JP2005296030A - 磁場計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数ＳＱＵＩＤ磁束計を同時に安定に動作できる磁場計測装置を提供する。
【解決手段】
検出コイルを具備する複数ＳＱＵＩＤ磁束計１２を有する磁場計測装置において、全ＣＨに共通の単一の発振器１３によりＡＣバイアスを行う発振周波数を決定する。発振器からの信号を基準としてスイッチＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を切り替え、ＡＣバイアス信号、キャンセル電圧信号、オスセット磁束信号の印加を選択する。プラス側のバイアス電流の時のＶ−Φ特性とマイナス側の電流バイアスの時のＶ−Φ特性を用いて相互相関関数を用いる手法、又は、ＡＣバイアスを行なっているＶ−Φ特性をスペクトル解析する手法に基づいて、ＡＣバイアス信号の自動調整を行なう。
【選択図】 図２

Description

本発明は、心臓磁場、脳磁場等の生体磁場計測、地磁気計測、非破壊検査等の微弱磁場計測を行なう超伝導デバイスであるＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）磁束計を用いた磁場計測技術に関する。

高温超電導ＳＱＵＩＤを用いた磁場計測装置では、高温超電導部材内のトラップ磁束による揺らぎによるノイズ等を低減させるために、通常、電流バイアスをＡＣバイアス電流（バイアス電流をプラス側とマイナス側に交互に変化させる方法）として印加する（例えば、非特許文献１を参照）。この従来方法では、ＡＣバイアス電流を加える発振周波数を上昇させると、高温超電導ＳＱＵＩＤの感度特性が向上することが提案されている。

しかし、ＡＣバイアス電流を使用してマルチチャネルに適応した場合の回路構成に関する具体的方法、ＡＣバイアス電流値、オフセット電圧量、キャンセル磁束量を自動で調整する具体的手法については言及がない。

Review of Scientific Instruments, Vol. 74, No. 12, pp.5189-5193 (2003)

ＡＣバイアス電流をＳＱＵＩＤ磁束計に印加するために、発振器を各チャネル（以下、ＣＨと略記する）毎に配置すると、それぞれの発振器間に微妙な位相差が生じ、チャープ信号のようなノイズが発生する。チャープ信号は、各ＣＨ間で完全にクロストークがない理想的な回路構成であれば生じないが、実際の回路構成では、ＡＣバイアスの発振周波数の信号によるクロストークは無視できない。そのため、安定に複数の高温超電導ＳＱＵＩＤを安定に動作させるＡＣバイアス方式が望まれている。

また、ＡＣバイアス方式では、自動で高温超電導ＳＱＵＩＤ磁束計の調整を行なうことが困難であるという課題があった。なぜなら、ＡＣバイアス方式を行なう場合、プラスバイアス時とマイナスバイアス時の位相差の磁束量を各ＣＨ毎に調整しなければならないためである。また、妨害磁気雑音の多い環境下では、前述の位相差を検出することは困難であるという課題を有していた。

本発明の目的は、複数ＳＱＵＩＤ磁束計を同時に安定に動作できる磁場計測技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の磁場計測装置は、検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計を有し、ＡＣバイアスを行う発振周波数を決定するための発振器を全ＣＨ共通に１つだけを有する構成とする。発振器から発生する信号に基づいてスイッチを切り替えるスイッチ切り替え手段を有し、スイッチ切り替え手段によって、ＡＣバイアス信号、キャンセル電圧信号、オフセット磁束信号の印加を選択できる構成とする。この構成により、複数の発振器を使用する必要がないため、雑音となるチャープ信号を生じることはない。

また、複数のＳＱＵＩＤ磁束計に対する、ＡＣバイアス電流値の自動調整方法は、プラス側のバイアス電流の時のＶ−Φ特性とマイナス側の電流バイアスの時のＶ−Φ特性を用いて相互相関関数を用いる手法、又は、ＡＣバイアスを行なっているＶ−Φ特性をスペクトル解析する手法に基づく構成とする。相互相関関数を用いる手法やスペクトル解析する手法を用いることによって、自動で簡易にＳＱＵＩＤ磁束計のＡＣバイアス電流動作を実現できる。

本発明によれば、複数ＳＱＵＩＤ磁束計を同時に安定に動作できる磁場計測装置を実現できる。

本発明の磁場計測装置は、検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計と、複数のＳＱＵＩＤ磁束計にＡＣバイアス電流を印加するための単一の発振器の信号を複数のＳＱＵＩＤに共通に供給する手段とを有し、この単一の発振器から発生される基準信号に基づいて、ＡＣバイアス信号、キャンセル電圧信号、オフセット磁束信号の印加を選択して制御する手段を有する。

検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計へのＡＣバイアス電流の印加は、単一の発振器から発生される基準信号に基づいて実行される。この基準信号は複数のＳＱＵＩＤに対して共通に供給され、複数のＳＱＵＩＤ磁束計にＡＣバイアス電流が印加される。プラス側のＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性とマイナス側のＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性との間の相互相関関数を計算する手段を有し、相互相関関数が最大値を与える時点で印加されている外部磁束を用いて、プラス側のＡＣバイアス電流の印加時とマイナス側のＡＣバイアス電流の印加時の磁束の位相差をキャンセルできる。即ち、相互相関関数が最大値に基づいて、プラス側のＡＣバイアス電流の印加時とマイナス側のＡＣバイアス電流の印加時の磁束の位相差をキャンセルできる。

また、ＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性のパワースペクトラムの低周波成分が最大となる位相差を求めることにより、プラス側のＡＣバイアス電流の印加時とマイナス側のＡＣバイアス電流の印加時における磁束の位相差をキャンセルできる。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例になる磁場計測装置の全体構成例を示す図である。

磁気シールドルーム１内にベッド６が配置され、ベッド６の上には被験者５が横たわる。被験者５の上部には、ガントリー４によって保持固定されているクライオスタット３が設置してある。クライオスタット３内部には検出コイルを具備するＳＱＵＩＤ磁束計が配置してあり、被験者５の心臓や脳等から発生する微弱な磁場を検出する。ＳＱＵＩＤは、クライオスタット３の上部に設置してあるプリアンプ２を介して、駆動回路７とアンプ・フィルター回路８を通った後、ＡＤコンバーター９に入力されデジタルデータとしてコンピューター１１に格納される。また、駆動回路７、アンプ・フィルター回路８、ＡＤコンバーター９はインターフェースボード１０を介してコンピューター１１によって制御される。デジタルデータとしてコンピューター１１に格納された検出された生体磁場データに対して、以下に説明する各種の演算処理が施される。

図２は、本発明の実施例の磁場計測装置の回路構成例を示す図である。

図２に示す磁場計測装置の回路は、１ＣＨからＮＣＨ（Ｎチャネル）から構成されており、インターフェースボード１０のみ１枚の構成で全ＣＨを同時にコントロールしている。低温部３−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）に配置される高温超電導ＳＱＵＩＤ１２とフィードバックコイルＦ１は、図１に示したクライオスタット３上部に配置されるプリアンプ部２−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）を通して駆動回路部７−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）でコントロールされ、磁束計としてＳＱＵＩＤ１２は動作する。プリアンプ部２−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）では、プリアンプ入力の電圧性雑音を低減させるため、プリアンプ（ＬＴ１０２８）を並列に１０個接続した構成としている。プリアンプを並列接続したことで、プリアンプの電圧性雑音を０．５ｎＶ／√Ｈｚまで低減することが可能となっている。なお、図２において、低温部３−ｉ（ｉ＝２、〜、Ｎ）の構成は低温部３−１の構成と同じであり、プリアンプ部２−ｉ（ｉ＝２、〜、Ｎ）の構成はプリアンプ部２−１の構成と同じであり、駆動回路部７−ｉ（ｉ＝２、〜、Ｎ）の構成は駆動回路部７−１と同じである。簡単のために図２では、検出コイルは省略している。

次に、図２に示す駆動回路部７−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）について説明を行なう。駆動回路部７−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）は、図の上段から、電流バイアス部（１段目）、信号検出部（２段目）、フィードバック部（３段目）の３つにより構成されている。以下、電流バイアス部（１段目）、信号検出部（２段目）、フィードバック部（３段目）の構成について、説明する。

電流バイアス部（１段目）は、ＤＣバイアス部とＡＣバイアス部とをスイッチＳＷ０によって切り替え使用する。ＤＣバイアスモードを選択した場合、スイッチＳＷ０の上段部のスイッチがＯＮになり、スイッチＳＷ０の下段のスイッチがＯＦＦになる。ＳＷ０の選択後、ＤＣバイアス電流を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ０を入力し、ＤＡコンバーターＤＡ０によってアナログ信号に変換される。一方、ＡＣバイアス部に切り替える場合には、ＳＷ０の上段部スイッチをＯＦＦにして、下段部スイッチをＯＮにする。この状態で、ＡＣバイアスを行なうプラス側のバイアス電流を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ１ｐと、マイナス側のバイアス電流を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ１ｍをインターフェースボード１０からＤＡコンバーターＤＡ１に入力されアナログ電圧へと変換される。アナログ変換された電圧をスイッチＳＷ１によって、プラス側の電圧とマイナス側の電圧とを切り替えて矩形波状の電圧を発生させる。

スイッチＳＷ１の切り替えタイミングは、インターフェースボード１０内に一つだけ設置してある発振器１３によって制御される。この発振器１３は、全ＣＨに対する、ＡＣバイアス制御、後述するキャンセル電圧制御、後述するオフセット磁束量制御のための共通の基準信号を発生する。これにより、各ＣＨ間のクロストークを避けることが可能となり、複数個配置した発振器によるチャープ信号ノイズの発生を抑止できる。

信号検出部（２段目）では、積分器（スイッチＳＷ５の回路）の前段にキャンセル電圧を入力する。キャンセル電圧はインターフェースボード１０から、プラス側のキャンセル電圧（後述の図５に示すＶｍｐ）を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ２ｐと、マイナス側のキャンセル電圧（後述の図５に示すＶｍｍ）を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ２ｍを、ＤＡコンバーターＤＡ２に入力し、アナログ電圧に変換し発振器１３によって制御されたスイッチＳＷ２によって、キャンセル電圧を加えて積分器の前でのオフセット電圧をキャンセルすることが可能である。

フィードバック部（３段目）では、フィードバック抵抗Ｆ２に行く前に、駆動回路部７−ｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）内で、磁束の位相差（後述の図５に示すΦｂ）を調整するための位相調整用電圧の印加を行なう構成と、ＳＱＵＩＤのＶ−Φ特性をモニターするための磁束の印加を行なう構成の２種類のスイッチ（ＳＷ３とＳＷ４）を有している。磁束の位相差を調整する電圧の印加を行なうため、インターフェースボード１０から、プラス側のキャンセル電圧を加えるための設定電圧値のデジタルデータＤ３をＤＡコンバーターＤＡ３に入力しアナログ電圧に変換し、発振器１３によって制御されたスイッチＳＷ３によってプラス側だけの矩形波を生じさせ、発生した矩形波をフィードバックループ内に入力する。フィードバックループ内に入力された矩形波の電圧によってバイアスのプラス側の時とマイナス側の時の磁束の位相差（Φｂ）をキャンセルすることが可能となる。

また、ＳＱＵＩＤのＶ−Φ特性をモニターするための磁束の印加は、設定電圧値のデジタルデータＤ４をＤＡコンバーターＤＡ４に入力しアナログ電圧に変換し、図３に示すように、デジタルデータＤ４を順次変化させてＶ−Φ特性をモニターすることが可能である。Ｖ−Φ特性をモニターする場合は、スイッチＳＷ４はＯＮにし、スイッチＳＷ３はＯＦＦにする。反対に、磁束の位相差を調整する電圧の印加を行なう場合は、スイッチＳＷ４はＯＦＦし、スイッチＳＷ３はＯＮにする。

上記したＡＣバイアス、キャンセル電圧、磁束の位相差の調整が終わると、スイッチＳＷ６をＯＮにした後、スイッチＳＷ５をＯＦＦにすることによって、ＳＱＵＩＤ１２は磁束計として動作が可能となる。磁束計動作後の出力信号Ｖｏｕｔｉ（ｉ＝１、２、〜、Ｎ）は各ＣＨに生じる。

以上の構成のように、本実施例の構成によれば、マルチチャネルの場合、発振器１３を一つだけ持たせることによって、各ＣＨ間のクロストークをなくし、複数個の発振器を配置した場合に発生するチャープ雑音信号等の発生を避けることが可能である。

図３は、本発明の実施例の磁場計測装置のＶ−Φ特性モニター時の制御シーケンスを示す図である。

図３に示すように、Ｖ−Φ特性をモニターする場合、電流バイアスＩｂ（Ｄ０）１３１を段階的に変化させて、各段階の一定の値を有する電流バイアス１３１の印加時に外部磁束Φｅｘｔ信号（Ｄ４）１２１を三角波（鋸歯状波）の形で入力する。外部磁束Φｅｘｔ信号１２１は、時間Ｔの間で０から最大値Φｍａｘまで直線的に変化する。一定値を有する電流バイアスが印加された状態で外部磁束Φｅｘｔ１２１が変化すると、出力信号Ｖｏｕｔの波形１３２として正弦波に近い波形が得られる。

図４は、本発明の実施例の磁場計測装置置のＳＱＵＩＤの制御手順（ステップ１６〜２１）を示す図である。

ステップ１６：各設定パラメーター（スイッチやデジタルデータ）を初期値に設定する。

ステップ１７：Ｖ−Φ特性の変調電圧ΔＶｐが最大になるプラス方向時のバイアス電流の最適値を求め、その時のキャンセル電圧Ｖｍｐ（後述の図５を参照）を計算する。同様に、Ｖ−Φ特性の変調電圧ΔＶｍが最大になるマイナス方向時のバイアス電流の最適値を求め、その時のキャンセル電圧Ｖｍｍ（後述の図５を参照）を計算する（ΔＶｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｐ、Ｖｍｍの検出方法については、後述の図６を参照）。

ステップ１８：バイアス電流のプラス方向でΔＶｐが最大になったＶ−Φ特性と、バイアス電流のマイナス方向でΔＶｍが最大になったＶ−Φ特性との位相差（Φｂ）を検出する（Φｂの検出法については、後述の図７と図８を参照）。

ステップ１９：ΔＶｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｐ、Ｖｍｍ、位相差（Φｂ）を設定する。

ステップ２０：ＦｅｅｄｂａｃｋとＬｏｃｋの制御（スイッチＳＷ６をＯＮにした後、スイッチＳＷ５をＯＦＦにする）を行なう。

ステップ２１：計測開始を行なう。

図５は、本発明の実施例の磁場計測装置のＶ−Φ特性を示す図である。

図６は、本発明の実施例の磁場計測装置の最適なバイアス電流、ΔＶｐ、Ｖｍｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｍを求める制御手順を示す図である。

図５、図６を用いて、図４に示すΔＶｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｐ、Ｖｍｍの検出方法について説明する。図５は、図３に示す外部磁束Φｅｘｔ（Ｄ４）を横軸、図３に示すＶｏｕｔを縦軸として表示した２次元プロット図である。即ち、図５は、バイアス電流がプラスの状態（Ｉｂｐ）の時のＶ−Φ特性１４と、バイアス電流がマイナスの状態（Ｉｂｍ）の時のＶ−Φ特性１５とを示している。図２に示したデジタルデータＤ２ｐによって作成されるプラス側のキャンセル電圧は、図５に示すＶｍｐの電圧量と一致させる。同様に、図２に示したデジタルデータＤ２ｍによって作成されるマイナス側のキャンセル電圧は、図５に示すＶｍｍの電圧量と一致させる。キャンセル電圧Ｖｍｐ、Ｖｍｍは、バイアス電流がプラスの状態（Ｉｂｐ）の状態の時のＶ−Φ特性１４から計算する。

Ｖ−Φ特性１４の上限値と下限値の差分量をΔＶｐとし、この差分量ΔＶｐの１／２の量の０からの位置をＶｍｐとする。同様に、バイアス電流がマイナスの状態（Ｉｂｍ）の状態の時のＶ−Φ特性１５から計算する。Ｖ−Φ特性１５の上限値と下限値の差分量をΔＶｍとし、この差分量ΔＶｍの１／２の量の０からの位置をＶｍｍとする。

図６は、図５で示したΔＶｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｐ、Ｖｍｍの検出法の詳細（ステップ２２〜３２）を示す。

ステップ２２：電流バイアスＩｂを、Ｄ０＝ΔＤにセットする。Ｄ０のプラス側の初期値をセットする。

ステップ２３：外部磁束Φｅｘｔとして、Ｄ４を０からΦｍａｘまで順次増加させる。

ステップ２４：ΔＶｐ、Ｖｍｐの検出を行なう。

ステップ２５：Ｄ０が最大値ＭＡＸを超えたかどうかの判定を行なう（判定処理２５）。この判定結果が、Ｙ（Ｙｅｓ）であればステップ２７の処理へ、Ｎ（Ｎｏ）であればステップ２６の処理へ移る。

ステップ２６：電流バイアスＩｂのＤ０をステップΔＤで増加させる処理を行なう（Ｄ０＝Ｄ０＋ΔＤ）。

ステップ２７：電流バイアスＩｂを、Ｄ０＝−ΔＤにセットする。Ｄ０のマイナス側の初期値をセットする。

ステップ２８：外部磁束Φｅｘｔとして、Ｄ４を０からΦｍａｘまで順次増加させる。

ステップ２９：ΔＶｍ、Ｖｍｍの検出を行なう。

ステップ３０：Ｄ０が最小値ＭＩＮを超えたかどうかの判定を行なう（判定処理３０）。この判定結果が、Ｙ（Ｙｅｓ）であればステップ３２の処理へ、Ｎ（Ｎｏ）であればステップ３１の処理へ移る。

ステップ３１：電流バイアスＩｂのＤ０をステップΔＤで減少させる処理を行なう（Ｄ０＝Ｄ０−ΔＤ）。

ステップ３２：最適なＩｂｐとＩｂｍを決定し、ΔＶｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｐ、Ｖｍｍの検出を行なって、終了する。

最初に、バイアス電流のプラス側でのΔＶｐの最大値の検出するルーチンがあり、次に、バイアス電流のマイナス側でのΔＶｍの最大値の検出するルーチンがある。最初のルーチンでは、バイアス電流を印加する電圧のデジタル値を変化量ΔＤ（順次ΔＤで増加させる）とする。その後、外部磁束Φｅｘｔ（Ｄ４）を時間Ｔの間で０からΦｍａｘまで順次増加させ（図３を参照）、各Ｄ４の値のＶｏｕｔを検出し、ΔＶｐ、Ｖｍｐの検出を行い、Ｄ０が最大値になるまで（判定処理２５）Ｄ０を増加させながら（ステップ２６）繰り返していく。

同様に、バイアス電流のマイナス側でのΔＶｍの最大値の検出するルーチンでは、Ｄ０の初期値を−ΔＤとしてＤ０を順次減少させて（ステップ３１）、ΔＶｍ、Ｖｍｍを検出していく。Ｄ０が最小値になるまで（判定処理３０）、Ｄ０を減少させながら（ステップ３１）繰り返していく。以上のデータを全て記録しておき、最適なＩｂｐとＩｂｍを決定し、最適なＩｂｐの時のΔＶｐ、Ｖｍｐと、最適なＩｂｍの時のΔＶｍ、Ｖｍｍを決定する。

図７は、本発明の実施例の磁場計測装置において、相関法を用いた位相差の検出方法を示す図である。

図８は、本発明の実施例の磁場計測装置において、ＡＣバイアス時のＶｏｕｔ信号のスペクトル解析法を用いた位相差の検出方法を示す図である。

図７、図８では、図４に示すステップ１８（位相差Φｂの検出）における具体的な手法について説明している。

図７では、プラス側のＶ−Φ特性とマイナス側のＶ−Φ特性との相互相関を計算して、最適な磁束の位相差Φｂを決定する方法を示している。

図７において、３３は外部磁束Φｅｘｔの変化直線、３４はバイアスプラス側のＶ−Φ特性、３５はバイアスマイナス側のＶ−Φ特性、３６はバイアスプラス側のＶ−Φ特性とバイアスマイナス側のＶ−Φ特性との間の相互相関関数、３７は外部磁束Φｅｘｔの変化直線、３８は最大値、をそれぞれ示している。

図７に示すように、外部磁束Φｅｘｔを直線３３のように時間的に増加させて入力していくと、バイアス電流がプラスＩｂｐ側では曲線３４が生じ、バイアス電流がマイナス側Ｉｂｍでは曲線３５を生じる。曲線３４、曲線３５は、オフセット電圧を除去した後の波形を示しているため、Ｖｏｕｔは０を基準とした波形となっている。これら曲線３４、曲線３５を用いて相互相関関数を計算すると曲線３６を得る。曲線３６の最大値３８を検出し、最大値３８を示した時刻におけるΦｂの値を直線３７（直線３３と同じ）から最下段の図のように求める。図７に示す手法は、ＳＱＵＩＤへの妨害磁気雑音が少ない場合は大変有効な手段である。

一方、妨害磁気雑音が多い場合は、図７に示すような鮮明なＶ−Φ特性を得られるとは限らず、妨害磁気雑音が多少混入しても自動でＳＱＵＩＤのΦｂをＣＨ毎に最適値にしていく必要がある。そこで妨害磁気雑音の影響を受けにくい調整法について図８を用いて説明する。

図８では、ＡＣバイアス電流（プラスとマイナスのバイアス電流）を印加した状態でのＶ−Φ特性からスペクトルを計算して、低周波のパワースペクトルが最大値を生じる位相差を最大値とする手法を示している。

図８において、３９はバイアスプラス側のＶ−Φ特性、４０はバイアスマイナス側のＶ−Φ特性、４１はＡＣバイアス時の出力電圧Ｖｏｕｔ、４２はバイアスプラス側のＶ−Φ特性、４３はバイアスマイナス側のＶ−Φ特性、４４はＡＣバイアス時の出力電圧Ｖｏｕｔ、４５はバイアスプラス側のＶ−Φ特性、４６はバイアスマイナス側のＶ−Φ特性、４７はＡＣバイアス時の出力電圧Ｖｏｕｔ、４８は位相差１８０度の時のパワースペクトラム、４９は位相差９０度の時のパワースペクトラム、５０は位相差０度の時のパワースペクトラム、５１、５２は高周波成分、５３、５４は低周波成分、をそれぞれ示す。

図８（ａ）に示す曲線３９は、バイアス電流がプラスＩｂｐ側でオフセット電圧除去後の時間波形を示し、曲線４０は、バイアス電流がマイナス側Ｉｂｍでオフセット電圧除去後の時間波形を示している。ＡＣバイアスを行なうとこれらの曲線３９、４０の間をＶｏｕｔは行き来するため曲線４１に示すような波形となる。曲線４１をスペクトル解析するとスペクトラム４８を得ることが可能である。図８（ａ）では、曲線３９と曲線４０とは位相差が１８０度ずれているため、高周波のスペクトル５１が生じる。

同様に、位相差が９０度変化させた時の状態を図８（ｂ）に示す。ＡＣバイアス時のＶｏｕｔ波形曲線４４を見ると、まだ高周波成分が現れていることが分かる。曲線４４をスペクトル解析行なうと、高周波成分５２は減少し、低周波成分５３が現れてきていることが分かる。

図８（ｃ）に示す曲線４５と曲線４６との位相差がほぼ揃った時（位相差０度の時）は、ＡＣバイアス電流印加時の曲線４７は高周波成分がないことが分かる。さらに、スペクトル解析を行なった結果（パワースペクトラム５０）を見ると、低周波成分５４のみであることが分かる。

図８に示したように、低周波成分が最も大きくなるΦｂの値を求めれば位相が合うことが分かる。図８に示したＡＣバイアス時のスペクトル法は妨害磁気雑音が混入してもスペクトル解析を行なうことができ、誤差が少なくΦｂの最適値を求めることが可能である。

図９は、本発明の実施例の磁場計測装置を用いて測定された、ＡＣバイアス時の磁場感度特性を示す図である。

図９は、図８に示した方法を用いてＡＣバイアス法を行い計測された磁場感度曲線９１、９１’のスペクトル特性を示している。図８では、２チャンネルの波形を示しており、図９中で矢印で示すように、お互いにクロストークなく２０Ｈｚ近傍で５０ｆＴ／√Ｈｚを実現していることが分かる。

図１０は、本発明の実施例の磁場計測装置を用いて、６×６のマトリックス状に配置した高温超電導ＳＱＵIＤマグネットメーターによって測定された心臓磁場波形例を示す図である。

図１０では、高温超電導ＳＱＵＩＤのマグネットメーターを６×６配置して、測定した心磁図波形（１０１−１、１０１−２、〜、１０１−３６）を約１００回平均して各測定ＣＨの位置に配置して示している。１ＣＨから３６ＣＨの全ＣＨで心電図信号とほぼ同じ波形が検出されていることが分かる。なお、図１０において、縦軸のフルスケールは４００ｐＴ、横軸のフルスケールは８００ｍｓｅｃである。

図１１は、図１０の磁場分布から計算された電流分布図を示す図である。

図１１では、図１０で測定された磁場分布を用いて電流分布表示を行なっている。図１１では、１ｃｈの波形１１１のＰ波、ＱＲＳ波、Ｔ波の最大点の時点における電流分布図１１２−ｐ、１１２−ＱＲＳ、１１２−Ｔを示している。図１１の電流分布図は、測定された磁場Ｂｚから、Ｉｘ＝ｄＢｚ／ｄｙ、Ｉｙ＝−ｄＢｚ／ｄｘにより、電流Ｉｘ、Ｉｙを計算して求めている。なお、ｘｙ面は生体の胸部面に平行な面であり、ｚ軸方向はｘｙ面に垂直である。

以上のように、本発明の磁場計測装置によれば、複数のＳＱＵＩＤ磁束計を安定にＡＣバイアス動作させた状態で、自動で測定条件の調整が行なえ、各ＣＨ間のクロストーク無くＳＱＵＩＤ磁束計を動作させることが可能である。

本発明の実施例の磁場計測装置の全体構成例を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置の回路構成例を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置のＶ−Φ特性モニター時の制御シーケンスを示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置置のＳＱＵＩＤの制御手順を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置のＶ−Φ特性を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置の最適なバイアス電流、ΔＶｐ、Ｖｍｐ、ΔＶｍ、Ｖｍｍを求める制御手順を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置において、相関法を用いた位相差の検出方法を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置において、ＡＣバイアス時のＶｏｕｔ信号のスペクトル解析法を用いた位相差の検出方法を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置を用いて測定された、ＡＣバイアス時の磁場感度特性を示す図。 本発明の実施例の磁場計測装置を用いて、６×６のマトリックス状に配置した高温超電導ＳＱＵＤマグネットメーターによって測定された心臓磁場波形例を示す図。 図１０の磁場分布から計算された電流分布図を示す図。

符号の説明

１…磁気シールドルーム、２、２−１、２−２、〜、２−Ｎ…プリアンプ部、３…クライオスタット、３−１、３−２、〜、３−Ｎ…低温部、４…ガントリー、５…被験者、６…ベッド、７、７−１、７−２、〜、７−Ｎ…駆動回路、８…アンプ・フィルター回路、９…ＡＤコンバーター、１０…インターフェースボード、１１…コンピューター、１２…SQUID、１３…発振器、１３１…電流バイアス、１２１…外部Φｅｘｔ信号、１３２…出力電圧Ｖｏｕｔ、１４…電流バイアスプラス側のＶ−Φ特性、１５…電流バイアスマイナス側のＶ−Φ特性、９１、９１’…磁場感度曲線、１０１−１〜１０１−３６…心臓磁場波形、１１１…心臓磁場波形、１１２−ｐ…Ｐ波における電流分布図、１１２−ＱＲＳ…ＱＲＳ波における電流分布図、１１２−Ｔ…Ｔ波における電流分布図、ＳＷ０、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５…スイッチ、ＤＡ０、ＤＡ１、ＤＡ２、ＤＡ３、ＤＡ４…ＤＡコンバーター、Ｆ１…フィードバックコイル、Ｆ２…フィードバック抵抗、Ｖｏｕｔ１〜ＶｏｕｔＮ…出力信号、ΔＶｐ…電流バイアスプラス側の変調電圧、ΔＶｍ…電流バイアスマイナス側の変調電圧、Ｖｍｐ…電流バイアスプラス側のキャンセル電圧、Ｖｍｍ…電流バイアスマイナス側のキャンセル電圧、Φｂ…磁束の位相差。

Claims (5)

1. 検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計と、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計をＡＣバイアス動作させる発信周波数を決定するための単一の発信器と、前記単一の発振器から発生する信号を前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計に共通に供給する手段とを有してなることを特徴とする磁場計測装置。
2. 検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計と、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計にＡＣバイアス電流を印加するための単一の発振器の信号を前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計に共通に供給する手段と、前記発振器から発生される基準信号に基づいて、ＡＣバイアス信号、キャンセル電圧信号、およびオフセット磁束信号を制御する手段とを有することを特徴とする磁場計測装置。
3. 検査対象から発生する磁場を検出する検出コイルを具備する複数のＳＱＵＩＤ磁束計と、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計にＡＣバイアス電流を印加するための単一の発振器の信号を前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計に共通に供給する手段と、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計にＡＣバイアス電流を印加する手段とを有することを特徴とする磁場計測装置。
4. 請求項３に記載の磁場計測装置において、プラス側のＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性とマイナス側のＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性との間の相互相関関数を計算する手段を有し、前記相互相関関数の最大値に基づいて前記プラス側のＡＣバイアス電流の印加時と前記マイナス側のＡＣバイアス電流の印加時の磁束の位相差をキャンセルすることを特徴とする磁場計測装置。
5. 請求項３に記載の磁場計測装置において、前記ＡＣバイアス電流の印加時に測定されるＶ−Φ特性のパワースペクトラムの低周波成分が最大となる位相差を求める手段を有することを特徴とする磁場計測装置。
   

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