JP2929172B2 - マルチチャンネルsquid磁束計 - Google Patents
マルチチャンネルsquid磁束計Info
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- JP2929172B2 JP2929172B2 JP5368496A JP5368496A JP2929172B2 JP 2929172 B2 JP2929172 B2 JP 2929172B2 JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP 2929172 B2 JP2929172 B2 JP 2929172B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジョセフソン効果
を利用したSQUID磁束計に関するものであり、更に
詳しくは、複数個のSQUIDから得られる電気信号を
簡略な電子回路で受けるための回路構成に関するもので
ある。
を利用したSQUID磁束計に関するものであり、更に
詳しくは、複数個のSQUIDから得られる電気信号を
簡略な電子回路で受けるための回路構成に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、公知の SQUID磁束計は、液
体ヘリウムを貯留しておくデュワー(またはクライオス
タット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロ
ーブと、室温動作のアンプ及びコントローラとで構成さ
れ、液体ヘリウム中のSQUIDプローブと室温アンプ
を同軸ケーブルで接続している。
体ヘリウムを貯留しておくデュワー(またはクライオス
タット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロ
ーブと、室温動作のアンプ及びコントローラとで構成さ
れ、液体ヘリウム中のSQUIDプローブと室温アンプ
を同軸ケーブルで接続している。
【0003】通常、この室温アンプを介してFLL(磁
束ロックループ:Flux Lock Loop)と呼ばれる線形動作
のためのフィードバックを構成することによりゼロ位法
が成り立つように制御される。生体磁気計測など多数点
の磁気計測を同時に行なう場合、デュワー内には数十個
〜数百個のSQUIDをアレイ状に配置して磁場の空間
分布をとる。
束ロックループ:Flux Lock Loop)と呼ばれる線形動作
のためのフィードバックを構成することによりゼロ位法
が成り立つように制御される。生体磁気計測など多数点
の磁気計測を同時に行なう場合、デュワー内には数十個
〜数百個のSQUIDをアレイ状に配置して磁場の空間
分布をとる。
【0004】この際、FLLを構成するために各SQU
IDに同数のFLL回路が接続される。これは、磁束ロ
ックが、入力磁束に対する出力電圧の線形性と同時にそ
の線形性が時間に対しても保証するのに必要なためであ
る。すなわち、センサと同数のFLL回路が無いと磁場
の空間分布の経時変化は計測できない。
IDに同数のFLL回路が接続される。これは、磁束ロ
ックが、入力磁束に対する出力電圧の線形性と同時にそ
の線形性が時間に対しても保証するのに必要なためであ
る。すなわち、センサと同数のFLL回路が無いと磁場
の空間分布の経時変化は計測できない。
【0005】このように、センサと電子回路が1:1に
対応していると、1チャンネルの磁束計についてバイア
ス電流供給線、信号電圧出力線、フィードバック信号線
の計6本がSQUIDとFLL回路の間に必要である。
対応していると、1チャンネルの磁束計についてバイア
ス電流供給線、信号電圧出力線、フィードバック信号線
の計6本がSQUIDとFLL回路の間に必要である。
【0006】そして、線の本数が多いとデュワー内への
熱侵入が多くなるため、チャンネル数の多いSQUID
磁束計では、ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が増加しラン
ニングコストが増えるという問題が生じていた。(25
6チャンネルSQUID磁束計では6×256本の配線
が必要)
熱侵入が多くなるため、チャンネル数の多いSQUID
磁束計では、ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が増加しラン
ニングコストが増えるという問題が生じていた。(25
6チャンネルSQUID磁束計では6×256本の配線
が必要)
【0007】また、結線本数の増加により接続点数も増
えるため布線コストや信頼性の面でも好ましくはない。
更に、FLL回路が増えると、重量増、消費電力の点で
も負担が増えるため、チャンネル数の多い磁束計では、
これらが大きな問題となっていた。
えるため布線コストや信頼性の面でも好ましくはない。
更に、FLL回路が増えると、重量増、消費電力の点で
も負担が増えるため、チャンネル数の多い磁束計では、
これらが大きな問題となっていた。
【0008】例えば、256チャンネルのSQUID磁
束計ではFLL回路の消費電流は数アンペアにもなり、
微小な生体電流を起源とする生体磁気計測を行なうため
の磁気シールドルーム内にはFLL回路を設置できな
い。
束計ではFLL回路の消費電流は数アンペアにもなり、
微小な生体電流を起源とする生体磁気計測を行なうため
の磁気シールドルーム内にはFLL回路を設置できな
い。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って、数十μVとい
う微小なSQUIDの出力電圧をS/N比よく磁気シー
ルドルーム外のFLL回路まで導出しなければならず、
配線系の電磁シールドに負担がかかると共に、RFノイ
ズが混入しやすくなるという問題が新たに生じていた。
う微小なSQUIDの出力電圧をS/N比よく磁気シー
ルドルーム外のFLL回路まで導出しなければならず、
配線系の電磁シールドに負担がかかると共に、RFノイ
ズが混入しやすくなるという問題が新たに生じていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のdc−
SQUID(以下SQUID)を磁場検出用のセンサと
するマルチチャンネルSQUID磁束計において、これ
ら各センサSQUIDのバイアス電流をオンオフするた
めの第一のスイッチ手段と、上記各センサSQUIDの
電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗と、該
第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第一のコ
イルと、該第一のコイルと磁気的に結合したSQUID
からなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器をオン
オフするための第二のスイッチ手段と、上記第一の加算
器の電圧出力をを電流として取り出す第二の結合用抵抗
と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合したSQ
UIDアレイからなる第二の加算器とから構成されたマ
ルチチャンネルSQUID磁束計を提供するものであ
る。
技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のdc−
SQUID(以下SQUID)を磁場検出用のセンサと
するマルチチャンネルSQUID磁束計において、これ
ら各センサSQUIDのバイアス電流をオンオフするた
めの第一のスイッチ手段と、上記各センサSQUIDの
電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗と、該
第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第一のコ
イルと、該第一のコイルと磁気的に結合したSQUID
からなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器をオン
オフするための第二のスイッチ手段と、上記第一の加算
器の電圧出力をを電流として取り出す第二の結合用抵抗
と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合したSQ
UIDアレイからなる第二の加算器とから構成されたマ
ルチチャンネルSQUID磁束計を提供するものであ
る。
【0011】本発明は、磁束電圧変換率dV/dΦのSQU
IDか若しくはSQUIDアレイに抵抗Rnと結合コイル
Mnから構成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧1となる
ような負帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−
V曲線の斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス
回路を設けたマルチチャンネルSQUID磁束計を提供
するものである。
IDか若しくはSQUIDアレイに抵抗Rnと結合コイル
Mnから構成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧1となる
ような負帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−
V曲線の斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス
回路を設けたマルチチャンネルSQUID磁束計を提供
するものである。
【0012】本発明は、磁束バイアス及び電流バイアス
を上記第一及び第二のスイッチ手段に同期させて各SQ
UIDに応じたバイアス点を設定するように構成したマ
ルチチャンネルSQUID磁束計を提供するものであ
る。
を上記第一及び第二のスイッチ手段に同期させて各SQ
UIDに応じたバイアス点を設定するように構成したマ
ルチチャンネルSQUID磁束計を提供するものであ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図1は本発明の一実施形態を示す回路図
である。図において1は磁場を検知するためのセンサS
QUIDであり、ピックアップコイルやシャント抵抗は
省略して記載してある。また、図2で説明する負帰還回
路も省略してあるが、負帰還回路は必ずしも付属してな
くてもよい。尚、センサSQUID1は検知すべき信号
に対して、異なる場所に複数個設置されるものとする。
細に説明する。図1は本発明の一実施形態を示す回路図
である。図において1は磁場を検知するためのセンサS
QUIDであり、ピックアップコイルやシャント抵抗は
省略して記載してある。また、図2で説明する負帰還回
路も省略してあるが、負帰還回路は必ずしも付属してな
くてもよい。尚、センサSQUID1は検知すべき信号
に対して、異なる場所に複数個設置されるものとする。
【0014】2は各センサSQUID1にバイアス電流
を供給するための制限抵抗で、それぞれアナログマルチ
プレクサ4の各分配端子に接続される。マルチプレクサ
4の各スイッチは各SQUIDに順次バイアス電流を供
給するように排他的にオンオフ制御される。尚、マルチ
プレクサ4は他のアナログスイッチやメカニカルスイッ
チで代用されてもよい。
を供給するための制限抵抗で、それぞれアナログマルチ
プレクサ4の各分配端子に接続される。マルチプレクサ
4の各スイッチは各SQUIDに順次バイアス電流を供
給するように排他的にオンオフ制御される。尚、マルチ
プレクサ4は他のアナログスイッチやメカニカルスイッ
チで代用されてもよい。
【0015】マルチプレクサ4によってスイッチがオン
されたセンサSQUID1は、バイアス電流が供給され
るため電圧状態に転移する。従って、入力磁束に応じた
出力電圧を発生する。一方、オフ状態にあるセンサSQ
UID1は超伝導状態にあるため、電圧は発生しない。
このようにしてセンサSQUID1で発生した電圧は結
合用抵抗3で制限された値だけ次段のSQUID5にイ
ンプットコイル6を通じて伝達される。
されたセンサSQUID1は、バイアス電流が供給され
るため電圧状態に転移する。従って、入力磁束に応じた
出力電圧を発生する。一方、オフ状態にあるセンサSQ
UID1は超伝導状態にあるため、電圧は発生しない。
このようにしてセンサSQUID1で発生した電圧は結
合用抵抗3で制限された値だけ次段のSQUID5にイ
ンプットコイル6を通じて伝達される。
【0016】このとき、各結合用抵抗3はインプットコ
イル6に電流を供給するための配線抵抗よりも通常十分
大きく、電流加算は成り立つため、センサSQUID1
で発生した電圧の変動は全てインプットコイル6に電流
として流れ込む。従って、磁場の強さに応じてSQUI
D5の両端に電圧が発生する。すなわち、バイアス電流
のオン状態にあるセンサセンサSQUID1のみが選択
的に信号を次段のSQUID5に出力を伝達することが
できる。
イル6に電流を供給するための配線抵抗よりも通常十分
大きく、電流加算は成り立つため、センサSQUID1
で発生した電圧の変動は全てインプットコイル6に電流
として流れ込む。従って、磁場の強さに応じてSQUI
D5の両端に電圧が発生する。すなわち、バイアス電流
のオン状態にあるセンサセンサSQUID1のみが選択
的に信号を次段のSQUID5に出力を伝達することが
できる。
【0017】ここで、(図示していない)ピックアップ
コイルを含んだセンサSQUID1の磁場感度(ピック
アップコイルで磁場に比例した遮蔽電流をSQUIDリ
ング内の磁束として転送したときの磁場−磁束変換係
数)をη、センサSQUID1、及びSQUID5の磁
束電圧変換率を各々dV/dΦ1、dV/dΦ2、結合用抵抗3の
抵抗値をR1 、インプットコイル6とSQUID5のカ
ップリングをM1 とすると、入力磁場変動ΔBに対する
SQUID5の出力電圧変動ΔVo1は下記に示す数式1
で与えられる。
コイルを含んだセンサSQUID1の磁場感度(ピック
アップコイルで磁場に比例した遮蔽電流をSQUIDリ
ング内の磁束として転送したときの磁場−磁束変換係
数)をη、センサSQUID1、及びSQUID5の磁
束電圧変換率を各々dV/dΦ1、dV/dΦ2、結合用抵抗3の
抵抗値をR1 、インプットコイル6とSQUID5のカ
ップリングをM1 とすると、入力磁場変動ΔBに対する
SQUID5の出力電圧変動ΔVo1は下記に示す数式1
で与えられる。
【0018】
【数1】
【0019】また、7はSQUID5にバイアス電流を
供給するための電流制限抵抗であり、別のマルチプレク
サ9の端子の一つに接続される。このSQUID5もマ
ルチプレクサ9がオンのときのみ電圧状態に転移するこ
とで選択され、結合用抵抗8で3段目のSQUIDか若
しくはSQUIDアレイ20にインプットコイル19で
磁気的に結合される。
供給するための電流制限抵抗であり、別のマルチプレク
サ9の端子の一つに接続される。このSQUID5もマ
ルチプレクサ9がオンのときのみ電圧状態に転移するこ
とで選択され、結合用抵抗8で3段目のSQUIDか若
しくはSQUIDアレイ20にインプットコイル19で
磁気的に結合される。
【0020】この際、結合用抵抗8の抵抗値をR2 、イ
ンプットコイル19とSQUIDか若しくはSQUID
アレイ20のカップリングをM2 とし、SQUIDアレ
イ20の磁束電圧変換率dV/dΦ3とすると、出力電圧変
動ΔVo2は下記に示す数式2で与えられる。
ンプットコイル19とSQUIDか若しくはSQUID
アレイ20のカップリングをM2 とし、SQUIDアレ
イ20の磁束電圧変換率dV/dΦ3とすると、出力電圧変
動ΔVo2は下記に示す数式2で与えられる。
【0021】
【数2】
【0022】また、10、11及び13、12はそれぞ
れセンサSQUID1、SQUID5の動作点を設定す
るためのバイアス磁束を与える磁束入力コイル及び電流
制限抵抗であり、電圧設定用電源14、15と共にそれ
ぞれのSQUIDのΦ−V曲線の斜面の中点付近に動作
点がくるように調整される。
れセンサSQUID1、SQUID5の動作点を設定す
るためのバイアス磁束を与える磁束入力コイル及び電流
制限抵抗であり、電圧設定用電源14、15と共にそれ
ぞれのSQUIDのΦ−V曲線の斜面の中点付近に動作
点がくるように調整される。
【0023】同様に、SQUIDアレイ20の動作点を
設定するためにバイアス磁束設定用回路である磁束入力
コイル21、電圧設定用電源22及び電流制限抵抗23
を設ける。
設定するためにバイアス磁束設定用回路である磁束入力
コイル21、電圧設定用電源22及び電流制限抵抗23
を設ける。
【0024】以上の構成で17で示すブロックが複数あ
るものとするとき、各ブロックのセンサセンサSQUI
D1と加算用のSQUID5は2つのマルチプレクサ
4、9で1つのセンサSQUID1を選択することがで
きる。例えばマルチプレクサ4のスイッチ4aがオン
で、しかもマルチプレクサ9のスイッチ9aがオンであ
れば図示1のセンサSQUID1が選択される。
るものとするとき、各ブロックのセンサセンサSQUI
D1と加算用のSQUID5は2つのマルチプレクサ
4、9で1つのセンサSQUID1を選択することがで
きる。例えばマルチプレクサ4のスイッチ4aがオン
で、しかもマルチプレクサ9のスイッチ9aがオンであ
れば図示1のセンサSQUID1が選択される。
【0025】このようにして、マルチプレクサの接点数
m×nだけの数のセンサSQUID1が選択される。2
4はSQUIDアレイ20のバイアス電流を設定するた
めの抵抗で、バイアス設定電源16と併せて臨界電流値
付近に設定される。同様に、各SQUIDアレイ20に
も同一のバイアス設定電源16でバイアス電流を設定す
るように接続されているが、これらは別々の電源で設定
されてもよい。
m×nだけの数のセンサSQUID1が選択される。2
4はSQUIDアレイ20のバイアス電流を設定するた
めの抵抗で、バイアス設定電源16と併せて臨界電流値
付近に設定される。同様に、各SQUIDアレイ20に
も同一のバイアス設定電源16でバイアス電流を設定す
るように接続されているが、これらは別々の電源で設定
されてもよい。
【0026】SQUIDアレイ20の出力は、室温動作
の電圧増幅器25、26で増幅され、最適なバイアス電
圧をバイアス設定電源29で印加した上で、サンプルホ
ールド回路27で各スイッチと同期的に信号を保持す
る。
の電圧増幅器25、26で増幅され、最適なバイアス電
圧をバイアス設定電源29で印加した上で、サンプルホ
ールド回路27で各スイッチと同期的に信号を保持す
る。
【0027】尚、28はマルチプレクサ4、9とサンプ
ルホールド回路27を同期的に動作させるためのシーケ
ンス制御回路である。該シーケンス制御回路28の制御
シーケンスは、センサSQUID1、SQUID5の選
択と選択されたSQUIDの出力のホールドのみである
ため省略する。また、ホールドした出力電圧は図では示
していないAD変換器などの読み取り回路に出力される。
ルホールド回路27を同期的に動作させるためのシーケ
ンス制御回路である。該シーケンス制御回路28の制御
シーケンスは、センサSQUID1、SQUID5の選
択と選択されたSQUIDの出力のホールドのみである
ため省略する。また、ホールドした出力電圧は図では示
していないAD変換器などの読み取り回路に出力される。
【0028】一方、SQUIDの動作点等やバイアス電
流値は各SQUID毎で異なることがあるため、この際
はバイアス設定電源14、15、16、22、29等は
DA変換器などで置き換えて、スイッチシーケンスに伴っ
て出力電圧値を各SQUIDに最適な値とすればよい。
流値は各SQUID毎で異なることがあるため、この際
はバイアス設定電源14、15、16、22、29等は
DA変換器などで置き換えて、スイッチシーケンスに伴っ
て出力電圧値を各SQUIDに最適な値とすればよい。
【0029】更に、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられる。例えば、
図1において結合用抵抗3の電流性雑音をInとすると、
m個のセンサSQUID1が結合される場合In×√mの
雑音電流が次段のSQUID5に転送される。
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられる。例えば、
図1において結合用抵抗3の電流性雑音をInとすると、
m個のセンサSQUID1が結合される場合In×√mの
雑音電流が次段のSQUID5に転送される。
【0030】従って、2段のみの構成であるとチャンネ
ル数が多い場合S/N比が低下する。しかし、この実施
形態のように、3段構成であると、mやnの値はチャン
ネル数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点
でも有利である。
ル数が多い場合S/N比が低下する。しかし、この実施
形態のように、3段構成であると、mやnの値はチャン
ネル数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点
でも有利である。
【0031】図2、図3及び図4は以上の構成を更に詳
細に説明するものである。SQUIDの出力は図4の細
線で示すように、入力磁束に対して出力電圧は正弦波状
に変化する。従って、通常はFLL回路とよばれる磁束
ロック回路を用いて、入力磁束の変化に対して出力電圧
が直線的になるようにぜロ位法が成り立つようなフィー
ドバック補正がなされる。
細に説明するものである。SQUIDの出力は図4の細
線で示すように、入力磁束に対して出力電圧は正弦波状
に変化する。従って、通常はFLL回路とよばれる磁束
ロック回路を用いて、入力磁束の変化に対して出力電圧
が直線的になるようにぜロ位法が成り立つようなフィー
ドバック補正がなされる。
【0032】しかしながら、このような補正は従来技術
で述べたようにロック飛という問題点がある。そこで、
図2に示すような負帰還抵抗30とコイル31とから構
成される負帰還回路を設けることで出力電圧の線形化を
図る。この際、抵抗30の抵抗値をRn、コイル31とS
QUID32の相互結合インダクタンスをMn、SQUI
D32の磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは下
記に示す数式3で与えられる。
で述べたようにロック飛という問題点がある。そこで、
図2に示すような負帰還抵抗30とコイル31とから構
成される負帰還回路を設けることで出力電圧の線形化を
図る。この際、抵抗30の抵抗値をRn、コイル31とS
QUID32の相互結合インダクタンスをMn、SQUI
D32の磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは下
記に示す数式3で与えられる。
【0033】
【数3】
【0034】ここで、β≧0とすると、図4で示す太線
のように(βが大きくなるに従って)Φ−V曲線は斜面
の傾きが緩やかになるように変形する。このときの帰還
後の磁束電圧変換率は下記に示す数式4で与えられる。
のように(βが大きくなるに従って)Φ−V曲線は斜面
の傾きが緩やかになるように変形する。このときの帰還
後の磁束電圧変換率は下記に示す数式4で与えられる。
【0035】
【数4】
【0036】そして、βが1から3の範囲においては、
正弦波状のΦ−V曲線は鋸波状となり、図4に示す太線
の斜面は線形性が増加する。また、帰還のないとき線形
範囲はΦ1がΦo/2以下であるのに対し、Φ2で示す範囲
のように線形部がβの値に応じて(βが2付近で)Φo
付近まで拡大される。このとき、(図4に示す)線形部
の中央に磁束バイアスを加えることで、外部から加わる
磁場はこの点を中心に変動することになる。
正弦波状のΦ−V曲線は鋸波状となり、図4に示す太線
の斜面は線形性が増加する。また、帰還のないとき線形
範囲はΦ1がΦo/2以下であるのに対し、Φ2で示す範囲
のように線形部がβの値に応じて(βが2付近で)Φo
付近まで拡大される。このとき、(図4に示す)線形部
の中央に磁束バイアスを加えることで、外部から加わる
磁場はこの点を中心に変動することになる。
【0037】通常、計測する磁場の大きさは生体磁気計
測の場合数10pT程度であるが、磁場感度ηはピックア
ップコイルからSQUIDまでの伝達効率を含めて数nT
/Φo程度であるため、信号のダイナミックレンジはΦo/
10以下である。一方、直流的な磁場変動は地磁気の日変
化で50nT/Φo程度であり、磁気シールドルーム内の環
境下では1/100程度であるためバイアス点の変動は
Φoに比較して小さい。
測の場合数10pT程度であるが、磁場感度ηはピックア
ップコイルからSQUIDまでの伝達効率を含めて数nT
/Φo程度であるため、信号のダイナミックレンジはΦo/
10以下である。一方、直流的な磁場変動は地磁気の日変
化で50nT/Φo程度であり、磁気シールドルーム内の環
境下では1/100程度であるためバイアス点の変動は
Φoに比較して小さい。
【0038】従って、線形性さえ得られれば開ループで
も計測に支障は生じないことがわかる。このような負帰
還による線形化を図1のセンサSQUID1及びSQU
ID5に対して施すことで線形性を保ったまま磁場−電
圧変換と電圧転送ができる。
も計測に支障は生じないことがわかる。このような負帰
還による線形化を図1のセンサSQUID1及びSQU
ID5に対して施すことで線形性を保ったまま磁場−電
圧変換と電圧転送ができる。
【0039】図3はSQUIDアレイにおいても同様な
負帰還を設けることで出力電圧の線形化を図るものであ
る。すなわち、負帰還抵抗33とコイル34とから構成
される負帰還回路を設けるものである。この際、抵抗3
3の抵抗値をRn、コイル34とSQUIDアレイ35の
相互結合インダクタンスをMn、SQUIDアレイ35の
磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは上記した数
式3で与えられる。
負帰還を設けることで出力電圧の線形化を図るものであ
る。すなわち、負帰還抵抗33とコイル34とから構成
される負帰還回路を設けるものである。この際、抵抗3
3の抵抗値をRn、コイル34とSQUIDアレイ35の
相互結合インダクタンスをMn、SQUIDアレイ35の
磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは上記した数
式3で与えられる。
【0040】以上のように、本発明の実施形態を説明し
てきたが、本発明はここで示した実施形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載された構成を変更
しない限り、適宜に実施できる。例えば、本発明の実施
の形態においては、電流バイアスを上記第一及び第二の
スイッチ手段に同期して各SQUIDに応じたバイアス
点を設定するように構成したが、磁束バイアスを同様に
上記第一及び第二のスイッチ手段に同期して各SQUI
Dに応じたバイアス点を設定するように構成しても良
い。
てきたが、本発明はここで示した実施形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載された構成を変更
しない限り、適宜に実施できる。例えば、本発明の実施
の形態においては、電流バイアスを上記第一及び第二の
スイッチ手段に同期して各SQUIDに応じたバイアス
点を設定するように構成したが、磁束バイアスを同様に
上記第一及び第二のスイッチ手段に同期して各SQUI
Dに応じたバイアス点を設定するように構成しても良
い。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマルチチ
ャンネルSQUID磁束計は、センサSQUIDをマル
チプレクサで選択して別のSQUIDで一旦、加算的に
受け、この加算用SQUIDを他のマルチプレクサで選
択し、更に、後段のSQUIDアレイで加算的に増幅
し、室温増幅器で時分割的に電圧出力を増幅するもので
あるから、複数個のセンサを単一の増幅器で高S/N比
にて増幅することができるので、配線本数はセンサの数
だけFLL回路を設ける場合よりも極めて少なくするこ
とが可能である。
ャンネルSQUID磁束計は、センサSQUIDをマル
チプレクサで選択して別のSQUIDで一旦、加算的に
受け、この加算用SQUIDを他のマルチプレクサで選
択し、更に、後段のSQUIDアレイで加算的に増幅
し、室温増幅器で時分割的に電圧出力を増幅するもので
あるから、複数個のセンサを単一の増幅器で高S/N比
にて増幅することができるので、配線本数はセンサの数
だけFLL回路を設ける場合よりも極めて少なくするこ
とが可能である。
【0042】また、マルチプレクサをSQUIDと同様
にクライオスタット内に設置すればさらに配線本数は減
少する。よって、クライオスットの熱侵入は減少するた
めヘリウムのランニングコストが減少し、更に、回路規
模が少なくてすむ。
にクライオスタット内に設置すればさらに配線本数は減
少する。よって、クライオスットの熱侵入は減少するた
めヘリウムのランニングコストが減少し、更に、回路規
模が少なくてすむ。
【0043】一方、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられ、チャンネル
数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点でも
有利である。
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられ、チャンネル
数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点でも
有利である。
【0044】更に、開ループで計測するため、過大入力
や電源雑音などで計測が一時的に阻害されても、継続し
て計測を続けることが出きる等、多大な効果を奏する。
や電源雑音などで計測が一時的に阻害されても、継続し
て計測を続けることが出きる等、多大な効果を奏する。
【図1】本発明の一実施形態におけるマルチチャンネル
SQUID磁束計の要部回路図である。
SQUID磁束計の要部回路図である。
【図2】SQUIDの負帰還回路の構成を示す回路図で
ある。
ある。
【図3】SQUIDアレイの負帰還回路の構成を示す回
路図である。
路図である。
【図4】SQUIDの入出力特性を示す特性図である。
1 センサSQUID 2、7、12、13、23、24 電流制限抵抗 3、8 結合用抵抗 4、9 マルチプレクサ 5 次段SQUID 6、19、31、33 インプットコイル 10、11、21 磁束入力コイル 14、15、22 電圧設定用電源 16 バイアス電流供給
用電圧源 17、18 ブロック 20、35 SQUIDアレイ 25、26 電圧増幅器 27 サンプルホールド
回路 28 タイミング制御回
路 29 バイアス用電源 30、33 負帰還抵抗
用電圧源 17、18 ブロック 20、35 SQUIDアレイ 25、26 電圧増幅器 27 サンプルホールド
回路 28 タイミング制御回
路 29 バイアス用電源 30、33 負帰還抵抗
Claims (2)
- 【請求項1】 複数個のdc−SQUID(以下SQU
IDと記す)を磁場検出用のセンサとするマルチチャン
ネルSQUID磁束計において、 これら各センサSQUIDのバイアス電流をオンオフす
るための第一のスイッチ手段と、上記各センサSQUI
Dの電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗
と、該第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
一のコイルと、該第一のコイルと磁気的に結合したSQ
UIDからなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器
をオンオフするための第二のスイッチ手段と、上記第一
の加算器の電圧出力を電流として取り出す第二の結合用
抵抗と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続され
た第二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合した
SQUIDアレイからなる第二の加算器とから構成され
たことを特徴とするマルチチャンネルSQUID磁束
計。 - 【請求項2】 磁束電圧変換率dV/dΦの上記第一の加算
器におけるSQUIDか若しくは上記第二の加算器にお
けるSQUIDアレイに抵抗Rnと結合コイルMnから構成
され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧1となるような負帰
還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−V曲線の斜
面の略中点に位置させるための磁束バイアス回路を設け
たことを特徴とする請求項1に記載のマルチチャンネル
SQUID磁束計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5368496A JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルsquid磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5368496A JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルsquid磁束計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09222469A JPH09222469A (ja) | 1997-08-26 |
JP2929172B2 true JP2929172B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=12949655
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5368496A Expired - Lifetime JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルsquid磁束計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2929172B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5089048B2 (ja) * | 2006-01-17 | 2012-12-05 | セイコーインスツル株式会社 | 多重信号読み出し回路 |
JP2021085675A (ja) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | 株式会社リコー | 磁場計測装置 |
-
1996
- 1996-02-19 JP JP5368496A patent/JP2929172B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09222469A (ja) | 1997-08-26 |
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