JP2750034B2 - 超伝導磁力計 - Google Patents
超伝導磁力計Info
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- JP2750034B2 JP2750034B2 JP3342271A JP34227191A JP2750034B2 JP 2750034 B2 JP2750034 B2 JP 2750034B2 JP 3342271 A JP3342271 A JP 3342271A JP 34227191 A JP34227191 A JP 34227191A JP 2750034 B2 JP2750034 B2 JP 2750034B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超伝導量子干渉素子
（ Superconducting Quantum InterferenceDevice，以
降略してＳＱＵＩＤと呼ぶ）を用いた超伝導磁力計に関
するものである。
（ Superconducting Quantum InterferenceDevice，以
降略してＳＱＵＩＤと呼ぶ）を用いた超伝導磁力計に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、特開平３−１５２４８８号公報
に示された従来の超伝導磁力計の構成例を示すブロック
図である。図において、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはセンサブロ
ック３の互いに所定の角度をなす３平面上のそれぞれに
固着したＳＱＵＩＤであり、一例として所定の角度が約
９０度（π／２ラジアン）の場合を示している。この例
のＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、超伝導リング中に２
つのジョセフソン素子を含み直流バイアス電流を流して
駆動するＤＣ−ＳＱＵＩＤである。４Ａ，４Ｂ，４Ｃは
それぞれ該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆動し所望の
出力を得る駆動回路であり、この例の駆動回路４Ａ，４
Ｂ，４Ｃは一般にＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路と呼
ばれる公知のものであり、例えば、Review of Scientif
ic Instrument Vol.55,1984年の第９５２頁〜第９５７
頁等に説明が記載されている。１は上記ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃへ変調信号を，また上記駆動回路４Ａ，
４Ｂ，４Ｃへ参照信号を供給する発振器であり、ここで
は一つの発振器１で３個の該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃを駆動する場合を示している。５は未知数算出回路で
あり、各駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力を用いて未知
数の値を算出し、その結果を出力する。６は磁界算出回
路であり、各駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力および上
記未知数算出回路５の出力を用いて被測定磁界を算出
し、その結果を出力する。
に示された従来の超伝導磁力計の構成例を示すブロック
図である。図において、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはセンサブロ
ック３の互いに所定の角度をなす３平面上のそれぞれに
固着したＳＱＵＩＤであり、一例として所定の角度が約
９０度（π／２ラジアン）の場合を示している。この例
のＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、超伝導リング中に２
つのジョセフソン素子を含み直流バイアス電流を流して
駆動するＤＣ−ＳＱＵＩＤである。４Ａ，４Ｂ，４Ｃは
それぞれ該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆動し所望の
出力を得る駆動回路であり、この例の駆動回路４Ａ，４
Ｂ，４Ｃは一般にＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路と呼
ばれる公知のものであり、例えば、Review of Scientif
ic Instrument Vol.55,1984年の第９５２頁〜第９５７
頁等に説明が記載されている。１は上記ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃへ変調信号を，また上記駆動回路４Ａ，
４Ｂ，４Ｃへ参照信号を供給する発振器であり、ここで
は一つの発振器１で３個の該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃを駆動する場合を示している。５は未知数算出回路で
あり、各駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力を用いて未知
数の値を算出し、その結果を出力する。６は磁界算出回
路であり、各駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力および上
記未知数算出回路５の出力を用いて被測定磁界を算出
し、その結果を出力する。
【０００３】次に、図３中に記載した各信号について説
明する。イは発振器１から各ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに供給される変調信号、ロは発振器１から各駆動回路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃに供給される参照信号、Δｕm，Δ
ｖm，Δｗmは時刻ｔm（ｍ＝１，２，…，９）における
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力、Δｕn，Δｖn，Δｗ
nは時刻ｔm以後の時刻ｔnにおける駆動回路４Ａ，４
Ｂ，４Ｃの出力、Ｋ1，Ｋ2，…，Ｋ8は未知数算出回路
５の算出値、Ｆは磁界算出回路６の算出値である。
明する。イは発振器１から各ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに供給される変調信号、ロは発振器１から各駆動回路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃに供給される参照信号、Δｕm，Δ
ｖm，Δｗmは時刻ｔm（ｍ＝１，２，…，９）における
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力、Δｕn，Δｖn，Δｗ
nは時刻ｔm以後の時刻ｔnにおける駆動回路４Ａ，４
Ｂ，４Ｃの出力、Ｋ1，Ｋ2，…，Ｋ8は未知数算出回路
５の算出値、Ｆは磁界算出回路６の算出値である。
【０００４】次に、従来の超伝導磁力計の動作について
説明する。以下の説明では、従来の超伝導磁力計が一例
として航空機等の移動物体に搭載されている場合を考
え、地磁気を被測定磁界とみなす。
説明する。以下の説明では、従来の超伝導磁力計が一例
として航空機等の移動物体に搭載されている場合を考
え、地磁気を被測定磁界とみなす。
【０００５】まず、ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを例え
ば液体ヘリウムに浸すなどして冷却し、超伝導に転移さ
せる。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣからＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに直流バイアス電流を流す。
次に発振器１からＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに変調信
号イを、また、駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃに参照信号ロ
を送る。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣによりＳＱＵＩ
Ｄ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを同時に磁束ロックする。磁束ロッ
ク後は、磁束ロック値，すなわち初期磁束値を出力零の
原点とし、そこからの相対的な変化量に比例した値が出
力される。航空機の姿勢変化に伴い地磁気の入射角度が
変化するため、Δｕm，Δｖm，Δｗmは時々刻々と変化
する。
ば液体ヘリウムに浸すなどして冷却し、超伝導に転移さ
せる。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣからＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに直流バイアス電流を流す。
次に発振器１からＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに変調信
号イを、また、駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃに参照信号ロ
を送る。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣによりＳＱＵＩ
Ｄ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを同時に磁束ロックする。磁束ロッ
ク後は、磁束ロック値，すなわち初期磁束値を出力零の
原点とし、そこからの相対的な変化量に比例した値が出
力される。航空機の姿勢変化に伴い地磁気の入射角度が
変化するため、Δｕm，Δｖm，Δｗmは時々刻々と変化
する。
【０００６】次に、図４に示すようなｘｙｚ直交座標系
とｕｖｗ非直交座標系とを定め、ｕ軸とｖ軸，ｖ軸とｗ
軸，ｗ軸とｕ軸とのなす角度をそれぞれπ／２＋α，π
／２＋β，π／２＋γとする。図４において、ｚ軸とｗ
軸が一致しているが一般性は失われない。
とｕｖｗ非直交座標系とを定め、ｕ軸とｖ軸，ｖ軸とｗ
軸，ｗ軸とｕ軸とのなす角度をそれぞれπ／２＋α，π
／２＋β，π／２＋γとする。図４において、ｚ軸とｗ
軸が一致しているが一般性は失われない。
【０００７】図５はＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃとｕｖ
ｗ非直交座標系との関係を図示したものである。ｕ軸，
ｖ軸，ｗ軸はそれぞれＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対
して垂直で、それぞれのＳＱＵＩＤの感度軸に一致す
る。
ｗ非直交座標系との関係を図示したものである。ｕ軸，
ｖ軸，ｗ軸はそれぞれＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対
して垂直で、それぞれのＳＱＵＩＤの感度軸に一致す
る。
【０００８】上記座標系において、地磁気の絶対値Ｈの
ｕｖｗ非直交座標系での成分表示ｕm，ｖm，ｗmとｘｙ
ｚ直交座標系での成分表示ｘm，ｙm，ｚmとの間には、
軸アライメント誤差α，β，γを用いて次のような関係
が成立する。
ｕｖｗ非直交座標系での成分表示ｕm，ｖm，ｗmとｘｙ
ｚ直交座標系での成分表示ｘm，ｙm，ｚmとの間には、
軸アライメント誤差α，β，γを用いて次のような関係
が成立する。
【０００９】
【数１】
【００１０】ただし、
【００１１】
【数２】
【００１２】一方、ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの初期
磁束値をそれぞれｕ0，ｖ0，ｗ0とし、ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのセンサ感度をそれぞれＧu，Ｇv，Ｇw
とすると、
磁束値をそれぞれｕ0，ｖ0，ｗ0とし、ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのセンサ感度をそれぞれＧu，Ｇv，Ｇw
とすると、
【００１３】
【数３】
【００１４】であるから、式（１）および式（４）よ
り、
り、
【００１５】
【数４】
【００１６】である。更に、次式が成立する。
【００１７】
【数５】
【００１８】式（５）を式（６）に代入し整理すると、
定数ｋ1〜ｋ10を用いて次式のように表現できる。
定数ｋ1〜ｋ10を用いて次式のように表現できる。
【００１９】
【数６】
【００２０】ｋ1〜ｋ10は、ｕ0，ｖ0，ｗ0，α，β，
γ，Ｇu，Ｇv，Ｇwによって表わされる定数である。こ
こで、関数Ｆ（Δｕm，Δｖm，Δｗm）を式（８）のよ
うに定める。
γ，Ｇu，Ｇv，Ｇwによって表わされる定数である。こ
こで、関数Ｆ（Δｕm，Δｖm，Δｗm）を式（８）のよ
うに定める。
【００２１】
【数７】
【００２２】ただし、Ｋ1＝ｋ2／ｋ1，Ｋ2＝ｋ3／ｋ1，
Ｋ3＝ｋ4／ｋ1，Ｋ4＝ｋ5／ｋ1，Ｋ5＝ｋ6／ｋ1，Ｋ6＝
ｋ7／ｋ1，Ｋ7＝ｋ8／ｋ1，Ｋ8＝ｋ9／ｋ1 Ｈが一定であれば、地磁気の入射角が変化してもＦの値
は不変である。従って、時刻ｔm+1においてもΔｕm+1，
Δｖm+1，Δｗm+1の間には、式（９）が成立する。
Ｋ3＝ｋ4／ｋ1，Ｋ4＝ｋ5／ｋ1，Ｋ5＝ｋ6／ｋ1，Ｋ6＝
ｋ7／ｋ1，Ｋ7＝ｋ8／ｋ1，Ｋ8＝ｋ9／ｋ1 Ｈが一定であれば、地磁気の入射角が変化してもＦの値
は不変である。従って、時刻ｔm+1においてもΔｕm+1，
Δｖm+1，Δｗm+1の間には、式（９）が成立する。
【００２３】
【数８】
【００２４】式（８）および式（９）より、Ｈが一定で
あれば任意のｍについて式（１０）が成立する。
あれば任意のｍについて式（１０）が成立する。
【００２５】
【数９】
【００２６】そこで、飛行高度を十分高くするなどして
地磁気Ｈを一定にした状態で旋回をしながら、時刻
ｔ1、ｔ2，…，ｔ9における駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
の出力の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），（Δｕ2，Δ
ｖ2，Δｗ2），…，（Δｕ9，Δｖ9，Δｗ9）を計測
し、未知数算出回路５に送る。次に未知数算出回路５に
おいて、これら９組の数値を式（１０）に代入し、連立
一次方程式を解いてＫ1，Ｋ2，…，Ｋ8の値を算出し、
算出値を磁界算出回路６に送る。
地磁気Ｈを一定にした状態で旋回をしながら、時刻
ｔ1、ｔ2，…，ｔ9における駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
の出力の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），（Δｕ2，Δ
ｖ2，Δｗ2），…，（Δｕ9，Δｖ9，Δｗ9）を計測
し、未知数算出回路５に送る。次に未知数算出回路５に
おいて、これら９組の数値を式（１０）に代入し、連立
一次方程式を解いてＫ1，Ｋ2，…，Ｋ8の値を算出し、
算出値を磁界算出回路６に送る。
【００２７】次に、時刻ｔm以後の時刻ｔnにおいては駆
動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力Δｕn，Δｖn，Δｗnを
磁界算出回路６に送る。磁界算出回路６は式（８）にＫ
1，Ｋ2，…，Ｋ8とΔｕn，Δｖn，Δｗnの値を代入して
Ｆ（Δｕn，Δｖn，Δｗn）を算出する。この出力は、
例えば、Ｆの値の変化から地磁気の変化を検知し、磁性
体を発見するのに用いられる。
動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力Δｕn，Δｖn，Δｗnを
磁界算出回路６に送る。磁界算出回路６は式（８）にＫ
1，Ｋ2，…，Ｋ8とΔｕn，Δｖn，Δｗnの値を代入して
Ｆ（Δｕn，Δｖn，Δｗn）を算出する。この出力は、
例えば、Ｆの値の変化から地磁気の変化を検知し、磁性
体を発見するのに用いられる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の超
伝導磁力計では、センサブロックの方向によってセンサ
ゲインにばらつきがあり、そのために方向によって推定
される磁界にばらつき，すなわち方向性雑音が生じると
いう問題点があった。
伝導磁力計では、センサブロックの方向によってセンサ
ゲインにばらつきがあり、そのために方向によって推定
される磁界にばらつき，すなわち方向性雑音が生じると
いう問題点があった。
【００２９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、方向性雑音を補償する超伝
導磁力計を得ることを目的としている。
ためになされたものであり、方向性雑音を補償する超伝
導磁力計を得ることを目的としている。
【００３０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の超伝導磁力計においては、互いに所定の
角度をなすように複数のＳＱＵＩＤが取付けられて成る
センサブロックと、上記ＳＱＵＩＤを駆動し所望の出力
を得る駆動手段とを有し、上記駆動手段の出力に基づき
被測定磁界を算出する超伝導磁力計において、上記駆動
手段の出力を用いて磁界算出に必要なパラメータの値を
算出するパラメータ算出手段と、上記駆動手段の出力お
よびパラメータ算出手段の出力を用いて被測定磁界を算
出する磁界算出手段と、上記パラメータ算出手段および
磁界算出手段に与える駆動手段の出力に対して磁界算出
手段の出力を用いて上記センサブロックの方向によるセ
ンサゲインのばらつきを補償する方向性雑音補償手段と
を備えるようにしたものである。
に、この発明の超伝導磁力計においては、互いに所定の
角度をなすように複数のＳＱＵＩＤが取付けられて成る
センサブロックと、上記ＳＱＵＩＤを駆動し所望の出力
を得る駆動手段とを有し、上記駆動手段の出力に基づき
被測定磁界を算出する超伝導磁力計において、上記駆動
手段の出力を用いて磁界算出に必要なパラメータの値を
算出するパラメータ算出手段と、上記駆動手段の出力お
よびパラメータ算出手段の出力を用いて被測定磁界を算
出する磁界算出手段と、上記パラメータ算出手段および
磁界算出手段に与える駆動手段の出力に対して磁界算出
手段の出力を用いて上記センサブロックの方向によるセ
ンサゲインのばらつきを補償する方向性雑音補償手段と
を備えるようにしたものである。
【００３１】
【作用】この発明の超伝導磁力計においては、方向性雑
音補償手段により、互いに所定の角度をなす複数のＳＱ
ＵＩＤのセンサ出力に対して、方向に依存する補償ゲイ
ンを掛け、センサブロックの方向によるセンサゲインの
ばらつき，すなわち、センサ感度やセンサ直交度の補償
後にも残る，方向による出力磁界の誤差、つまり方向性
雑音を補償する。
音補償手段により、互いに所定の角度をなす複数のＳＱ
ＵＩＤのセンサ出力に対して、方向に依存する補償ゲイ
ンを掛け、センサブロックの方向によるセンサゲインの
ばらつき，すなわち、センサ感度やセンサ直交度の補償
後にも残る，方向による出力磁界の誤差、つまり方向性
雑音を補償する。
【００３２】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示すブロック図
である。図において、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはセンサブロッ
ク３の互いに所定の角度をなす３平面上のそれぞれに固
着したＳＱＵＩＤであり、一例として所定の角度が約９
０度（π／２ラジアン）の場合を示している。本実施例
のＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは従来例同様、超伝導リ
ング中に２つのジョセフソン素子を含み直流バイアス電
流を流して駆動するＤＣ−ＳＱＵＩＤである。４Ａ，４
Ｂ，４Ｃはそれぞれ該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆
動し所望の出力を得る駆動回路であり、従来例と同様な
ものである。１は上記ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ変
調信号を，また上記駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃへ参照信
号を供給する発振器であり、ここでは従来例同様一つの
発振器１で３個の該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆動
する場合を示している。７は方向性雑音補償回路であ
り、磁界算出回路Ａ（９）の出力を用いて方向性雑音補
償用行列Ｄを算出し方向性雑音を補償する。８はパラメ
ータ算出回路であり、方向性雑音補償回路７を介した各
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力を用いて、磁界算出に
必要なパラメータｕ0，ｖ0，ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇ
wを算出し、その結果を出力する。９は磁界算出回路Ａ
であり、方向性雑音補償回路７を介した各駆動回路４
Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力および上記パラメータ算出回路８
の出力を用いて被測定磁界を算出し、その結果を出力す
る。なお、上記方向性雑音補償回路７，パラメータ算出
回路８，磁界算出回路Ａ（９）は、計算機により後述す
るフローチャートや計算式を実行することにより実現さ
れるものである。
である。図において、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはセンサブロッ
ク３の互いに所定の角度をなす３平面上のそれぞれに固
着したＳＱＵＩＤであり、一例として所定の角度が約９
０度（π／２ラジアン）の場合を示している。本実施例
のＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは従来例同様、超伝導リ
ング中に２つのジョセフソン素子を含み直流バイアス電
流を流して駆動するＤＣ−ＳＱＵＩＤである。４Ａ，４
Ｂ，４Ｃはそれぞれ該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆
動し所望の出力を得る駆動回路であり、従来例と同様な
ものである。１は上記ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃへ変
調信号を，また上記駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃへ参照信
号を供給する発振器であり、ここでは従来例同様一つの
発振器１で３個の該ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを駆動
する場合を示している。７は方向性雑音補償回路であ
り、磁界算出回路Ａ（９）の出力を用いて方向性雑音補
償用行列Ｄを算出し方向性雑音を補償する。８はパラメ
ータ算出回路であり、方向性雑音補償回路７を介した各
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力を用いて、磁界算出に
必要なパラメータｕ0，ｖ0，ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇ
wを算出し、その結果を出力する。９は磁界算出回路Ａ
であり、方向性雑音補償回路７を介した各駆動回路４
Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力および上記パラメータ算出回路８
の出力を用いて被測定磁界を算出し、その結果を出力す
る。なお、上記方向性雑音補償回路７，パラメータ算出
回路８，磁界算出回路Ａ（９）は、計算機により後述す
るフローチャートや計算式を実行することにより実現さ
れるものである。
【００３３】次に、図１中に記載した各信号について説
明する。イは発振器１から各ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに供給される変調信号、ロは発振器１から各駆動回路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃに供給される参照信号、Δｕp，Δ
ｖp，Δｗpは時刻ｔp（ｐ＝１，２，…，Ｎ）における
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力であり、Ｎはデータ数
である。Δｕm，Δｖm，Δｗmは時刻ｔm（ｍ＝１，２，
…，Ｎ）における駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力また
は方向性雑音補償回路７の出力、ｕ0，ｖ0，ｗ0，α，
β，γ，ｇv，ｇwはパラメータ算出回路８の算出値、ψ
は磁界算出回路Ａ（９）の算出値である。
明する。イは発振器１から各ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに供給される変調信号、ロは発振器１から各駆動回路
４Ａ，４Ｂ，４Ｃに供給される参照信号、Δｕp，Δ
ｖp，Δｗpは時刻ｔp（ｐ＝１，２，…，Ｎ）における
駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力であり、Ｎはデータ数
である。Δｕm，Δｖm，Δｗmは時刻ｔm（ｍ＝１，２，
…，Ｎ）における駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃの出力また
は方向性雑音補償回路７の出力、ｕ0，ｖ0，ｗ0，α，
β，γ，ｇv，ｇwはパラメータ算出回路８の算出値、ψ
は磁界算出回路Ａ（９）の算出値である。
【００３４】次に、この発明の一実施例による超伝導磁
力計の動作について説明する。以下の説明では従来の場
合と同様に、この発明による超伝導磁力計が一例として
航空機等の移動物体に搭載されている場合を考え、地磁
気を被測定磁界とみなす。
力計の動作について説明する。以下の説明では従来の場
合と同様に、この発明による超伝導磁力計が一例として
航空機等の移動物体に搭載されている場合を考え、地磁
気を被測定磁界とみなす。
【００３５】まず、ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを例え
ば液体ヘリウムに浸すなどして冷却し、超伝導に転移さ
せる。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣからＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに直流バイアス電流を流す。
次に発振器１からＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに変調信
号イを、また、駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃに参照信号ロ
を送る。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣによりＳＱＵＩ
Ｄ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを同時に磁束ロックする。磁束ロッ
ク後は、磁束ロック値，すなわち初期磁束値を出力零の
原点とし、そこからの相対的な変化量に比例した値が出
力される。
ば液体ヘリウムに浸すなどして冷却し、超伝導に転移さ
せる。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣからＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのそれぞれに直流バイアス電流を流す。
次に発振器１からＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに変調信
号イを、また、駆動回路４Ａ，４Ｂ，４Ｃに参照信号ロ
を送る。次に駆動回路４Ａ，４Ｂ，４ＣによりＳＱＵＩ
Ｄ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを同時に磁束ロックする。磁束ロッ
ク後は、磁束ロック値，すなわち初期磁束値を出力零の
原点とし、そこからの相対的な変化量に比例した値が出
力される。
【００３６】次に、図４に示すようなｘｙｚ直交座標系
とｕｖｗ非直交座標系とを定め、ｕ軸とｖ軸，ｖ軸とｗ
軸，ｗ軸とｕ軸とのなす角度をそれぞれπ／２＋α，π
／２＋β，π／２＋γとする。図４において、ｚ軸とｗ
軸が一致しているが一般性は失われない。
とｕｖｗ非直交座標系とを定め、ｕ軸とｖ軸，ｖ軸とｗ
軸，ｗ軸とｕ軸とのなす角度をそれぞれπ／２＋α，π
／２＋β，π／２＋γとする。図４において、ｚ軸とｗ
軸が一致しているが一般性は失われない。
【００３７】図５はＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃとｕｖ
ｗ非直交座標系との関係を図示したものである。ｕ軸，
ｖ軸，ｗ軸はそれぞれＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対
して垂直で、それぞれのＳＱＵＩＤの感度軸に一致す
る。
ｗ非直交座標系との関係を図示したものである。ｕ軸，
ｖ軸，ｗ軸はそれぞれＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃに対
して垂直で、それぞれのＳＱＵＩＤの感度軸に一致す
る。
【００３８】上記座標系において、地磁気の絶対値Ｈの
ｕｖｗ非直交座標系での成分表示ｕm，ｖm，ｗmとｘｙ
ｚ直交座標系での成分表示ｘm，ｙm，ｚmとの間には、
軸アライメント誤差α，β，γを用いて次のような関係
が成立する。
ｕｖｗ非直交座標系での成分表示ｕm，ｖm，ｗmとｘｙ
ｚ直交座標系での成分表示ｘm，ｙm，ｚmとの間には、
軸アライメント誤差α，β，γを用いて次のような関係
が成立する。
【００３９】
【数１０】
【００４０】ただし、
【００４１】
【数１１】
【００４２】一方、ＳＱＵＩＤ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの初期
磁束値をそれぞれｕ0，ｖ0，ｗ0とし、ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのセンサ感度をそれぞれＧu，Ｇv，Ｇw
とすると、
磁束値をそれぞれｕ0，ｖ0，ｗ0とし、ＳＱＵＩＤ２
Ａ，２Ｂ，２Ｃのセンサ感度をそれぞれＧu，Ｇv，Ｇw
とすると、
【００４３】
【数１２】
【００４４】であるから、式（１１）および式（１４）
より、
より、
【００４５】
【数１３】
【００４６】である。ここで、Tは転置を表わす。更
に、次式が成立する。
に、次式が成立する。
【００４７】
【数１４】
【００４８】式（１５）および式（１６）を式（１７）
に代入すると、
に代入すると、
【００４９】
【数１５】
【００５０】となる。Ｇu，Ｇv，Ｇwの絶対値は求まら
ず、Ｇu，Ｇv，Ｇwの間の比しかわからないので、相対
的な磁界を求めることにする。式（１８）の両辺をＧu 2
で割り、整理すると次式のようになる。
ず、Ｇu，Ｇv，Ｇwの間の比しかわからないので、相対
的な磁界を求めることにする。式（１８）の両辺をＧu 2
で割り、整理すると次式のようになる。
【００５１】
【数１６】
【００５２】次式のような評価関数ｖを考える。
【００５３】
【数１７】
【００５４】ここで、方向性雑音補償回路７の動作を図
２のフローチャートに示して説明する。ステップ１０Ａ
では、方向性雑音補償用行列Ｄを推定するのかどうかの
判定を行なう。方向性雑音補償用行列Ｄを推定する場合
にはステップ１０Ｂに進み、そうでない場合にはステッ
プ１０Ｆに進む。ステップ１０Ｂでは、パラメータ算出
回路８でパラメータを算出し、ステップ１０Ｃに進む。
ステップ１０Ｃでは、磁界算出回路Ａ（９）の出力を使
って磁界の推定値Ｈ’を計算し、ステップ１０Ｄに進
む。ステップ１０Ｄでは、ｆ（θ，φ）＝−ΔＨ2／Ｈ2
を計算し、ステップ１０Ｅに進む。ここで、θはＳＱＵ
ＩＤのエレベーション角、φはＳＱＵＩＤのアジマス
角、ΔＨ2＝Ｈ’2−Ｈ2であり、Ｈは適当な所定値に定
める。ステップ１０Ｅでは、次式のような方向性雑音補
償用行列Ｄを求め、ステップ１０Ｆに進む。
２のフローチャートに示して説明する。ステップ１０Ａ
では、方向性雑音補償用行列Ｄを推定するのかどうかの
判定を行なう。方向性雑音補償用行列Ｄを推定する場合
にはステップ１０Ｂに進み、そうでない場合にはステッ
プ１０Ｆに進む。ステップ１０Ｂでは、パラメータ算出
回路８でパラメータを算出し、ステップ１０Ｃに進む。
ステップ１０Ｃでは、磁界算出回路Ａ（９）の出力を使
って磁界の推定値Ｈ’を計算し、ステップ１０Ｄに進
む。ステップ１０Ｄでは、ｆ（θ，φ）＝−ΔＨ2／Ｈ2
を計算し、ステップ１０Ｅに進む。ここで、θはＳＱＵ
ＩＤのエレベーション角、φはＳＱＵＩＤのアジマス
角、ΔＨ2＝Ｈ’2−Ｈ2であり、Ｈは適当な所定値に定
める。ステップ１０Ｅでは、次式のような方向性雑音補
償用行列Ｄを求め、ステップ１０Ｆに進む。
【００５５】
【数１８】
【００５６】ステップ１０Ｆでは、駆動回路４Ａ，４
Ｂ，４Ｃの出力Δｕp，Δｖp，Δｗp（ｐ＝１，２，
…，Ｎ）と方向性雑音補償用行列Ｄを使って、方向性雑
音を補償したΔｕm，Δｖm，Δｗm（ｍ＝１，２，…，
Ｎ）を次式により計算する。
Ｂ，４Ｃの出力Δｕp，Δｖp，Δｗp（ｐ＝１，２，
…，Ｎ）と方向性雑音補償用行列Ｄを使って、方向性雑
音を補償したΔｕm，Δｖm，Δｗm（ｍ＝１，２，…，
Ｎ）を次式により計算する。
【００５７】
【数１９】
【００５８】式（２３）で方向性雑音を補償できるとい
う原理について以下に述べる。ｕｖｗ非直交座標系の真
値の成分をｕ0＋Δｕ，ｖ0＋Δｖ，ｗ0＋Δｗとし、観
測値の成分をｕ0＋ΔＵ，ｖ0＋ΔＶ，ｗ0＋ΔＷとする
と次式で表わされる。
う原理について以下に述べる。ｕｖｗ非直交座標系の真
値の成分をｕ0＋Δｕ，ｖ0＋Δｖ，ｗ0＋Δｗとし、観
測値の成分をｕ0＋ΔＵ，ｖ0＋ΔＶ，ｗ0＋ΔＷとする
と次式で表わされる。
【００５９】
【数２０】
【００６０】ｘｙｚ直交座標系の真値の成分をｘ，ｙ，
ｚとすると次式で表わされる。
ｚとすると次式で表わされる。
【００６１】
【数２１】
【００６２】ｘｙｚ直交座標系の観測値の成分をＸ，
Ｙ，Ｚとすると次式で表わされる。
Ｙ，Ｚとすると次式で表わされる。
【００６３】
【数２２】
【００６４】磁界の真値をＨとし、磁界の観測値をＨ’
とすると次式で表わされる。
とすると次式で表わされる。
【００６５】
【数２３】
【００６６】式（２４）〜式（２６）より次式が成り立
つ。
つ。
【００６７】
【数２４】
【００６８】式（２７）および式（２９）より次式が成
り立つ。
り立つ。
【００６９】
【数２５】
【００７０】ここで、次式のように変形する。
【００７１】
【数２６】
【００７２】式（３０）および式（３１）より次式が成
り立つ。
り立つ。
【００７３】
【数２７】
【００７４】ここで、次式のような仮定を行なう。θは
エレベーション角で、φはアジマス角であり、ｆ（θ，
φ）はスカラー量である。
エレベーション角で、φはアジマス角であり、ｆ（θ，
φ）はスカラー量である。
【００７５】
【数２８】
【００７６】式（３２）および式（３３）より次式が成
り立つ。
り立つ。
【００７７】
【数２９】
【００７８】式（３３）より次式が成り立つ。
【００７９】
【数３０】
【００８０】式（３７）を式（３１）に代入すると次式
が成り立つ。
が成り立つ。
【００８１】
【数３１】
【００８２】ここで、式（３８）の行列をコレスキー分
解すると次式のようになる。
解すると次式のようになる。
【００８３】
【数３２】
【００８４】式（２９）より次式が成り立つ。
【００８５】
【数３３】
【００８６】式（４０）および式（４１）より次式が成
り立つ。
り立つ。
【００８７】
【数３４】
【００８８】このＤを使えば式（２４）のようにして方
向性雑音の補償が行なえるから、本実施例においては式
（２３）のようにして方向性雑音の補償が行なえる。
向性雑音の補償が行なえるから、本実施例においては式
（２３）のようにして方向性雑音の補償が行なえる。
【００８９】次に、方向性雑音の補償が行なわれた後の
動作について説明する。ここで、Ｈが一定であれば、地
磁気の入射角を変化させても評価関数ｖは０になるはず
である。そこで、センサブロック３を色々な方向に向け
て、時刻ｔm（ｍ＝１，２，…，Ｎ）における方向性雑
音補償回路７の出力の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），
（Δｕ2，Δｖ2，Δｗ2），…，（ΔｕN，ΔｖN，Δ
ｗN）をパラメータ算出回路８に送る。次にパラメータ
算出回路８において、Ｎ組の数値を用いて、修正ニュー
トン法などにより評価関数ｖが０になるようなパラメー
タｕ0，ｖ0，ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇwの値を算出
し、算出値を磁界算出回路Ａ（９）に送る。
動作について説明する。ここで、Ｈが一定であれば、地
磁気の入射角を変化させても評価関数ｖは０になるはず
である。そこで、センサブロック３を色々な方向に向け
て、時刻ｔm（ｍ＝１，２，…，Ｎ）における方向性雑
音補償回路７の出力の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），
（Δｕ2，Δｖ2，Δｗ2），…，（ΔｕN，ΔｖN，Δ
ｗN）をパラメータ算出回路８に送る。次にパラメータ
算出回路８において、Ｎ組の数値を用いて、修正ニュー
トン法などにより評価関数ｖが０になるようなパラメー
タｕ0，ｖ0，ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇwの値を算出
し、算出値を磁界算出回路Ａ（９）に送る。
【００９０】磁界算出回路Ａ（９）は、式（１９）にパ
ラメータ算出回路８の出力であるパラメータｕ0，ｖ0，
ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇwの値および時刻ｔm（ｍ＝
１，２，…，Ｎ）における方向性雑音補償回路７の出力
の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），（Δｕ2，Δｖ2，Δ
ｗ2），…，（ΔｕN，ΔｖN，ΔｗN）を代入してψ
（ｍ）を算出する。この出力を用いると、例えば、超伝
導磁力計を地磁気中で移動しながら上記のようなψ
（ｍ）の算出を繰り返し、磁性体付近でのψ（ｍ）の値
の変化を算出し、ψ（ｍ）の値の変化から地磁気の変化
を検知し、磁性体を発見することができる。
ラメータ算出回路８の出力であるパラメータｕ0，ｖ0，
ｗ0，α，β，γ，ｇv，ｇwの値および時刻ｔm（ｍ＝
１，２，…，Ｎ）における方向性雑音補償回路７の出力
の組（Δｕ1，Δｖ1，Δｗ1），（Δｕ2，Δｖ2，Δ
ｗ2），…，（ΔｕN，ΔｖN，ΔｗN）を代入してψ
（ｍ）を算出する。この出力を用いると、例えば、超伝
導磁力計を地磁気中で移動しながら上記のようなψ
（ｍ）の算出を繰り返し、磁性体付近でのψ（ｍ）の値
の変化を算出し、ψ（ｍ）の値の変化から地磁気の変化
を検知し、磁性体を発見することができる。
【００９１】なお、上記実施例では、パラメータ算出回
路において修正ニュートン法を使用することを例として
説明を行なったが、他の最適化手法を用いることもでき
る。
路において修正ニュートン法を使用することを例として
説明を行なったが、他の最適化手法を用いることもでき
る。
【００９２】また、上記実施例では、ＳＱＵＩＤ２Ａ，
２Ｂ，２Ｃは超伝導リング中に２つのジョセフソン素子
を含み直流バイアス電流を流して駆動するＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤであるとして説明を行なったが、超伝導リング中に
１つのジョセフソン素子を含み交流バイアス電流で駆動
するＲＦーＳＱＵＩＤを用いることもできる。
２Ｂ，２Ｃは超伝導リング中に２つのジョセフソン素子
を含み直流バイアス電流を流して駆動するＤＣ−ＳＱＵ
ＩＤであるとして説明を行なったが、超伝導リング中に
１つのジョセフソン素子を含み交流バイアス電流で駆動
するＲＦーＳＱＵＩＤを用いることもできる。
【００９３】また、上記実施例では、ＳＱＵＩＤが３個
の場合で説明したが、この原理は一般に２個以上の場合
で成立する。
の場合で説明したが、この原理は一般に２個以上の場合
で成立する。
【００９４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、互いに
所定の角度をなすように複数のＳＱＵＩＤが取付けられ
て成るセンサブロックと、上記ＳＱＵＩＤを駆動し所望
の出力を得る駆動手段とを有し、上記駆動手段の出力に
基づき被測定磁界を算出する超伝導磁力計において、上
記駆動手段の出力を用いて磁界算出に必要なパラメータ
の値を算出するパラメータ算出手段と、上記駆動手段の
出力およびパラメータ算出手段の出力を用いて被測定磁
界を算出する磁界算出手段と、上記パラメータ算出手段
および磁界算出手段に与える駆動手段の出力に対して磁
界算出手段の出力を用いて上記センサブロックの方向に
よるセンサゲインのばらつきを補償する方向性雑音補償
手段とを備えるようにしたので、センサブロックの方向
によるセンサゲインのばらつき，すなわち、センサ感度
やセンサ直交度の補償後にも残る，方向による出力磁界
の誤差、つまり方向性雑音を補償して磁界を算出するこ
とができる超伝導磁力計が得られる効果がある。
所定の角度をなすように複数のＳＱＵＩＤが取付けられ
て成るセンサブロックと、上記ＳＱＵＩＤを駆動し所望
の出力を得る駆動手段とを有し、上記駆動手段の出力に
基づき被測定磁界を算出する超伝導磁力計において、上
記駆動手段の出力を用いて磁界算出に必要なパラメータ
の値を算出するパラメータ算出手段と、上記駆動手段の
出力およびパラメータ算出手段の出力を用いて被測定磁
界を算出する磁界算出手段と、上記パラメータ算出手段
および磁界算出手段に与える駆動手段の出力に対して磁
界算出手段の出力を用いて上記センサブロックの方向に
よるセンサゲインのばらつきを補償する方向性雑音補償
手段とを備えるようにしたので、センサブロックの方向
によるセンサゲインのばらつき，すなわち、センサ感度
やセンサ直交度の補償後にも残る，方向による出力磁界
の誤差、つまり方向性雑音を補償して磁界を算出するこ
とができる超伝導磁力計が得られる効果がある。
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】実施例の方向性雑音補償回路の動作を示すフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】従来の超伝導磁力計を示すブロック図である。
【図４】ｘｙｚ直交座標系とｕｖｗ非直交座標系との関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図５】ｕｖｗ非直交座標系とＳＱＵＩＤとの位置関係
を示す図である。
を示す図である。
１ 発振器 ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子） ３ センサブロック ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 駆動回路（駆動手段） ７ 方向性雑音補償回路（方向性雑音補償手段） ８ パラメータ算出回路（パラメータ算出手段） ９ 磁界算出回路Ａ（磁界算出手段）
Claims (1)
- 【請求項１】 互いに所定の角度をなすように複数の超
伝導量子干渉素子が取付けられて成るセンサブロック
と、上記超伝導量子干渉素子を駆動し所望の出力を得る
駆動手段とを有し、上記駆動手段の出力に基づき被測定
磁界を算出する超伝導磁力計において、上記駆動手段の
出力を用いて磁界算出に必要なパラメータの値を算出す
るパラメータ算出手段と、上記駆動手段の出力およびパ
ラメータ算出手段の出力を用いて被測定磁界を算出する
磁界算出手段と、上記パラメータ算出手段および磁界算
出手段に与える駆動手段の出力に対して磁界算出手段の
出力を用いて上記センサブロックの方向によるセンサゲ
インのばらつきを補償する方向性雑音補償手段とを備え
たことを特徴とする超伝導磁力計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342271A JP2750034B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超伝導磁力計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3342271A JP2750034B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超伝導磁力計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05172920A JPH05172920A (ja) | 1993-07-13 |
| JP2750034B2 true JP2750034B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=18352431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3342271A Expired - Lifetime JP2750034B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 超伝導磁力計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2750034B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4945995B2 (ja) * | 2004-10-12 | 2012-06-06 | ヤマハ株式会社 | 地磁気検出装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01185465A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-25 | Mitsubishi Electric Corp | 超伝導磁力計 |
| JPH03152488A (ja) * | 1989-11-09 | 1991-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 超伝導磁力計 |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3342271A patent/JP2750034B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05172920A (ja) | 1993-07-13 |
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