JP2869776B2 - SQUID magnetometer - Google Patents

SQUID magnetometer

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JP2869776B2
JP2869776B2 JP7161601A JP16160195A JP2869776B2 JP 2869776 B2 JP2869776 B2 JP 2869776B2 JP 7161601 A JP7161601 A JP 7161601A JP 16160195 A JP16160195 A JP 16160195A JP 2869776 B2 JP2869776 B2 JP 2869776B2
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squid
magnetometer
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邦夫 風見
淳 河合
弦 上原
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CHODENDO SENSA KENKYUSHO KK
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、SQUID(Supercon
ducting Quantum Interference Device :超伝導量子干
渉デバイス)を使用して磁場を計測するSQUID磁束
計に関し、特に、SQUIDを複数個接続したSQUI
Dアレイを用いたSQUID磁束計に関する。ここに、
SQUIDとは、液体ヘリウムや液体窒素等により断熱
容器(クライオスタット等)内で低温状態に維持され、
ループ内にジョセフソン接合を含む超伝導ループである
SQUIDループに直流電流をバイアス電流として印加
して駆動し、このSQUIDループ内に、ピックアップ
コイルやインプットコイル等を介して、あるいは直接外
部からの磁束を結合して印加すると、SQUIDループ
に周回電流が誘起され、ループ内のジョセフソン接合に
おける量子的な干渉効果により、印加された外部磁束の
微弱な変化を出力電圧の大きな変化に変換するトランス
デューサとして動作することを利用して、微小磁束変化
を測定する素子である。
The present invention relates to a SQUID (Supercon
A SQUID magnetometer that measures a magnetic field using a ducting Quantum Interference Device (superconducting quantum interference device), and in particular, a SQUID that connects a plurality of SQUIDs
The present invention relates to a SQUID magnetometer using a D array. here,
SQUID is a liquid helium, liquid nitrogen, etc., kept in a low temperature state in an insulated container (cryostat, etc.)
A DC current is applied as a bias current to a SQUID loop, which is a superconducting loop including a Josephson junction, in the loop and driven. A magnetic flux from the outside through a pickup coil or an input coil or directly in the SQUID loop. When coupled and applied, a circulating current is induced in the SQUID loop, and as a transducer that converts a weak change in the applied external magnetic flux into a large change in the output voltage due to the quantum interference effect in the Josephson junction in the loop. An element that measures a small change in magnetic flux by utilizing its operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、2個のジョセフソン接合を含むd
cSQUIDを用いた磁束計としては、低温環境(冷却
系)を維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯め
ておく断熱格納容器であるデュワー(又はクライオスタ
ット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロー
ブと、室温で動作するアンプ(増幅器)及びコントロー
ラを備えて構成され、液体ヘリウム中のSQUIDプロ
ーブと室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイスト
ケーブル等で接続されて構成されたものが知られてい
る。このようなSQUID磁束計は磁束分解能が10-5
φ。/Hz1/2 (φ。:磁束量子)から10-6φ。/H
1/2 と、非常に高感度であり、また、SQUIDの応
答は非常に早く、数GHz (ギガヘルツ)ないし数10GH
z で動作するのが特徴である。しかし、上記従来のSQ
UID磁束計においては、磁束分解能が非常に高感度で
あるため、外来ノイズや誘導ノイズに弱い、という欠点
があった。また、SQUIDは、通常、「FLL:Flux
Locked Loop(磁束ロックループ)」と呼ばれる線形動
作のためのフィードバック回路を設けて「ゼロ位法」が
成立するように制御される。FLLとは、SQUID出
力を増幅するとともにそのSQUID出力を磁束の形で
ループ回路状にSQUIDリングに帰還させる方法であ
る。この方法により、SQUIDリング内の磁束が特定
の値に保持(磁束ロック)されるため、SQUIDリン
グ内は磁束が特定の値(動作点)に保たれ、この動作点
からの変位磁束に対してSQUIDは電圧を発生するこ
とになる。この場合、FLL回路が追随できないような
大振幅又は高速の外来磁気ノイズがSQUIDに加わっ
たり、FLL回路内に電気的なパルスノイズが加わる
と、FLLループの動作点が外れ(「ロック外れ」とい
う。)、その後の線形動作が阻害される、という欠点が
あった。上記の問題を解決するために、外来ノイズを打
ち消すための1つの方法として、グラジオメータと呼ば
れる1対の差動コイルを用い、入力信号を非同相成分と
して拾い、超伝導トランスでSQUIDリングに磁束伝
達することで、同相信号を除去することが広く行なわれ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, d including two Josephson junctions
As a magnetometer using cSQUID, a dewar (or cryostat), which is an adiabatic containment container for storing liquid helium as a coolant for maintaining a low-temperature environment (cooling system), and a SQUID probe operating in liquid helium And an amplifier (amplifier) operating at room temperature and a controller, and a configuration is known in which the SQUID probe in liquid helium and the amplifier at room temperature are connected by a coaxial cable or a twist cable or the like. Such a SQUID magnetometer has a magnetic flux resolution of 10 -5.
φ. / Hz 1/2 (φ: magnetic flux quantum) to 10 −6 φ. / H
Very high sensitivity of z1 / 2, and the response of SQUID is very fast, from several GHz (gigahertz) to several tens GH.
The feature is that it operates on z. However, the conventional SQ
The UID magnetometer has a drawback that it has a very high magnetic flux resolution and is susceptible to external noise and induction noise. Also, the SQUID is usually "FLL: Flux
A feedback circuit for linear operation called "Locked Loop (flux lock loop)" is provided and controlled so that the "zero order method" is established. The FLL is a method of amplifying the SQUID output and returning the SQUID output to the SQUID ring in the form of a magnetic flux in a loop circuit. According to this method, the magnetic flux in the SQUID ring is held at a specific value (magnetic flux lock), so that the magnetic flux in the SQUID ring is maintained at a specific value (operating point). The SQUID will generate a voltage. In this case, if a large amplitude or high-speed external magnetic noise that cannot be followed by the FLL circuit is added to the SQUID, or an electric pulse noise is added to the FLL circuit, the operating point of the FLL loop is deviated (referred to as “lost lock”). )), And the subsequent linear operation is hindered. In order to solve the above problem, as one method for canceling external noise, a pair of differential coils called a gradiometer is used, an input signal is picked up as an in-phase component, and a magnetic flux is applied to a SQUID ring by a superconducting transformer. It is widely practiced to remove the in-phase signal by transmitting.

【0003】しかし、ピックアップコイルを用いて外部
磁場をSQUIDリングに磁束結合すると、ピックアッ
プコイルのインダクタンスがSQUIDのインダクタン
スに比べて通常非常に大きいため、磁束伝達効率が数%
以下と極めて低くなる、という問題点があった。一方、
SQUIDリングで外部磁場を直接拾うと磁場に対する
感度は大きくなるが、SQUIDリングのインダクタン
スが大きくなるため雑音が増える、という欠点があっ
た。このため1対のSQUIDリングでグラジオメータ
を構成する方式が考案されたが、グラジオメータではベ
ースラインを長くとらなければならず、ベースラインを
長くとるとるとインダクタンスが大きくなることから、
SQUIDリングでグラジオメータを構成することによ
り外来ノイズを打ち消そうとする対策は事実上不可能で
あった。これにかわる対策として、現在、SQUIDリ
ングで外部磁場を直接検出するタイプの磁束計では、2
個のマグネトメータをそれぞれベースライン長だけ離し
て設置し、各々のマグネトメータの電気信号出力の差分
をとることにより、上記のグラジオメータと同様に外来
ノイズのキャンセルが行なわれている。以下、この方式
を「2マグネトメータ方式」と呼ぶ。マグネトメータと
は、グラジオメータのような差動コイルを用いず、通常
のピックアップコイルにより外部磁場を拾いSQUID
リングに結合するタイプのSQUID磁束計をいう。
However, when an external magnetic field is magnetically coupled to the SQUID ring using a pickup coil, the inductance of the pickup coil is usually much larger than the inductance of the SQUID, so that the magnetic flux transmission efficiency is several percent.
There is a problem that it becomes extremely low as follows. on the other hand,
When the external magnetic field is directly picked up by the SQUID ring, the sensitivity to the magnetic field increases, but there is a disadvantage that the inductance of the SQUID ring increases and noise increases. For this reason, a system in which a gradiometer is configured with a pair of SQUID rings has been devised. However, a gradiometer requires a longer baseline, and a longer baseline increases inductance.
It has been virtually impossible to take measures to cancel external noise by configuring a gradiometer with a SQUID ring. As a countermeasure for this, at present, a magnetic flux meter of the type that directly detects an external magnetic field with a SQUID ring is used.
The external noise is canceled in the same manner as in the above-described gradiometer by installing the two magnetometers separated by a base line length and calculating the difference between the electric signal outputs of the respective magnetometers. Hereinafter, this method is referred to as a “two magnetometer method”. A magnetometer is a SQUID that picks up an external magnetic field with a normal pickup coil without using a differential coil like a gradiometer.
It refers to a SQUID magnetometer of the type coupled to a ring.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FLL
回路を用いる場合には、その開ループ利得が周波数に反
比例して低下するため、グラジオメータの同相信号を除
去する割合の周波数特性は高周波帯域で低下する。した
がって、この2マグネトメータ方式では、高速のノイズ
信号が含まれる環境下においては雑音除去特性が低い、
という欠点があった。
SUMMARY OF THE INVENTION However, FLL
When a circuit is used, the open-loop gain decreases in inverse proportion to the frequency, so that the frequency characteristic of the rate at which the common mode signal of the gradiometer is removed decreases in the high frequency band. Therefore, in the two magnetometer system, the noise removal characteristic is low in an environment where a high-speed noise signal is included.
There was a disadvantage.

【0005】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、SQUIDのダイナミック特性と
くに、周波数特性、耐ノイズ性能を向上させたSQUI
D磁束計を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been developed to improve the dynamic characteristics of SQUIDs, in particular, the frequency characteristics and noise resistance of SQUIDs.
It is intended to provide a D magnetometer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1記載の発明に係るSQUID磁束計は、1
又はアレイ状のSQUIDを備えたn個(n:n≧1な
る自然数)の第1マグネトメータと、前記第1マグネト
メータとは磁場感度の方向が逆となるようにn個の第2
マグネトメータを配置したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the SQUID magnetometer according to the first aspect of the present invention has the following features.
Alternatively, n (n: a natural number satisfying n ≧ 1) first magnetometers provided with an array-like SQUID and n second second magnetometers are arranged so that the directions of the magnetic field sensitivity are opposite to those of the first magnetometers.
It is characterized in that a magnetometer is arranged.

【0007】また、請求項2記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1記載のSQUID磁束計におい
て、前記SQUIDの出力端子から前記SQUIDに直
接に負帰還を行う1又はアレイ状の負帰還コイルと、前
記負帰還の量を制御する負帰還抵抗と、を備え、前記S
QUIDと前記負帰還コイルとの結合容量をMn とし、
前記SQUIDが1個の場合の磁束電圧変換率をdV/
dφとし、前記負帰還抵抗値をRn としたとき、下式 n×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 を満足するように構成されることを特徴とする。
[0007] The SQUID according to the second aspect of the present invention.
2. The SQUID magnetometer according to claim 1, wherein the D magnetometer is a 1 or array negative feedback coil for performing a negative feedback directly from an output terminal of the SQUID to the SQUID, and a negative feedback for controlling an amount of the negative feedback. And a resistor.
Let Mn be the coupling capacity between the QUID and the negative feedback coil,
When the SQUID is one, the magnetic flux voltage conversion rate is dV /
When dφ and the negative feedback resistance value are Rn, the configuration is such that the following expression is satisfied: n × (dV / dφ) × (Mn / Rn) ≧ 1.

【0008】また、請求項3記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1又は請求項2記載のSQUID磁
束計において、前記SQUIDを駆動して感度調整を行
うためのバイアス電流源と、前記SQUIDにバイアス
磁束を注入して位相調整を行うためのバイアス磁束注入
源を有し、前記SQUIDの位相又は感度を調整するこ
とを特徴とする。
[0008] The SQUID according to the third aspect of the present invention.
The D magnetometer according to claim 1 or 2, wherein the SQUID is driven to adjust the sensitivity.
And a bias magnetic flux injection source for injecting a bias magnetic flux into the SQUID to perform phase adjustment and adjust the phase or sensitivity of the SQUID.

【0009】また、請求項4記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項2又は請求項3記載のSQUID磁
束計において、前記負帰還コイルにおける負帰還の符号
を反転させることにより、前記第1マグネトメータと第
2マグネトメータの磁場感度の方向を反転させることを
特徴とする。
[0009] The SQUID according to the fourth aspect of the present invention.
D magnetometer, according to claim 2 or claim 3 SQUID magnetometer described more in reversing the sign of the negative feedback in the negative feedback coil, said first magnetometer first
It is characterized in that the direction of the magnetic field sensitivity of the two magnetometer is reversed.

【0010】また、請求項5記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項3又は請求項4記載のSQUID磁
束計において、前記第1マグネトメータと第2マグネト
メータの各バイアス電流源を独立にON又はOFF可能
としたことを特徴とする。
[0010] The SQUID according to the fifth aspect of the present invention.
5. The SQUID magnetometer according to claim 3 , wherein the first magnetometer and the second magnetometer are D magnetometers.
Each bias current source of the meter can be independently turned on or off.

【0011】[0011]

【作用】上記構成を有する本発明によれば、それぞれ逆
方向の磁場感度を持つ同数のマグネトメータを配置した
ので、グラジオメータとして動作させることができる。
このSQUID磁束計は、負帰還コイルと負帰還抵抗を
設けて構成することができる。また、バイアス電流源と
バイアス磁束注入源を設け、SQUIDの位相又は感度
を調整することができる。また、負帰還コイルの負帰還
の符号を反転させることにより磁場感度の方向を反転さ
せることができる。また、バイアス電流源を独立にON
又はOFFすることにより、1次微分型グラジオメー
タ、2次微分型グラジオメータ、単なるマグネトメータ
として動作させることができる
SUMMARY OF] According to the onset bright having the above structure, since the arrangement the same number of the magnetometer with a magnetic field sensitivity of the opposite directions, can be operated as a gradiometer.
This SQUID magnetometer can be configured by providing a negative feedback coil and a negative feedback resistor. In addition, a bias current source and a bias magnetic flux injection source are provided to adjust the phase or sensitivity of the SQUID. Also, the direction of the magnetic field sensitivity can be reversed by reversing the sign of the negative feedback of the negative feedback coil. In addition, the bias current source is turned on independently.
Alternatively, by turning it off, it can be operated as a primary differential gradiometer, a secondary differential gradiometer, or simply a magnetometer .

【0012】[0012]

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。本発明の第1実施例であるSQUID磁束計
のSQUID付近の構成を図1に示す。図に示すよう
に、このSQUID磁束計101は、負帰還回路を直接
接続したシリーズSQUIDアレイを超伝導または常伝
導線で直列接続した1次微分型磁束計のSQUID付近
の接続関係を示しており、直列に接続されたN個(N:
N≧1なる自然数)のdcSQUIDSa1〜SaNからな
るSQUIDアレイAa と、直列に接続されたN個のd
cSQUIDSb1〜SbNからなりSQUIDアレイAa
の一端に接続されたSQUIDアレイAb と、SQUI
DアレイAa の両端に並列接続される負帰還回路Na
と、SQUIDアレイAb の両端に並列接続される負帰
還回路Nbを備えて構成されている。また、SQUID
アレイAa の一端は端子Ta に接続し、SQUIDアレ
イAa の他端とSQUIDアレイAb の一端は端子Tb
に接続している。また、SQUIDアレイAb の他端は
端子Tc に接続している。上記の各SQUIDアレイA
a と負帰還回路Na は第1マグネトメータを、SQUI
DアレイAb と負帰還回路Nb は第2マグネトメータ
を、それぞれ構成している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration near the SQUID of the SQUID magnetometer according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the SQUID magnetometer 101 shows a connection relationship near a SQUID of a first-order differential magnetometer in which a series SQUID array directly connected to a negative feedback circuit is connected in series with a superconducting or normal conductor. , N connected in series (N:
SQUID array Aa composed of dcSQUIDs Sa1 to SaN (N is a natural number satisfying 1) and N ds connected in series
SQUID array Aa consisting of cSQUIDSb1 to SbN
And a SQUID array Ab connected to one end of the
Negative feedback circuit Na connected in parallel to both ends of D array Aa
And a negative feedback circuit Nb connected in parallel to both ends of the SQUID array Ab. Also, SQUID
One end of the array Aa is connected to the terminal Ta, and the other end of the SQUID array Aa and one end of the SQUID array Ab are connected to the terminal Tb.
Connected to The other end of the SQUID array Ab is connected to a terminal Tc. Each of the above SQUID arrays A
a and the negative feedback circuit Na are connected to the first magnetometer by SQUI
The D array Ab and the negative feedback circuit Nb constitute a second magnetometer, respectively.

【0013】上記の負帰還回路Na は、電流制限用の負
帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLa1〜LaNが直列接
続されて構成されている。また、負帰還回路Nb は、電
流制限用の負帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLb1〜
LbNが直列接続されて構成されている。Jは各dcSQ
UIDに設けられたジョセフソン接合である。また、図
示はされていないが、各dcSQUIDはシャント抵抗
でシャントされている。検出すべき磁束はSQUIDリ
ングに直接伝達されるか、又はピックアップコイル(図
示せず)及び超伝導トランス(図示せず)により伝達さ
れる。
The above-mentioned negative feedback circuit Na is constituted by connecting a negative feedback resistor Rn for limiting current and coils La1 to LaN for negative feedback in series. The negative feedback circuit Nb includes a current limiting negative feedback resistor Rn and negative feedback coils Lb1 to Lb1.
LbNs are connected in series. J is each dcSQ
This is a Josephson junction provided in the UID. Although not shown, each dcSQUID is shunted by a shunt resistor. The magnetic flux to be detected is transmitted directly to the SQUID ring or transmitted by a pickup coil (not shown) and a superconducting transformer (not shown).

【0014】ここで、1個のdcSQUIDと1個の負
帰還コイルとを結合する結合係数をMn とし、1個のd
cSQUIDの磁束電圧変換率をdV/dφとし、負帰
還抵抗値をRn としたとき、下式 N×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 ………(1) を満足するように各回路要素の定数値が定められる。
Here, a coupling coefficient for coupling one dc SQUID and one negative feedback coil is Mn, and one d
Assuming that the magnetic flux voltage conversion rate of the cSQUID is dV / dφ and the negative feedback resistance value is Rn, the following equation is satisfied: N × (dV / dφ) × (Mn / Rn) ≧ 1 (1) A constant value of each circuit element is determined.

【0015】図2は、上記の第1実施例のSQUIDア
レイの感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であ
り、SQUIDアレイAa ,Ab は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図2(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPb
では互いに逆方向を向いており、適当なベースライン間
隔D1 を隔てて対向するように配置する。
FIG. 2 is a diagram showing the spatial arrangement of elements including the direction of the sensitivity surface of the SQUID array of the first embodiment. The SQUID arrays Aa and Ab are formed as thin films on a rectangular substrate. I have. In the example shown in FIG. 2A, the arrow indicates the direction of the sensitive surface, and the direction of the sensitive surface is determined by the substrates Pa and Pb.
Are opposite to each other, and are arranged so as to face each other with an appropriate baseline interval D1.

【0016】次に、上記した各SQUIDアレイAa ,
Ab を駆動し、SQUIDからの信号を増幅するための
磁束計の全体回路構成について図5を参照しつつ説明す
る。図5に示すように、このSQUID磁束計101
は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレイA
a 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメータ
であるとともに端子Tb でSQUIDアレイAa と接続
するSQUIDアレイAb 及び負帰還回路Nb と、これ
らのSQUIDアレイAa 及びAb を駆動するバイアス
電流源3と、これらのSQUIDアレイAa 及びAb の
端子Ta ,Tc からの出力を増幅する差動増幅器4及び
5と、各SQUIDアレイAa ,Ab の動作点を設定す
るための可変電流源7及び8と、各SQUIDアレイA
a ,Ab にバイアス磁束を注入するための磁束注入コイ
ルアレイ9及び10を備えて構成されている。上記にお
いて、可変電流源7及び8と磁束注入コイルアレイ9及
び10は、バイアス磁束注入源を構成している。
Next, each SQUID array Aa,
The overall circuit configuration of the magnetometer for driving Ab and amplifying the signal from the SQUID will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, this SQUID magnetometer 101
Is an independent magnetometer, SQUID array A
a negative feedback circuit Na, another independent magnetometer, a SQUID array Ab and a negative feedback circuit Nb connected to the SQUID array Aa at a terminal Tb, and a bias current source 3 for driving these SQUID arrays Aa and Ab. And differential amplifiers 4 and 5 for amplifying the outputs from the terminals Ta and Tc of the SQUID arrays Aa and Ab, and variable current sources 7 and 8 for setting the operating point of each SQUID array Aa and Ab. Each SQUID array A
a, Ab are provided with magnetic flux injection coil arrays 9 and 10 for injecting a bias magnetic flux. In the above description, the variable current sources 7 and 8 and the magnetic flux injection coil arrays 9 and 10 constitute a bias magnetic flux injection source.

【0017】また、上記の差動増幅器5には、オフセッ
ト調整用の電圧源6が接続している。このオフセット電
圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイルア
レイ9,10を構成する各磁束注入コイルの相互インダ
クタンスはMb となっている。また、バイアス電流源3
の電流値はib 、可変電流源7,8の電流値はそれぞれ
imb1 ,imb2 となっている。
A voltage source 6 for offset adjustment is connected to the differential amplifier 5. This offset voltage is set to Vb. The mutual inductance of the magnetic flux injection coils constituting the magnetic flux injection coil arrays 9 and 10 is Mb. The bias current source 3
Is ib, and the current values of the variable current sources 7 and 8 are imb1 and imb2, respectively.

【0018】次に、上記のSQUID磁束計101の動
作について説明する。SQUID磁束計101のうちの
1つのマグネトメータ(例えばSQUIDアレイAa と
負帰還回路Na とで構成されるマグネトメータ)につい
てみると、負帰還を上式(1)が成り立つようにかける
と、図8に示すSQUIDの磁束−電圧曲線上の動作点
における実効的な磁束電圧変換率dV/dφeff は、下
式 dV/dφeff =N×dV/dφ/{1+(dV/dφ)×(Mn /Rn )} ………(2) のように表わせる。
Next, the operation of the SQUID magnetometer 101 will be described. Looking at one of the magnetometers (for example, a magnetometer composed of the SQUID array Aa and the negative feedback circuit Na) of the SQUID magnetometer 101, if negative feedback is applied so that the above equation (1) holds, FIG. The effective magnetic flux-to-voltage conversion rate dV / dφeff at the operating point on the magnetic flux-voltage curve of SQUID is expressed by the following equation: dV / dφeff = N × dV / dφ / {1+ (dV / dφ) × (Mn / Rn) } ……… (2)

【0019】負帰還を行うと、SQUIDの線形動作領
域は、図8におけるΦ1 からΦ2 のように1φ。
(φ。:磁束量子)近くまで拡大し、同時に非線形歪み
も低減される。図8において細線で示す特性は負帰還が
零の場合を示し、太線で示す特性は負帰還がある場合を
示している。dc−SQUIDにバイアス磁束をかけて
図8の曲線上の斜面の中央部に動作点の中心が来るよう
にすると、入力磁束に応じて、図1における端子Ta と
端子Tb の間、及び端子Tb と端子Tc の間に出力電圧
が現れる。
When negative feedback is performed, the linear operation area of the SQUID is 1φ from φ1 to φ2 in FIG.
(Φ: magnetic flux quantum), and at the same time, nonlinear distortion is reduced. In FIG. 8, the characteristic shown by the thin line shows the case where the negative feedback is zero, and the characteristic shown by the thick line shows the case where the negative feedback is present. When a bias magnetic flux is applied to the dc-SQUID so that the center of the operating point is located at the center of the slope on the curve in FIG. 8, depending on the input magnetic flux, between the terminal Ta and the terminal Tb in FIG. An output voltage appears between the terminal and the terminal Tc.

【0020】図9は、上記の関係を示す図である。図2
(A)に示すように、感度面の方向を対向させベースラ
イン間隔D1 を配して配置し、例えば基板Pa にはSQ
UIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUID
アレイAb が形成されるようにする。このようにする
と、各SQUIDアレイAa ,Ab からは互いに逆符号
となる電圧が出力される。この互いに逆方向の出力を図
5の可変電流源7,8により両者の位相を合わせておく
と、各dc−SQUIDアレイの磁束電圧変換特性は、
図9に示すように、動作領域において特性曲線の傾きの
符号が逆になり、端子Ta 〜Tc 間においてはこれらが
加算された電圧出力が得られる。このとき、各dc−S
QUIDアレイの出力電圧は符号が反対であるため、特
性曲線の傾きの絶対値が等しければ、出力電圧は相殺さ
れて零になる。すなわち、各SQUIDアレイAa ,A
b に同相でかつ大きさの等しい外部磁束が入ると各SQ
UIDアレイの出力値は零になり、全体としては「1次
微分型グラジオメータ」として機能する。
FIG. 9 is a diagram showing the above relationship. FIG.
As shown in (A), the sensitivity planes are opposed to each other and are arranged at a baseline interval D1.
A UID array Aa is formed, and a SQUID is
An array Ab is formed. In this way, voltages having opposite signs are output from the SQUID arrays Aa and Ab. When the phases of the outputs in the opposite directions are matched by the variable current sources 7 and 8 in FIG. 5, the magnetic flux voltage conversion characteristics of each dc-SQUID array are as follows.
As shown in FIG. 9, the sign of the slope of the characteristic curve is reversed in the operation region, and a voltage output obtained by adding these is obtained between the terminals Ta to Tc. At this time, each dc-S
Since the output voltages of the QUID array have opposite signs, if the absolute values of the slopes of the characteristic curves are equal, the output voltages are canceled to zero. That is, each SQUID array Aa, A
When an external magnetic flux having the same phase and the same magnitude enters b, each SQ
The output value of the UID array becomes zero, and functions as a "primary differential gradiometer" as a whole.

【0021】図2(B)は、上記のような1次微分型グ
ラジオメータの他の構成例101aを示したものであ
り、感度面の方向が互いに逆方向を向いている基板Pa
とPbを、適当なベースライン間隔D2 を隔てて同一平
面上に並設している。この場合、基板Pa の感度面の方
向は図の奥から手前に向かう方向であり、基板Pb の感
度面の方向は図の手前から奥に向かう方向である。この
ように構成しても、図2(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。
FIG. 2B shows another configuration example 101a of the first-order differential gradiometer as described above, in which a substrate Pa whose sensitivity planes are opposite to each other.
And Pb are juxtaposed on the same plane with an appropriate baseline interval D2. In this case, the direction of the sensitivity surface of the substrate Pa is a direction from the back of the drawing to the front, and the direction of the sensitivity surface of the substrate Pb is a direction from the front to the back of the drawing. Even with such a configuration, the same operation as that in the case of FIG. 2A can be performed.

【0022】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。本発明の第2実施例であるSQUID磁束計のSQ
UID付近の構成を図3に示す。図に示すように、この
SQUID磁束計102は、上記した第1実施例のSQ
UID磁束計101におけるSQUIDアレイAa から
なるマグネトメータとSQUIDアレイAb からなるマ
グネトメータとの間に、SQUIDアレイAc からなる
マグネトメータを直列に接続して構成されている。SQ
UIDアレイAc は直列に接続された2N個のdcSQ
UIDSc1〜Sc,2Nから構成されている。SQUIDア
レイAc には、電流制限用の負帰還抵抗(抵抗値:Rn
/2)と、負帰還用の2N個の負帰還コイルLc1〜Lc,
2Nが直列接続された負帰還回路Nc が並列接続されてい
る。この第2実施例の場合も上記の第1実施例と同様
に、検出すべき磁束はSQUIDリングに直接伝達され
るか、又はピックアップコイル(図示せず)及び超伝導
トランス(図示せず)により伝達される。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. SQ of a SQUID magnetometer according to a second embodiment of the present invention
FIG. 3 shows the configuration near the UID. As shown in the figure, this SQUID magnetometer 102 is a SQID magnetometer of the first embodiment described above.
In the UID magnetometer 101, a magnetometer including an SQUID array Ac is connected in series between a magnetometer including an SQUID array Aa and a magnetometer including an SQUID array Ab. SQ
The UID array Ac is composed of 2N dcSQs connected in series.
UIDs Sc1 to Sc, 2N. The SQUID array Ac has a current limiting negative feedback resistor (resistance value: Rn
/ 2) and 2N negative feedback coils Lc1 to Lc,
A negative feedback circuit Nc having 2N connected in series is connected in parallel. In the second embodiment, as in the first embodiment, the magnetic flux to be detected is transmitted directly to the SQUID ring, or is picked up by a pickup coil (not shown) and a superconducting transformer (not shown). Is transmitted.

【0023】図4は、第2実施例のSQUIDアレイの
感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であり、S
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図4(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPc
、基板Pc とPb では互いに逆方向を向いており、適
当なベースライン間隔D3 を隔ててそれぞれ対向するよ
うに配置する。ここに、基板Pa ,Pb 上のSQUID
アレイAa ,Ab を含むマグネトメータは第1マグネト
メータを構成し、基板Pc 上のSQUIDアレイAc を
含むマグネトメータは第2マグネトメータを構成してい
る。
FIG. 4 is a view showing the spatial arrangement of elements including the direction of the sensitivity surface of the SQUID array of the second embodiment.
The QUID arrays Aa, Ab, Ac are formed as thin films on a rectangular substrate. In the example shown in FIG. 4A, the arrow indicates the direction of the sensitive surface, and the direction of the sensitive surface is determined by the substrates Pa and Pc.
, Substrates Pc and Pb are opposite to each other, and are disposed so as to face each other with an appropriate baseline interval D3. Here, the SQUID on the substrates Pa and Pb
The magnetometer including the arrays Aa and Ab constitutes a first magnetometer, and the magnetometer including the SQUID array Ac on the substrate Pc constitutes a second magnetometer.

【0024】次に、上記した各SQUIDアレイAa ,
Ab ,Ac を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成について図6を参照しつつ
説明する。図6に示すように、このSQUID磁束計1
02は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレ
イAa 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメ
ータであるとともにSQUIDアレイAa の一方の出力
端子と接続するSQUIDアレイAc1及び負帰還回路N
c1と、他の独立したマグネトメータであるとともにSQ
UIDアレイAc1の一方の出力端子と接続するSQUI
DアレイAc2及び負帰還回路Nc2と、他の独立したマグ
ネトメータであるとともにSQUIDアレイAc2の一方
の出力端子と接続するSQUIDアレイAb 及び負帰還
回路Nbと、これらのSQUIDアレイAa ,Ac1,Ac
2及びAb に個別に接続されこれらを個別に駆動可能な
バイアス電流源13,14,15,16と、これらのS
QUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の出力端子か
らの出力を増幅する差動増幅器17及び18と、各SQ
UIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の動作点を個別
に設定可能な可変電流源21,22,23,24と、各
SQUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb にバイアス
磁束を注入するための磁束注入コイルアレイ25,2
6,27,28を備えて構成されている。SQUIDア
レイAc1は直列に接続されたN個のdcSQUIDSc1
〜ScNを有しており、SQUIDアレイAc2は直列に接
続されたN個のdcSQUIDSc,N+1 〜Sc,2Nを有し
ている。また、負帰還回路26,27は直列に接続され
たN個の磁束注入コイルを有している。上記において、
可変電流源21〜24と磁束注入コイルアレイ25〜2
8は、バイアス磁束注入源を構成している。
Next, each of the above SQUID arrays Aa,
The overall circuit configuration of the magnetometer for driving Ab and Ac and amplifying the signal from the SQUID will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, this SQUID magnetometer 1
Numeral 02 denotes an SQUID array Aa and a negative feedback circuit Na, which are independent magnetometers, and an SQUID array Ac1 and a negative feedback circuit N, which are other independent magnetometers and are connected to one output terminal of the SQUID array Aa.
c1 and other independent magnetometers and SQ
SQUI connected to one output terminal of UID array Ac1
D array Ac2 and negative feedback circuit Nc2, SQUID array Ab and negative feedback circuit Nb which are other independent magnetometers and are connected to one output terminal of SQUID array Ac2, and SQUID arrays Aa, Ac1 and Ac
2 and Ab, which are individually connected to and can individually drive these bias current sources 13, 14, 15, 16;
Differential amplifiers 17 and 18 for amplifying the output from the output terminals of the QUID arrays Aa, Ac1, Ac2 and Ab, and each SQ
Variable current sources 21, 22, 23, and 24 for individually setting the operating points of the UID arrays Aa, Ac1, Ac2, and Ab, and magnetic flux injection for injecting a bias magnetic flux into each of the SQUID arrays Aa, Ac1, Ac2, and Ab. Coil array 25, 2
6, 27 and 28 are provided. The SQUID array Ac1 is composed of N dcSQUIDSc1 connected in series.
SScN, and the SQUID array Ac2 has N dcSQUIDSc, N + 1 Sc, 2N connected in series. Further, the negative feedback circuits 26 and 27 have N magnetic flux injection coils connected in series. In the above,
Variable current sources 21 to 24 and magnetic flux injection coil arrays 25 to 2
Reference numeral 8 denotes a bias magnetic flux injection source.

【0025】また、上記の差動増幅器18には、オフセ
ット調整用の電圧源19が接続している。このオフセッ
ト電圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイ
ルアレイ25〜28を構成する各磁束注入コイルの相互
インダクタンスはMb となっている。また、バイアス電
流源13の電流値はib1、バイアス電流源14の電流値
はib2、バイアス電流源15の電流値はib3、バイアス
電流源16の電流値はib4、可変電流源21〜24の電
流値はそれぞれimb3 〜imb6 となっている。
The differential amplifier 18 is connected to a voltage source 19 for offset adjustment. This offset voltage is set to Vb. The mutual inductance of each of the magnetic flux injection coils constituting the magnetic flux injection coil arrays 25 to 28 is Mb. The current value of the bias current source 13 is ib1, the current value of the bias current source 14 is ib2, the current value of the bias current source 15 is ib3, the current value of the bias current source 16 is ib4, and the current values of the variable current sources 21 to 24 are The values are respectively imb3 to imb6.

【0026】上記した第2実施例のSQUID磁束計1
02において、図4(A)に示すように感度面の方向を
それぞれ対向させベースライン間隔D3 をそれぞれ配し
て配置し、例えば基板Pa にはSQUIDアレイAa が
形成され、基板Pb にはSQUIDアレイAb が形成さ
れ、基板Pc にはSQUIDアレイAc が形成されるよ
うにする。この場合、SQUIDアレイAa ,Ab にお
けるSQUIDの個数はN個であり、SQUIDアレイ
Ac におけるSQUIDの個数は2N個であるから、基
板Pa の磁場感度:基板Pc の磁場感度:基板Pb の磁
場感度=1:2:1となる。このようにすると、各SQ
UIDアレイからはそれぞれの磁場感度方向に応じた電
圧が出力され、この出力を図6の可変電流源21〜24
により両者の位相を合わせておくと、各dc−SQUI
Dアレイの磁束電圧変換特性は、図9に示すように、動
作領域において特性曲線の傾きの符号が逆になり、端子
Ta 〜Tc 間においてはこれらが加算された電圧出力が
得られる。このとき、各dc−SQUIDアレイの出力
電圧は、特性曲線の傾きの絶対値が等しければ、それぞ
れ相殺されて零になる。すなわち、このSQUID磁束
計102は、全体としては「2次微分型グラジオメー
タ」として機能する。
The SQUID magnetometer 1 of the second embodiment described above
In FIG. 2A, as shown in FIG. 4A, the directions of the sensitivity planes are opposed to each other and arranged with a baseline interval D3. For example, an SQUID array Aa is formed on the substrate Pa, and an SQUID array is formed on the substrate Pb. Ab is formed, and a SQUID array Ac is formed on the substrate Pc. In this case, the number of SQUIDs in the SQUID arrays Aa and Ab is N and the number of SQUIDs in the SQUID array Ac is 2N. Therefore, the magnetic field sensitivity of the substrate Pa: the magnetic field sensitivity of the substrate Pc: the magnetic field sensitivity of the substrate Pb = 1: 2: 1. In this way, each SQ
Voltages corresponding to the respective magnetic field sensitivity directions are output from the UID array, and this output is output to the variable current sources 21 to 24 shown in FIG.
Dc-SQUI
As shown in FIG. 9, in the magnetic flux voltage conversion characteristics of the D array, the signs of the slopes of the characteristic curves are reversed in the operation region, and a voltage output is obtained between the terminals Ta to Tc. At this time, if the absolute values of the slopes of the characteristic curves are equal, the output voltages of the respective dc-SQUID arrays are canceled and become zero. That is, the SQUID magnetometer 102 functions as a “second-order differential gradiometer” as a whole.

【0027】図4(B)は、上記のような2次微分型グ
ラジオメータの他の構成例102aを示したものであ
り、感度面の方向が図の手前から奥に向かう方向である
基板Pa と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方
向である基板Pc と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D4 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図4(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。また、図4(A)又は図
4(B)では、各基板上のSQUIDアレイの個数比を
1:2:1にしているが、これはSQUIDの有効面積
の比を1:2:1にしてもかまわない。この考え方を発
展させれば、マグネトメータを複数個組み合わせグラジ
オメータとして動作させ、各マグネトメータの磁場感度
の方向と値が総和が零となるようにすれば、任意の次数
のグラジオメータを実現することができる。
FIG. 4B shows another configuration example 102a of the second-order differential gradiometer as described above, in which the direction of the sensitivity plane is from the front to the back of the figure. And a substrate Pc in which the direction of the sensitivity plane is from the back of the figure to the front, and a substrate Pb in which the direction of the sensitivity plane is from the front to the back of the figure, separated by an appropriate baseline interval D4. They are juxtaposed on the same plane. Even with such a configuration, the same operation as in the case of FIG. 4A can be performed. Further, in FIG. 4A or FIG. 4B, the ratio of the number of SQUID arrays on each substrate is 1: 2: 1. This means that the ratio of the effective area of the SQUID is 1: 2: 1. It doesn't matter. If this idea is developed, a gradiometer of any order can be realized by operating multiple magnetometers as a combination gradiometer and making the direction and value of the magnetic field sensitivity of each magnetometer total zero. be able to.

【0028】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。この第3実施例のSQUID磁束計103の回路全
体の構成は、上記した第2実施例の場合と同様である。
第3実施例が第2実施例と異なる点は基板の空間配置に
ある。本発明の第3実施例であるSQUID磁束計の基
板の空間配置構成を図7(A)に示す。図に示すよう
に、感度面の方向を矢印方向に向け、それぞれをベース
ライン間隔D5 を配して配置し、例えば基板Pa にはS
QUIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUI
DアレイAb が形成され、基板Pc1にはSQUIDアレ
イAc1が形成され、基板Pc2にはSQUIDアレイAc2
が形成されるようにする。この場合、SQUIDアレイ
Aa ,Ab ,Ac1,Ac2におけるSQUIDの個数はN
個であり、磁場感度は等しいものとする。したがって、
基板Pa の磁場感度:基板Pc1の磁場感度:基板Pc2の
磁場感度:基板Pb の磁場感度=1:1:1:1とな
る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the entire circuit of the SQUID magnetometer 103 of the third embodiment is the same as that of the above-described second embodiment.
The third embodiment differs from the second embodiment in the spatial arrangement of the substrates. FIG. 7A shows a spatial arrangement configuration of the substrate of the SQUID magnetometer according to the third embodiment of the present invention. As shown in the figure, the direction of the sensitivity surface is oriented in the direction of the arrow, and each is arranged at a baseline interval D5.
A QUID array Aa is formed, and a SQUID
A D array Ab is formed, a SQUID array Ac1 is formed on the substrate Pc1, and a SQUID array Ac2 is formed on the substrate Pc2.
Is formed. In this case, the number of SQUIDs in the SQUID array Aa, Ab, Ac1, Ac2 is N
And the magnetic field sensitivity is the same. Therefore,
The magnetic field sensitivity of the substrate Pa: the magnetic field sensitivity of the substrate Pc1: the magnetic field sensitivity of the substrate Pc2: the magnetic field sensitivity of the substrate Pb = 1: 1: 1: 1.

【0029】上記した各SQUIDアレイAa ,Ab ,
Ac1,Ac2を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成は、図6と同様であるが、
バイアス電流源13,14,15,16をそれぞれ独立
にON又はOFF可能となっている。ここで、すべての
バイアス電流源13〜16をONさせると、すべてのS
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac1,Ac2がONする。し
たがって、図7(A)において、すべての基板Pa ,P
b ,Pc1,Pc2がONする。これは、上記した図4
(A)の場合と実質的に同一な構成となる。したがっ
て、この場合は、2次微分型グラジオメータとして動作
する。また、バイアス電流源13と14のみをONさせ
バイアス電流源15と16をOFFすると、SQUID
アレイAa とAc1のみがONしSQUIDアレイAc1と
Ab はOFFする。したがって、図7(A)において、
基板Pa とPc1のみがONし、他の基板はOFFとな
る。これは、上記した図2(A)の場合と実質的に同一
な構成となる。したがって、この場合は、1次微分型グ
ラジオメータとして動作する。そして、バイアス電流源
のうちいずれか1つのみをONすると、対応する1つの
SQUIDアレイのみがONする。したがって、図7
(A)において、いずれか1つの基板のみがONするこ
とになる。この場合には、マグネトメータとして動作す
る。このように、図7(A)及び図6に示す構成を採用
すれば、マグネトメータ、1次、2次微分グラジオメー
タを1つの回路で同時に実現することができる。
Each of the SQUID arrays Aa, Ab,
The overall circuit configuration of the magnetometer for driving Ac1 and Ac2 and amplifying the signal from the SQUID is the same as in FIG.
The bias current sources 13, 14, 15, 16 can be turned on or off independently. Here, when all the bias current sources 13 to 16 are turned on, all the S
The QUID arrays Aa, Ab, Ac1, Ac2 are turned ON. Therefore, in FIG. 7A, all the substrates Pa, P
b, Pc1 and Pc2 are turned ON. This corresponds to FIG.
The configuration is substantially the same as that of the case (A). Therefore, in this case, it operates as a second-order differential gradiometer. When only the bias current sources 13 and 14 are turned on and the bias current sources 15 and 16 are turned off, the SQUID
Only the arrays Aa and Ac1 are turned on, and the SQUID arrays Ac1 and Ab are turned off. Therefore, in FIG.
Only the substrates Pa and Pc1 are turned on, and the other substrates are turned off. This is substantially the same configuration as the case of FIG. 2A described above. Therefore, in this case, it operates as a first-order differential gradiometer. When only one of the bias current sources is turned on, only one corresponding SQUID array is turned on. Therefore, FIG.
In (A), only one of the substrates is turned on. In this case, it operates as a magnetometer. As described above, if the configurations shown in FIGS. 7A and 6 are employed, the magnetometer, the primary and secondary differential gradiometers can be realized simultaneously by one circuit.

【0030】図7(B)は、上記のようなSQUID磁
束計の他の構成例103aを示したものであり、感度面
の方向が図の手前から奥に向かう方向である基板Pa
と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方向である
基板Pc1及びPc2と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D6 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図7(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。同様にして、基板間の距
離D、基板の個数、感度および感度面を増やせば、可変
微分長のグラジオメータを構成することができる。
FIG. 7B shows another configuration example 103a of the SQUID magnetometer as described above, in which the direction of the sensitivity surface is from the front to the back of the drawing.
The substrates Pc1 and Pc2 whose sensitivity planes are directed from the back to the front of the figure and the substrate Pb whose sensitivity planes are directed from the front to the back of the figure are separated by an appropriate baseline interval D6. Are arranged side by side on the same plane. Even with such a configuration, the same operation as that in the case of FIG. 7A can be performed. Similarly, by increasing the distance D between the substrates, the number of substrates, the sensitivity, and the sensitivity surface, a gradiometer having a variable differential length can be configured.

【0031】次に、本発明の第4実施例について説明す
る。この第4実施例のSQUID磁束計104の回路全
体の構成は、上記した第1実施例の場合と同様である。
第4実施例が第1実施例と異なる点は、感度面の方向を
一致させるが負帰還回路の結合係数を図10(A)にお
けるMn と(−Mn )のように互いに逆符号にした点に
ある。すなわち、図11に示すように、負帰還零の場合
には磁束電圧変換特性は図11(A)のようになるが、
負帰還磁束の符号を各SQUIDアレイAa とAb とで
反対になるようし、負帰還量を等しく取りかつ位相をバ
イアス磁束で合わせるようにすることにより、それぞれ
の特性を図11(B)、図11(C)のようにする。こ
のように構成することにより、図1に示す1次微分グラ
ジオメータと同様の動作を実現することができる。ま
た、上記各実施例と同様に、図10(C)に示すように
同一平面上に配置しても図10(B)と同様の動作を実
現することができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The configuration of the entire circuit of the SQUID magnetometer 104 of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
The fourth embodiment differs from the first embodiment in that the directions of the sensitivity planes are matched, but the coupling coefficients of the negative feedback circuit are reversed from each other as shown by Mn and (-Mn) in FIG. It is in. That is, as shown in FIG. 11, when the negative feedback is zero, the magnetic flux voltage conversion characteristic becomes as shown in FIG.
By setting the sign of the negative feedback magnetic flux to be opposite between the SQUID arrays Aa and Ab, taking the same amount of negative feedback and adjusting the phase by the bias magnetic flux, the respective characteristics are shown in FIGS. 11 (C). With this configuration, the same operation as that of the first-order differential gradiometer shown in FIG. 1 can be realized. Further, similarly to the above embodiments, the same operation as that of FIG. 10B can be realized even if they are arranged on the same plane as shown in FIG.

【0032】 なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same function and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、負帰還で線形化し、磁束電圧変換率の
大きさが等しく極性が逆のマグネトメータを組み合わせ
ることにより、容易にグラジオメータを構成することが
できる。SQUIDの動作周波数は極めて高いため、同
相雑音除去の周波数特性は、回路で差分構成を取る場合
に比べて優れている。一方、各マグネトメータは直列に
接続されているためバイアス電流でON、OFFを行う
ことにより同一構成でさまざまな微分特性を実現でき
る。また、ベクトルマグネトメータを1つの回路で受け
ることもでき回路の簡素化が可能になる
As described in the foregoing, according to this onset bright having the above structure, linearized with negative feedback, by the magnitude of the magnetic flux-voltage conversion rate equal polarities combine opposite the magnetometer, easily A gradiometer can be configured. Since the operating frequency of the SQUID is extremely high, the frequency characteristic of common-mode noise removal is superior to the case where a circuit has a differential configuration. On the other hand, since the respective magnetometers are connected in series, various differential characteristics can be realized with the same configuration by turning on and off with a bias current. Also, the vector magnetometer can be received by one circuit, and the circuit can be simplified .

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

【図1】本発明に係るSQUID磁束計の第1実施例の
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration near a SQUID loop of a first embodiment of a SQUID magnetometer according to the present invention.

【図2】図1に示すSQUID磁束計の基板の空間配置
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a spatial arrangement of substrates of the SQUID magnetometer shown in FIG.

【図3】本発明に係るSQUID磁束計の第2実施例の
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration near a SQUID loop of a second embodiment of the SQUID magnetometer according to the present invention.

【図4】図3に示すSQUID磁束計の基板の空間配置
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a spatial arrangement of substrates of the SQUID magnetometer shown in FIG. 3;

【図5】図1に示すSQUID磁束計の全体構成を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of the SQUID magnetometer shown in FIG. 1;

【図6】図3に示すSQUID磁束計の全体構成を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing an entire configuration of the SQUID magnetometer shown in FIG. 3;

【図7】本発明に係るSQUID磁束計の第3実施例の
基板の空間配置を示す図である。
FIG. 7 is a view showing a spatial arrangement of substrates in a third embodiment of the SQUID magnetometer according to the present invention.

【図8】図1に示すSQUIDの動作を説明する図
(1)である。
FIG. 8 is a diagram (1) for explaining the operation of the SQUID shown in FIG. 1;

【図9】図1に示すSQUIDの動作を説明する図
(2)である。
FIG. 9 is a diagram (2) illustrating an operation of the SQUID shown in FIG. 1;

【図10】本発明に係るSQUID磁束計の第4実施例
の構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a fourth embodiment of the SQUID magnetometer according to the present invention.

【図11】図10に示すSQUID磁束計の動作を説明
する図である。
11 is a diagram illustrating the operation of the SQUID magnetometer shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 バイアス電流源 4,5 差動増幅器 6 オフセット電圧源 7,8 可変電流源 9,10 磁束注入コイルアレイ 13〜16 バイアス電流源 17,18 差動増幅器 19 オフセット電圧源 21〜24 可変電流源 25〜28 磁束注入コイルアレイ Aa ,Ab ,Ac SQUIDアレイ D1 〜D6 ベースライン間隔 ib バイアス電流 imb バイアス磁束用電流 J ジョセフソン接合 La1〜LaN,Lb1〜LbN,Lc1〜LcN 負帰還コイル Mb ,Mn 結合係数 Rn 負帰還抵抗 Sa1〜SaN,Sb1〜SbN,Sc1〜ScN SQUID 101〜104 SQUID磁束計 Reference Signs List 3 bias current source 4,5 differential amplifier 6 offset voltage source 7,8 variable current source 9,10 magnetic flux injection coil array 13-16 bias current source 17,18 differential amplifier 19 offset voltage source 21-24 variable current source 25 -28 Magnetic flux injection coil array Aa, Ab, Ac SQUID array D1-D6 Baseline interval ib Bias current imb Current for bias magnetic flux J Josephson junction La1-LaN, Lb1-LbN, Lc1-LcN Negative feedback coil Mb, Mn Coupling coefficient Rn Negative feedback resistor Sa1-SaN, Sb1-SbN, Sc1-ScN SQUID 101-104 SQUID magnetometer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−264281(JP,A) 特開 平3−42587(JP,A) 特開 平5−232202(JP,A) 特開 平7−260911(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 33/035 ZAA G01R 33/02 H01L 39/22 ZAA ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-264281 (JP, A) JP-A-3-42587 (JP, A) JP-A-5-232202 (JP, A) JP-A-7- 260911 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01R 33/035 ZAA G01R 33/02 H01L 39/22 ZAA

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 1又はアレイ状のSQUIDを備えたn
個(n:n≧1なる自然数)の第1マグネトメータと、
前記第1マグネトメータとは磁場感度の方向が逆となる
ようにn個の第2マグネトメータを配置したことを特徴
とするSQUID磁束計。
1. n with one or an array of SQUIDs
(N: a natural number satisfying n ≧ 1) first magnetometers;
SQUID magnetometer wherein n second magnetometers are arranged so that the direction of the magnetic field sensitivity is opposite to that of the first magnetometer.
【請求項2】 請求項1記載のSQUID磁束計におい
て、 前記SQUIDの出力端子から前記SQUIDに直接に
負帰還を行う1又はアレイ状の負帰還コイルと、 前記負帰還の量を制御する負帰還抵抗と、を備え、 前記SQUIDと前記負帰還コイルとの結合容量をMn
とし、前記SQUIDが1個の場合の磁束電圧変換率を
dV/dφとし、前記負帰還抵抗値をRn としたとき、
下式 n×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 を満足するように構成されることを特徴とするSQUI
D磁束計。
2. The SQUID magnetometer according to claim 1, wherein one or an array of negative feedback coils for performing negative feedback directly from an output terminal of the SQUID to the SQUID, and a negative feedback for controlling an amount of the negative feedback. A coupling capacitance between the SQUID and the negative feedback coil is Mn.
When the magnetic flux voltage conversion rate when the SQUID is one is dV / dφ and the negative feedback resistance value is Rn,
SQUI is characterized in that it is configured to satisfy the following expression: nx (dV / dφ) × (Mn / Rn) ≧ 1.
D magnetometer.
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のSQUID
磁束計において、 前記SQUIDを駆動して感度調整を行うためのバイア
ス電流源と、前記SQUIDにバイアス磁束を注入して
位相調整を行うためのバイアス磁束注入源を有し、前記
SQUIDの位相又は感度を調整することを特徴とする
SQUID磁束計。
3. The SQUID according to claim 1 or claim 2.
In the magnetometer, a bias current source for driving the SQUID to perform sensitivity adjustment, and injecting a bias magnetic flux into the SQUID.
A SQUID magnetometer having a bias magnetic flux injection source for performing phase adjustment and adjusting the phase or sensitivity of the SQUID.
【請求項4】 請求項2又は請求項3記載のSQUID
磁束計において、 前記負帰還コイルにおける負帰還の符号を反転させるこ
とにより、前記第1マグネトメータと第2マグネトメー
タの磁場感度の方向を反転させることを特徴とするSQ
UID磁束計。
4. The SQUID according to claim 2 or claim 3.
In fluxmeter, more reversing the sign of the negative feedback in the negative feedback coil, said first magnetometer and a second Magunetome
Characterized by reversing the direction of magnetic field sensitivity of the data
UID magnetometer.
【請求項5】 請求項3又は請求項4記載のSQUID
磁束計において、 前記第1マグネトメータと第2マグネトメータの各バイ
アス電流源を独立にON又はOFF可能としたことを特
徴とするSQUID磁束計。
5. The SQUID according to claim 3 or claim 4.
A SQUID magnetometer wherein each of the bias current sources of the first magnetometer and the second magnetometer can be independently turned ON or OFF.
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