JP2929172B2 - マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計Info
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- JP2929172B2 JP2929172B2 JP5368496A JP5368496A JP2929172B2 JP 2929172 B2 JP2929172 B2 JP 2929172B2 JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP 2929172 B2 JP2929172 B2 JP 2929172B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジョセフソン効果
を利用したＳＱＵＩＤ磁束計に関するものであり、更に
詳しくは、複数個のＳＱＵＩＤから得られる電気信号を
簡略な電子回路で受けるための回路構成に関するもので
ある。
を利用したＳＱＵＩＤ磁束計に関するものであり、更に
詳しくは、複数個のＳＱＵＩＤから得られる電気信号を
簡略な電子回路で受けるための回路構成に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、公知の ＳＱＵＩＤ磁束計は、液
体ヘリウムを貯留しておくデュワー（またはクライオス
タット）と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプロ
ーブと、室温動作のアンプ及びコントローラとで構成さ
れ、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプローブと室温アンプ
を同軸ケーブルで接続している。
体ヘリウムを貯留しておくデュワー（またはクライオス
タット）と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプロ
ーブと、室温動作のアンプ及びコントローラとで構成さ
れ、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプローブと室温アンプ
を同軸ケーブルで接続している。
【０００３】通常、この室温アンプを介してＦＬＬ（磁
束ロックループ：Flux Lock Loop）と呼ばれる線形動作
のためのフィードバックを構成することによりゼロ位法
が成り立つように制御される。生体磁気計測など多数点
の磁気計測を同時に行なう場合、デュワー内には数十個
〜数百個のＳＱＵＩＤをアレイ状に配置して磁場の空間
分布をとる。
束ロックループ：Flux Lock Loop）と呼ばれる線形動作
のためのフィードバックを構成することによりゼロ位法
が成り立つように制御される。生体磁気計測など多数点
の磁気計測を同時に行なう場合、デュワー内には数十個
〜数百個のＳＱＵＩＤをアレイ状に配置して磁場の空間
分布をとる。
【０００４】この際、ＦＬＬを構成するために各ＳＱＵ
ＩＤに同数のＦＬＬ回路が接続される。これは、磁束ロ
ックが、入力磁束に対する出力電圧の線形性と同時にそ
の線形性が時間に対しても保証するのに必要なためであ
る。すなわち、センサと同数のＦＬＬ回路が無いと磁場
の空間分布の経時変化は計測できない。
ＩＤに同数のＦＬＬ回路が接続される。これは、磁束ロ
ックが、入力磁束に対する出力電圧の線形性と同時にそ
の線形性が時間に対しても保証するのに必要なためであ
る。すなわち、センサと同数のＦＬＬ回路が無いと磁場
の空間分布の経時変化は計測できない。
【０００５】このように、センサと電子回路が１：１に
対応していると、１チャンネルの磁束計についてバイア
ス電流供給線、信号電圧出力線、フィードバック信号線
の計６本がＳＱＵＩＤとＦＬＬ回路の間に必要である。
対応していると、１チャンネルの磁束計についてバイア
ス電流供給線、信号電圧出力線、フィードバック信号線
の計６本がＳＱＵＩＤとＦＬＬ回路の間に必要である。
【０００６】そして、線の本数が多いとデュワー内への
熱侵入が多くなるため、チャンネル数の多いＳＱＵＩＤ
磁束計では、ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が増加しラン
ニングコストが増えるという問題が生じていた。（２５
６チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計では６×２５６本の配線
が必要）
熱侵入が多くなるため、チャンネル数の多いＳＱＵＩＤ
磁束計では、ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が増加しラン
ニングコストが増えるという問題が生じていた。（２５
６チャンネルＳＱＵＩＤ磁束計では６×２５６本の配線
が必要）
【０００７】また、結線本数の増加により接続点数も増
えるため布線コストや信頼性の面でも好ましくはない。
更に、ＦＬＬ回路が増えると、重量増、消費電力の点で
も負担が増えるため、チャンネル数の多い磁束計では、
これらが大きな問題となっていた。
えるため布線コストや信頼性の面でも好ましくはない。
更に、ＦＬＬ回路が増えると、重量増、消費電力の点で
も負担が増えるため、チャンネル数の多い磁束計では、
これらが大きな問題となっていた。
【０００８】例えば、２５６チャンネルのＳＱＵＩＤ磁
束計ではＦＬＬ回路の消費電流は数アンペアにもなり、
微小な生体電流を起源とする生体磁気計測を行なうため
の磁気シールドルーム内にはＦＬＬ回路を設置できな
い。
束計ではＦＬＬ回路の消費電流は数アンペアにもなり、
微小な生体電流を起源とする生体磁気計測を行なうため
の磁気シールドルーム内にはＦＬＬ回路を設置できな
い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、数十μVとい
う微小なＳＱＵＩＤの出力電圧をＳ／Ｎ比よく磁気シー
ルドルーム外のＦＬＬ回路まで導出しなければならず、
配線系の電磁シールドに負担がかかると共に、ＲＦノイ
ズが混入しやすくなるという問題が新たに生じていた。
う微小なＳＱＵＩＤの出力電圧をＳ／Ｎ比よく磁気シー
ルドルーム外のＦＬＬ回路まで導出しなければならず、
配線系の電磁シールドに負担がかかると共に、ＲＦノイ
ズが混入しやすくなるという問題が新たに生じていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のｄｃ−
ＳＱＵＩＤ（以下ＳＱＵＩＤ）を磁場検出用のセンサと
するマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計において、これ
ら各センサＳＱＵＩＤのバイアス電流をオンオフするた
めの第一のスイッチ手段と、上記各センサＳＱＵＩＤの
電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗と、該
第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第一のコ
イルと、該第一のコイルと磁気的に結合したＳＱＵＩＤ
からなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器をオン
オフするための第二のスイッチ手段と、上記第一の加算
器の電圧出力をを電流として取り出す第二の結合用抵抗
と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合したＳＱ
ＵＩＤアレイからなる第二の加算器とから構成されたマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供するものであ
る。
技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のｄｃ−
ＳＱＵＩＤ（以下ＳＱＵＩＤ）を磁場検出用のセンサと
するマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計において、これ
ら各センサＳＱＵＩＤのバイアス電流をオンオフするた
めの第一のスイッチ手段と、上記各センサＳＱＵＩＤの
電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗と、該
第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第一のコ
イルと、該第一のコイルと磁気的に結合したＳＱＵＩＤ
からなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器をオン
オフするための第二のスイッチ手段と、上記第一の加算
器の電圧出力をを電流として取り出す第二の結合用抵抗
と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合したＳＱ
ＵＩＤアレイからなる第二の加算器とから構成されたマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供するものであ
る。
【００１１】本発明は、磁束電圧変換率dV/dΦのＳＱＵ
ＩＤか若しくはＳＱＵＩＤアレイに抵抗Rnと結合コイル
Mnから構成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧１となる
ような負帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−
Ｖ曲線の斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス
回路を設けたマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供
するものである。
ＩＤか若しくはＳＱＵＩＤアレイに抵抗Rnと結合コイル
Mnから構成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧１となる
ような負帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−
Ｖ曲線の斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス
回路を設けたマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供
するものである。
【００１２】本発明は、磁束バイアス及び電流バイアス
を上記第一及び第二のスイッチ手段に同期させて各ＳＱ
ＵＩＤに応じたバイアス点を設定するように構成したマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供するものであ
る。
を上記第一及び第二のスイッチ手段に同期させて各ＳＱ
ＵＩＤに応じたバイアス点を設定するように構成したマ
ルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束計を提供するものであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１は本発明の一実施形態を示す回路図
である。図において１は磁場を検知するためのセンサＳ
ＱＵＩＤであり、ピックアップコイルやシャント抵抗は
省略して記載してある。また、図２で説明する負帰還回
路も省略してあるが、負帰還回路は必ずしも付属してな
くてもよい。尚、センサＳＱＵＩＤ１は検知すべき信号
に対して、異なる場所に複数個設置されるものとする。
細に説明する。図１は本発明の一実施形態を示す回路図
である。図において１は磁場を検知するためのセンサＳ
ＱＵＩＤであり、ピックアップコイルやシャント抵抗は
省略して記載してある。また、図２で説明する負帰還回
路も省略してあるが、負帰還回路は必ずしも付属してな
くてもよい。尚、センサＳＱＵＩＤ１は検知すべき信号
に対して、異なる場所に複数個設置されるものとする。
【００１４】２は各センサＳＱＵＩＤ１にバイアス電流
を供給するための制限抵抗で、それぞれアナログマルチ
プレクサ４の各分配端子に接続される。マルチプレクサ
４の各スイッチは各ＳＱＵＩＤに順次バイアス電流を供
給するように排他的にオンオフ制御される。尚、マルチ
プレクサ４は他のアナログスイッチやメカニカルスイッ
チで代用されてもよい。
を供給するための制限抵抗で、それぞれアナログマルチ
プレクサ４の各分配端子に接続される。マルチプレクサ
４の各スイッチは各ＳＱＵＩＤに順次バイアス電流を供
給するように排他的にオンオフ制御される。尚、マルチ
プレクサ４は他のアナログスイッチやメカニカルスイッ
チで代用されてもよい。
【００１５】マルチプレクサ４によってスイッチがオン
されたセンサＳＱＵＩＤ１は、バイアス電流が供給され
るため電圧状態に転移する。従って、入力磁束に応じた
出力電圧を発生する。一方、オフ状態にあるセンサＳＱ
ＵＩＤ１は超伝導状態にあるため、電圧は発生しない。
このようにしてセンサＳＱＵＩＤ１で発生した電圧は結
合用抵抗３で制限された値だけ次段のＳＱＵＩＤ５にイ
ンプットコイル６を通じて伝達される。
されたセンサＳＱＵＩＤ１は、バイアス電流が供給され
るため電圧状態に転移する。従って、入力磁束に応じた
出力電圧を発生する。一方、オフ状態にあるセンサＳＱ
ＵＩＤ１は超伝導状態にあるため、電圧は発生しない。
このようにしてセンサＳＱＵＩＤ１で発生した電圧は結
合用抵抗３で制限された値だけ次段のＳＱＵＩＤ５にイ
ンプットコイル６を通じて伝達される。
【００１６】このとき、各結合用抵抗３はインプットコ
イル６に電流を供給するための配線抵抗よりも通常十分
大きく、電流加算は成り立つため、センサＳＱＵＩＤ１
で発生した電圧の変動は全てインプットコイル６に電流
として流れ込む。従って、磁場の強さに応じてＳＱＵＩ
Ｄ５の両端に電圧が発生する。すなわち、バイアス電流
のオン状態にあるセンサセンサＳＱＵＩＤ１のみが選択
的に信号を次段のＳＱＵＩＤ５に出力を伝達することが
できる。
イル６に電流を供給するための配線抵抗よりも通常十分
大きく、電流加算は成り立つため、センサＳＱＵＩＤ１
で発生した電圧の変動は全てインプットコイル６に電流
として流れ込む。従って、磁場の強さに応じてＳＱＵＩ
Ｄ５の両端に電圧が発生する。すなわち、バイアス電流
のオン状態にあるセンサセンサＳＱＵＩＤ１のみが選択
的に信号を次段のＳＱＵＩＤ５に出力を伝達することが
できる。
【００１７】ここで、（図示していない）ピックアップ
コイルを含んだセンサＳＱＵＩＤ１の磁場感度（ピック
アップコイルで磁場に比例した遮蔽電流をＳＱＵＩＤリ
ング内の磁束として転送したときの磁場−磁束変換係
数）をη、センサＳＱＵＩＤ１、及びＳＱＵＩＤ５の磁
束電圧変換率を各々dV/dΦ1、dV/dΦ2、結合用抵抗３の
抵抗値をＲ1 、インプットコイル６とＳＱＵＩＤ５のカ
ップリングをＭ1 とすると、入力磁場変動ΔＢに対する
ＳＱＵＩＤ５の出力電圧変動ΔＶo1は下記に示す数式１
で与えられる。
コイルを含んだセンサＳＱＵＩＤ１の磁場感度（ピック
アップコイルで磁場に比例した遮蔽電流をＳＱＵＩＤリ
ング内の磁束として転送したときの磁場−磁束変換係
数）をη、センサＳＱＵＩＤ１、及びＳＱＵＩＤ５の磁
束電圧変換率を各々dV/dΦ1、dV/dΦ2、結合用抵抗３の
抵抗値をＲ1 、インプットコイル６とＳＱＵＩＤ５のカ
ップリングをＭ1 とすると、入力磁場変動ΔＢに対する
ＳＱＵＩＤ５の出力電圧変動ΔＶo1は下記に示す数式１
で与えられる。
【００１８】
【数１】
【００１９】また、７はＳＱＵＩＤ５にバイアス電流を
供給するための電流制限抵抗であり、別のマルチプレク
サ９の端子の一つに接続される。このＳＱＵＩＤ５もマ
ルチプレクサ９がオンのときのみ電圧状態に転移するこ
とで選択され、結合用抵抗８で３段目のＳＱＵＩＤか若
しくはＳＱＵＩＤアレイ２０にインプットコイル１９で
磁気的に結合される。
供給するための電流制限抵抗であり、別のマルチプレク
サ９の端子の一つに接続される。このＳＱＵＩＤ５もマ
ルチプレクサ９がオンのときのみ電圧状態に転移するこ
とで選択され、結合用抵抗８で３段目のＳＱＵＩＤか若
しくはＳＱＵＩＤアレイ２０にインプットコイル１９で
磁気的に結合される。
【００２０】この際、結合用抵抗８の抵抗値をＲ2 、イ
ンプットコイル１９とＳＱＵＩＤか若しくはＳＱＵＩＤ
アレイ２０のカップリングをＭ2 とし、ＳＱＵＩＤアレ
イ２０の磁束電圧変換率dV/dΦ3とすると、出力電圧変
動ΔＶo２は下記に示す数式２で与えられる。
ンプットコイル１９とＳＱＵＩＤか若しくはＳＱＵＩＤ
アレイ２０のカップリングをＭ2 とし、ＳＱＵＩＤアレ
イ２０の磁束電圧変換率dV/dΦ3とすると、出力電圧変
動ΔＶo２は下記に示す数式２で与えられる。
【００２１】
【数２】
【００２２】また、１０、１１及び１３、１２はそれぞ
れセンサＳＱＵＩＤ１、ＳＱＵＩＤ５の動作点を設定す
るためのバイアス磁束を与える磁束入力コイル及び電流
制限抵抗であり、電圧設定用電源１４、１５と共にそれ
ぞれのＳＱＵＩＤのΦ−Ｖ曲線の斜面の中点付近に動作
点がくるように調整される。
れセンサＳＱＵＩＤ１、ＳＱＵＩＤ５の動作点を設定す
るためのバイアス磁束を与える磁束入力コイル及び電流
制限抵抗であり、電圧設定用電源１４、１５と共にそれ
ぞれのＳＱＵＩＤのΦ−Ｖ曲線の斜面の中点付近に動作
点がくるように調整される。
【００２３】同様に、ＳＱＵＩＤアレイ２０の動作点を
設定するためにバイアス磁束設定用回路である磁束入力
コイル２１、電圧設定用電源２２及び電流制限抵抗２３
を設ける。
設定するためにバイアス磁束設定用回路である磁束入力
コイル２１、電圧設定用電源２２及び電流制限抵抗２３
を設ける。
【００２４】以上の構成で１７で示すブロックが複数あ
るものとするとき、各ブロックのセンサセンサＳＱＵＩ
Ｄ１と加算用のＳＱＵＩＤ５は２つのマルチプレクサ
４、９で１つのセンサＳＱＵＩＤ１を選択することがで
きる。例えばマルチプレクサ４のスイッチ４ａがオン
で、しかもマルチプレクサ９のスイッチ９ａがオンであ
れば図示１のセンサＳＱＵＩＤ１が選択される。
るものとするとき、各ブロックのセンサセンサＳＱＵＩ
Ｄ１と加算用のＳＱＵＩＤ５は２つのマルチプレクサ
４、９で１つのセンサＳＱＵＩＤ１を選択することがで
きる。例えばマルチプレクサ４のスイッチ４ａがオン
で、しかもマルチプレクサ９のスイッチ９ａがオンであ
れば図示１のセンサＳＱＵＩＤ１が選択される。
【００２５】このようにして、マルチプレクサの接点数
ｍ×ｎだけの数のセンサＳＱＵＩＤ１が選択される。２
４はＳＱＵＩＤアレイ２０のバイアス電流を設定するた
めの抵抗で、バイアス設定電源１６と併せて臨界電流値
付近に設定される。同様に、各ＳＱＵＩＤアレイ２０に
も同一のバイアス設定電源１６でバイアス電流を設定す
るように接続されているが、これらは別々の電源で設定
されてもよい。
ｍ×ｎだけの数のセンサＳＱＵＩＤ１が選択される。２
４はＳＱＵＩＤアレイ２０のバイアス電流を設定するた
めの抵抗で、バイアス設定電源１６と併せて臨界電流値
付近に設定される。同様に、各ＳＱＵＩＤアレイ２０に
も同一のバイアス設定電源１６でバイアス電流を設定す
るように接続されているが、これらは別々の電源で設定
されてもよい。
【００２６】ＳＱＵＩＤアレイ２０の出力は、室温動作
の電圧増幅器２５、２６で増幅され、最適なバイアス電
圧をバイアス設定電源２９で印加した上で、サンプルホ
ールド回路２７で各スイッチと同期的に信号を保持す
る。
の電圧増幅器２５、２６で増幅され、最適なバイアス電
圧をバイアス設定電源２９で印加した上で、サンプルホ
ールド回路２７で各スイッチと同期的に信号を保持す
る。
【００２７】尚、２８はマルチプレクサ４、９とサンプ
ルホールド回路２７を同期的に動作させるためのシーケ
ンス制御回路である。該シーケンス制御回路２８の制御
シーケンスは、センサＳＱＵＩＤ１、ＳＱＵＩＤ５の選
択と選択されたＳＱＵＩＤの出力のホールドのみである
ため省略する。また、ホールドした出力電圧は図では示
していないAD変換器などの読み取り回路に出力される。
ルホールド回路２７を同期的に動作させるためのシーケ
ンス制御回路である。該シーケンス制御回路２８の制御
シーケンスは、センサＳＱＵＩＤ１、ＳＱＵＩＤ５の選
択と選択されたＳＱＵＩＤの出力のホールドのみである
ため省略する。また、ホールドした出力電圧は図では示
していないAD変換器などの読み取り回路に出力される。
【００２８】一方、ＳＱＵＩＤの動作点等やバイアス電
流値は各ＳＱＵＩＤ毎で異なることがあるため、この際
はバイアス設定電源１４、１５、１６、２２、２９等は
DA変換器などで置き換えて、スイッチシーケンスに伴っ
て出力電圧値を各ＳＱＵＩＤに最適な値とすればよい。
流値は各ＳＱＵＩＤ毎で異なることがあるため、この際
はバイアス設定電源１４、１５、１６、２２、２９等は
DA変換器などで置き換えて、スイッチシーケンスに伴っ
て出力電圧値を各ＳＱＵＩＤに最適な値とすればよい。
【００２９】更に、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられる。例えば、
図１において結合用抵抗３の電流性雑音をInとすると、
ｍ個のセンサＳＱＵＩＤ１が結合される場合In×√ｍの
雑音電流が次段のＳＱＵＩＤ５に転送される。
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられる。例えば、
図１において結合用抵抗３の電流性雑音をInとすると、
ｍ個のセンサＳＱＵＩＤ１が結合される場合In×√ｍの
雑音電流が次段のＳＱＵＩＤ５に転送される。
【００３０】従って、２段のみの構成であるとチャンネ
ル数が多い場合Ｓ／Ｎ比が低下する。しかし、この実施
形態のように、３段構成であると、ｍやｎの値はチャン
ネル数が多くても小さく保つことができ、Ｓ／Ｎ比の点
でも有利である。
ル数が多い場合Ｓ／Ｎ比が低下する。しかし、この実施
形態のように、３段構成であると、ｍやｎの値はチャン
ネル数が多くても小さく保つことができ、Ｓ／Ｎ比の点
でも有利である。
【００３１】図２、図３及び図４は以上の構成を更に詳
細に説明するものである。ＳＱＵＩＤの出力は図４の細
線で示すように、入力磁束に対して出力電圧は正弦波状
に変化する。従って、通常はＦＬＬ回路とよばれる磁束
ロック回路を用いて、入力磁束の変化に対して出力電圧
が直線的になるようにぜロ位法が成り立つようなフィー
ドバック補正がなされる。
細に説明するものである。ＳＱＵＩＤの出力は図４の細
線で示すように、入力磁束に対して出力電圧は正弦波状
に変化する。従って、通常はＦＬＬ回路とよばれる磁束
ロック回路を用いて、入力磁束の変化に対して出力電圧
が直線的になるようにぜロ位法が成り立つようなフィー
ドバック補正がなされる。
【００３２】しかしながら、このような補正は従来技術
で述べたようにロック飛という問題点がある。そこで、
図２に示すような負帰還抵抗３０とコイル３１とから構
成される負帰還回路を設けることで出力電圧の線形化を
図る。この際、抵抗３０の抵抗値をRn、コイル３１とＳ
ＱＵＩＤ３２の相互結合インダクタンスをMn、ＳＱＵＩ
Ｄ３２の磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは下
記に示す数式３で与えられる。
で述べたようにロック飛という問題点がある。そこで、
図２に示すような負帰還抵抗３０とコイル３１とから構
成される負帰還回路を設けることで出力電圧の線形化を
図る。この際、抵抗３０の抵抗値をRn、コイル３１とＳ
ＱＵＩＤ３２の相互結合インダクタンスをMn、ＳＱＵＩ
Ｄ３２の磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは下
記に示す数式３で与えられる。
【００３３】
【数３】
【００３４】ここで、β≧０とすると、図４で示す太線
のように（βが大きくなるに従って）Φ−Ｖ曲線は斜面
の傾きが緩やかになるように変形する。このときの帰還
後の磁束電圧変換率は下記に示す数式４で与えられる。
のように（βが大きくなるに従って）Φ−Ｖ曲線は斜面
の傾きが緩やかになるように変形する。このときの帰還
後の磁束電圧変換率は下記に示す数式４で与えられる。
【００３５】
【数４】
【００３６】そして、βが１から３の範囲においては、
正弦波状のΦ−Ｖ曲線は鋸波状となり、図４に示す太線
の斜面は線形性が増加する。また、帰還のないとき線形
範囲はΦ1がΦo/２以下であるのに対し、Φ2で示す範囲
のように線形部がβの値に応じて（βが２付近で）Φo
付近まで拡大される。このとき、（図４に示す）線形部
の中央に磁束バイアスを加えることで、外部から加わる
磁場はこの点を中心に変動することになる。
正弦波状のΦ−Ｖ曲線は鋸波状となり、図４に示す太線
の斜面は線形性が増加する。また、帰還のないとき線形
範囲はΦ1がΦo/２以下であるのに対し、Φ2で示す範囲
のように線形部がβの値に応じて（βが２付近で）Φo
付近まで拡大される。このとき、（図４に示す）線形部
の中央に磁束バイアスを加えることで、外部から加わる
磁場はこの点を中心に変動することになる。
【００３７】通常、計測する磁場の大きさは生体磁気計
測の場合数１０pT程度であるが、磁場感度ηはピックア
ップコイルからＳＱＵＩＤまでの伝達効率を含めて数nT
/Φo程度であるため、信号のダイナミックレンジはΦo/
10以下である。一方、直流的な磁場変動は地磁気の日変
化で５０nT/Φo程度であり、磁気シールドルーム内の環
境下では１/１００程度であるためバイアス点の変動は
Φoに比較して小さい。
測の場合数１０pT程度であるが、磁場感度ηはピックア
ップコイルからＳＱＵＩＤまでの伝達効率を含めて数nT
/Φo程度であるため、信号のダイナミックレンジはΦo/
10以下である。一方、直流的な磁場変動は地磁気の日変
化で５０nT/Φo程度であり、磁気シールドルーム内の環
境下では１/１００程度であるためバイアス点の変動は
Φoに比較して小さい。
【００３８】従って、線形性さえ得られれば開ループで
も計測に支障は生じないことがわかる。このような負帰
還による線形化を図１のセンサＳＱＵＩＤ１及びＳＱＵ
ＩＤ５に対して施すことで線形性を保ったまま磁場−電
圧変換と電圧転送ができる。
も計測に支障は生じないことがわかる。このような負帰
還による線形化を図１のセンサＳＱＵＩＤ１及びＳＱＵ
ＩＤ５に対して施すことで線形性を保ったまま磁場−電
圧変換と電圧転送ができる。
【００３９】図３はＳＱＵＩＤアレイにおいても同様な
負帰還を設けることで出力電圧の線形化を図るものであ
る。すなわち、負帰還抵抗３３とコイル３４とから構成
される負帰還回路を設けるものである。この際、抵抗３
３の抵抗値をRn、コイル３４とＳＱＵＩＤアレイ３５の
相互結合インダクタンスをMn、ＳＱＵＩＤアレイ３５の
磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは上記した数
式３で与えられる。
負帰還を設けることで出力電圧の線形化を図るものであ
る。すなわち、負帰還抵抗３３とコイル３４とから構成
される負帰還回路を設けるものである。この際、抵抗３
３の抵抗値をRn、コイル３４とＳＱＵＩＤアレイ３５の
相互結合インダクタンスをMn、ＳＱＵＩＤアレイ３５の
磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは上記した数
式３で与えられる。
【００４０】以上のように、本発明の実施形態を説明し
てきたが、本発明はここで示した実施形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載された構成を変更
しない限り、適宜に実施できる。例えば、本発明の実施
の形態においては、電流バイアスを上記第一及び第二の
スイッチ手段に同期して各ＳＱＵＩＤに応じたバイアス
点を設定するように構成したが、磁束バイアスを同様に
上記第一及び第二のスイッチ手段に同期して各ＳＱＵＩ
Ｄに応じたバイアス点を設定するように構成しても良
い。
てきたが、本発明はここで示した実施形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載された構成を変更
しない限り、適宜に実施できる。例えば、本発明の実施
の形態においては、電流バイアスを上記第一及び第二の
スイッチ手段に同期して各ＳＱＵＩＤに応じたバイアス
点を設定するように構成したが、磁束バイアスを同様に
上記第一及び第二のスイッチ手段に同期して各ＳＱＵＩ
Ｄに応じたバイアス点を設定するように構成しても良
い。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のマルチチ
ャンネルＳＱＵＩＤ磁束計は、センサＳＱＵＩＤをマル
チプレクサで選択して別のＳＱＵＩＤで一旦、加算的に
受け、この加算用ＳＱＵＩＤを他のマルチプレクサで選
択し、更に、後段のＳＱＵＩＤアレイで加算的に増幅
し、室温増幅器で時分割的に電圧出力を増幅するもので
あるから、複数個のセンサを単一の増幅器で高Ｓ／Ｎ比
にて増幅することができるので、配線本数はセンサの数
だけＦＬＬ回路を設ける場合よりも極めて少なくするこ
とが可能である。
ャンネルＳＱＵＩＤ磁束計は、センサＳＱＵＩＤをマル
チプレクサで選択して別のＳＱＵＩＤで一旦、加算的に
受け、この加算用ＳＱＵＩＤを他のマルチプレクサで選
択し、更に、後段のＳＱＵＩＤアレイで加算的に増幅
し、室温増幅器で時分割的に電圧出力を増幅するもので
あるから、複数個のセンサを単一の増幅器で高Ｓ／Ｎ比
にて増幅することができるので、配線本数はセンサの数
だけＦＬＬ回路を設ける場合よりも極めて少なくするこ
とが可能である。
【００４２】また、マルチプレクサをＳＱＵＩＤと同様
にクライオスタット内に設置すればさらに配線本数は減
少する。よって、クライオスットの熱侵入は減少するた
めヘリウムのランニングコストが減少し、更に、回路規
模が少なくてすむ。
にクライオスタット内に設置すればさらに配線本数は減
少する。よって、クライオスットの熱侵入は減少するた
めヘリウムのランニングコストが減少し、更に、回路規
模が少なくてすむ。
【００４３】一方、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられ、チャンネル
数が多くても小さく保つことができ、Ｓ／Ｎ比の点でも
有利である。
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられ、チャンネル
数が多くても小さく保つことができ、Ｓ／Ｎ比の点でも
有利である。
【００４４】更に、開ループで計測するため、過大入力
や電源雑音などで計測が一時的に阻害されても、継続し
て計測を続けることが出きる等、多大な効果を奏する。
や電源雑音などで計測が一時的に阻害されても、継続し
て計測を続けることが出きる等、多大な効果を奏する。
【図１】本発明の一実施形態におけるマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計の要部回路図である。
ＳＱＵＩＤ磁束計の要部回路図である。
【図２】ＳＱＵＩＤの負帰還回路の構成を示す回路図で
ある。
ある。
【図３】ＳＱＵＩＤアレイの負帰還回路の構成を示す回
路図である。
路図である。
【図４】ＳＱＵＩＤの入出力特性を示す特性図である。
１ センサＳＱＵＩＤ ２、７、１２、１３、２３、２４ 電流制限抵抗 ３、８ 結合用抵抗 ４、９ マルチプレクサ ５ 次段ＳＱＵＩＤ ６、１９、３１、３３ インプットコイル １０、１１、２１ 磁束入力コイル １４、１５、２２ 電圧設定用電源 １６ バイアス電流供給
用電圧源 １７、１８ ブロック ２０、３５ ＳＱＵＩＤアレイ ２５、２６ 電圧増幅器 ２７ サンプルホールド
回路 ２８ タイミング制御回
路 ２９ バイアス用電源 ３０、３３ 負帰還抵抗
用電圧源 １７、１８ ブロック ２０、３５ ＳＱＵＩＤアレイ ２５、２６ 電圧増幅器 ２７ サンプルホールド
回路 ２８ タイミング制御回
路 ２９ バイアス用電源 ３０、３３ 負帰還抵抗
Claims (2)
- 【請求項１】 複数個のｄｃ−ＳＱＵＩＤ（以下ＳＱＵ
ＩＤと記す）を磁場検出用のセンサとするマルチチャン
ネルＳＱＵＩＤ磁束計において、 これら各センサＳＱＵＩＤのバイアス電流をオンオフす
るための第一のスイッチ手段と、上記各センサＳＱＵＩ
Ｄの電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗
と、該第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
一のコイルと、該第一のコイルと磁気的に結合したＳＱ
ＵＩＤからなる複数の第一の加算器と、該第一の加算器
をオンオフするための第二のスイッチ手段と、上記第一
の加算器の電圧出力を電流として取り出す第二の結合用
抵抗と、該第二の結合用抵抗と電気的に直列に接続され
た第二のコイルと、該第二のコイルに磁気的に結合した
ＳＱＵＩＤアレイからなる第二の加算器とから構成され
たことを特徴とするマルチチャンネルＳＱＵＩＤ磁束
計。 - 【請求項２】 磁束電圧変換率dV/dΦの上記第一の加算
器におけるＳＱＵＩＤか若しくは上記第二の加算器にお
けるＳＱＵＩＤアレイに抵抗Rnと結合コイルMnから構成
され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧１となるような負帰
還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−Ｖ曲線の斜
面の略中点に位置させるための磁束バイアス回路を設け
たことを特徴とする請求項１に記載のマルチチャンネル
ＳＱＵＩＤ磁束計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5368496A JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5368496A JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09222469A JPH09222469A (ja) | 1997-08-26 |
| JP2929172B2 true JP2929172B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=12949655
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5368496A Expired - Lifetime JP2929172B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | マルチチャンネルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2929172B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5089048B2 (ja) * | 2006-01-17 | 2012-12-05 | セイコーインスツル株式会社 | 多重信号読み出し回路 |
| JP2021085675A (ja) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | 株式会社リコー | 磁場計測装置 |
-
1996
- 1996-02-19 JP JP5368496A patent/JP2929172B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09222469A (ja) | 1997-08-26 |
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