1の実施例を示
す、高感度磁場検出装置の構成のブロック図である。図
1において、DC SQUID1は帰還変調コイル10
とDC SQUIDリング11で構成され、帰還変調コ
イル10とDC SQUIDリング11は磁気的に結合
している。帰還変調コイル10は、第1の電圧電流変換
回路6と第2の電圧電流変換回路7の出力に接続し、D
C SQUIDリング11は、増幅回路2の入力と可変
電流源8の出力に接続している。
して説明する。 図1は、本発明の第1の実施例を示
す、高感度磁場検出装置の構成のブロック図である。図
1において、DC SQUID1は帰還変調コイル10
とDC SQUIDリング11で構成され、帰還変調コ
イル10とDC SQUIDリング11は磁気的に結合
している。帰還変調コイル10は、第1の電圧電流変換
回路6と第2の電圧電流変換回路7の出力に接続し、D
C SQUIDリング11は、増幅回路2の入力と可変
電流源8の出力に接続している。
【0008】発振回路5は位相検波回路3と振幅調整回
路9の入力に接続し、振幅調整回路9の出力は第1の電
圧電流変換回路6の入力に接続している。位相検波回路
3の入力は増幅回路2の出力と発振回路5に別々に接続
し、出力は積分回路4に接続している。信号切り換え回
路12は、加算回路15と第1のスイッチ16と第2の
スイッチ17と第3のスイッチ18で構成され、加算回
路15の入力の片方は、第1のスイッチ16と第2のス
イッチ17と第3のスイッチ18の片方に共通に接続し
ている。加算回路15の入力の他方は積分回路4の出力
に接続し、出力は第2の電圧電流変換回路7の入力に接
続している。第1のスイッチ16の他方は、低周波発振
回路13に接続し、第2のスイッチ17の他方は、外部
入力端子14に接続し、第3のスイッチ18の他方は、
グランドに接続している。
路9の入力に接続し、振幅調整回路9の出力は第1の電
圧電流変換回路6の入力に接続している。位相検波回路
3の入力は増幅回路2の出力と発振回路5に別々に接続
し、出力は積分回路4に接続している。信号切り換え回
路12は、加算回路15と第1のスイッチ16と第2の
スイッチ17と第3のスイッチ18で構成され、加算回
路15の入力の片方は、第1のスイッチ16と第2のス
イッチ17と第3のスイッチ18の片方に共通に接続し
ている。加算回路15の入力の他方は積分回路4の出力
に接続し、出力は第2の電圧電流変換回路7の入力に接
続している。第1のスイッチ16の他方は、低周波発振
回路13に接続し、第2のスイッチ17の他方は、外部
入力端子14に接続し、第3のスイッチ18の他方は、
グランドに接続している。
【0009】以上のような構成において、低周波発振回
路13を使用した調整時の動作について説明する。第1
のスイッチ16を閉じ第2のスイッチ17と第3のスイ
ッチ18を開き、積分回路4をリセット状態にして、そ
の出力を0にすると、低周波発振回路13からの低周波
信号は、加算回路15を通り、第2の電圧電流変換回路
7で電流に変換され、帰還変調コイル10に入力する。
この低周波信号は、帰還変調コイル10で磁束に変換さ
れ、DC SQUIDループ11に鎖交するため、外乱
磁場がDC SQUID1に加わった時と同じ効果をD
C SQUID1に与えるので、この状態で、増幅回路
2の出力信号か、または、位相検波回路3の出力信号
を、オシロスコ一プ等で観測しながら、その振幅が最大
になるように、可変電流源8と振幅調整回路9を調整す
ることにより、DC SQUIDリング11に流すバイ
アス電流と帰還変調コイル10に流す変調用信号を最適
な値にすることができる。
路13を使用した調整時の動作について説明する。第1
のスイッチ16を閉じ第2のスイッチ17と第3のスイ
ッチ18を開き、積分回路4をリセット状態にして、そ
の出力を0にすると、低周波発振回路13からの低周波
信号は、加算回路15を通り、第2の電圧電流変換回路
7で電流に変換され、帰還変調コイル10に入力する。
この低周波信号は、帰還変調コイル10で磁束に変換さ
れ、DC SQUIDループ11に鎖交するため、外乱
磁場がDC SQUID1に加わった時と同じ効果をD
C SQUID1に与えるので、この状態で、増幅回路
2の出力信号か、または、位相検波回路3の出力信号
を、オシロスコ一プ等で観測しながら、その振幅が最大
になるように、可変電流源8と振幅調整回路9を調整す
ることにより、DC SQUIDリング11に流すバイ
アス電流と帰還変調コイル10に流す変調用信号を最適
な値にすることができる。
【0010】磁場の測定は、調整終了後、第1のスイッ
チ16と第2のスイッチ17を開き、第3のスイッチ1
8を閉じ、積分回路4のリセット状態を解除して行な
う。磁場の測定時の動作については、積分回路4の出力
が信号切り換え回路12を介して第2の電圧電流変換回
路7に伝えられている、という点以外は、全て従来例と
同様である。
チ16と第2のスイッチ17を開き、第3のスイッチ1
8を閉じ、積分回路4のリセット状態を解除して行な
う。磁場の測定時の動作については、積分回路4の出力
が信号切り換え回路12を介して第2の電圧電流変換回
路7に伝えられている、という点以外は、全て従来例と
同様である。
【0011】また、外部入力端子14を使用した調整時
の動作についても、始めに第1のスイッチ16を開き、
第2のスイッチ17を閉じ、低周波信号を、外部から、
外部入力端子14を介して加算回路15に入力する点以
外は、前述の動作と同様である。図2は、本発明の第2
の実施例を示す高感度磁場検出装置の構成のブロック図
である。図2において、DC SQUID1は帰還変調
コイル10とDC SQUIDリング11で構成され、
帰還変調コイル10とDC SQUIDリング11は磁
気的に結合している。帰還変調コイル10は、第1の電
圧電流変換回路6と第2の電圧電流変換回路7の出力に
接続し、DC SQUIDリング11は、増幅回路2の
入力と可変電流源8の出力に接続している。
の動作についても、始めに第1のスイッチ16を開き、
第2のスイッチ17を閉じ、低周波信号を、外部から、
外部入力端子14を介して加算回路15に入力する点以
外は、前述の動作と同様である。図2は、本発明の第2
の実施例を示す高感度磁場検出装置の構成のブロック図
である。図2において、DC SQUID1は帰還変調
コイル10とDC SQUIDリング11で構成され、
帰還変調コイル10とDC SQUIDリング11は磁
気的に結合している。帰還変調コイル10は、第1の電
圧電流変換回路6と第2の電圧電流変換回路7の出力に
接続し、DC SQUIDリング11は、増幅回路2の
入力と可変電流源8の出力に接続している。
【0012】発振回路5は位相検波回路3と振幅調整回
路9の入力に接続し、位相検波回路3の入力は増幅回路
2の出力と発振回路5に別々に接続し、出力は積分回路
4の入力に接続している。積分回路4の出力は、第2の
電圧電流変換回路7の入力に接続している。信号切り換
え回路12は、加算回路15と第1のスイッチ16と第
2のスイッチ17と第3のスイッチ18で構成され、加
算回路15の入力の片方は、第1のスイッチ16と第2
のスイッチ17と第3のスイッチ18の片方に共通に接
続している。加算回路15の入力の他方は振幅調整回路
9に接続し、出力は第1の電圧電流変換回路6の入力に
接続している。第1のスイッチ16の他方は、低周波発
振回路13に接続し、第2のスイッチ17の他方は、外
部入力端子14に接続し、第3のスイッチ18の他方
は、グランドに接続している。
路9の入力に接続し、位相検波回路3の入力は増幅回路
2の出力と発振回路5に別々に接続し、出力は積分回路
4の入力に接続している。積分回路4の出力は、第2の
電圧電流変換回路7の入力に接続している。信号切り換
え回路12は、加算回路15と第1のスイッチ16と第
2のスイッチ17と第3のスイッチ18で構成され、加
算回路15の入力の片方は、第1のスイッチ16と第2
のスイッチ17と第3のスイッチ18の片方に共通に接
続している。加算回路15の入力の他方は振幅調整回路
9に接続し、出力は第1の電圧電流変換回路6の入力に
接続している。第1のスイッチ16の他方は、低周波発
振回路13に接続し、第2のスイッチ17の他方は、外
部入力端子14に接続し、第3のスイッチ18の他方
は、グランドに接続している。
【0013】構成は以上のようであるが、その動作は、
DC SQUID1に加わる外乱磁場と同様の効果をも
たらす低周波信号が、加算回路15において変調用信号
と加算されて帰還変調コイルに加えられるという点を除
けば、図1に示す第1の実施例の場合と同様である。図
3は、本発明の第3の実施例を示す高感度磁場検出装置
の構成のブロック図である。図3において、DC SQ
UID1は帰還変調コイル10とDC SQUIDリン
グ11で構成され、帰還変調コイル10とDC SQU
IDリング11は磁気的に結合している。帰還変調コイ
ル10は、第1の電圧電流変換回路6と第2の電圧電流
変換回路7と第3の電圧電流変換回路19の出力に接続
し、DC SQUIDリング11は、増幅回路2の入力
と可変電流源8の出力に接続している。発振回路5は位
相検波回路3と振幅調整回路9の入力に接続し、振幅調
整回路9の出力は第1の電圧電流変換回路6の入力に接
続し、位相検波回路3の入力は増幅回路2の出力と発振
回路5に別々に接続し、出力は積分回路4の入力に接続
している。
DC SQUID1に加わる外乱磁場と同様の効果をも
たらす低周波信号が、加算回路15において変調用信号
と加算されて帰還変調コイルに加えられるという点を除
けば、図1に示す第1の実施例の場合と同様である。図
3は、本発明の第3の実施例を示す高感度磁場検出装置
の構成のブロック図である。図3において、DC SQ
UID1は帰還変調コイル10とDC SQUIDリン
グ11で構成され、帰還変調コイル10とDC SQU
IDリング11は磁気的に結合している。帰還変調コイ
ル10は、第1の電圧電流変換回路6と第2の電圧電流
変換回路7と第3の電圧電流変換回路19の出力に接続
し、DC SQUIDリング11は、増幅回路2の入力
と可変電流源8の出力に接続している。発振回路5は位
相検波回路3と振幅調整回路9の入力に接続し、振幅調
整回路9の出力は第1の電圧電流変換回路6の入力に接
続し、位相検波回路3の入力は増幅回路2の出力と発振
回路5に別々に接続し、出力は積分回路4の入力に接続
している。
【0014】積分回路4の出力は、第2の電圧電流変換
回路7の入力に接続している。信号切り換え回路12
は、第1のスイッチ16と第2のスイッチ17と第3の
スイッチ18で構成され、第1のスイッチ16と第2の
スイッチ17と第3のスイッチ18の片方は第3の電圧
電流変換回路19の入力に接続している。第1のスイッ
チ16の他方は、低周波発振回路13に接続し、第2の
スイッチ17の他方は、外部入力端子14に接続し、第
3のスイッチ18の他方は、グランドに接続している。
回路7の入力に接続している。信号切り換え回路12
は、第1のスイッチ16と第2のスイッチ17と第3の
スイッチ18で構成され、第1のスイッチ16と第2の
スイッチ17と第3のスイッチ18の片方は第3の電圧
電流変換回路19の入力に接続している。第1のスイッ
チ16の他方は、低周波発振回路13に接続し、第2の
スイッチ17の他方は、外部入力端子14に接続し、第
3のスイッチ18の他方は、グランドに接続している。
【0015】構成は以上のようであるが、その動作は、
DC SQUID1に加わる外乱磁場と同様の効果をも
たらす低周波信号が、第3の電圧電流変換回路19で電
流に変換されて帰還変調コイルに加えられるという点を
除けば、図1に示す第1の実施例の場合と同様である。
DC SQUID1に加わる外乱磁場と同様の効果をも
たらす低周波信号が、第3の電圧電流変換回路19で電
流に変換されて帰還変調コイルに加えられるという点を
除けば、図1に示す第1の実施例の場合と同様である。
【0016】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれば
低周波信号を帰還変調コイルに入力できるようにするこ
とによって、調整時に必要な外乱磁場を疑似的に発生さ
せることができる。そのため、測定時と同じ環境でバイ
アス電流や変調用信号の調整ができる様になり、常に最
適状態で測定できるようになった。また、外乱磁場によ
る影響を相殺する事により磁気シ一ルドされた特殊な環
境外でも動作するように開発された、平面型グラジオメ
一タを使用したときにも、低周波信号を帰還変調コイル
に入力する信号に重畳させる事ができる様にしたため、
相殺されない調整用の外乱磁場を加えることが可能とな
り、最適な調整ができる様になった。
低周波信号を帰還変調コイルに入力できるようにするこ
とによって、調整時に必要な外乱磁場を疑似的に発生さ
せることができる。そのため、測定時と同じ環境でバイ
アス電流や変調用信号の調整ができる様になり、常に最
適状態で測定できるようになった。また、外乱磁場によ
る影響を相殺する事により磁気シ一ルドされた特殊な環
境外でも動作するように開発された、平面型グラジオメ
一タを使用したときにも、低周波信号を帰還変調コイル
に入力する信号に重畳させる事ができる様にしたため、
相殺されない調整用の外乱磁場を加えることが可能とな
り、最適な調整ができる様になった。
【図1】本発明による高感度磁場検出装置の第1の実施
例の構成を示すブロック図である。
例の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明による高感度磁場検出装置の第2の実施
例の構成を示すブロック図である。
例の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明による高感度磁場検出装置の第3の実施
例の構成を示すブロック図である。
例の構成を示すブロック図である。
【図4】従来の高感度磁場検出装置の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
1 DC SQUID 4 積分回路 5 発振回路 6 第1の電圧電流変換回路 7 第2の電圧電流変換回路 9 振幅調整回路 12 信号切り替え回路 13 低周波発振回路 14 外部入力端子 19 第三の電圧電流変換回路
Claims (4)
- 【請求項1】 直流駆動型超伝導量子干渉素子と、この
直流駆動型超伝導量子干渉素子を駆動するためのF.
L.L.(Flux Locked Loop)回路装
置とからなる高感度磁場検出装置において、検出値の調
整を行うための基準信号の入力端子と、前記基準信号を
F.L.L.回路装置の内部信号に重畳させる信号切り
換え回路を有することを特徴とする高感度磁場検出装
置。 - 【請求項2】 前記基準信号を発生する低周波発振回路
を有し、前記低周波発振回路が前記入力端子に接続され
た請求項1記載の高感度磁場検出装置。 - 【請求項3】 前記F.L.L.回路装置は、前記直流
駆動型超伝導量子干渉素子の出力に接続する増幅回路
と、前記直流駆動型超伝導量子干渉素子の入力に接続す
る第1の電圧電流変換回路と、前記直流駆動型超伝導量
子干渉素子の入力に接続する第2の電圧電流変換回路
と、前記増幅回路の出力に接続する位相検波回路と、前
記第1の電圧電流変換回路に出力が接続する振幅調整回
路と、入力が前記位相検波回路に接続し出力が前記第2
の電圧電流変換回路に接続する積分回路と、前記位相検
波回路と前記振幅調整回路の両方に出力が接続する発振
回路を含み、前記信号切り替え回路が、前記振幅調整回
路と第1の電圧電流変換回路との間に設けられた請求項
1記載の高感度磁場検出装置。 - 【請求項4】 前記F.L.L.回路装置は、前記直流
駆動型超伝導量子干渉素子の出力に接続する増幅回路
と、前記直流駆動型超伝導量子干渉素子の入力に接続す
る第1の電圧電流変換回路と、前記直流駆動型超伝導量
子干渉素子の入力に接続する第2の電圧電流変換回路
と、前記増幅回路の出力に接続する位相検波回路と、前
記第1の電圧電流変換回路に出力が接続する振幅調整回
路と、入力が前記位相検波回路に接続し出力が前記第2
の電圧電流変換回路に接続する積分回路と、前記位相検
波回路と前記振幅調整回路の両方に出力が接続する発振
回路を含み、前記信号切り替え回路に接続する第3の電
圧電流変換回路が、前記直流駆動型超伝導量子干渉素子
の入力に接続するように設けられた請求項1記載の高感
度磁場検出装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3028804A JP2662903B2 (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 高感度磁場検出装置 |
EP92102418A EP0499968B1 (en) | 1991-02-22 | 1992-02-13 | Highly sensitive magnetic field detecting device |
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