JPH04232482A - Ｄｃ−ｓｑｕｉｄ磁気検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は例えば生体磁気計測
装置や航空磁気探査等に応用することのできるＤＣ−Ｓ
ＱＵＩＤ磁気検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】　　従来のＤＣ−ＳＱＵＩＤは一般に、
インプットコイル、ＳＱＵＩＤリング、およびモジュレ
ーションコイルから構成されている。インプットコイル
はピックアップコイルとループ状に接続されており、こ
のピックアップコイルで捉えられた磁束φはインプット
コイルを介してＤＣ−ＳＱＵＩＤに伝達され、電圧Ｖに
変換される。この電圧Ｖは、 Ｖ＝（∂Ｖ／∂φ）φとなる。

【０００３】ここで、（∂Ｖ／∂φ）は磁束電圧変換係
数であって、通常数１０μＶ／φ０　（φ０　＝２．０
７×１０−１５ｗｂ　）である。この（∂Ｖ／∂φ）が
大きいほど感度が高いことになる。ところで、従来のＤ
Ｃ−ＳＱＵＩＤは、この（∂Ｖ／∂φ）が小さいため、
出力電圧Ｖが小さくなり、前置増幅器の雑音の影響を受
けやすい。 そこで、これを避けるため、従来の計測回路ではＡＭ変
調方式を用いた磁束ロック回路（ＦＬＬ回路）を用いて
いる。

【０００４】図３に従来の磁束ロック回路を用いたＤＣ
−ＳＱＵＩＤ磁気検出装置の回路構成例を示す。この図
において３１はＤＣ−ＳＱＵＩＤリング、３２はピック
アップコイル、３３はインプットコイル、３４はモジュ
レーションコイルで、ＤＣ−ＳＱＵＩＤリング３１には
バイアス電流が流される。

【０００５】インプットコイル３２を介してＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤリング３１に伝達された磁束φはＤＣ−ＳＱＵＩ
Ｄで電圧Ｖに変換され、この電圧Ｖはトランス３５を介
して前置増幅器３６に入力された後、掛け算器３７を経
て積分器３８に導入される。積分器３８の出力は帰還抵
抗Ｒｆ　、モジュレーションコイル３４を介してＤＣ−
ＳＱＵＩＤリング３１にフィードバックされる。

【０００６】この回路では、発振器３９から交流電流が
モジュレーションコイル３４に流されるとともに、この
発振器３９からの交流電流は掛け算器３７に供給されて
おり、この掛け算器３７によって、前置増幅器３６によ
る増幅後のＳＱＵＩＤ出力電圧Ｖが位相検波される。す
なわち、以上の回路構成図に示すように、従来のこの種
のＤＣ−ＳＱＵＩＤにおける入出力特性は図４に示す通
り（∂Ｖ／∂φ）が小さいので、前置増幅器３６の雑音
（ホワイトノイズ，１／ｆノイズ）の影響を避けるため
、ＡＭ変調し、トランス３５でインピーダンス変換を行
う必要がある。なお、前置増幅器３６出力は掛け算器３
７と積分器３８で復調される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】　　以上のように、従
来のＡＭ変調方式の磁束ロック回路は複雑であり、規模
も大きくなってしまう。そこで、この問題を解決するた
めに、（∂Ｖ／∂φ）を大きくすることを目的として、
ＡＰＦ法が開発されている（”Ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ　ｈ
ｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ　ｄｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ
　−ｉｎｇ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃ
ｅ　ｄｅｖｉｃｅ　ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ　ｗｉｔ
ｈ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ　　ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ”　Ｄ．　Ｄｒｕｎｇ，　ｅｔ　ａ
ｌ．，　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　５７（
４），　２３　Ｊｕｌｙ　１９９０）。

【０００８】この文献による方法では、従来の回路のよ
うにモジュレーションを用いず、動作点をＳＱＵＩＤの
Ｖ・φ特性上の（∂Ｖ／∂φ）が最大になる点に設定し
て、Ｖ・φ特性曲線上の片側の斜面のみを用いて、この
斜面における（∂Ｖ／∂φ）を増すためにＡＰＦ法（Ａ
ｄｄｉｔｉｏｎａｌ　ＰｏｓｉｔｉｖｅＦｅｅｄｂａｃ
ｋ）を用いている。一方、反対側の斜面は小さくなるが
、これは磁束ロック動作には関係しない。この方法では
、変調を行わないが故に回路が簡単であるとともに、高
いスリューレートを持つ特長がある。

【０００９】図５にこのＡＰＦ法を用いた回路の構成を
原理図で示す。ＳＱＵＩＤの出力を抵抗Ｒにより電流に
変換し、フィードバックコイルＬとＳＱＵＩＤリング５
１の相互インダクタンスにより、ＳＱＵＩＤに磁束を帰
還した構成を採っている。ところで、このＡＰＦ法を用
いた回路では、マグネトメータとしてのみ使用が可能で
あり、通常よく用いられている微分型ピックアップコイ
ルを用いることができない、という欠点がある。

【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、通常の微分型ピックアップコイルを用いて、しか
も簡単な回路構成のもとに（∂Ｖ／∂φ）を大きくする
ことができ、もって簡単で高感度のＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁
気検出装置の提供を目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】　　上記の目的を達成す
るための構成を、実施例に対応する図１を参照しつつ説
明すると、本発明は、ピックアップコイル１により拾わ
れた磁束を、インプットコイル２を介してＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤリング３に伝達し、このＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力を
磁束ロック回路により取り出す磁気検出装置において、
ＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力電圧を抵抗（Ｒ／２，Ｒ／２）
により電流に変換し、その電流信号をインプットコイル
２を介して当該ＤＣ−ＳＱＵＩＤリング３に帰還させる
回路を備えたことによって特徴付けられる。

【００１２】

【作用】　　ＳＱＵＩＤ出力を抵抗により電流に変換し
、ＳＱＵＩＤに帰還させることで、Ｖ・φ特性曲線上の
片側の斜面の（∂Ｖ／∂φ）を増し、この斜面の傾きの
みを用いて磁束ロック動作を行わせるという原理は前記
したＡＰＦ法と同様であるが、インプットコイル２をフ
ィードバックコイルとして兼用し、特にＡＰＦ用のコイ
ルを不要とし、通常の微分型ピックアップコイルの接続
を可能としている。

【００１３】

【実施例】　　図１は本発明実施例の回路構成図である
。 ＤＣ−ＳＱＵＩＤリング３は、従来の通常の磁束ロック
回路を用いたＤＣ−ＳＱＵＩＤと同様、微分型のピック
アップコイル１とインプットコイル２からなる磁束トラ
ンスの、インプットコイル２と磁気的に結合されている
。ＳＱＵＩＤの出力電圧Ｖは前置増幅器５に入力され、
その増幅出力は積分器６に供給され、その積分器６の出
力は帰還抵抗Ｒｆ　を経て、ＳＱＵＩＤリング３に磁気
的に結合されたモジュレーションコイル７を介してＳＱ
ＵＩＤリング３にフィードバックされる。なお、ＤＣ−
ＳＱＵＩＤリング３には、前置増幅器５との間に挿入さ
れたバイアス電圧源８からバイアス電流が流される。

【００１４】ＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力電圧Ｖは、前置増
幅器５のほかに２つの抵抗Ｒ／２，Ｒ／２にも導かれ、
この抵抗Ｒ／２，Ｒ／２によって出力電圧Ｖは電流に変
換されてピックアップコイル１とインプットコイル２の
間に戻される。このインプットコイル２と磁気的に結合
されたＤＣ−ＳＱＵＩＤリング３には、従って、出力電
圧Ｖが帰還されることになる。

【００１５】その結果、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの入出力特性
は図２に示すように、ＡＰＦと同様に一方の斜面で（∂
Ｖ／∂φ）が大きくなり、他方の斜面は（∂Ｖ／∂φ）
が小さくなる。なお、Ｖｂ　はバイアス電圧である。こ
のＤＣ−ＳＱＵＩＤの部分の回路方程式は、外部磁束を
φｅｘ，ＳＱＵＩＤリング３に伝達される磁束をφ，ピ
ックアップコイル１およびインプットコイル２のインダ
クタンスをそれぞれＬ１　とＬ２　とし、インプットコ
イル２とＤＣ−ＳＱＵＩＤリング３間の相互インダクタ
ンスをＭ，流れる電流を図示の通りとすると φｅｘ＝Ｌ１　Ｉ１　−Ｌ２　Ｉ２　　　　　・・・・
（１）Ｉ１　＋Ｉ２　＝Ｉ０　＝Ｖ／Ｒ　　　　・・・
・（２）φ＝ＭＩ２　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　・・・・（３）である。（１），（２）からＩ１
　とＩ２　を解いて、Ｉ１　＝（Ｌ２　Ｉ０　＋φｅｘ
）／（Ｌ１　＋Ｌ２　）・・・・（４）Ｉ２　＝（Ｌ１
　Ｉ０　−φｅｘ）／（Ｌ１　＋Ｌ２　）・・・・（５
）となる。また、（３）から、 φ＝｛ＭＬ１　Ｉ０　／（Ｌ１　＋Ｌ２　）｝−Ｍφｅ
ｘ／（Ｌ１　＋Ｌ２　）　　　　　　　　　　　　　　
・・・・（６）となる。

【００１６】ちなみに、図５に示された前記した提案の
に基づくＡＰＦ法を用いた場合には、外部磁束をφｅｘ
′，ＡＰＦ用コイルＬとＳＱＵＩＤリング５１との相互
インダクタンスをＭ′，ＡＰＦ用コイルＬからＳＱＵＩ
Ｄリング５１に伝達される磁束をφＡ　としたとき、φ
＝φｅｘ′＋φＡ　＝φｅｘ′＋ＶＭ′／Ｒ　　　　・
・・・（７）となる。

【００１７】このＡＰＦ法と本発明実施例を比較した時
、（６）および（７）から、 φｅｘ′＝−Ｍφｅｘ／（Ｌ１　＋Ｌ２　）・・・・（
８）Ｍ′＝ＭＬ１　／（Ｌ１　＋Ｌ２　）　　　　　　
　　　　　　・・・・（９）の関係にあり、この点を除
いて、特にＡＰＦ用コイルを設けることなく、前記した
提案のＡＰＦ法と同等の結果が得られる。

【００１８】さて、前置増幅器５の出力にはＤＣ−ＳＱ
ＵＩＤのノイズと前置増幅器５自体のノイズが含まれる
。φを磁束ノイズ、ＳＶ　を前置増幅器５自体の雑音電
力とすると、前置増幅器５の入力における雑音電力ＳＴ
　は、

【００１９】

【数１】

【００２０】となる。ここで、

【００２１】

【数２】

【００２２】は２乗平均値である。実際に計測されるの
はＳＴ　であるが、通常のＳＱＵＩＤのように（∂Ｖ／
∂φ）が小さいとＳＴ　は常にＳＶ　とほぼ等しい値と
なり、ＳＱＵＩＤの本来の性能が得られず、従ってＡＭ
変調方式の磁束ロック法を採用して、ＳＶ　を小さくす
る対策を採っているわけである。これに対し、以上の本
発明実施例のＤＣ−ＳＱＵＩＤでは、（∂Ｖ／∂φ）が
大きくなるから、ＳＴ　の値は、

【００２３】

【数３】

【００２４】に大きく依存することになり、ＡＭ変調や
インピーダンス変換を行うことなく、ＳＱＵＩＤの性能
を表に表すことが可能となる。

【００２５】

【発明の効果】　　以上説明したように、本発明によれ
ば、ＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力電圧を抵抗を介して電流信
号に変換し、この電流信号を、外部磁束をＳＱＵＩＤリ
ングに伝達するためのインプットコイルを介してＤＣ−
ＳＱＵＩＤに帰還させる回路を設けたので、従来のＤＣ
−ＳＱＵＩＤの構造を大幅に変化させずにＳＱＵＩＤの
入出力特性の片方の斜面の（∂Ｖ／∂φ）を大きくして
その斜面を磁束ロック動作に供することができ、ＤＣ−
ＳＱＵＩＤの感度を向上させることができる。その結果
、従来の磁束ロック回路のようなＡＭ変調やインピーダ
ンス変換を行う必要がなくなり、回路構成が大幅に簡略
化される。

【００２６】また、従来のＡＰＦ法に比して、通常の微
分型ピックアップコイルの使用が可能となるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例の回路構成図

【図２】　　そ
のＤＣ−ＳＱＵＩＤの入出力特性を示すグラフ

【図３】　　従来のＡＭ変調方式を用いた磁束ロック回
路によるＤＣ−ＳＱＵＩＤ磁気検出装置の回路構成の例
を示す図

【図４】　　従来のＤＣ−ＳＱＵＩＤの入出力特性を示
すグラフ

【図５】　　従来のＡＰＦ法を用いたＤＣ−ＳＱＵＩＤ
の原理的回路構成図

【符号の説明】

１・・・・ピックアップコイル ２・・・・インプットコイル ３・・・・ＤＣ−ＳＱＵＩＤリング ５・・・・前置増幅器 ６・・・・積分器 ７・・・・モジュレーションコイル ８・・・・バイアス電圧源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ピックアップコイルにより拾われた磁
   束を、インプットコイルを介してＤＣ−ＳＱＵＩＤリン
   グに伝達し、このＤＣ−ＳＱＵＩＤの出力を磁束ロック
   回路により取り出す磁気検出装置において、ＤＣ−ＳＱ
   ＵＩＤの出力を抵抗により電流に変換し、その電流信号
   を上記インプットコイルを介して当該ＤＣ−ＳＱＵＩＤ
   に帰還させる回路を備えたことを特徴とするＤＣ−ＳＱ
   ＵＩＤ磁気検出装置。