JP2552245B2 - SQUID magnetometer - Google Patents

SQUID magnetometer

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JP2552245B2
JP2552245B2 JP5216917A JP21691793A JP2552245B2 JP 2552245 B2 JP2552245 B2 JP 2552245B2 JP 5216917 A JP5216917 A JP 5216917A JP 21691793 A JP21691793 A JP 21691793A JP 2552245 B2 JP2552245 B2 JP 2552245B2
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squid
coil
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久 賀戸
洋一 高田
邦夫 風見
雅之 上田
健一 岡島
貴紀 小室
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、SQUID(Supe
rconducting QuantumInterf
erence Device:超伝導量子干渉デバイ
ス)を用いて生体磁気信号等による微小な磁場の変化
(磁束変化)を計測するSQUID磁束計に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to SQUID (Super
rconducting QuantumInterf
The present invention relates to an SQUID magnetometer that measures a minute change in magnetic field (flux change) due to a biomagnetic signal or the like by using an erence device (superconducting quantum interference device).

【0002】[0002]

【従来の技術】超伝導リングに2個のジョセフソン接合
を含むdc−SQUID(電圧出力型SQUID)を用
いたSQUID磁束計によれば、数十pT程度の微小な
磁界を検出できることから、心磁図や脳磁図といった生
体磁気信号の測定に用いられると共に、高精度の電流計
や電圧計等にも応用されている。斯かる磁気計測に用い
られるSQUIDは、SQUIDリングに外部磁束が作
用すると、量子磁束Φ0周期毎に正弦波形を繰り返す変
化出力が得られるという特徴を有し、この変化出力にお
ける直線性の良好な点を動作点とすれは、磁束変化量に
略々比例した電圧出力を得られるのである。
2. Description of the Related Art An SQUID magnetometer using a dc-SQUID (voltage output type SQUID) including two Josephson junctions in a superconducting ring can detect a minute magnetic field of about several tens pT. It is used for measuring biomagnetic signals such as magnetic and magnetoencephalograms, as well as for high-precision ammeters and voltmeters. The SQUID used for such magnetic measurement is characterized in that when an external magnetic flux acts on the SQUID ring, a variable output that repeats a sine waveform every quantum magnetic flux Φ0 cycle is obtained, and the linearity of this variable output is good. When the operating point is set to, the voltage output approximately proportional to the amount of change in magnetic flux can be obtained.

【0003】そして、dc−SQUIDの斯かる特性を
利用した、FLL(Flax Locked Loo
p)方式によるSQUID磁束計が広く知られている。
このFLL方式によれば、SQUIDリングに作用する
磁束の変化に伴うSQUID出力をSQUIDリングへ
負帰還することによって、SQUIDリングに作用する
磁束を一定値に固定し、この磁束の固定に要した帰還量
を以て磁束変化量を計測するのである。しかし、dc−
SQUIDのΦ−V特性におけるdΦ/dVは微小量で
あるために、SQUID出力を前置増幅するプリアンプ
のノイズ(特に1/Fノイズ)が少なからず影響するこ
ととなって、計測精度の向上が期せない。そこで、FL
L方式のSQUID磁束計においては、負帰還にAM変
調をかける方式を採ってプリアンプによる1/Fノイズ
の低減を図っている。
Then, FLL (Fax Locked Loo) utilizing such characteristics of dc-SQUID is used.
The SQUID magnetometer based on the p) method is widely known.
According to this FLL method, by negatively feeding back the SQUID output accompanying the change in the magnetic flux acting on the SQUID ring to the SQUID ring, the magnetic flux acting on the SQUID ring is fixed to a constant value, and the feedback required for fixing this magnetic flux is fixed. The amount of change in magnetic flux is measured by the amount. However, dc-
Since dΦ / dV in the Φ-V characteristic of the SQUID is a very small amount, the noise (especially 1 / F noise) of the preamplifier that preamplifies the SQUID output has a considerable effect, which improves the measurement accuracy. I can't do it. So FL
In the L-type SQUID magnetometer, a method of applying AM modulation to negative feedback is adopted to reduce 1 / F noise by a preamplifier.

【0004】このように、AM変調を必要とするFLL
方式のSQUID磁束計は構造が複雑となってしまうの
で、比較的簡単な構造でプリアンプノイズの影響を低減
する方法として、APF(Additional Po
sitive Feedback)回路を用いる方法が
知られている。このAPF法は、図5に示すように、R
L直列回路をSQUIDに並列接続した構造で、SQU
IDリング10に作用する磁束Φexに応じたdc−SQ
UIDの出力が、上記RL直列回路の正帰還コイル11
(自己インダクタンスLf )を介してフィードバックさ
れることとなり、SQUIDリング10と正帰還コイル
11との相互インダクタンスMa に基づくフィードバッ
クによってΦ−V特性を変化させるのである。なお、S
QUIDリングへフィードバックする磁束を正帰還とす
る場合には磁束Φexと磁界の向きを一致させ、負帰還と
する場合には磁束Φexと磁界の向きを逆にすれば良いの
で、フィードバック用コイルの巻回方向および該コイル
における電流の向きとSQUIDリングとの相対的な関
係で、正帰還と負帰還を設定できる。
As described above, the FLL requiring the AM modulation
Since the SQUID magnetometer of the type has a complicated structure, as a method of reducing the influence of preamplifier noise with a relatively simple structure, an APF (Additional Po
A method using a passive feedback circuit is known. This APF method, as shown in FIG.
The SQUID has a structure in which L series circuits are connected in parallel to the SQUID.
Dc-SQ corresponding to the magnetic flux Φex acting on the ID ring 10
The output of the UID is the positive feedback coil 11 of the RL series circuit.
The feedback is performed via (self-inductance Lf), and the Φ-V characteristic is changed by feedback based on the mutual inductance Ma between the SQUID ring 10 and the positive feedback coil 11. Note that S
When the magnetic flux fed back to the QUID ring is positive feedback, the directions of the magnetic flux Φex and the magnetic field may be matched, and when the negative feedback is used, the directions of the magnetic flux Φex and the magnetic field may be reversed. Positive feedback and negative feedback can be set by the relative relationship between the direction of current in the coil and the direction of the current in the coil and the SQUID ring.

【0005】磁束変化に対するSQUID出力は、図6
に示すように単位磁束Φ0 周期で同一波形を繰り返すと
いう性質を有するが(図中、波線で示す)、上記のよう
に正帰還をかけると、帰還磁束が作用することによって
単位磁束周期における最大出力点が変位する(図中、実
線で示す)。すなわち、この最大出力点を挟んでdV/
dΦが大きな領域と小さな領域とが生ずることとなる。
したがって、dV/dΦの大なる領域の最も直線性の良
好な部分に動作点を設定するようにFLLで磁束ロック
すれば、微小な磁束変化に対するSQUID出力変化量
を大きくすることができるので、プリアンプのノイズ
(ホワイトノイズおよび1/Fノイズ)が計測精度に及
ぼす影響が無視し得るほどになり、AM変調の必要がな
くなり、構造が簡単でスルーレートの高いFLL方式の
SQUID磁束計となる。
The SQUID output with respect to changes in magnetic flux is shown in FIG.
Although it has the property that the same waveform is repeated in the unit magnetic flux Φ 0 cycle as shown in (shown by the dashed line in the figure), the positive output as described above causes the maximum output in the unit magnetic flux cycle due to the feedback magnetic flux acting. The point is displaced (indicated by the solid line in the figure). That is, dV /
An area where dΦ is large and an area where dΦ is small are generated.
Therefore, if the magnetic flux is locked by the FLL so as to set the operating point in the most linear region of the large dV / dΦ, the SQUID output change amount with respect to a minute magnetic flux change can be increased. The noise (white noise and 1 / F noise) has a negligible effect on measurement accuracy, AM modulation is not required, and the SQUID magnetometer of the FLL method has a simple structure and a high slew rate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、APF
回路を用いるFLL方式のSQUID磁束計においては
2つの帰還コイルを必要とするため、コイル配置の自由
度が低下すると共に、高度な製造技術を要する。そこ
で、本発明は、コイル配置の自由度が高いと共に、従来
より慣用された製造技術によって容易に製造できる、A
PF回路を用いたFLL方式のSQUID磁束計を提供
することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the APF
The FLL-type SQUID magnetometer using a circuit requires two feedback coils, which reduces the degree of freedom in coil arrangement and requires a high manufacturing technology. Therefore, the present invention has a high degree of freedom in coil arrangement and can be easily manufactured by a manufacturing technique conventionally used.
It is an object of the present invention to provide a FLL type SQUID magnetometer using a PF circuit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係るSQUID磁束計は、SQUIDリ
ング(1)に作用する磁束変化に応じた電圧出力が得ら
れるdc−SQUIDの出力を用いて、ピックアップコ
イル(2)に作用する外部磁束の微小変化をインプット
コイル(9)を介してSQUIDリングへ入力し、外部
磁束の微小変化量を計測するSQUID磁束計におい
て、上記dc−SQUIDの出力を負帰還コイル(7)
を介してSQUIDリングへフィードバックさせ、SQ
UIDリングに作用する磁束を一定値に固定するFLL
方式に用いる負帰還を行うと共に、dc−SQUIDの
出力を正帰還コイル(8)を介してピックアップコイル
へフィードバックさせ、dc−SQUIDの磁束−電圧
変換率を高めるAPF方式に用いる正帰還を行うように
した。
In order to solve the above-mentioned problems, the SQUID magnetometer according to the first aspect of the present invention is an SQUID reed meter.
Voltage output corresponding to the change in magnetic flux acting on the ring (1) is obtained.
The output of dc-SQUID is
Input minute changes in the external magnetic flux acting on the coil (2)
Input to SQUID ring via coil (9), external
SQUID magnetometer for measuring minute changes in magnetic flux
The output of the dc-SQUID to the negative feedback coil (7)
To the SQUID ring via SQ
FLL that fixes the magnetic flux acting on the UID ring to a fixed value
Negative feedback used in the system is performed, and dc-SQUID
Output is picked up via positive feedback coil (8)
To dc-SQUID magnetic flux-voltage
Do the positive feedback used in the APF method to increase the conversion rate
did.

【0008】また、請求項2に係るSQUID磁束計
は、SQUIDリング(1)に作用する磁束変化に応じ
た電圧出力が得られるdc−SQUIDの出力を用い
て、ピックアップコイル(2)に作用する外部磁束の微
小変化をインプットコイル(9)を介してSQUIDリ
ングへ入力し、外部磁束の微小変化量を計測するSQU
ID磁束計において、 複数の副インプットコイル(例
えば第1,第2入力コイル9a,9b)を直列接続して
インプットコイル(9)を構成し、dc−SQUIDの
出力を負帰還コイル(7)を介してSQUIDリングへ
フィードバックさせ、SQUIDリングに作用する磁束
を一定値に固定するFLL方式に用いる負帰還を行うと
共に、dc−SQUIDの出力を上記インプットコイル
を構成する副インプットコイルを介してSQUIDリン
グへフィードバックさせ、dc−SQUIDの磁束−電
圧変換率を高めるAPF方式に用いる正帰還を行うよう
にした。
Further, the SQUID magnetometer according to claim 2
Responds to the change in magnetic flux acting on the SQUID ring (1).
Using the output of dc-SQUID that can obtain
The external magnetic flux acting on the pickup coil (2).
A small change is sent to the SQUID via the input coil (9).
SQU to measure the minute change in external magnetic flux
In an ID magnetometer, multiple auxiliary input coils (example
For example, by connecting the first and second input coils 9a, 9b) in series
The input coil (9) is constructed, and the dc-SQUID
Output to SQUID ring via negative feedback coil (7)
Magnetic flux that feeds back and acts on the SQUID ring
When the negative feedback used in the FLL method of fixing
Both output the dc-SQUID to the input coil
SQUID link via the auxiliary input coil
Feedback to the dc-SQUID flux-electric
Positive feedback used for APF method to increase pressure conversion rate
I chose

【0009】[0009]

【作用】従って、請求項1のSQUID磁束計によれTherefore, according to the SQUID magnetometer of claim 1,
ば、ピックアップコイルに対して正帰還を行うことによFor example, by providing positive feedback to the pickup coil,
り、磁束伝達効率の高い入力コイルに正帰還を行う場合When performing positive feedback to the input coil with high magnetic flux transmission efficiency
に比して、APF回路による磁束ノイズがフィードバッMagnetic flux noise due to the APF circuit
クされ難くなる。Hard to get

【0010】また、請求項2のSQUID磁束計によれ
ば、インプットコイルを構成する副インプットコイルを
正帰還コイルとすることで、APF回路による磁束ノイ
ズがフィードバックされ難くなる。
According to the SQUID magnetometer of claim 2,
The auxiliary input coil that makes up the input coil.
By using a positive feedback coil, the magnetic flux noise by the APF circuit
Is difficult to be fed back.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明に係るSQUID磁束計を添付
図面に基づいて説明する。
The SQUID magnetometer according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0012】図1において、SQUIDリング1には抵
抗Rb を介して直流電源Vb よりバイアス電流を供給
し、ピックアップコイル2で受けた外部磁束をインプッ
トコイル3よりSQUIDリング1へ入力する。入力磁
束に応じてSQUIDリング1の両端に生ずる電圧変化
はプリアンプ4で前置増幅された後に、オペアンプ5a
および並列接続のコンデンサ5bよりなる積分増幅器5
を通して反転増幅され、磁束変化量の計出に供される。
また、積分増幅器5の出力は負帰還抵抗Rf を介して帰
還コイル6からSQUIDリング1へフィードバックさ
れ、FLL方式による磁束ロックが行われる。而して、
SQUIDリング1の出力は正帰還抵抗Ra を介して帰
還コイル6からSQUIDリング1へフィードバックさ
れるものとしてあり、この正帰還を施すことによって、
SQUID出力における磁束−電圧変換率を向上させる
のである。なお、本実施例においては、プリアンプ4の
出力と積分増幅器5の出力とで極性が反転するので、抵
抗Rf 及び帰還コイル6で負帰還を、抵抗Ra 及び帰還
コイル6で正帰還を各々行うことができる。
In FIG. 1, a bias current is supplied to the SQUID ring 1 from a DC power source Vb via a resistor Rb, and the external magnetic flux received by the pickup coil 2 is input to the SQUID ring 1 from the input coil 3. The voltage change generated across the SQUID ring 1 according to the input magnetic flux is preamplified by the preamplifier 4 and then the operational amplifier 5a
And an integrating amplifier 5 composed of a parallel-connected capacitor 5b
It is inverted and amplified through and is used to measure the amount of change in magnetic flux.
The output of the integrating amplifier 5 is fed back from the feedback coil 6 to the SQUID ring 1 via the negative feedback resistor Rf, and the magnetic flux lock by the FLL method is performed. Therefore,
The output of the SQUID ring 1 is supposed to be fed back from the feedback coil 6 to the SQUID ring 1 via the positive feedback resistor Ra, and by applying this positive feedback,
The magnetic flux-voltage conversion rate in the SQUID output is improved. In this embodiment, the polarities of the output of the preamplifier 4 and the output of the integrating amplifier 5 are inverted, so that the resistor Rf and the feedback coil 6 perform negative feedback, and the resistor Ra and the feedback coil 6 perform positive feedback. You can

【0013】上記したSQUID磁束計によれば、正帰
還コイルを別途設けることなくAPF回路による正帰還
を行うことができるので、コイル配置の自由度が高いと
共に、従来より慣用された製造技術によって製造でき
る、APF回路を用いたFLL方式のSQUID磁束計
となる。なお、APF方式の正帰還を行うに際して、イ
ンプットコイル3を用いずに、FLL用の負帰還コイル
と共用するものとしたのは、以下の理由による。
According to the above-described SQUID magnetometer, since positive feedback can be performed by the APF circuit without separately providing a positive feedback coil, the degree of freedom in coil arrangement is high and the SQUID magnetometer is manufactured by a conventionally used manufacturing technique. The SQUID magnetometer of the FLL method using the APF circuit is possible. The reason why the APF type positive feedback is used as the negative feedback coil for the FLL without using the input coil 3 is as follows.

【0014】例えば、ピックアップコイル(自己インダ
クタンスLP )で受けた外部磁束をSQUIDリングに
入力するインプットコイル(自己インダクタンスLi )
を、抵抗Ra1および抵抗Ra2を介してSQUIDリング
と並列に接続することにより、SQUID出力をインプ
ットコイルからSQUIDリングへフィードバックさせ
ることで、APF回路を構成する一方、SQUID出力
は、プリアンプを介して変化出力として計測に供すると
共に、抵抗Rf および負帰還コイルを介してFLL用の
負帰還にも用いる回路構成を想定する。なお、抵抗Ra1
および抵抗Ra2は、APF回路に用いる抵抗Ra の1/
2に各々設定する。
For example, an input coil (self-inductance Li) for inputting the external magnetic flux received by the pickup coil (self-inductance LP) to the SQUID ring.
Is connected in parallel with the SQUID ring via the resistors Ra1 and Ra2 to feed back the SQUID output from the input coil to the SQUID ring to form an APF circuit, while the SQUID output changes via the preamplifier. It is assumed that the circuit configuration is used for measurement as an output and also used for negative feedback for FLL via a resistor Rf and a negative feedback coil. Note that the resistance Ra1
And the resistance Ra2 is 1 / of the resistance Ra used in the APF circuit.
Set to 2 respectively.

【0015】上述したような仮想回路においてもAPF
回路用の正帰還コイルを別途必要としないが、この仮想
回路においてはAPF回路特有のノイズが増大してしま
うのである。すなわち、APF回路における正帰還コイ
ルとSQUIDリングとの相互インダクタンスMa が大
きくなるに従って、APF回路における磁束ノイズΦa
が大きくなるために、最小磁場分解能が低下し、磁束計
としての感度低下を余儀なくされる。この原理を説明す
ると、APF回路の正帰還率βa は下記の式で表さ
れ、この式より明らかなように、正帰還コイルとSQ
UIDリングとの相互インダクタンスMa が大きくなる
と、当然に正帰還率βa は増加する。なお、dV/dΦ
はAPF回路を設けないときにおけるSQUIDの磁束
−電圧変換率である。
Even in the virtual circuit as described above, the APF
Although a positive feedback coil for the circuit is not required separately, the noise peculiar to the APF circuit increases in this virtual circuit. That is, as the mutual inductance Ma between the positive feedback coil and the SQUID ring in the APF circuit increases, the magnetic flux noise Φa in the APF circuit.
, The minimum magnetic field resolution is reduced, and the sensitivity of the magnetometer is inevitably reduced. To explain this principle, the positive feedback ratio βa of the APF circuit is expressed by the following equation. As is clear from this equation, the positive feedback coil and the SQ
As the mutual inductance Ma with the UID ring increases, the positive feedback rate βa naturally increases. In addition, dV / dΦ
Is the magnetic flux-voltage conversion rate of SQUID when the APF circuit is not provided.

【0016】[0016]

【数1】 [Equation 1]

【0017】そして、APF回路のノイズΦa は下記の
式で表され、この式で明らかなように、βa /(1
−βa )が大きくなるに従って(βa が大きくなるに従
って)、磁束ノイズΦa が増大することが解る。なお、
式においてVa はAPF回路の抵抗Ra (Ra1+Ra
2)による電圧性ノイズである。
The noise Φa of the APF circuit is expressed by the following equation, and as is clear from this equation, βa / (1
It can be seen that the magnetic flux noise Φa increases as −βa) increases (βa increases). In addition,
In the equation, Va is the resistance Ra (Ra1 + Ra) of the APF circuit.
It is the voltage noise caused by 2).

【0018】[0018]

【数2】 [Equation 2]

【0019】上述したように、正帰還コイルとSQUI
Dリングとの相互インダクタンスが小さければ、APF
回路の磁束ノイズΦa を小さく抑えることができるのに
対して、インプットコイルとSQUIDリングとの相互
インダクタンスを大きくしなければ、インプットコイル
からSQUIDリングへの磁束伝達効率を高めることが
できない。すなわち、インプットコイルとAPF回路用
の正帰還コイルとを単一のコイルで実現するためには、
磁束ノイズの増大あるいは磁束伝達効率の低下を容認せ
ざるを得ないのである。
As mentioned above, the positive feedback coil and the SQUI
If mutual inductance with D ring is small, APF
While the magnetic flux noise Φa of the circuit can be suppressed small, the efficiency of magnetic flux transmission from the input coil to the SQUID ring cannot be increased unless the mutual inductance between the input coil and the SQUID ring is increased. That is, in order to realize the input coil and the positive feedback coil for the APF circuit with a single coil,
There is no choice but to accept an increase in magnetic flux noise or a decrease in magnetic flux transmission efficiency.

【0020】これに対して、上記実施例に係るSQUI
D磁束計においては、APF回路用の正帰還コイルをF
LL回路用の負帰還コイルと共用するものとしたので、
インプットコイル3とSQUIDリング1との相互イン
ダクタンスを低く抑える必要がなく、SQUIDの磁束
伝達効率を十分に高めることができる。また、負帰還コ
イルからSQUIDリング1へのフィードバック磁束は
大きな値をとる必要がないので(数10pT〜100p
T程度)、正帰還コイルからSQUIDリング1への正
帰還率を小さく抑えることができ、磁束ノイズの少ない
(最小磁場分解能の高い)SQUID磁束計とすること
ができる。
On the other hand, the SQUI according to the above embodiment
In the D magnetometer, the positive feedback coil for the APF circuit is F
Since it is also used as the negative feedback coil for the LL circuit,
It is not necessary to keep the mutual inductance between the input coil 3 and the SQUID ring 1 low, and the magnetic flux transmission efficiency of the SQUID can be sufficiently increased. Further, the feedback magnetic flux from the negative feedback coil to the SQUID ring 1 does not need to take a large value (several 10 pT to 100 p).
(About T), the positive feedback ratio from the positive feedback coil to the SQUID ring 1 can be suppressed to a small value, and an SQUID magnetometer with less magnetic flux noise (higher minimum magnetic field resolution) can be obtained.

【0021】なお、上記実施例におけるSQUID磁束
計においては、ピックアップコイル2を介して外部磁束
の変化を検知し、インプットコイル3からSQUIDリ
ング1へ入力する構成としたが、これに限定されるもの
ではなく、磁束伝達効率を高めることが可能なDire
ctCoupling型SQUIDを用いて構成しても
良い。
In the SQUID magnetometer of the above embodiment, a change in the external magnetic flux is detected via the pickup coil 2 and input from the input coil 3 to the SQUID ring 1. However, the present invention is not limited to this. Instead of Dire that can improve the efficiency of magnetic flux transmission
You may comprise using ctCoupling type SQUID.

【0022】図2に示すのは、本発明に係るSQUID
磁束計の他の実施例であり、積分増幅器5の出力は負帰
還抵抗Rf を介して負帰還コイル7からSQUIDリン
グ1へフィードバックさせると共に、正帰還コイル8か
らピックアップコイル2へSQUIDリング1の出力を
フィードバックさせるものとしてある。
FIG. 2 shows the SQUID according to the present invention.
In another embodiment of the magnetometer, the output of the integrating amplifier 5 is fed back from the negative feedback coil 7 to the SQUID ring 1 via the negative feedback resistor Rf, and the output of the SQUID ring 1 is fed from the positive feedback coil 8 to the pickup coil 2. To give feedback.

【0023】斯くした場合にも、正帰還コイルを別途設
けることなくAPF回路による正帰還を行うことができ
るので、コイル配置の自由度が高いと共に、従来より慣
用された製造技術によって製造できる、APF回路を用
いたFLL方式のSQUID磁束計となる。また、上記
実施例と同様に、インプットコイル3とSQUIDリン
グ1との相互インダクタンスを低下させることなく、正
帰還コイル8とピックアップコイル2とのカップリング
係数を低く抑えることができるので、磁束伝達効率が高
く磁束ノイズの少ないSQUID磁束計が得られるとい
う効果もある。なお、プリアンプ4の出力を正帰還コイ
ル8からピックアップコイル2へフィードバックさせる
ように構成してもよい。
Even in such a case, since the positive feedback can be performed by the APF circuit without separately providing the positive feedback coil, the degree of freedom of the coil arrangement is high and the APF circuit can be manufactured by the conventionally used manufacturing technique. This is a FLL type SQUID magnetometer using a circuit. Further, as in the above-described embodiment, the coupling coefficient between the positive feedback coil 8 and the pickup coil 2 can be suppressed to a low level without reducing the mutual inductance between the input coil 3 and the SQUID ring 1, so that the magnetic flux transmission efficiency can be reduced. There is also an effect that a SQUID magnetometer having high magnetic flux noise and high magnetic flux noise can be obtained. The output of the preamplifier 4 may be fed back from the positive feedback coil 8 to the pickup coil 2.

【0024】図3に示すのは、本発明に係るSQUID
磁束計の他の実施例であり、プリアンプ4の出力を正帰
還抵抗Ra を介して帰還コイル6からSQUIDリング
1へフィードバックすると共に、上記プリアンプ4から
更に積分増幅器5を経たSQUID出力を負帰還抵抗R
f を介して正帰還コイル6からSQUIDリング1へフ
ィードバックさせるものとしてある。本実施例の如く正
帰還抵抗Ra を可変抵抗器で構成すれば、dV/dΦを
変化させることができ、磁束変化に適した磁束−電圧変
換率に調整することが容易となり、実用的効果の高いS
QUID磁束計となる。
FIG. 3 shows the SQUID according to the present invention.
In another embodiment of the magnetic flux meter, the output of the preamplifier 4 is fed back from the feedback coil 6 to the SQUID ring 1 via the positive feedback resistor Ra, and the SQUID output from the preamplifier 4 and the integrating amplifier 5 is fed back to the negative feedback resistor. R
Feedback is made from the positive feedback coil 6 to the SQUID ring 1 via f. If the positive feedback resistor Ra is composed of a variable resistor as in this embodiment, dV / dΦ can be changed, and it becomes easy to adjust the magnetic flux-voltage conversion rate suitable for the magnetic flux change, which is a practical effect. High S
It becomes a QUID magnetometer.

【0025】また、図4に示すは、本発明に係るSQ
UID磁束計の他の実施例であり、自己インダクタンス
Li1の副インプットコイルたる第1入力コイル9aと自
己インダクタンスLi2の副インプットコイルたる第2入
力コイル9bとを直列接続してなるインプットコイル9
を用いるものとし、例えばインプットコイル9の第1入
力コイル9aをAPF回路用の正帰還コイルとして用い
るのである。斯くするために、第1入力コイル9aを抵
抗Ra1抵抗Ra2を介してSQUIDリング1に並列に接
続するのである。斯くした場合にも、正帰還コイルを別
途設けることなくAPF回路による正帰還を行うことが
できるので、コイル配置の自由度が高いと共に、従来よ
り慣用された製造技術によって製造できる、APF回路
を用いたFLL方式のSQUID磁束計となる。また、
インプットコイル9とSQUIDリング1との相互イン
ダクタンスを低下させることなく、正帰還コイルとして
の第1入力コイル9aとピックアップコイル2とのカッ
プリング係数を低く抑えることができるので、磁束伝達
効率が高く磁束ノイズの少ないSQUID磁束計が得ら
れるという効果もある。なお、プリアンプ4の出力を第
1入力コイル9aからピックアップコイル2へフィード
バックさせるように構成してもよい。また、インプット
コイル9を構成するコイルの数は2つに限定されるもの
ではなく、より多数の入力コイルより成るものでも良
い。斯くすれば、正帰還コイルとSQUIDリングとの
相互インダクタンスが所望の値となるように、正帰還に
使用する副インプットコイルの接続数を可変設定するこ
とも可能となる。
FIG. 4 shows the SQ according to the present invention.
Is another embodiment of a UID magnetometer input coil 9 made of the second input coil 9b serving sub input coil of the auxiliary input coil serving first input coil 9a and self-inductance Li2 the self-inductance Li1 connected in series
Is used, for example, the first input coil 9a of the input coil 9 is used as a positive feedback coil for the APF circuit. To do so, the first input coil 9a is connected in parallel to the SQUID ring 1 via the resistor Ra1 and the resistor Ra2. Even in such a case, since the positive feedback can be performed by the APF circuit without separately providing the positive feedback coil, the flexibility of the coil arrangement is high, and the APF circuit that can be manufactured by the manufacturing technique conventionally used is used. It becomes the SQUID magnetometer of the FLL system. Also,
Since the coupling coefficient between the first input coil 9a as the positive feedback coil and the pickup coil 2 can be suppressed to a low level without reducing the mutual inductance between the input coil 9 and the SQUID ring 1, the magnetic flux transmission efficiency is high. There is also an effect that an SQUID magnetometer with less noise can be obtained. The output of the preamplifier 4 may be fed back from the first input coil 9a to the pickup coil 2. Further, the number of coils forming the input coil 9 is not limited to two, and a larger number of input coils may be used. By thus, as the mutual inductance between the positive feedback coil and the SQUID ring has a desired value, the number of connections of the auxiliary input coil to be used for positive feedback it is also possible to variably set.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係るS
QUID磁束計によれば、APFに用いる正帰還をピッ
クアップコイルに対して施すことにより、磁束伝達効率
の高い入力コイルに正帰還を行う場合に比して、APF
回路による磁束ノイズがフィードバックされ難くなるこ
とから、最小磁場分解能を低下させることがない。従っ
て、正帰還コイルを別途設けることなくAPF回路によ
る正帰還を良好に行うことができるので、コイル配置の
自由度が高いと共に、従来より慣用された製造技術によ
って製造できる、APF回路を用いたFLL方式のSQ
UID磁束計を提供することが可能となる。
As described above, the S according to claim 1
According to the QUID magnetometer, the positive feedback used for APF is
Magnetic flux transmission efficiency by applying to the up coil
Compared to the case where positive feedback is applied to a high input coil,
The magnetic flux noise due to the circuit is less likely to be fed back.
Therefore, the minimum magnetic field resolution is not reduced. Obey
Therefore, the APF circuit can be used without separately providing a positive feedback coil.
Since positive feedback can be performed well,
It has a high degree of freedom and is made possible by the manufacturing technology conventionally used.
FLQ type SQ using APF circuit that can be manufactured by
It becomes possible to provide a UID magnetometer.

【0027】また、請求項2に係るSQUID磁束計に
よれば、インプットコイルを構成する副インプットコイ
ルを正帰還コイルとすることで、APF回路による磁束
ノイズがフィードバックされ難くなることから、最小磁
場分解能を低下させることがない。従って、正帰還コイ
ルを別途設けることなくAPF回路による正帰還を良好
に行うことができるので、コイル配置の自由度が高いと
共に、従来より慣用された製造技術によって製造でき
る、APF回路を用いたFLL方式のSQUID磁束計
を提供することが可能となる。
Further, in the SQUID magnetometer according to claim 2,
According to this, the auxiliary input coil that constitutes the input coil
The magnetic flux generated by the APF circuit is
Since it is difficult for noise to be fed back, the minimum magnetic
It does not reduce the field resolution. Therefore, positive feedback carp
Good positive feedback by APF circuit without separately providing
Since there is a high degree of freedom in coil placement,
Both can be manufactured by the manufacturing technology conventionally used.
FLQ type SQUID magnetometer using APF circuit
Can be provided.

【0028】[0028]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】正帰還と負帰還を単一の帰還コイルで行うSQ
UID磁束計の概略構成を示す回路図である。
FIG. 1 SQ in which a single feedback coil performs positive feedback and negative feedback
It is a circuit diagram which shows schematic structure of a UID magnetometer.

【図2】ピックアップコイルに対して正帰還を行うSQ
UID磁束計の概略構成を示す回路図である。
FIG. 2 is an SQ that performs positive feedback to a pickup coil.
It is a circuit diagram which shows schematic structure of a UID magnetometer.

【図3】正帰還と負帰還を単一の帰還コイルで行い、プ
リアンプで増幅したSQUID出力を正帰還に用いるよ
うにしたSQUID磁束計の概略構成を示す回路図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an SQUID magnetometer in which positive feedback and negative feedback are performed by a single feedback coil, and an SQUID output amplified by a preamplifier is used for positive feedback.

【図4】第1入力コイルと第2入力コイルを直列接続し
て構成したインプットコイルの第1入力コイルを用いて
正帰還を行うようにしたSQUID磁束計の概略構成を
示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a schematic configuration of an SQUID magnetometer configured to perform positive feedback using a first input coil of an input coil configured by connecting a first input coil and a second input coil in series.

【図5】APF回路の概略を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing an outline of an APF circuit.

【図6】SQUID出力のΦ−V特性を示す特性曲線図
である。
FIG. 6 is a characteristic curve diagram showing a Φ-V characteristic of SQUID output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SQUIDリング 2 ピックアップコイル 3 インプットコイル 6 帰還コイル 7 負帰還コイル 8 正帰還コイル 1 SQUID ring 2 Pickup coil 3 Input coil 6 Feedback coil 7 Negative feedback coil 8 Positive feedback coil

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 風見 邦夫 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者 上田 雅之 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者 岡島 健一 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 (72)発明者 小室 貴紀 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 審査官 小川 浩史 (56)参考文献 特開 平4−232482(JP,A) 国際公開91/18298(WO,A) D.DRUNG,ET AL.:AP PL.PHYS.LETT.57(4), 23 JULY 1990,PP.406−408 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunio Kazami 2-1200 Takezai Gakuendai, Inzai-cho, Inba-gun, Chiba Prefecture Inside the Superconducting Sensor Laboratory Co., Ltd. (72) Masayuki Ueda Takesei-gakuen, Inzai-cho, Inba-gun, Chiba Prefecture Taiwan 2-1200 Superconductivity Sensor Laboratory (72) Inventor Kenichi Okajima Takenishi Gakuen, Inzai-cho, Inba-gun, Chiba Taiwan 2-1200 Superconductivity Sensor Laboratory (72) Inventor Takanori Komuro Inzai-gun, Chiba Prefecture Machitake Nishi Gakuendai 2-1200 Examiner, Superconducting Sensor Laboratory Co., Ltd. Hiroshi Ogawa (56) Reference JP-A-4-232482 (JP, A) International Publication 91/18298 (WO, A) D. DRUNG, ET AL. : AP PL. PHYS. LETT. 57 (4), 23 JULY 1990, PP. 406-408

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 SQUIDリングに作用する磁束変化に
応じた電圧出力が得られるdc−SQUIDの出力を用
いて、ピックアップコイルに作用する外部磁束の微小変
化をインプットコイルを介してSQUIDリングへ入力
し、外部磁束の微小変化量を計測するSQUID磁束計
において、 上記dc−SQUIDの出力を負帰還コイルを介してS
QUIDリングへフィードバックさせ、SQUIDリン
グに作用する磁束を一定値に固定するFLL方式に用い
る負帰還を行うと共に、dc−SQUIDの出力を正帰
還コイルを介してピックアップコイルへフィードバック
させ、dc−SQUIDの磁束−電圧変換率を高めるA
PF方式に用いる正帰還を行うようにしたことを特徴と
するSQUID磁束計。
1. A magnetic flux change acting on a SQUID ring.
Use the output of dc-SQUID that can obtain the corresponding voltage output.
The external magnetic flux acting on the pickup coil.
Input to SQUID ring via input coil
SQUID magnetometer that measures the minute change in external magnetic flux
, The output of the dc-SQUID is sent to the S
SQUID ring is fed back to the QUID ring.
Used for the FLL method that fixes the magnetic flux acting on the magnet to a fixed value
The negative feedback is performed and the output of dc-SQUID
Feedback to pickup coil via return coil
To increase the flux-voltage conversion rate of dc-SQUID A
The feature is that the positive feedback used in the PF method is performed.
SQUID magnetometer.
【請求項2】 SQUIDリングに作用する磁束変化に2. The change of magnetic flux acting on the SQUID ring
応じた電圧出力が得られるdc−SQUIDの出力を用Use the output of dc-SQUID that can obtain the corresponding voltage output.
いて、ピックアップコイルに作用する外部磁束の微小変The external magnetic flux acting on the pickup coil.
化をインプットコイルを介してSQUIDリングへ入力Input to SQUID ring via input coil
し、外部磁束の微小変化量を計測するSQUID磁束計SQUID magnetometer that measures the minute change in external magnetic flux
において、At 複数の副インプットコイルを直列接続してインプットコConnect multiple sub-input coils in series and
イルを構成し、dc−SQUIDの出力を負帰還コイルThe dc-SQUID output as a negative feedback coil.
を介してSQUIDリングへフィードバックさせ、SQTo the SQUID ring via SQ
UIDリングに作用する磁束を一定値に固定するFLLFLL that fixes the magnetic flux acting on the UID ring to a fixed value
方式に用いる負帰還を行うと共に、dc−SQUIDのNegative feedback used in the system is performed, and dc-SQUID
出力を上記インプットコイルを構成する副インプットコThe output is the auxiliary input coil that constitutes the above input coil.
イルを介してSQUIDリングへフィードバックさせ、Feedback to the SQUID ring via
dc−SQUIDの磁束−電圧変換率を高めるAPF方APF method to increase the flux-voltage conversion rate of dc-SQUID
式に用いる正帰還を行うようにしたことを特徴とするSS characterized by performing positive feedback used in the equation
QUID磁束計。QUID magnetometer.
【請求項3】 dc−SQUIDの出力をプリアンプに3. A dc-SQUID output to a preamplifier
よって前段増幅し、該プリアンプ出力を正帰還に用いるTherefore, the previous stage amplification is performed and the output of the preamplifier is used for positive feedback.
ようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記According to claim 1 or claim 2, characterized in that
載のSQUID磁束計。The SQUID magnetometer shown.
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