DE4133606C2

DE4133606C2 - SQUID detection device

Info

Publication number: DE4133606C2
Application number: DE19914133606
Authority: DE
Inventors: H Eckhardt Dr Hoenig; Heinrich Dr Seifert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Supracon Ag 07745 Jena De
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1991-10-10
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2011-10-11
Also published as: DE4133606A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Detektionseinrichtung zum mehrkanaligen Erfassen schwacher orts- und zeitabhängiger Magnetfelder gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention is based on a detection device for multi-channel detection of weaker locations and times Magnetic fields according to the preamble of claim 1.

Eine Derartige Detektionseinrichtung ist aus "Cryogenics", Vol. 29, August 1989, Seiten 809 bis 813 bekannt.Such a detection device is from "Cryogenics", Vol. 29, August 1989, pages 809 to 813.

Mit supraleitenden Quanten-Interferometern, die auch als "SQUIDs" (Abkürzung von: Superconducting Quantum Interference Devices) bezeichnet werden, sind insbesondere äußerst schwache magnetische Felder zu messen (vgl. z. B. "IEEE Trans. El. Dev.", Vol. ED-27, No. 10, Okt. 1980, Seiten 1896 bis 1908). Als bevorzugtes Anwendungsgebiet für SQUIDS wird deshalb auch die medizinische Diagnostik angesehen, da die dort auftretenden biomagnetischen Signale, z. B. die vom menschlichen Herzen oder vom menschlichen Gehirn erzeugten Magnetfelder, nur Feldstärken im pT-Bereich hervorrufen (Magnetokardiographie bzw. Magnetoenzephalographie). With superconducting quantum interferometers, which are also called "SQUIDs" (abbreviation of: Superconducting Quantum Interference Devices) are, in particular to measure extremely weak magnetic fields (see e.g. "IEEE Trans. El. Dev.", Vol. ED-27, No. October 10, 1980, Pages 1896 to 1908). As a preferred area of application SQUIDS is therefore also used in medical diagnostics viewed because the biomagnetic signals occurring there, e.g. B. from the human heart or from the human Brain generated magnetic fields, only field strengths in the brain Induce pT range (magnetocardiography or magnetoencephalography).

Eine entsprechende Einrichtung zur Erfassung derartiger schwa cher orts- und zeitabhängiger Magnetfelder enthält mindestens einen Meß- oder Detektionskanal, der wenigstens eine als Gra diometer oder Magnetometer gestaltete Antenne, eine Koppelspu le, einen SQUID-Kreis mit in ihm integriertem SQUID, eine Mo dulationsspule, Verstärker sowie eine Auswerteelektronik auf weist. Bis auf die Verstärker und Auswerteelektronik sind die genannten Teile dabei in einem Kryosystem untergebracht, um in ihnen supraleitende Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Die Antenne weist mindestens eine Detektionsschleife zur Erfassung der Magnetfelder der zu detektierenden Feldquelle auf. Das entsprechende Eingangssignal wird dann mit Hilfe der an dem SQUID angeordneten Koppelspule in das SQUID induktiv trans formiert. Die Antenne und die Koppelspule bilden dabei einen geschlossenen supraleitenden Stromkreis bzw. Eingangskreis, der als ein Flußtransformator anzusehen ist. Zur Messung des in den SQUID-Kreis eingekoppelten Flusses oder von Flußgradi enten werden sowohl RF- SQUIDs (Hochfrequenz- bzw. Radio-Fre quency-SQUIDs) als auch DC- SQUIDs (Gleichstrom- bzw. Direct- Current-SQUIDs) eingesetzt.A corresponding device for detecting such schwa The location and time-dependent magnetic fields contain at least a measuring or detection channel, the at least one as Gra Diometer or magnetometer designed antenna, a coupling spu le, a SQUID circle with an integrated SQUID, a Mo dulation coil, amplifier and evaluation electronics points. Except for the amplifiers and evaluation electronics, they are mentioned parts housed in a cryosystem to in enable them to have superconducting operating conditions. The Antenna has at least one detection loop for detection of the magnetic fields of the field source to be detected. The corresponding input signal is then with the help of the SQUID arranged coupling coil in the SQUID inductive trans formed. The antenna and the coupling coil form one closed superconducting circuit or input circuit, which is to be regarded as a flux transformer. To measure the river coupled into the SQUID circle or from flow gradi Both RF-SQUIDs (radio frequency and radio fre quency-SQUIDs) and DC-SQUIDs (direct current or direct Current-SQUIDs) are used.

Ein DC-SQUID besteht dabei normalerweise aus einer supralei tenden Schleife, die von zwei Josephson-Elementen unterbrochen ist. Zwischen diesen Josephson-Elementen sind zwei Gleichstrom anschlüsse vorgesehen. Die Spannung zwischen diesen Anschlüs sen müßte abhängig von einem eingekoppelten Magnetfluß an sich nicht-linear variieren. Man sieht deshalb vielfach eine beson dere Gegenkopplung (feedback) vor, um dem eingekoppelten Ma gnetfeld ein entgegengesetztes Magnetfeld zu überlagern und somit einen weitgehend konstanten Magnetfluß zu erhalten (Flux-locked-loop-Technik; vgl. z. B. die genannte Literatur stelle aus "IEEE Trans. El. Dev."). Aus dem Strom, der für die erforderliche Gegenkoppelspule benötigt wird, läßt sich dann auf die Größe des äußeren Magnetfeldes schließen. Darüber hinaus kann mittels einer Modulationsspule ein hochfrequentes Feld dem zu messenden Feld überlagert werden, um in einem rauscharmen Frequenzbereich der SQUIDs zu arbeiten. Ein nach geschalteter Verstärker verstärkt dann nur Signale, die der Frequenz und der Phasenlage des Hochfrequenzfeldes entsprechen (Lock-in-Technik).A DC-SQUID usually consists of a suprali tendency loop interrupted by two Josephson elements is. There are two direct current between these Josephson elements connections provided. The voltage between these connections would have to depend on a coupled magnetic flux per se vary non-linearly. One often sees one in particular feedback (feedback) to the coupled Ma magnetic field to superimpose an opposite magnetic field and to obtain a largely constant magnetic flux (Flux-locked-loop technique; see e.g. the literature mentioned from "IEEE Trans. El. Dev."). From the stream that is for the required negative feedback coil is required, can then deduce the size of the external magnetic field. About that In addition, a high-frequency Field to be overlaid on the field to be measured in one low-noise frequency range of the SQUIDs to work. One after switched amplifier then only amplifies signals that the Frequency and the phase position of the radio frequency field correspond (Lock-in technique).

Eine Detektionseinrichtung mit einer Vielzahl von entsprechend ausgestalteten Meßkanälen geht aus der eingangs genannten Ver öffentlichung "Cryogenics" hervor. Bei dieser Detektionsein richtung wird die Gesamtschaltung jedes Meßkanals dadurch li nearisiert, daß eine Gegenkopplung bis zum Eingangskreis vor gesehen ist. Dementsprechend wird in jedem Kanal ein Gegen kopplungssignal, beispielsweise am Ausgang eines dem SQUID- Kreis nachgeordneten Schaltungsteils der signalverarbeitenden Elektronik abgenommen und zu einem Gegenkopplungstransformator geführt, dessen eine Wicklung in den Eingangskreis integriert ist.A detection device with a variety of accordingly configured measuring channels goes from the Ver publication "Cryogenics". With this detection direction, the overall circuit of each measuring channel is left normalized that negative feedback up to the input circuit is seen. Accordingly, a counter becomes in every channel coupling signal, for example at the output of a SQUID Circuit downstream circuit part of the signal processing Electronics removed and to a negative feedback transformer led, one winding integrated into the input circuit is.

Entsprechende Detektionseinrichtungen erfordern wegen der ex trem geringen Feldstärken der zu messenden biomagnetischen Felder Maßnahmen zu einer Unterdrückung von Störfeldern von etwa fünf bis sechs Größenordnungen im Vergleich zu den zu de tektierenden Feldsignalen. Hierbei hat man die Wahl der Auf teilung dieser Störfeldunterdrückung auf Abschirmmaßnahmen in Gestalt einer Abschirmkammer einerseits, und auf Kompensa tionsmaßnahmen in Gestalt von Gradiometern andererseits.Appropriate detection devices require because of the ex extremely low field strengths of the biomagnetic to be measured Measures to suppress interference fields from about five to six orders of magnitude compared to the de tectating field signals. Here you have the choice of the up division of this interference suppression on shielding measures in Shape of a shielding chamber on the one hand, and on Kompensa Measures in the form of gradiometers on the other hand.

Eine aufwendige und sehr teure Vollabschirmung in der genann ten Größenordnung der Feldunterdrückung mit einer Kammer, wie sie z. B. aus der Veröffentlichung "Biomagnetism - Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism, Berlin (Mai 1980)", 1981, Seiten 51 bis 78 bekannt ist, erlaubt vorteil haft den Betrieb von Magnetometern. Da nämlich ein Magnetome ter im Gegensatz zu einem Gradiometer nur eine einzige Detek tionsschleife aufweist, hat es bezüglich einer Flußeinkopplung in ein SQUID den Vorteil der geringsten Serieninduktivität und damit der bestmöglichen Flußeinkopplung. Nachteil des Magneto meters bei der Magnetoenzephalographie ist jedoch eine stören de Überlagerung des Herzsignals.A complex and very expensive full shield in the genann order of magnitude of field suppression with one chamber, such as they z. B. from the publication "Biomagnetism - Proceedings Third International Workshop on Biomagnetism, Berlin (May 1980) ", 1981, pages 51 to 78, allows advantageous the operation of magnetometers. Because there is a magnetome in contrast to a gradiometer, only a single detector tion loop, it has a flux coupling in a SQUID the advantage of the lowest series inductance and thus the best possible flow coupling. Disadvantage of the magneto meters in magnetoencephalography, however, is a nuisance de superimposition of the heart signal.

Geringere Anforderungen an eine Abschirmkammer hinsichtlich einer Störfeldunterdrückung können dann gestellt werden, wenn man für den Eingangskreis statt Magnetometer Gradiometer vor sieht (vgl. die EP-A-03 59 864). Mit Gradiometern erster oder höherer Ordnung, die im Gegensatz zu Magnetometern zusätzlich zu einer Detektionsschleife mindestens eine weitere, als Kom pensationsschleife bezeichnete Detektionsschleife besitzen, lassen sich nämlich unerwünschte Hintergrundfelder entfernte rer Feldquellen diskriminieren, während die Feldsensitivität bezüglich näherer Feldquellen erhalten bleibt (vgl. "Journ. of Magnetism and Magn. Mat." 22, 1981, Seiten 129 bis 201). In einem solchen Fall läßt sich die Störfeldunterdrückung etwa gleichmäßig auf die Abschirmkammer und die Gradiometer vertei len. Die Kammer braucht dann nur für eine geringere Störfeld unterdrückung ausgelegt zu sein, indem sie eine Unterdrückung der schlimmsten Transienten gewährleistet. Ein Betrieb des Sy stems aus Detektionseinrichtung (mit Gradiometern) und Kammer ist deshalb auch in einer elektromagnetisch gestörten Umgebung möglich. Die Gradiometerschleifen können vorteilhaft in zwei parallelen Ebenen in Dünnfilmtechnik gefertigt (vgl. EP-A-03 63 658) und ohne Abgleichmaßnahmen eingesetzt werden. Zur Vermeidung einer zweiten Ebene von Gradiometerschleifen ist auch ein planares Gradiometer-Array mit einer gemeinsamen Referenzspulenanordnung bekannt (vgl. EP-B-01 30 490). Lower requirements for a shielding chamber with regard to interference suppression can be set if one for the input circuit instead of a magnetometer gradiometer sees (see. EP-A-03 59 864). With gradiometers first or higher order, which in contrast to magnetometers in addition to a detection loop at least one other, as a com have a detection loop called detection loop, you can remove unwanted background fields discriminate rer field sources, while the field sensitivity with regard to closer field sources remains (cf. "Journ. of Magnetism and Magn. Mat. "22, 1981, pages 129 to 201). In In such a case, suppression of the interference field can be achieved Distribute evenly on the shielding chamber and the gradiometer len. The chamber then only needs a lower interference field oppression to be designed by an oppression the worst transients guaranteed. An operation of the Sy stems from detection device (with gradiometers) and chamber is therefore also in an electromagnetic interference environment possible. The gradiometer loops can advantageously be in two parallel planes manufactured using thin film technology (cf. EP-A-03 63 658) and without adjustment measures. To avoid a second level of gradiometer loops is also a planar gradiometer array with a common one Reference coil arrangement known (see. EP-B-01 30 490).

Will man zur Detektion von schwachen biomagnetischen Feldern gänzlich auf eine Abschirmkammer verzichten, so sind im allgemeinen Gradiometer zweiter oder noch höherer Ordnung mit einem Abgleich auf mindestens 10 ppm und eine verhältnismäßig große Bandbreite des Frequenzbereiches einer SQUID-Regelschleife erforderlich. Bei einem solchen offenen System (ohne Abschirmkammer) treten nämlich wesentlich häufiger nicht-kompensierbare transiente Feldsignale auf. Dabei muß außerdem durch eine verhältnismäßig große Anstiegsgeschwindigkeit ("slew rate") der signalführenden und -verarbeitenden Teile der Detektionseinrichtung vermieden werden, daß d SQUID-Schleifen bei ihrer Signalerfassung blockiert werden.Do you want to detect weak biomagnetic fields do without a shielding chamber altogether generally second or higher order gradiometer with a balance of at least 10 ppm and one relatively large bandwidth of the frequency range a SQUID control loop is required. With such a open system (without shielding chamber) occur essentially more often non-compensable transient field signals. It must also be proportionate large slew rate of the signal-carrying and processing parts of the detection device be avoided that d SQUID loops in their signal acquisition be blocked.

Der Aufwand zur Herstellung entsprechender Detektionseinrichtungen ist deshalb verhältnismäßig hoch.The effort to manufacture corresponding detection devices is therefore relatively high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Detektionseinrichtung mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen, die als Magnetometer oder Gradiometer gestaltete Detektionsschleifen aufweist, dahingehend auszugestalten, daß sich der Aufwand an Maßnahmen zur Störfeldunterdrückung weiter reduzieren läßt. Insbesondere sollen entweder die Anforderungen an eine Abschirmung zu verringern sein oder es sollen einfachere Gradiometer eingesetzt werden können.The object of the present invention is the detection device with those listed in the preamble of claim 1 Features used as a magnetometer or gradiometer has designed detection loops, that the effort of measures to suppress interference can be further reduced. In particular should either meet the shielding requirements decrease or simpler gradiometers can be used.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. This task is carried out with the Measures listed claim 1 solved.

Die mit dieser Ausgestaltung der Detektionseinrichtung verbundenen Vorteile sind darin zu sehen, daß aufgrund der erfindungsgemäßen analog-elektronischen Kompensation die Detektionseinrichtung gegenüber externen Störsignalen wesentlich unempfindlicher ist als die aus der eingangs genannten Veröffentlichung "Cryogenics" bekannte Detektionseinrichtung. Dies hat unter anderem zur Folge, daß bei gleichem Abschirmungsaufwand mittels einer Kammer auf die Verwendung von Gradiometern verzichtet werden kann und nur noch Magnetometer erforderlich sind. Solche Magnetometer lassen sich insbesondere in bekannter Weise konstruktiv einfach in einer einzigen Ebene als ein Array ausbilden. Dies bedingt auch einen geringeren Kühlaufwand. Außerdem ist bei einer Verwendung von Magnetometern gegenüber Gradiometern eine bessere Flußeinkopplung in das jeweilige SQUID gewährleistet, da die Verlust- bzw. Serieninduktivität einer eventuellen Kompensationsschleife jeweils weg fällt.The associated with this configuration of the detection device Advantages can be seen in the fact that due to the invention analog-electronic compensation the detection device essential to external interference signals is less sensitive than that from the above Publication "Cryogenics" known detection device. One of the consequences of this is that the same Shielding effort using a chamber on the use gradiometers can be dispensed with and only magnetometers are still required. Such magnetometers can be constructive in particular in a known manner simply form it as an array in a single layer. This also requires less cooling. Furthermore is when using magnetometers versus gradiometers a better flow coupling into the respective SQUID guarantees because the loss or series inductance any compensation loop is gone falls.

Bei der Detektionseinrichtung ist somit mindestens ein schneller Referenz-Magnetometerkanal vorgesehen, dessen Ausgangssignal in die Gegenkopplungszweige aller SQUIDs des Magnetometer-Arrays zusätzlich zu der jeweiligen Magnetometer-Gegenkopplung kompensatorisch einsummiert wird. Dadurch entsteht ein Magnetometer-Array mit einem gemeinsamen Referenzpunkt. Durch diese Maßnahme entfällt vorteilhaft das Erfordernis einer größeren Dynamik und Anstiegsgeschwindigkeit für die SQUIDs des Magnetometer-Arrays. Somit können die üblichen Bausteine der Detektionskanäle von bekannten Detektionseinrichtungen zum Einsatz kommen. Allein der Kompensationska nal muß gegenüber den Detektionskanälen hinsichtlich einer größeren Dynamik ausgelegt sein. Dies ist insbesondere bei ei ner hohen Anzahl von Detektionskanälen gerechtfertigt.So with the detection device at least one fast reference magnetometer channel is provided, whose output signal in the negative feedback branches all SQUIDs of the magnetometer array in addition to the respective one Magnetometer negative feedback summed up compensatory becomes. This creates a magnetometer array with a common reference point. By this measure the need for greater dynamics is advantageously eliminated and slew rate for the SQUIDs of the magnetometer array. The usual building blocks of the Detection channels from known detection devices for Come into play. The compensation ka alone nal must be compared to the detection channels with regard to a be designed for greater dynamics. This is especially true with egg justified ner high number of detection channels.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn bei der erfindungsge mäßen Detektionseinrichtung die elektronische Kompensation von Störsignalen möglichst weit vorn auf der Eingangsseite vor dem jeweiligen SQUID erfolgt, d. h., wenn das SQUID nur von Störsi gnalen bereinigte Meßsignale zu verarbeiten hat.It is particularly advantageous if in the case of the invention detection device, the electronic compensation of Interference signals as far forward as possible on the input side in front of the respective SQUID takes place, d. that is, if the SQUID is only from Störsi gnalen cleaned measured signals.

Die erfindungsgemäße Kompensation von Störsignalen bringt noch einige weitere Vorteile mit sich: Werden die Kanäle als Magnetometer konzipiert, so ist eine Systemvereinfachung durch Integration des Flußtransformators auf einem SQUID-Chip mög lich in Verbindung mit axialen Gradiometern. Eine solche Aus führungsform läßt sich vorteilhaft auch aus metalloxidischen Hoch-T_c-Supraleitermaterialien ausbilden. Sieht man mehrere Kompensationskanäle vor, so kann ferner die Relation zwischen Störunterdrückung und Signalreduktion durch Zu- oder Abschal ten einzelner Kompensationskanäle in Grenzen dem jeweiligen Meßproblem angepaßt werden. Schließlich ist ein Abgleich der Detektionssymmetrie auf elektronischem Weg, d. h. während des Betriebs und in der endgültigen Systemkonfiguration, möglich.The compensation of interference signals according to the invention has several further advantages: If the channels are designed as a magnetometer, system simplification is possible by integrating the flux transformer on a SQUID chip in conjunction with axial gradiometers. Such an embodiment can advantageously also be formed from metal oxide high-T _c superconductor materials. If several compensation channels are provided, the relation between interference suppression and signal reduction can also be adapted within limits of the respective measurement problem by switching individual compensation channels on or off. Finally, the detection symmetry can be adjusted electronically, ie during operation and in the final system configuration.

Können oder müssen bei der erfindungsgemäßen Detektionsein richtung Gradiometer eingesetzt werden, so läßt sich vorteil haft der Abschirmungsaufwand im Vergleich zu der bekannten Detektionseinrichtung vermindern.Can or must be in the detection according to the invention direction gradiometer are used, so can be advantageous the shielding effort compared to the known Reduce detection device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Detektions einrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Advantageous refinements of the detection according to the invention establishment emerge from the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 eine prinzi pielle Schaltung einer erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung angedeutet ist. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausbildungsmöglich keit eines Kompensationskanals einer Schaltung. Aus Fig. 3 geht die Schaltung für eine andere Ausführungsform eines Ka nals einer Detektionseinrichtung hervor. In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.To further explain the invention, reference is made below to the drawing, in FIG. 1 of which a basic circuit of a detection device according to the invention is indicated. Fig. 2 shows a further training possibility of a compensation channel of a circuit. From Fig. 3, the circuit shows a detection device for another embodiment have a channel. In the figures, corresponding parts are provided with the same reference symbols.

Die in dem Schaltungsschema nach Fig. 1 aufgezeigten Teile oder Blöcke einer Detektionseinrichtung nach der Erfindung sollen sich auf einer zur Kühlung ihrer supraleitenden Ele mente hinreichenden Tieftemperatur, insbesondere auf der Sie detemperatur des flüssigen Heliums (LHe) von 4,2 K befinden. Gegebenenfalls können diese supraleitenden Elemente auch aus bekannten metalloxidischen Hoch-T_c-Supraleitermaterialien hergestellt sein, die sich mit flüssigem Stickstoff (LN₂) kühlen lassen. Die allgemein mit 2 bezeichnete Detektionsein richtung weist eine vorbestimmte Anzahl n von parallelen De tektionskanälen D_n auf. Die Anzahl n liegt insbesondere über 10. In der Figur nicht näher ausgeführte Teile der Detek tionseinrichtung sind an sich bekannt (vgl. die eingangs ge nannte Veröffentlichung "Cryogenics" oder die EP-A-03 59 864).The parts or blocks of a detection device according to the invention shown in the circuit diagram according to FIG. 1 should be at a low temperature sufficient for cooling their superconducting elements, in particular on the temperature of the liquid helium (LHe) of 4.2 K. If appropriate, these superconducting elements can also be produced from known metal oxide high-T _c superconductor materials which can be cooled with liquid nitrogen (LN ₂ ). The generally designated 2 detection device has a predetermined number n of parallel detection channels D _n . The number n is in particular above 10. In the figure, parts of the detection device which are not detailed are known per se (cf. the publication "Cryogenics" mentioned at the outset or EP-A-03 59 864).

Jeder Detektionskanal D_n enthält ein Magnetometer mit einer Detektionsschleife 3 als Antenne für ein von mindestens einer zu detektierenden Feldquelle ausgesandtes magnetisches Feldsi gnal 4. Die Detektionsschleifen 3 aller Kanäle D_n können dabei vorteilhaft zu einem Array zusammengefaßt sein. Das mit jeder Schleife 3 detektierte Eingangssignal wird induktiv über eine Koppelspule 5 in eine Schleife 6 eines SQUIDs eingekoppelt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist ein DC-SQUID 7 mit zwei Jo sephson-Tunnelelementen 9a und 9b angenommen. Es können jedoch auch RF-SQUIDs verwendet werden. Der mit der Detektionsschlei fe 3 und der Wicklung dieser Koppelspule 5 einen supraleiten den Flußtransformator bildende Kreis wird als Eingangskreis 8 angesehen. Das mit Hilfe des SQUIDs 7 hervorgerufene SQUID-Si gnal 10 wird dann einem nachgeordneten, nicht näher ausgeführ ten Schaltungsteil 11 einer signalverarbeitenden Elektronik zugeführt, die ein Ausgangssignal 12 erzeugt. Dieses Ausgangs signal 12 wird anschließend zu einem nachgeschalteten Elektro nikteil zur weiteren Auswertung und Darstellung geleitet. Die ser an sich bekannte Elektronikteil ist in der Figur nicht ge zeigt und befindet sich im allgemeinen auf Raumtemperatur.Each detection channel D _n contains a magnetometer with a detection loop 3 as an antenna for a magnetic field signal 4 emitted by at least one field source to be detected. The detection loops 3 of all channels D _n can advantageously be combined to form an array. The input signal detected with each loop 3 is inductively coupled into a loop 6 of a SQUID via a coupling coil 5 . According to the exemplary embodiment, a DC-SQUID 7 with two Jo sephson tunnel elements 9 a and 9 b is assumed. However, RF-SQUIDs can also be used. The one with the detection loop fe 3 and the winding of this coupling coil 5 a superconducting circuit forming the flux transformer is regarded as the input circuit 8 . The SQUID signal 10 generated with the aid of the SQUID 7 is then fed to a downstream circuit part 11 of signal processing electronics, which produces an output signal 12 . This output signal 12 is then passed to a downstream electronics part for further evaluation and display. The water-known electronic part is not shown in the figure and is generally at room temperature.

Wie ferner aus Fig. 1 hervorgeht, wird am Ausgang des Schal tungsteils 11 auch ein Gegenkopplungssignal 13 abgenommen und zu einem Gegenkopplungstransformator 14 geführt, dessen eine Wicklung 14a in den Eingangskreis 8 integriert ist. Durch eine solche Gegenkopplung läßt sich vorteilhaft die Gesamtschaltung des Detektionskanals D_n linearisieren. In dem entsprechenden Gegenkopplungszweig 15 kann noch ein Anpassungselement 16 z. B. in Form eines Widerstandes vorhanden sein.As can further be seen from FIG. 1, a negative feedback signal 13 is also picked up at the output of the switching device part 11 and fed to a negative feedback transformer 14 , the winding 14 a of which is integrated into the input circuit 8 . The overall circuit of the detection channel D _n can advantageously be linearized by such a negative feedback. In the corresponding negative feedback branch 15 , an adaptation element 16 z. B. in the form of a resistor.

In Fig. 1 sind darüber hinaus an sich bekannte Maßnahmen zu einer Modulation des in das SQUID 7 gelangenden Signals nur angedeutet. Im allgemeinen ist hierzu eine Modulationsspule 19 vorzusehen, mit der ein von einer Oszillatorschaltung 17 er zeugtes Modulationssignal 18 induktiv in die SQUID-Schleife 6 einzukoppeln ist. Die Modulationsfrequenz liegt z. B. bei etwa 100 kHz.Measures known per se for modulating the signal entering the SQUID 7 are only indicated in FIG. 1. In general, a modulation coil 19 is to be provided with which a modulation signal 18 generated by an oscillator circuit 17 can be inductively coupled into the SQUID loop 6 . The modulation frequency is e.g. B. at about 100 kHz.

Für biomagnetische Anwendungen braucht man die Signalverarbei tung in den Detektionskanälen D_n nur für eine obere Grenzfre quenz von etwa 10 kHz auszulegen. Dann läßt sich die weitere signalverarbeitende Elektronik in einfacher Operationsverstär kertechnik ausführen. Eine erforderliche Resonanzverstärkung des SQUID-Signals bei LHe-Temperatur erlaubt eine rauschfreie Signaltransformation bei geringem Bauteilevolumen, die durch eine selbständige Anpassung an die SQUID-Eigenschaften in ge wissen Grenzen zu einem konstanten Ausgangssignal führt.For biomagnetic applications, the signal processing in the detection channels D _n need only be designed for an upper limit frequency of approximately 10 kHz. Then the further signal processing electronics can be carried out in simple operational amplifier technology. A required resonance amplification of the SQUID signal at LHe temperature allows noise-free signal transformation with a small component volume, which leads to a constant output signal within certain limits due to an independent adaptation to the SQUID properties.

Gemäß der Erfindung soll die Detektionseinrichtung 2 zusätz lich noch mindestens einen wesentlich schnelleren Kompensa tionskanal K zur Stördetektion aufweisen. Da bis zu 3 linear unabhängige Störfeldkomponenten auftreten können, ist gegebe nenfalls zu deren Unterdrückung eine entsprechende Anzahl von Kompensationskanälen erforderlich. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch nur ein einziger Kompensations kanal K z. B. für die B_z-Störfeldkomponente vorgesehen. Bei der Detektionseinrichtung 2 wird das detektierte Störsignal nicht wie bei bekannten Detektionseinrichtungen nachträglich von den Signalen der Detektionskanäle subtrahiert, sondern in die Ge genkopplungsleitungen dieser Kanäle eingespeist. Voraussetzung hierfür ist, daß der Kompensationskanal hinreichend schnell ist, d. h. eine entsprechend hohe Dynamik aufweist. Dann läßt sich durch diese magnetische Subtraktion im Eingangskreis (Flußtransformator) das Störsignal vorteilhaft von den SQUIDs der Detektionskanäle fernhalten. Der hier erforderliche Kom pensationskanal K ist im wesentlichen entsprechend den Detek tionskanälen D_n aufgebaut. Er enthält somit einen Eingangs kreis 20 mit Detektionsschleife 21, Gegenkopplungstransforma tor 22 und Koppelspule 23, eine SQUID-Schleife 24 eines SQUIDs 25 sowie einen nachgeordneten Schaltungsteil 26 einer schnel len signalverarbeitenden Elektronik. Ein am Ausgang dieses Schaltungsteils abgenommenes Gegenkopplungssignal 27 wird über einen Gegenkopplungszweig 28 mit Anpassungselement 29 dem Ge genkopplungstransformator 22 in dem Eingangskreis 20 mit inte grierter Wicklung 22a des Gegenkopplungstransformators zuge führt. Mittels eines Inverters 30 wird das in vertierte Ausgangssignal 31 des nachgeordneten Schaltungsteils zunächst zu einem Referenzpunkt 32 geleitet. An diesem Refe renzpunkt wird das Ausgangssignal 31 in eine der Anzahl n der Detektionskanäle D_n entsprechende Anzahl von Referenzsignalen 31 _n aufgespalten. Jedes Referenzsignal 31 _n wird dann dem je weils zugeordneten Detektionskanal D_n über eine Referenzlei tung 33 _n mit integriertem einstellbaren Anpassungsglied 34 _n zugeführt. Als Anpassungsglied 34 _n kommt insbesondere ein ein stellbarer Widerstand oder ein Verstärker mit regelbarer Ver stärkung in Frage. Hierzu wird das Referenzsignal in den je weiligen Gegenkopplungszweig 15 eines Detektionskanals D_n zu sätzlich zum jeweiligen Gegenkopplungssignal 13 kompensato risch einsummiert.According to the invention, the detection device 2 should additionally have at least one substantially faster compensation channel K for interference detection. Since up to 3 linearly independent interference field components can occur, a corresponding number of compensation channels may be required to suppress them. According to the illustrated embodiment, however, only a single compensation channel K z. B. provided for the B _z interference field component. In the detection device 2 , the detected interference signal is not subsequently subtracted from the signals of the detection channels, as in known detection devices, but rather is fed into the counter coupling lines of these channels. The prerequisite for this is that the compensation channel is sufficiently fast, ie has a correspondingly high dynamic. This magnetic subtraction in the input circuit (flux transformer) can then advantageously keep the interference signal away from the SQUIDs of the detection channels. The compensation channel K required here is constructed essentially in accordance with the detection channels D _n . It thus contains an input circuit 20 with detection loop 21 , negative feedback transformer 22 and coupling coil 23 , a SQUID loop 24 of a SQUID 25 and a downstream circuit part 26 of a fast signal-processing electronics. A negative feedback signal taken off at the output of this circuit part 27 is fed via a negative feedback branch 28 with a matching element 29 to the negative feedback transformer 22 in the input circuit 20 with integrated winding 22 a of the negative feedback transformer. The inverted output signal 31 of the downstream circuit part is first passed to a reference point 32 by means of an inverter 30 . The output signal 31 is reference point is at this Refe in one of the number of detection channels D n _n corresponding number of reference signals 31 split _n. Each reference signal 31 _n is then fed to the respectively assigned detection channel D _n via a reference line 33 _n with an integrated adjustable adapter 34 _n . As an adapter 34 _n in particular an adjustable resistor or an amplifier with adjustable gain Ver comes into question. For this purpose, the reference signal in each weiligen negative feedback path 15 is a detection channel D _n to additionally to the respective feedback signal 13 kompensato einsummiert driven.

Auch für den Kompensationskanal K wird vorteilhaft eine Modu lation des Eingangssignals wie in den Detektionskanälen D vorgesehen. Der Kompensationskanal K weist deshalb einen Os zillator 40 zur Erzeugung eines Modulationssignals 41 auf, das über eine Modulationsspule 42 induktiv in die SQUID-Schleife 24 eingekoppelt wird.A modulation of the input signal as in the detection channels D is also advantageously provided for the compensation channel K. The compensation channel K therefore has an oscillator 40 for generating a modulation signal 41 which is inductively coupled into the SQUID loop 24 via a modulation coil 42 .

Bei einer elektronischen Kompensation, wie sie bei der erfin dungsgemäßen Detektionseinrichtung vorgenommen werden soll, müssen die auf verschiedenen Wegen gewonnenen und dann sub trahierten Signale in Amplitude und Phase entsprechend der er forderlichen Störunterdrückung übereinstimmen. Sich aus dieser Forderung ergebende Konsequenzen sind nachfolgend kurz abge schätzt:
Der das SQUID 25 enthaltende Kompensations- bzw. Referenzkanal K besitzt eine Übertragungscharakteristik, die einem Tiefpaß erster Ordnung mit einer Grenzfrequenz fg entspricht. Die Fre quenzabhängigkeiten von Amplitutde A und Phase ϕ sind dann ge geben durchIn the case of electronic compensation, as is to be carried out in the detection device according to the invention, the signals obtained in various ways and then subtracted must correspond in amplitude and phase in accordance with the required interference suppression. The consequences of this requirement are briefly estimated below:
The compensation or reference channel K containing the SQUID 25 has a transmission characteristic which corresponds to a first-order low-pass filter with a cutoff frequency fg. The frequency dependencies of amplitude A and phase ϕ are then given by

undand

ϕ = - arctan (f/fg) ≈ f/fgϕ = - arctan (f / fg) ≈ f / fg

mit der Näherung für f/fg «1. Die relative Amplitude a der Differenz zwischen ursprünglichem und übertragenem Signal er gibt sich dann aufgrund des Amplitudengangs zuwith the approximation for f / fg «1. The relative amplitude a of Difference between the original and transmitted signal then admits because of the amplitude response

a = 1/2·(f/fg) ² a = 1/2 · (f / fg) ²

und aufgrund des Phasengangs zuand due to the phase response too

a = f/fg.a = f / fg.

Wird nun z. B. eine Kompensation bis auf 0,001 bis zu einer Frequenz f von 1 kHz gefordert, so bedeutet dies, daß der Kom pensationskanal K aufgrund seines Amplituden- und Phasengangs eine obere Grenzfrequenz fg von mindestens 1 MHz besitzen muß. Außerdem muß der Kanal K eine hinreichend hohe Anstiegsge schwindigkeit ("slew rate") aufweisen.Now z. B. compensation up to 0.001 to one Frequency f of 1 kHz required, this means that the com pensationskanal K due to its amplitude and phase response must have an upper limit frequency fg of at least 1 MHz. In addition, the channel K must have a sufficiently high increase have speed ("slew rate").

Entsprechende Forderungen werden für erfüllbar gehalten. So ist es auf dem Gebiet der elektronischen Kompensation gelun gen, durch eine DC-Messung eines SQUID-Signals den Frequenzbe reich entsprechender Systeme auf über 500 kHz und die An stiegsgeschwindigkeit auf mindestens 3 mT/s zu erhöhen. Da hierbei eine Gleichspannungsmessung im Nano- oder Mikrovoltbe reich wegen Verstärkerdriften und Thermospannungen problema tisch ist, wird ein Modulationsverfahren beim Betrieb der SQUIDs für unverzichtbar gehalten. Eine schnelle Ausführung eines Modulationsverfahrens ist ebenfalls bekannt (vgl. "Rev. Sci. Instrum.", Vol. 55, No. 6, 1984, Seiten 952 bis 957). Da nach wurden obere Grenzfrequenzen von über 500 kHz und An stiegsgeschwindigkeiten von 4mT/s erreicht.Corresponding claims are considered to be settable. So it has succeeded in the field of electronic compensation gene by a DC measurement of a SQUID signal corresponding systems to over 500 kHz and the An increase the rate of climb to at least 3 mT / s. There a direct voltage measurement in the nano or micro volt range rich due to amplifier drifts and thermal voltages problema is a modulation method in the operation of the SQUIDs considered indispensable. A quick execution a modulation method is also known (cf. "Rev. Sci. Instrum. ", Vol. 55, No. 6, 1984, pages 952 to 957). Da after upper limit frequencies of over 500 kHz and An Rise speeds of 4mT / s reached.

Ferner muß das Signal-/Rausch-Verhalten des Kompensationska nals optimiert sein, da sein Rauschen in alle anderen Kanäle eingespeist wird. Zu diesem Zweck kann man vorteilhaft eine Detektionsschleife 21 des Kompensationskanals K vorsehen, die vergleichsweise großflächiger als jede einzelne der Detek tionsschleifen 3 der Detektionskanäle D_n ist. Zweckmäßig kann die Detektionsschleife 21 auch gegenüber dem Boden eines er forderlichen Dewars verhältnismäßig weit zurückgesetzt ange ordnet werden, da dieser Boden ebenfalls Rauschanteile er zeugt. Auch bekannte, qualitativ hochwertige supraleitende Flußtransformatoren, SQUIDs, Resonanzkreise und Vorverstärker sollten für den Kompensationskanal verwendet werden.Furthermore, the signal / noise behavior of the compensation channel must be optimized, since its noise is fed into all other channels. For this purpose, a detection loop 21 of the compensation channel K can advantageously be provided, which is comparatively larger than each of the detection loops 3 of the detection channels D _n . Expediently, the detection loop 21 can also be arranged relatively far back compared to the bottom of a required dewar, since this bottom also generates noise components. Known, high quality superconducting flux transformers, SQUIDs, resonant circuits and preamplifiers should also be used for the compensation channel.

Um eine gute Unterdrückung von unerwünschten Magnetfeldkompo nenten, eine sogenannte Querfeld-Unterdrückung zu gewährlei sten, müssen ferner die Detektionsschleifen 3 der Detektions kanäle D_n bezüglich der Detektionsschleife 21 des Kompensa tionskanals K gut planparallel ausgerichtet sein. Gegebenen falls sind jedoch noch bis zu 2 entsprechende zusätzlich Kom pensationskanäle vorzusehen, um für alle drei Magnetfeldkompo nenten in einem x-y-z-Koordinatensystem ein analoges gewichte tes Summieren von Querfeld-Magnetometersignalen der Kompensa tionskanäle in der Gegenkopplung der Eingangskreise jedes der Detektionskanäle zu einer vollständigen Kompensation ein schließlich von eventuellen Zuleitungseffekten zu nutzen.In order to ensure good suppression of undesired magnetic field components, a so-called cross-field suppression, the detection loops 3 of the detection channels D _n with respect to the detection loop 21 of the compensation channel K must also be aligned plane-parallel. If necessary, however, up to 2 corresponding additional compensation channels have to be provided in order to use an analog weighted summation of transverse field magnetometer signals of the compensation channels in the negative feedback of the input circuits of each of the detection channels for a complete compensation for all three magnetic field components in an xyz coordinate system finally to benefit from any supply effects.

Wie ferner in Fig. 1 durch eine strichpunktierte Linie veran schaulicht sein soll, befinden sich die Detektionskanäle D_n und der mindestens eine Kompensationskanal K der Detektionseinrichtung 2 innerhalb einer Abschirmkammer A. Diese Abschirmkammer braucht bei der Aus gestaltung der Detektionseinrichtung 2 vorteilhaft nur so aus gelegt zu sein, daß lediglich eine Unterdrückung der schlimm sten transienten Störsignale erfolgt. Da die Abschirmkammer zu einer derartigen unvollständigen Störfeldunterdrückung die äu ßeren Störfelder zu einem erheblichen Teil in Gradienten um formt, kann man zu deren Störfeldunterdrückung zu allen Detek tionskanälen vorteilhaft Referenzgradienten individuell ge wichtet hinzusummieren. Entsprechende Maßnahmen sind an sich bekannt (vgl. z. B. den Beitrag AM-25 des Autors St. E. Robin son bei der "7th Int. Conf. on Biomagnetism", New York; Aug. 14-18, 1989 mit dem Titel "Noise Cancellation for Biomagnetic Measurements", Seiten 75 und 76). Im Falle eines kartesischen x-y-z-Koordinatensystems sind insgesamt neun Gradienten erster Ordung möglich: dB_z/dx, dB_z/dy, dB_z/dz, dB_y/dx, dB_y/dy, dB_y/dz, dB_x/dx, dB_x/dy und dB_x/dz. Von diesen sind fünf Gradi enten linear unabhängig, so daß zur Erfassung der entsprechen den fünf Störgradienten mindestens fünf Kompensationskanäle mit Gradiometern erforderlich sind. Daneben kann eine Detektionseinrichtung selbstverständlich noch mit bis zu drei Kompensationskanälen zur Berücksichtigung der li near unabhängigen Störfeldkomponenten B_z, B_x und B_y versehen sein. Für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein einzi ger Kompensationskanal zum Empfang von Störgradienten, bei spielsweise für die dB_z/dz-Gradienten, ausgewählt. Dieser mit K′ bezeichnete Kanal ist weitgehend gleich dem Kompensations kanal K nach Fig. 1 aufgebaut. Lediglich sein einen supralei tenden Flußtransformator bildender Eingangskreis 45 enthält als Antenne ein bekanntes Gradiometer 46 erster Ordnung mit 2 Detektionsschleifen 47 und 48. Das in diesem Kanal K′ gewon nene Ausgangssignal 49 wird wiederum einem Referenzpunkt 50 gemäß Fig. 1 zugeführt. Die in jedem derartigen Referenz- bzw. Kompensationskanal erzeugten Ausgangssignale müssen unab hängig voneinander auf die einzelnen Detektionskanäle D_n ver teilt werden; d. h., jeder Kompensationskanal K′ benötigt einen eigenen Referenzpunkt 50 und einstellbare Anpassungsglieder 51 _n für die jeweiligen Kompensationssignale 52 _n. Da bei einer Gradiometerkompensation viele einstellbare Widerstände zu ju stieren wären, werden in diesem Fall vorteilhaft als Anpas sungsglieder 51 _n Verstärker mit regelbarer Verstärkung vorge sehen. Die hierfür erforderlichen Steuerspannungen können ent weder passiv z. B. über EPROMs und DA-Wandler oder aktiv von einem Systemrechner über DA-Wandler bereitgestellt werden. Die so gewonnenen einzelnen Kompensationssignale 52 _n werden dann dem jeweils zugeordneten Gegenkopplungssignal entsprechend Fig. 1 kompensatorisch überlagert. Vorteile ei ner analog-elektronischen Kompensation dieser Art sind, daß SQUID-Übersteuerungen an der Quelle vermieden werden und daß der Anwender der Detektionseinrichtung unmittelbar entrauschte Signale sehen kann. Ferner ist mit einer derartigen Störunter drückung die Möglichkeit geschaffen, eine autonome, den für eine Signalverarbeitung, -auswertung und -darstellung erfor derlichen Hauptrechner nicht belastende Prozeßsteuerung durch zuführen. Denn für jede in einem Betriebsfall gewählte Posi tion der Detektionseinrichtung mit ihrem Dewar kann man dann nämlich individuell eine passende Karte von Widerstandsnetz werken bzw. Anpassungsgliedern und -elementen oder im Falle von Regelverstärkern als Anpassungsgliedern oder -elementen EPROMs oder eine softwaremäßige Summation für die Ansteuerung der erforderlichen DA-Wandler vorsehen.As should also be illustrated in FIG. 1 by a dash-dotted line, the detection channels D _n and the at least one compensation channel K of the detection device 2 are located within a shielding chamber A. This shielding chamber advantageously only needs to be laid out in the design of the detection device 2 to be that only the worst transient interference signals are suppressed. Since the shielding chamber for such an incomplete interference field suppression largely transforms the external interference fields into gradients, one can advantageously add reference gradients individually weighted for their interference field suppression to all detection channels. Corresponding measures are known per se (cf., for example, the contribution AM-25 by the author St. E. Robin son to the "7th Int. Conf. On Biomagnetism", New York; Aug. 14-18, 1989 with the Title "Noise Cancellation for Biomagnetic Measurements", pages 75 and 76). In the case of a Cartesian xyz coordinate system, a total of nine first order gradients are possible: dB _z / dx, dB _z / dy, dB _z / dz, dB _y / dx, dB _y / dy, dB _y / dz, dB _x / dx, dB _x / dy and dB _x / dz. Of these, five gradients are linearly independent, so that at least five compensation channels with gradiometers are required to detect the corresponding five interference gradients. In addition, a detection device can of course also be provided with up to three compensation channels to take into account the linearly independent interference field components B _z , B _x and B _y . For the exemplary embodiment according to FIG. 2, a single compensation channel for receiving interference gradients, for example for the dB _z / dz gradients, is selected. This channel designated K 'is largely the same as the compensation channel K shown in FIG. 1. Only its input circuit 45 , which forms a superconducting flux transformer, contains, as an antenna, a known first-order gradiometer 46 with 2 detection loops 47 and 48 . The output signal 49 won in this channel K 'is in turn fed to a reference point 50 according to FIG. 1. The output signals generated in each such reference or compensation channel must be distributed independently of one another to the individual detection channels D _n ; that is, each compensation channel K 'needs its own reference point 50 and adjustable adaptation elements 51 _n for the respective compensation signals 52 _n . Since with a gradiometer compensation many adjustable resistors would have to be stored, in this case 51 _n amplifiers with adjustable amplification are advantageously provided as adapting elements. The necessary control voltages can be either passively ent. B. via EPROMs and DA converters or actively provided by a system computer via DA converters. The individual compensation signals 52 _{n obtained in this way} are then superimposed on the respectively assigned negative feedback signal in accordance with FIG. 1. Advantages of an analog-electronic compensation of this type are that SQUID overloads at the source are avoided and that the user of the detection device can immediately see noisy signals. Furthermore, with such interference suppression, the possibility is created to carry out an autonomous process control which is not burdensome for signal processing, evaluation and display. Because for each position of the detection device with its Dewar selected in an operating case, a suitable map of resistance networks or matching elements and elements or, in the case of control amplifiers as matching elements or elements, EPROMs or a software-based summation for controlling the individual can then be individually created Provide required DA converter.

Die für eine Messung von weiteren Gradienten erforderlichen weiteren Kompensationskanäle sind entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Kanal K′ aufgebaut.The additional compensation channels required for measuring further gradients are constructed in accordance with channel K 'shown in FIG. 2.

Für die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen dargestell ten einzelnen Kanäle D_n, K und K′ können auch andere, von De tektionseinrichtungen zur Messung und Darstellung von bioma gnetischen Feldern bekannte Schaltungskonzepte und Schleifen formen zur Detektion der Feldsignale vorgesehen werden. So ist es z. B. möglich, die Modulationsspulen 19 bzw. 42 nicht unmit telbar der jeweiligen SQUID-Schleife 6 bzw. 24, sondern einem zwischen dem Eingangskreis 8 bzw. 20 oder 45 und dem jeweils zugeordneten SQUID-Kreis vorhandenen Transformatorkreis zuzu ordnen.For the individual channels D _n , K and K 'shown in the above exemplary embodiments, other circuit concepts and loops known from detection devices for measuring and displaying biometric fields can also be provided for detecting the field signals. So it is z. B. possible to assign the modulation coils 19 or 42 not immediately to the respective SQUID loop 6 or 24 , but to assign an existing transformer circuit between the input circuit 8 or 20 or 45 and the respectively assigned SQUID circuit.

Obwohl für Detektionseinrichtungen eine Ver wendung von DC-SQUIDs als besonders vorteilhaft anzusehen ist, können die Detektionskanäle und/oder kann der zumindest eine Kompensationskanal gegebenenfalls auch jeweils mit einem RF- SQUID aufgebaut sein.Although a ver the use of DC-SQUIDs is particularly advantageous, can the detection channels and / or the at least one Compensation channel if necessary also with an RF SQUID must be built.

Gemäß den in den Fig. 1 und 2 angenommenen Ausführungsbei spielen wurde davon ausgegangen, daß die Detektionskanäle und der mindestens eine Kompensationskanal jeweils ein dem jewei ligen SQUID-Kreis vorangeordneten, als Flußtransformator wir kenden Eingangskreis aufweisen, wobei zum Empfang der insbe sondere biomagnetischen Feldsignale eine gesonderte Detek tionsschleife vorgesehen ist. Es sind jedoch auch SQUID-Ma gnetometer bekannt, die besondere Flußtransformatoren nicht erforderlich machen und bei denen die SQUID-Schleife zugleich als Detektionsschleife zum Empfang der Feldsignale dient (vgl. z. B. "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG-19, No. 3, Mai 1983, Seiten 648 bis 651 oder "J. Appl. Phys.", Vol. 54, No. 10, Okt. 1983, Seiten 6065 bis 6067). Eine Detektionsein richtung kann auch dementsprechend ausgeführt sein. Fig. 3 zeigt einen Detektionskanal D_n′ einer derartigen Detektions einrichtung. Ihr zugehöriger, mindestens einer Kompensations kanal kann entsprechend oder mit einem Flußtransformator gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 aufgebaut sein. Gemäß Fig. 3 dient zum Empfang der von einer zu detektierenden Feldquelle ausgesand ten Feldsignale 4 eine nur schematisch ausgeführte SQUID- Schleife 55 z. B. eines DC-SQUIDs 56. Diese Schleife bildet zu gleich die eine Wicklung eines Gegenkopplungstransformators 57, über den ein in einem Gegenkopplungszweig 58 übertragenes Gegenkopplungssignal 59 in die SQUID-Schleife induktiv einzu koppeln ist. Dieses Gegenkopplungssignal soll durch ein Referenzsignal 31 _n′ eines schnellen Kompensationska nals bezüglich schneller Störsignale kompensatorisch überla gert werden.According to the play in FIGS. 1 and 2, Ausführungsbei assumed that the detection channels and the at least one compensation channel each have a respective SQUID circuit pre-arranged, as a flux transformer we have the input circuit, with the reception of the special biomagnetic field signals in particular separate detection loop is provided. However, SQUID magnetometers are also known which do not require special flux transformers and in which the SQUID loop also serves as a detection loop for receiving the field signals (see, for example, "IEEE Trans. Magn.", Vol. MAG- 19, No. 3, May 1983, pages 648 to 651 or "J. Appl. Phys.", Vol. 54, No. 10, October 1983, pages 6065 to 6067). A detection device can also be designed accordingly. Fig. 3 shows a detection channel D _n 'of such a detection device. Your associated, at least one compensation channel can be constructed accordingly or with a flux transformer according to FIG. 1 or FIG. 2. According to Fig. 3 of th from an extended sand to be detected field source field signals 4 serves for receiving a SQUID only schematically running loop 55 z. B. a DC SQUID 56 . This loop also forms the one winding of a negative feedback transformer 57 , via which a negative feedback signal 59 transmitted in a negative feedback branch 58 can be inductively coupled into the SQUID loop. This negative feedback signal is to be compensated by a reference signal 31 _n 'of a fast Kompensationska channel with respect to fast interference signals.

Eine derartige Ausbildung des Gegenkopplungszweiges 58 und der Einspeisung eines Kompensationssignals 31 _n′ ist auch für Aus führungsformen von Detektionskanälen und/oder Kompensationska nälen möglich, die als Flußtransformatoren gestaltete Ein gangskreise aufweisen. Die Stelle der Anordnung des Gegen transformators zur Einspeisung von Gegenkopplungssignalen, die durch Kompensationssignale überlagert sind, ist also für die Detektionseinrichtung von untergeordneter Bedeutung.Such a design of the negative feedback branch 58 and the feeding of a compensation signal 31 _n 'is also possible for imple mentation forms of detection channels and / or Kompensationska channels which have input circuits designed as flux transformers. The location of the arrangement of the counter transformer for feeding in negative feedback signals, which are superimposed by compensation signals, is therefore of minor importance for the detection device.

Selbstverständlich ist es für eine Detek tionseinrichtung auch möglich, zum Empfang von Magnetfeldgra dienten den Eingangskreis 8 jedes Detektionskanals D_n statt mit dem gemäß Fig. 1 angenommenen Magnetometer mit einem be kannten Gradiometer erster oder höherer Ordnung auszustatten. Auch die SQUID-Schleife 55 gemäß Fig. 3 kann als Gradiometer ausgeführt sein. Gradiometer sind unter dem Gesichtspunkt ei ner weiteren Unterdrückung von Störsignalen als vorteilhaft anzusehen.Of course, it is also possible for a detection device to serve the input circuit 8 of each detection channel D _n for receiving magnetic field graces instead of the magnetometer assumed according to FIG. 1 with a known gradiometer of the first or higher order. The SQUID loop 55 according to FIG. 3 can also be designed as a gradiometer. Gradiometers are to be regarded as advantageous from the point of view of further suppression of interference signals.

Claims

1. Detection device for multichannel detection of weak location- and time-dependent magnetic fields of at least one, in particular biomagnetic, field source to be detected, which device has a SQUID magnetometer in each detection channel with the following parts:

a) a SQUID with a SQUID loop as part of the SQUID,
b) a circuit part of a signal processing electronics downstream of the SQUID and
c) a negative feedback branch, which leads from the downstream circuit part to a negative feedback transformer, over which inductive negative feedback signals are to be superimposed on the detected measurement signals to linearize the SQUID,

characterized in that in addition to the detection channels (D _n , D _n ') at least one compensation channel (K, K') for generating a fast compensation signal ( 31 _n , 31 _n ', 52 _n ) is provided which has a higher dynamic range of the signal processing than the detection channels and its compensation signal obtained on a circuit part ( 26 ) downstream of its SQUID ( 25 ) of fast electronics into the negative feedback branches ( 15 , 58 ) of the detection channels via matching elements ( 34 _n , 51 _n ) so that the compensation signal is the the respective negative feedback signal ( 13 , 59 ) of the detection channels is compensated for with respect to fast interference signals.

2. Detection device according to claim 1, characterized in that each SQUID magnetometer contains at least one DC SQUID ( 7 , 25 , 56 ).

3. Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that in at least some of the channels (D _n , K, K ') in each case the SQUID ( 7 , 25 ) a superconducting input circuit ( 8 , 20 ) is arranged, the at least one the signals ( 4 ) of the field source receiving detection loop ( 3, 21, 47, 48 ) and a coupling coil ( 5, 23 ) for inductive coupling of the measurement signals obtained at the detection loop into the SQUID loop ( 6 , 24 ).

4. Detection device according to claim 3, characterized in that a winding ( 14 a, 22 a) of the negative feedback transformer ( 14 , 22 ) is integrated in the input circuit ( 8 , 20 ).

5. Detection device according to claim 1 or 2, characterized in that in at least some of the channels (D ' _n ) in each case the SQUID loop ( 55 ) is also provided for detection of the signals ( 4 ) of the field source.

6. Detection device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a winding of the negative feedback transformer ( 57 ) is formed by the SQUID loop ( 55 ).

7. Detection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least some of the signals ( 4 ) of the field source detecting loops ( 3 , 21 , 55 ) each form a magnetometer.

8. Detection device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least some of the signals ( 4 ) of the field source detecting loops each form a gradiometer.

9. Detection device according to one of claims 1 to 8, characterized in that means ( 17 , 18 , 19 , 40 , 41 , 42 ) for modulating the in the SQUID loop ( 6 , 24 , 55 ) of each channel (D _n , D _n ', K, K') coupled signals are provided.

10. Detection device according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the compensation channel (K) the area of the signals ( 4 ) of the field source detecting loop ( 21 ) larger than the detecting area of each loop ( 3 ) of the detection channels (D _n ) is.

11. Detection device according to one of claims 1 to 10, characterized in that in the compensation channel (K ') the signals ( 4 ) of the field source are to be detected by means of a first order gradiometer ( 46 ).

12. Detection device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the output signal ( 31 , 49 ) of the compensation channel (K, K ') is first to be fed to a reference point ( 32 , 50 ), where it is one of the number of detection channels ( D _n , D _n ') corresponding number of compensation signals ( 31 _n , 52 _n ) to split.

13. Detection device according to one of claims 1 to 12, characterized in that for up to three linearly independent interference field components number of compensation channels corresponding to these components are provided, the compensation signals by means of the adjustment links individually weighted each to assign assigned negative feedback transformers are.

14. Detection device according to claim 13, characterized characterized that for up to five linearly independent noise gradient components one number of compensation channels corresponding to these components are provided, the compensation signals by means of the adjustment links individually weighted each to assign assigned negative feedback transformers are.

15. Detection device according to one of claims 1 to 14, characterized in that adjustable resistors ( 34 _n ) or controllable amplifiers ( 51 _n ) are provided as matching elements.

16. Detection device according to one of claims 1 to 15, characterized by their arrangement in a shielding chamber (A).