JPH0694815A - Squid磁束計の動作点設定システム及び方法 - Google Patents

Squid磁束計の動作点設定システム及び方法

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JPH0694815A
JPH0694815A JP4244506A JP24450692A JPH0694815A JP H0694815 A JPH0694815 A JP H0694815A JP 4244506 A JP4244506 A JP 4244506A JP 24450692 A JP24450692 A JP 24450692A JP H0694815 A JPH0694815 A JP H0694815A
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JP
Japan
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operating point
point setting
squid
signal
magnetometer
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JP4244506A
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English (en)
Inventor
Akihiko Kandori
明彦 神鳥
Keiko Fukuda
恵子 福田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SQUIDを用いたSQUID磁束計の動作
点設定システム及び方法を提供する。 【構成】 SQUID1に帰還変調コイル4から低周波
の擬似信号を入力するため、初期状態としてスイッチ回
路8で帰還回路をオープン状態にしておき、動作点設定
用発振器9から低周波または直流電圧をスイッチ回路8
により電圧−電流変換器5に入力する。擬似信号をSQ
UID1は電圧に変換し検出回路7に伝達する。検出回
路後の出力電圧のゼロクロス点をゼロクロス検出器10
によって求め、制御信号11をスイッチ回路8に伝え、
帰還回路系をクローズループにし、動作点設定用発振器
9の電圧−電流変換器5への入力を切断する。 【効果】 SQUID磁束計動作時(クローズループ
時)の出力電圧にはオフセット電圧が表れず、オフセッ
ト調整が不要になり、安定した磁束計を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は極微小磁場の測定を目的
としたSQUID(超伝導量子干渉素子)を用いた磁束
計に関し、SQUID磁束計の動作点設定システム及び
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、SQUIDを用いた磁束計により
微弱な磁場の測定が可能となってきた。特に最近では、
てんかんやアルツハイマ病といった脳の機能障害などの
診断支援装置として生体磁場計測装置が注目をあびてい
る。
【0003】SQUIDは非線形素子のために帰還回路
を用いて動作点を設定し、磁束計として動作させる。従
来、この動作点の設定は任意の位置に行われていたた
め、オフセット電圧が生じていた。また、このオフセッ
ト電圧をキャンセルするため、SQUID磁束計を図6
に示すように、FLL(フラックス ロックド ループ
(Flux Locked Loop))回路をクローズループ状態で直
流電圧29を帰還回路に入力して行っていた(レビュー
オブ サイエンティフィック インスツルメンツ(R
ev.Sci.Instrum.)55(6),Jun
e 1984)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、動
作点の設定により生じるオフセット電圧をキャンセルす
るため、オフセット回路が必要である。しかしながら、
多チャンネルのSQUID磁束計において、オフセット
回路を各々用意し、調整を各々のチャンネルで行うこと
は困難である。このため、オフセット電圧の調整が行な
えない場合には、チャンネル間のオフセット電圧とSQ
UIDの感度はばらつくという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】少なくとも2個のジョセ
フソン接合を持ち、冷却媒体内に配置されるSQUID
(超伝導量子干渉素子)を用いたSQUID磁束計の動
作点設定システムであって、このSQUID磁束計の動
作点の設定を行なう動作点設定手段と、この動作点設定
手段の出力信号である動作点設定用信号の変化に応じて
変化するSQUID磁束計の出力電圧のレベルを検出す
るレベル検出手段と、さきの出力電圧の特定のレベルに
応じて帰還回路のオープン・クローズの接続切り替えを
行う切り替え手段とを有することを特徴とする。すなわ
ち、上記問題点を解決するため、本発明では、動作点設
定用信号を与える動作点設定手段と、SQUID磁束計
の出力のレベルを検出するレベル検出器と、FLL(Fl
ux Locked Loop)回路のオープン・クローズ切り替え部
とを設ける。動作としては、まずFLL(Flux Locked
Loop)回路をオープン状態にして帰還回路系に動作点設
定用信号を入力する。この入力に応じた出力からゼロク
ロス点を求め、FLL回路をクローズ状態にし、動作点
設定用信号の入力を停止する。これらの一連の操作によ
り、動作点設定が完了する。
【0006】
【作用】動作点を安定な位置に設定できるため、容易に
オフセット電圧の調整を行うことができ、安定した位置
にSQUID磁束計の動作点の設定ができる。また、常
にSQUIDの感度の最も良い位置に動作点の設定がで
きるため、低雑音化を図ることが可能である。
【0007】
【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。本
発明を要約すれば次のようになる。少なくとも2個のジ
ョセフソン接合を持ち、冷却媒体内に配置されるSQU
ID(超伝導量子干渉素子)を用いたSQUID磁束計
の動作点設定システムであって、このSQUID磁束計
の動作点の設定を行なう動作点設定手段と、この動作点
設定手段の出力信号である動作点設定用信号の変化に応
じて変化するSQUID磁束計の出力電圧のレベルを検
出するレベル検出手段と、上記の出力電圧の特定のレベ
ルに応じて帰還回路のオープン・クローズの接続切り替
えを行う切り替え手段とを有することを特徴としたSQ
UID磁束計の動作点設定システムである。
【0008】このような動作点設定システムにおいて、
動作点設定用信号をSQUID磁束計へ入力し、次にS
QUID磁束計の出力電圧のゼロクロス点を抽出し、次
に帰還回路をクローズ状態にし、最後に動作点設定手段
からの信号を停止する。さらに、SQUID磁束計はS
QUIDへの少なくとも2つの帰還ループを持ち、第1
の帰還ループは常にクローズ状態とし、第2の帰還ルー
プは上記した動作点設定方法に従い、SQUID磁束計
の出力電圧レベルによりゼロクロス点を判定し、オープ
ン、クローズの接続切り替えへを行なう。また、動作点
設定手段からの信号と変調信号を加算して、同一のコイ
ルに入力する、あるいは、動作点設定手段からの信号と
帰還信号を加算して、同一のコイルに入力する。動作点
設定用信号の周波数が変調信号の周波数より低く、SQ
UID磁束計の測定周波数帯域内とする。動作点設定用
信号の振幅は、SQUIDへ入力される動作点設定用信
号の磁束が1量子磁束(Φ0)以下になるように設定さ
れる。
【0009】図1に基づいて第1の実施例について説明
する。SQUID磁束計は図のように、SQUID1、
入力コイル2、検出コイル3、帰還変調コイル4、電圧
−電流変換器5、電流源6、検出回路7、スイッチ回路
8、動作点設定用発振器9、ゼロクロス検出器10から
構成されている。ここで示す検出回路7は、増幅器、位
相検波器、積分器等を含んだ構成で実現できる。
【0010】初期状態としてスイッチ回路8で帰還回路
をオープン状態にしておく。同時に動作点設定用発振器
9からの低周波または直流電圧をスイッチ回路8によっ
て電圧−電流変換器5に入力する。これによってSQU
ID1に帰還変調コイル4から低周波の擬似信号が入力
されることになる。また、擬似信号の周波数は帰還回路
のクローズ状態での磁束計としての測定可能な帯域内と
する。この擬似信号をSQUID1は電圧に変換し検出
回路7に伝達する。この検出回路後の出力電圧Voutのゼ
ロクロス点(出力電圧が零になる点)をゼロクロス検出
器10によって求める。このゼロクロス点抽出時に制御
信号11をスイッチ回路8に伝え、帰還回路系をクロー
ズループにし、次に動作点設定用発振器9の電圧−電流
変換器5への入力を切断する。これらの操作により、通
常のSQUID磁束計動作時(クローズループ時)の出
力電圧Voutにはオフセット電圧が表れず、安定した磁束
計を得ることができる。すなわち、帰還回路系に動作点
設定用信号を入力する装置と、レベル検出器と、スイッ
チ回路とを有し、動作点設定はまず、FLL(FluxLock
ed Loop)回路をオープン状態にして帰還回路系に低周波
信号を入力しこれによって得られた出力からゼロクロス
点を抽出する。このゼロクロス点抽出時にFLL回路を
クローズ状態にし、低周波信号入力を停止する。これら
の一連の操作により、動作点設定が完了する。
【0011】図2と図3に基づいて第2の実施例につい
て説明する。磁束計の構成としては、SQUID1、入
力コイル2、検出コイル3、帰還変調コイル4、増幅器
13、位相検波器14、変調信号発振器17、位相器1
8、スイッチ回路19、帰還抵抗21から構成されてい
る。第1の実施例と同様、初期状態は図2に示すように
スイッチ回路19の#aがOFF状態で、#bがON状
態である。この時、動作点設定用発振器20の入力と出
力Voutの関係は図3のようになる。図3は横軸22が動
作点設定用の入力信号で縦軸が出力Voutある。この図上
のゼロクロス点23をゼロクロス検出器10で検出す
る。この点が検出されたとき、制御信号11によってス
イッチ回路の#aをON状態に#bをOFF状態に遷移
させる。これによってFLL回路はクローズ状態にな
り、磁束計として動作することになる。これらの操作に
より、オフセット電圧が発生せず、安定した磁束計を得
ることができる。
【0012】次に図4に動作点設定手順をフローチャー
トで示す。第1段階24としてFLL回路をオープン状
態にする。次に第2段階25として、帰還変調コイルに
動作点設定用の低周波信号を入力し、この時の検出回路
の出力をモニターする。そして、第3段階26として出
力のゼロクロス点を抽出する。この出力電圧がゼロにな
ったところで第4段階27としてFLL回路をクローズ
状態にする。そして第5段階として、低周波信号の入力
を停止する。これにより、FLL回路の変調信号の動作
点を安定な位置に持っていくことができ、安定したSQ
UID磁束計を得ることができる。上述したゼロクロス
点検出器は、コンパレータを用いることで実現できる。
また、さらに動作を安定させるための本発明の第3の実
施例を図5に示す。本実施例において、出力電圧Vout
と帰還変調コイル4の間に電流−電圧変換回路30が電
流−電圧変換回路5に並列に接続され、磁束計はクロー
ズ状態となっている。この状態で、上記方法によりロッ
クをかける。電流−電圧変換回路30によりクローズル
ープ状態とすることにより動作の安定化を図ることがで
きる。
【0013】
【発明の効果】本発明により、SQUID磁束計の出力
のオフセット電圧を解除することができる。また、SQ
UIDの磁束−電圧特性の安定な位置に帰還を掛けて動
作点を決めることにより、安定したSQUID磁束計が
得られ、常にSQUIDの最も感度の良い位置で磁束計
として動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1であるSQUID磁束計の動
作点設定方法を示す図。
【図2】本発明の実施例2であるSQUID磁束計の動
作点設定方法示す図。
【図3】擬似信号入力と出力との関係を示す図。
【図4】SQUID磁束計の動作点設定手順を示すフロ
ーチャート。
【図5】本発明の実施例3であるSQUID磁束計の動
作点設定方法を示す図。
【図6】SQUID磁束計の従来技術による動作点設定
方法を示す図。
【符号の説明】
1…SQUID、2…入力コイル、3…検出コイル、4
…帰還変調コイル、5…電圧−電流変換回路、6…電流
源、7…検出回路、8…スイッチ回路、9、20…動作
点設定用発振器、10…ゼロクロス点検出器、11…制
御信号、12…積分器またはローパスフィルタ、13…
増幅器、14…位相検波器、15…クロック、16…変
調信号、17…変調信号発振器、18…位相器、19…
スイッチ回路、21…帰還抵抗、22…入力信号、23
…ゼロクロス点、24…第1段階、25…第2段階、2
6…第3段階、27…第4段階、28…第5段階、29
…オフセット回路、30…電圧−電流変換回路。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2個のジョセフソン接合を持
    ち、冷却媒体内に配置されるSQUID(超伝導量子干
    渉素子)を用いたSQUID磁束計の動作点設定システ
    ムであって、このSQUID磁束計の動作点の設定を行
    なう動作点設定手段と、この動作点設定手段の出力信号
    である動作点設定用信号の変化に応じて変化するSQU
    ID磁束計の出力電圧のレベルを検出するレベル検出手
    段と、前記出力電圧の特定のレベルに応じて帰還回路の
    オープン・クローズの接続切り替えを行う切り替え手段
    とを有することを特徴としたSQUID磁束計の動作点
    設定システム。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、前記動作点設定用信号をSQUID磁束計へ入力
    し、次にSQUID磁束計の出力電圧のゼロクロス点を
    抽出し、次に帰還回路をクローズ状態にし、最後に前記
    動作点設定手段からの信号を停止することを特徴とする
    SQUID磁束計の動作点設定方法。
  3. 【請求項3】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、上記SQUID磁束計はSQUIDへの少なくと
    も2つの帰還ループを持ち、第1の帰還ループは常にク
    ローズ状態とし、第2の帰還ループは請求項2に記載の
    動作点設定方法に従い、SQUID磁束計の出力電圧レ
    ベルによりゼロクロス点を判定し、オープン、クローズ
    の接続切り替えへを行なうことを特徴とするSQUID
    磁束計の動作点設定方法。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、前記動作点設定手段からの信号と変調信号を加算
    して、同一のコイルに入力することを特徴とするSQU
    ID磁束計の動作点設定システム。
  5. 【請求項5】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、前記動作点設定手段からの信号と帰還信号を加算
    して、同一のコイルに入力することを特徴とするSQU
    ID磁束計の動作点設定システム。
  6. 【請求項6】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、前記動作点設定用信号の周波数が変調信号の周波
    数より低く、SQUID磁束計の測定周波数帯域内であ
    ることを特徴とするSQUID磁束計の動作点設定方
    法。
  7. 【請求項7】請求項1に記載の動作点設定システムにお
    いて、SQUIDへ入力される動作点設定用信号の磁束
    が1量子磁束(Φ0)以下になるように、動作点設定用
    信号の振幅を設定することを特徴とするSQUID磁束
    計の動作点設定方法。
JP4244506A 1992-09-14 1992-09-14 Squid磁束計の動作点設定システム及び方法 Pending JPH0694815A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100478067B1 (ko) * 1996-10-17 2005-07-08 스미토모덴키고교가부시키가이샤 자기센서구동회로장치
CN106793979A (zh) * 2014-08-28 2017-05-31 日立麦克赛尔株式会社 运动功能评价***以及运动功能测量装置

Cited By (2)

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