JP2779638B2 - 多チャンネルスクイッド磁束計 - Google Patents

多チャンネルスクイッド磁束計

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JP2779638B2 JP1069926A JP6992689A JP2779638B2 JP 2779638 B2 JP2779638 B2 JP 2779638B2 JP 1069926 A JP1069926 A JP 1069926A JP 6992689 A JP6992689 A JP 6992689A JP 2779638 B2 JP2779638 B2 JP 2779638B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は多チャンネルスクイッド磁束計に関し,更に
詳しくは数十〜数百のチャンネルを有する生体観測磁束
計に関する。
<従来の技術> スクイッド磁束計は,ジョセフソン接合を有する超伝
導リングとピックアップコイル,インプットコイルを含
んで構成されており,超伝導リングに加わる外部磁界に
対し磁束量子φを周期とした電圧信号を出力するもの
で,高感度で磁束測定を行うことが出来る。
SQUID磁束計の応答はDC〜GHz〜THzにまでも達し,応
答範囲が広いという利点もある半面,全ての周波数のノ
イズにも高感度に応答し,実用的な使用を考える場合,
いかにノイズに強くするかということが大きな問題とな
る。
このような問題を解決するために特開昭60−82872号
公報や61−35378号公報に示されたスクイッド磁束計が
ある。上記特開昭60−82872号公報は低温部と室温部の
間を光ファイバで伝送することにより,耐ノイズ性を強
くしたものであり,特開昭61−35378号公報はアナログ
量を直接光信号として帰還している事による欠点(光フ
ァイバの振動や曲げにより動作が不安定になる)のある
60−82872号公報の改良型で,ロックインアンプからの
アナログ信号をPWM(パルス幅変調器)に入力してデジ
タル化したうえで光電気変換を行い,このデジタル化さ
れた信号をフィードバック信号として利用する事により
光ファイバの曲げや振動によるノイズのないスクイッド
磁束計を実現したものである。
<発明が解決しようとする課題> ところで,上記従来のスクイッド磁束計のピックアッ
プコイルはセラミックや石英等からなるボビンの外周に
溝を形成し,コイルを巻き回して形成されているので小
形化するのが難しい。例えば人体頭部の脳磁界を測定す
る場合磁束計のチャンネル数は多いほど得られる情報量
が豊かになるが従来の磁束計では検出器の形状が大きく
なり5〜7チャンネル程度が限界であった。
第6図は従来のスクイッド磁束計を用いて測定すべき
人体の頭部にピックアップコイル3を配置した状態を示
すものである。図において(a)は頭部の信号磁場が噴
水状に発生しており,ピックアップコイル3は効率的に
信号をピックアップすることが出来る。しかし(b)図
の様な信号源に対してはピックアップコイル3のループ
が頭の表面に対して平行に配置されているので感度が弱
いという問題があった。
また,小型の磁気検出素子がなかったことから数十〜
数百のチャンネルからの信号を連続的にデジタル化して
取出すということは検討された事が無かった。
本発明は上記問題点に鑑みて成されたもので,クライ
オスタット内からのスクイッド信号を光ファイバを用い
て取出す事により誘導ノイズを減少させるとともに配線
束の大幅な縮小を行い,スクイッド信号をロックインア
ンプ,パルス幅変調器を介して受信するとともに,前記
パルス幅変調器からの信号は鋸歯状波発振器からのクロ
ック信号のタイミングに従って取出す事により多数の信
号を短時間にパルス幅に変換可能とし,合わせて検出部
の形状,製作方法を工夫することにより方向の異なる磁
場に対するコイルの感度を高めたスクイッド磁束計を実
現することを目的とするものである。
<課題を解決するための手段> 上記課題を解決するための本発明の構成は、磁気検出
手段と、この磁気検出手段を収納するクライオスタット
と、前記磁気検出手段からのスクイッド信号を前記クラ
イオスタット外に取出す手段と、前記スクイッド信号を
ロックインアンプ、パルス幅変調器を介して受信すると
ともに、前記パルス幅変調器空の信号を鋸歯状波発振器
からのクロック信号のタイミングに従って出力する様に
構成されたクイッド磁束計において、前記磁気検出手段
はインプットコイルおよび超伝導リングを含むスクイッ
ド素子が形成された複数の固定板と、この固定板のそれ
ぞれの端部付近に固定された複数個の四角柱からなり、
この四角柱の隣合う2面および一方の端面にはフォトリ
ソグラフの技術を用いてピックアップコイルが形成され
ており、前記磁気検出手段からの信号は光ファイバを介
して前記クライオスタット外に取出す様にしたことを特
徴とするものである。
<実施例> 第1図は本発明の一実施例を示す多チャンネルスクイ
ッド磁束計のブロック構成図である。
図においてA1〜Anは磁気検出部であり,図では省略す
るがこの磁気検出部にはピックアップコイル,スクイッ
ド素子,検出部からの信号を増幅する増幅器等で構成さ
れている。B1〜Bnは磁気検出部の増幅器からの電気信号
を光信号に変換する電気光変換器であり,これらはクラ
イオスタット1内に収納されて4.2Kの温度に維持されて
いる。E1〜Enは電気光変換器B1〜Bnからの光信号を電気
信号に変換する光電変換器,F1〜Fnは光電変換器E1〜En
からの電気信号を入力するロックインアンプ,G1〜GnはP
MW(パルス幅変調器),B1′〜Bn′はPWMからの電気信号
を光信号に変換する電気光変換器,E1′〜En′は電気光
変換器からの光信号を電気信号に変換する光電変換器,H
は各ロックインアンプおよびPWMに鋸歯状波を出力する
鋸歯状波発振器,J1〜JnはPWMからの出力をカウントする
カウンタであり,これらは室温雰囲気中に配置された制
御部2内に収納されている。
上記構成において,スクイッド磁束計としての基本的
動作は,従来のフラックスロックループの動作と同様な
ので説明を省略する。
磁気検出部A1〜Anはピックアップコイルで磁気信号に
関連した信号を検出し,その磁器信号に関連した電気信
号を出力する。電気光変換器B1〜Bnは前記電気信号を光
信号に変換し,その光信号は光ファイバC1〜Cnを介して
クライオスタット外に導かれ制御部2に配置された電気
光変換器E1〜Enにより電気信号に変換されてロックイン
アンプF1〜Fnに入力する。なお,このロックインアンプ
は図では省略するが,光電変換器E1〜Enの出力を入力す
るバッファアンプ,回路の後れを補償して,光電変換器
からのスクイッド信号を同期検波する為の参照信号を出
力する位相シフト回路,上記スクイッド信号と参照信号
を入力し同期検波する乗算器,乗算器からの出力を積分
してその出力をPWMG1〜Gnに供給する積分器を含んでい
るものとする。
鋸歯状波発振器の信号はロックインアンプの位相シフ
ト回路およびPWMに加えられる。PWM出力はそれぞれカウ
ンタJ1〜Jnに出力されるとともに電気光変換器B1〜Bnで
光信号に変換され,光ファイバD1〜Dnを介してクライオ
スタット1内に取込まれる。この信号は光電変換器E1
Enで電気信号に変換された後,図示しない平均回路やPW
Mクロック信号を分離してフラックス・ロック・ロープ
回路の参照信号を得る分離回路に入力する。PWMからの
出力は位相が固定しているため共通に接続されている鋸
歯状波発振器のクロック信号からの時間をカウントする
ことによりデジタル出力を得る事が出来る。
第2図aは鋸歯状波発振器の出力,b〜dはPWM(G1〜G
3)からの出力,fはカウンタ出力の関係を示す図であり,
fはロックインアンプ(F1〜F3)の出力の一例を示す図
である。図において、PWM(G1)の出力はb図のW1の強
さにおける信号(カウンタの数は5000…e図参照)を,P
WM(G2)の出力はW2の強さにおける信号(カウンタの数
は0)を,PWM(G3)の出力はW3の強さにおける信号(カ
ウンタの数は−2500)を示している。従ってn個の検出
器を設けておけば鋸歯状波発振器のT1の時間間隔でn個
のカウンタ出力を得ることが出来,クロックの周期をTs
ec,チャンネル数をNとすればT/N(sec)でA/D変換を行
うことが出来る。その結果これらの数字を計算機で処理
してCRT等に表示する事により,多くの情報を短時間で
得ることが出来,より正確な診断が可能となる。
第3図は本発明に用いて好適なピックアップコイルの
一例を示す斜視図である。40は例えばセラミックからな
る四角柱であり,この四角柱の2側面(B,C面)と底辺
にはピックアップコイル321〜323が形成され,他の側面
(D)に形成された接続端子41にリード線42を介して接
続されている。これらピックアップコイル,接続端子,
リード線はフォトリソグラフィを用いて形成したマスキ
ングの上から超伝導材をスパッタして形成する。従って
寸法精度が高くバラツキのないものを得ることが出来
る。
上記構成によれば,インプットコイルのリング面を互
いに90゜傾けた状態で配置することが出来る。なお,四
角柱の長さは30mm,一辺の長さは10×10mm程度とする。
また,図ではピックアップコイルの形状を0次として示
したが一次微分,二次微分の形状であってもよい。
第4図は第3図に示す四角柱40を固定板50に複数個
(図では5個)固定した状態を示す斜視図で四角柱の側
面D部に形成した接続端子が固定板に形成したリード線
52に接している。この例では固定板50にはインプットコ
イル,超伝導リングからなるスクイッド素子33および増
幅器34がピックアップコイルの数に対応して取りつけら
れて複数の磁気検出器を形成している。なお,リード線
52は図では配線数を省略して示している。53は検出部と
増幅器の信号の干渉や外部からの磁気信号によるノイズ
をカットする為の超伝導磁気シールドであり,例えばス
クイッド素子33,増幅器34の上を超伝導材でコーティン
グした薄板材で覆うことにより形成する。なお,増幅器
34は固定板50に直接作り込んでもよい。
第5図は第4図に示す固定板を底部が頭部の形状に形
成された凹部を有するクライオスタット内に配置し,そ
の凹部(固定板側からみると凸部)の表面に沿って複数
個配置した状態を示す斜視図である。図において60は金
属ボックスの内外面の少なくとも一方にニオブや鉛が形
成された磁気シールド室で,この中には光電気変換器B1
〜Bnが収納されている。またこの磁気シールド室には配
線に必要な貫通孔が必要箇所に形成されている。
61は光ファイバやバイアス電圧を供給するケーブルを
収納する為のパイプ,2はクライオスタットの外部に配置
された制御部である。63はパイプの途中に形成されたフ
ランジで,このフランジに支持具64により磁気シールド
室60が支持されている。
上記構成によれば多数の検出部からの信号をクライオ
スタット外から光ファイバを介して授受することが出
来,誘導ノイズを除去することが出来る。
なお,スクイッド磁束計にはRF型とDC型があるが本発
明はいずれの場合にも適用可能である。
さらに超伝導薄膜としては近年高温超伝導材として研
究されているセラミックス系の物質を用いても良い。
<発明の効果> 以上実施例とともに具体的に説明したように本発明に
よれば、磁気検出手段はインプットコイルおよび超伝導
リングを含むスクイッド素子が形成された複数の固定板
と、この固定板のそれぞれの端部付近に固定された複数
個の四角柱からなり、この四角柱の隣合う2面および一
方の端面にはフォトリソグラフの技術を用いてピックア
ップコイルが形成されており、磁気検出手段からの信号
は光ファイバを介して前記クライオスタット外に取出す
様にしたので、多数の検出部からの信号をデジタル出力
で高速度に出力する事が可能である。また、磁気検出手
段としてインプットコイルおよび超伝導リングを含むス
クイッド素子が形成された複数の固定板を設け、この固
定板のそれぞれの端部付近に複数個の四角柱を固定し、
この四角柱の隣合う2面および一方の端面にフォトリソ
グラフの技術を用いてピックアップコイルを形成したの
で、信号磁場の方向によらず効率的な測定が可能であ
る。また、回転板を増減することにより比較的狭い範囲
から広い範囲の面積での微弱信号を同時に測定すること
が可能となり、数十〜数百のチャンネルが必要な生体観
測等に適した磁束計を実現することができる。更に、ク
ライオスタット内と制御部が光ファイバで接続されてい
るので、多チャンネル化した場合の結果として生じる、
隣合う素子同士の信号干渉や誘導ノイズに強い多チャン
ネルスクイッド磁束計を実現する事が出来る,
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の多チャンネルスクイッド磁束計の一実
施例を示すブロック構成図,第2図は各チャンネルの出
力波形とチャンネル切替のタイミングを示す図,第3図
はこの発明の検出部に使用するピックアップコイルの一
例を示す図,第4図は検出部の取りつけ状態を示す斜視
図。第5図は本発明の構成部品の取付け状態を示す斜視
図,第6図は信号の作る磁場とピックアップコイルの位
置の関係を示す説明図である。 1……クライオスタット,2……制御部,A1〜An……磁気
検出部,B1〜Bn,B1′〜Bn′……電気光変換器,C1〜Cn,
C1′〜Cn′……光ファイバ,E1〜En,E1′〜En′……光電
変換器,F1〜Fn……ロックインアンプ,G1〜Gn……PWM,H
……鋸歯状波発振器,J1〜Jn……カウンタ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気検出手段と、この磁気検出手段を収納
    するクライオスタットと、前記磁気検出手段からのスク
    イッド信号を前記クライオスタット外に取出す手段と、
    前記スクイッド信号をロックインアンプ、パルス幅変調
    器を介して受信するとともに、前記パルス幅変調器空の
    信号を鋸歯状波発振器からのクロック信号のタイミング
    に従って出力するように構成されたスクイッド磁束計に
    おいて、前記磁気検出手段はインプットコイルおよび超
    伝導リングを含むスクイッド素子が形成された複数の固
    定板と、この固定板のそれぞれの端部付近に固定された
    複数個の四角柱からなり、この四角柱の隣合う2面およ
    び一方の端面にはフォトリソグラフの技術を用いてピッ
    クアップコイルが形成されており、前記磁気検出手段か
    らの信号は光ファイバを介して前記クライオスタット外
    に取出す様にしたことを特徴とする多チャンネルスクイ
    ッド磁束計。
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CN104459572B (zh) * 2013-09-24 2017-10-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 基于多通道的超导量子干涉传感系统

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JPS6177772A (ja) * 1984-09-26 1986-04-21 Yokogawa Hokushin Electric Corp Squid磁束計

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