JPH04269680A - 高感度磁場検出装置 - Google Patents

高感度磁場検出装置

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JPH04269680A
JPH04269680A JP3030457A JP3045791A JPH04269680A JP H04269680 A JPH04269680 A JP H04269680A JP 3030457 A JP3030457 A JP 3030457A JP 3045791 A JP3045791 A JP 3045791A JP H04269680 A JPH04269680 A JP H04269680A
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JP
Japan
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squid
magnetic field
current
voltage
field detection
Prior art date
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Pending
Application number
JP3030457A
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English (en)
Inventor
Narikazu Odawara
成計 小田原
Satoru Nakayama
哲 中山
Satoshi Sekiya
関谷　聡
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
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Priority to DE69220104T priority patent/DE69220104T2/de
Priority to EP92102419A priority patent/EP0501241B1/en
Priority to US07/840,344 priority patent/US5280242A/en
Publication of JPH04269680A publication Critical patent/JPH04269680A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
    • Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
    • Y10S505/842—Measuring and testing
    • Y10S505/843—Electrical
    • Y10S505/845—Magnetometer
    • Y10S505/846—Magnetometer using superconductive quantum interference device, i.e. squid

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

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　　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ
ｕｃｔｉｎｇ　　Ｑｕａｎｔｕｍ　　Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ　　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】高感度磁場検出装置は微小磁場の検出に
用いられている。図５は従来の高感度磁場検出装置の一
例を示すブロック図である。高感度磁場検出装置は少な
くともＤＣ　　ＳＱＵＩＤ、バイアス回路、信号増幅回
路、位相検波回路、帰還増幅回路、変調回路から構成さ
れる。バイアス回路はＤＣ　　ＳＱＵＩＤに電流を流す
ために電圧源と電圧電流変換器から構成される。バイア
ス電流が流されたＤＣ　　ＳＱＵＩＤからの変調信号は
、増幅器で増幅され、位相検波回路で検波される。
【０００３】検波された信号は積分器に入力し、積分器
の出力の帰還信号は電流変換され、電流変換された変調
信号と加算されＤＣ　　ＳＱＵＩＤへ入力し、ＤＣＳＱ
ＵＩＤに加わる全磁束を常に一定値に固定する。したが
って、帰還信号をモニターすることにより磁場を検出で
きる。微小磁場の検出は上記の方法によるが、ＤＣＳＱ
ＵＩＤの電流対電圧特性と磁束対電圧特性を測定するた
めには、図６にブロック図で示すＳＱＵＩＤ素子測定装
置を用いて行う。
【０００４】ＳＱＵＩＤ素子測定装置を用いたＤＣ　　
ＳＱＵＩＤの電流対電圧特性測定は、バイアス電源を発
振回路により掃引し、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤに発生する電
圧を測定し、縦軸を電流、横軸を電圧としてオシロスコ
ープに表示させて行う。磁束対電圧特性測定は、ＤＣ　
　ＳＱＵＩＤに臨界電流と等しい量のバイアス電流を流
しながら、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤに発振回路により掃引さ
せた帰還変調電流を流し、ＤＣＳＱＵＩＤに発生する電
圧を測定し、縦軸を磁束、横軸を電圧としてオシロスコ
ープに表示させて行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の高感度磁場検出
装置は、それ自体ではバイアス電流や帰還変調電流を掃
引させることが不可能な為、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤの素子
特性を測定する際は、ＳＱＵＩＤ素子測定装置を用いる
必要があった。この方法によると、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤ
を高感度磁場検出装置として駆動している際に、ＤＣ　
　ＳＱＵＩＤの素子特性を観察したい場合、ＤＣ　　Ｓ
ＱＵＩＤの配線をＦ．Ｌ．Ｌ．回路装置からはずし、Ｓ
ＱＵＩＤ素子測定装置に配線して行う必要があった。
【０００６】
【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帰還変調回
路の一部に帰還変調切り換え回路を設け、かつ、バイア
ス回路の一部にバイアス切り換え回路を設けることによ
り、帰還変調信号とバイアス電源を外部入力可能とし、
ＳＱＵＩＤ素子測定装置を用いずとも、外部からバイア
ス電流を入力し、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤの電圧を測定する
ことで電流対電圧特性が測定可能となり、バイアス電流
を一定にし帰還変調信号を入力してＤＣ　　ＳＱＵＩＤ
の電圧を測定することで磁束対電圧特性を測定すること
を可能にしたものである。
【０００７】
【作用】上記のような構成により、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤ
を高感度磁場検出装置として駆動している際でも、容易
にＤＣ　　ＳＱＵＩＤの素子特性を観察できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明について実施例により詳細に説
明する。　　図１は、本発明の実施例１を示す高感度磁
場検出装置の構成をブロック図で表したものである。図
１において、帰還変調切り換え回路１１は、５０ｋＨｚ
方形波発振器１８、積分器１７、そして第１の外部入力
端子１１４からの３つの入力端子を備え、ＤＣ　　ＳＱ
ＵＩＤ１４へ出力する１つの出力端子を備える。帰還変
調切り換え回路１１は、５０ｋＨｚ方形波発振器１８か
らの変調信号と第１の外部入力端子１１４からの信号の
入力を選択する第１の切り換えスイッチ１１３と、第１
の切り換えスイッチ１１３からの電圧信号を電流信号に
変換する第２の電圧電流変換器１１２と、積分器１７か
らの帰還信号を電圧信号から電流信号に変換する第１の
電圧電流変換器１１１から構成される。
【０００９】第１の電圧電流変換器１１１と第２の電圧
電流変換器１１２から出力される電流信号は加算されＤ
Ｃ　　ＳＱＵＩＤ１４の帰還変調電流となる。図１にお
いて、バイアス切り換え回路１２は、バイアス電源１３
と第２の外部入力端子１２３を入力とし、第３の電圧電
流変換器１２１と、第３の電圧電流変換器１２１への入
力選択を行う第２の切り換えスイッチ１２２により構成
される。
【００１０】実施例１を高感度磁場検出装置として用い
る場合、バイアス切り換え回路１２における第２の切り
換えスイッチ１２２はバイアス電源１３側とし、ＤＣ　
　ＳＱＵＩＤ１４にバイアス電流を流し、帰還変調切り
換え回路１１における第１の切り換えスイッチ１１３は
５０ｋＨｚ方形波発振器１８側とし、ＤＣ　　ＳＱＵＩ
Ｄ１４に帰還変調電流を流すことにより磁場検出を行う
。
【００１１】実施例１でＤＣ　　ＳＱＵＩＤ１４の素子
特性を測定する場合、５０ｋＨｚ方形波発振器１８の出
力、積分器１７の出力を共に０とし、バイアス切り換え
回路１２における第２の切り換えスイッチ１２２を第２
の外部入力端子１２３側とし、第２の外部入力端子１２
３から可変の電圧信号を入力することにより、ＤＣ　　
ＳＱＵＩＤ１４に可変のバイアス電流を入力し、発生す
る電圧をＸ軸、外部入力電圧をＹ軸として軌跡を描かせ
ることで、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤの電流対電圧特性が観察
できる。
【００１２】また、上記の実施例１を高感度磁場検出装
置として用いる場合と同様の方法でＤＣ　　ＳＱＵＩＤ
１４にバイアス電流を流し、帰還変調切り換え回路１１
における第１の切り換えスイッチ１１３を第１の外部入
力端子１１４側として第１の外部入力端子１１４から可
変の電圧信号を入力し、入力した電圧信号を第２の電圧
電流変換器１１２により電流変換してＤＣ　　ＳＱＵＩ
Ｄ１４へ入力させることにより、その電流に対応した電
圧を発生させ、発生した電流を増幅器１５で増幅し、増
幅器の出力端子１５１の出力をＸ軸、外部入力電圧をＹ
軸として軌跡を描かせることで、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤの
磁束対電圧特性が観察できる。
【００１３】図２は、本発明の実施例２を示す高感度磁
場検出装置の帰還変調切り換え回路のブロック図である
。高感度磁場検出装置の帰還変調切り換え回路以外の部
分は、図１と変わるところはない。図２において、帰還
変調切り換え回路２１は、５０ｋＨｚ方形波発振器接続
用端子２１４、積分器接続用端子２１５、そして外部入
力端子２１６の３つの入力端子を備え、ＤＣ　　ＳＱＵ
ＩＤへ出力する１つの出力端子２１７を備える。スイッ
チ２１３は、第１の電圧電流変換器２１１への入力を選
択する切り換えスイッチである。実施例１と実施例２と
の相違点は、実施例１が切り換えスイッチにより第１の
外部入力端子を変調信号系に接続するのに対し、実施例
２は帰還信号系に接続する点である。
【００１４】実施例２を高感度磁場検出装置として用い
る場合、実施例１を高感度磁場検出装置として用いる場
合と同様な方法によりバイアス電流を流し、図２におけ
る切り換えスイッチ２１３を積分器の入力端子２１５側
にして実施例１と同様の方法で行う。実施例２でＤＣ　
　ＳＱＵＩＤの素子特性を測定する場合、電流対電圧特
性は実施例１の電流対電圧特性と同様の方法で行う。磁
束対電圧特性の測定方法は、実施例１の磁束対電圧特性
の測定方法と同様にしてＤＣ　　ＳＱＵＩＤにバイアス
電流を流し、図２における切り換えスイッチ２１３を外
部入力端子２１６側として実施例１の磁束対電圧特性と
同様の方法により行う。
【００１５】図３は、本発明の実施例３を示す高感度磁
場検出装置の帰還変調切り換え回路のブロック図である
。高感度磁場検出装置の帰還変調切り換え回路以外の部
分は、図１と変わるところはない。図３において、帰還
変調切り換え回路３１は、５０ｋＨｚ方形波発振器接続
用端子３１４、積分器接続用端子３１５、そして外部入
力端子３１６の３つの入力端子を備え、ＤＣ　　ＳＱＵ
ＩＤへ出力する１つの出力端子３１７を備える。実施例
１、実施例２との相違点は、外部入力信号用の電圧電流
変換器を設けた点である。
【００１６】実施例３を高感度磁場検出装置として用い
る場合、実施例１の高感度磁場検出装置として用いる場
合と同様な方法によりＤＣ　　ＳＱＵＩＤにバイアス電
流、帰還変調電流を流し磁場検出を行う。　　実施例３
でＤＣ　　ＳＱＵＩＤの素子特性を測定する場合、実施
例１の電流対電圧特性と磁束対電圧特性の測定方法と同
様に行う。
【００１７】図４は、本発明の実施例４を示す高感度磁
場検出装置のバイアス切り換え回路のブロック図である
。高感度磁場検出装置のバイアス切り換え回路以外の部
分は、図１と変わるところはない。図４において、バイ
アス切り換え回路４１は、バイアス電源用端子４１６用
の第３の電圧電流変換器４１１と、第２の外部入力端子
４１４用の第５の電圧電流変換器４１２と、出力信号を
選択する切り換えスイッチ４１３で構成される。実施例
１との相違点は、バイアス電源と外部入力との電圧電流
変換器を個別に設けた点で、実施例１に比べバイアス電
源と第２の外部入力端子の電流変換ゲインを個別に設定
できる点で優れている。
【００１８】実施例４を高感度磁場検出装置として用い
る場合、電流対電圧特性は、切り換えスイッチ４１３を
バイアス電源用端子４１６側とし、実施例１と同様の方
法で行う。実施例４でＤＣ　　ＳＱＵＩＤの素子特性を
測定する場合、電流対電圧特性は切り換えスイッチ４１
３を第２の外部入力端子４１４側とし、実施例１と同様
の方法で行う。磁束対電圧特性は、上記の実施例４を高
感度磁場検出装置として用いる場合と同様の方法でＤＣ
　　ＳＱＵＩＤにバイアス電流を流し、実施例１と同様
の方法で行う。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、従来の高感度磁場
検出装置に、積分器と発振器、そして第１の外部入力端
子を入力とし、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤへ出力する帰還変調
切り換え回路を備え、かつ、バイアス電源と第２の外部
入力端子を入力とし、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤへ出力するバ
イアス切り換え回路を備えることにより、ＤＣＳＱＵＩ
Ｄを高感度磁場検出装置として駆動している際であって
もＤＣ　　ＳＱＵＩＤの特性を測定できるため、容易に
破壊等を発見することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高感度磁場検出装置の実施例１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実施例２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実施例
３を示すブロック図である。
【図４】本発明による高感度磁場検出装置の実施例４を
示すブロック図である。
【図５】従来の高感度磁場検出装置を示すブロック図で
ある。
【図６】従来のＳＱＵＩＤ素子測定装置を示すブロック
図である。
【符号の説明】
１、１３　　バイアス電源 ２、１４　　ＤＣ　　ＳＱＵＩＤ ５、１７　　積分器 ６、１８　　発振器 １１、２１、３１　　帰還変調切り換え回路１２、４１
　　バイアス切り換え回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　磁場を検出し信号電圧とするＤＣ　　
    ＳＱＵＩＤ（直流駆動型超伝導量子干渉素子）と、ＤＣ
    　　ＳＱＵＩＤ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、積分器と、発振器及び第１の外
    部入力端子を入力とし、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤへ出力する
    帰還変調切り換え回路とバイアス電源及び第２の外部入
    力端子を入力とし、ＤＣ　　ＳＱＵＩＤへ出力するバイ
    アス切り換え回路とを備えたことを特徴とする高感度磁
    場検出装置。
JP3030457A 1991-02-25 1991-02-25 高感度磁場検出装置 Pending JPH04269680A (ja)

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JP3030457A JPH04269680A (ja) 1991-02-25 1991-02-25 高感度磁場検出装置
DE69220104T DE69220104T2 (de) 1991-02-25 1992-02-13 Magnetfelddetektionsanordnung mit hoher Empfindlichkeit
EP92102419A EP0501241B1 (en) 1991-02-25 1992-02-13 Highly sensitive magnetic field detecting device
US07/840,344 US5280242A (en) 1991-02-25 1992-02-24 Apparatus for detecting a fine magnetic field with characteristic testing function of a DC squid

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US (1) US5280242A (ja)
EP (1) EP0501241B1 (ja)
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DE69220104T2 (de) 1997-09-25
EP0501241A2 (en) 1992-09-02
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