JP3156396B2 - Differential SQUID magnetometer and biomagnetic field measurement device using the same - Google Patents

Differential SQUID magnetometer and biomagnetic field measurement device using the same

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JP3156396B2
JP3156396B2 JP29243492A JP29243492A JP3156396B2 JP 3156396 B2 JP3156396 B2 JP 3156396B2 JP 29243492 A JP29243492 A JP 29243492A JP 29243492 A JP29243492 A JP 29243492A JP 3156396 B2 JP3156396 B2 JP 3156396B2
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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を用いたい
わゆるSQUID磁束計に関する。特に薄膜型SQUI
D磁束計(以下、単に「SQUID磁束計」ともい
う)、およびこれを用いた生体磁気計測を多チャンネル
で行う生体磁気計測装置に好適な、差動型SQUID磁
束計及びこれを用いたSQUID磁束計システムに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called SQUID magnetometer using a SQUID. Especially thin film type SQUI
D-type magnetometer (hereinafter, also simply referred to as "SQUID magnetometer") and a differential SQUID magnetometer suitable for a biomagnetometer for performing biomagnetic measurement using multiple channels using the same, and a SQUID magnetic flux using the same Meter system.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のSQUID磁束計の例として、検
出コイルが差動構成をなさない、いわゆるマグネトメー
タの例を図4に示す。検出コイル30が検出した磁束
は、入力コイル11を通じてSQUID20に伝達す
る。SQUIDは図4中に略図を示したごとく、2個所
の弱結合部分(図中×印)を持つ超伝導リングである。
SQUIDは公知のFLLといわれる帰還回路を用いて
駆動することにより、この磁束を電圧の形で出力する。
ここで変調コイル12を介して変調磁束がSQUIDに
入力している。また帰還磁束は帰還コイル13を介して
検出コイルに入力している。マグネトメータでは、検出
コイルは信号磁束とともに雑音磁束も検出する。雑音磁
束は一般に脳磁場に比べ5桁以上大きいため、マグネト
メータを用いて脳磁場を測定する場合、外部磁場に対す
る遮蔽率が4〜5桁である磁気シールドルームが必要と
なる。マグネトメータ用のSQUIDの例としてバイオ
マグネティズム’87、(1988)、第446〜第4
49頁(Biomagnetism'87(1988),pp.446-449)があげら
れる。遮蔽率が2〜3桁程度の簡易なシールドルーム中
で脳磁場を計測する場合は、検出コイルが差動型である
グラジオメータを用いるのが一般的である(図8に従来
型のグラジオメータの模式図を示す)。グラジオメータ
は上下のコイルの面積が等しく、並行であるほど性能が
よい。高性能のグラジオメータを実現するためにコイル
をNb−Ti線のような線材ではなく、薄膜で製作する
例として、特開昭61−122585号公報があげられ
る。バイオマグネティズム’89、(1989)、第6
69〜第672頁(Biomagnetism'89(1989),pp.669-67
2)に記載のように、脳磁計測装置のセンサーは、このよ
うなグラジオメータを30〜40個並列に配置した構造
である。
2. Description of the Related Art As an example of a conventional SQUID magnetometer, an example of a so-called magnetometer in which a detection coil does not have a differential configuration is shown in FIG. The magnetic flux detected by the detection coil 30 is transmitted to the SQUID 20 through the input coil 11. The SQUID is a superconducting ring having two weakly-coupling portions (indicated by x in the figure) as schematically shown in FIG.
The SQUID outputs this magnetic flux in the form of a voltage by driving using a known feedback circuit called FLL.
Here, the modulation magnetic flux is input to the SQUID via the modulation coil 12. The feedback magnetic flux is input to the detection coil via the feedback coil 13. In a magnetometer, the detection coil detects noise flux as well as signal flux. Since the noise magnetic flux is generally five orders of magnitude greater than the brain magnetic field, when measuring the brain magnetic field using a magnetometer, a magnetically shielded room having a shielding rate of 4 to 5 digits against an external magnetic field is required. Examples of SQUIDs for magnetometers include Biomagnetism '87, (1988), 446th to 4th.
49 (Biomagnetism '87 (1988), pp. 446-449). When a brain magnetic field is measured in a simple shielded room having a shielding rate of about two to three digits, a gradiometer having a differential detection coil is generally used (see FIG. 8 for a conventional gradiometer). Is shown.) Gradiometers have better performance as the upper and lower coils have equal areas and are parallel. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-122585 discloses an example in which a coil is made of a thin film instead of a wire such as an Nb-Ti wire in order to realize a high-performance gradiometer. Biomagnetism '89, (1989), 6th
69-672 (Biomagnetism '89 (1989), pp. 669-67)
As described in 2), the sensor of the magnetoencephalograph has a structure in which 30 to 40 such gradiometers are arranged in parallel.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記グラジオメータの
公知例に示すごとく、広い面積を要するコイル部分と高
い加工精度を要するSQUIDは各々別の基板上に形成
するのが現実的である。この場合、コイルとSQUID
間をつなぐ超伝導接合部が必要である。超伝導接合部は
室温−ヘリウム温度間の熱サイクルや経時変化に対して
十分高い信頼性が要求される。また、この接合部にイン
ダクタンスが寄生するのを防ぐことはできず、外部の電
磁気雑音が侵入する可能性もある。本発明の目的は簡易
な磁気シールドルーム中で動作し、かつ超伝導接合部を
必要としない薄膜型SQUID磁束計、およびこれを複
数個用いてなるSQUID磁束計システムを実現するこ
とにある。
As shown in the above-mentioned known example of the gradiometer, it is practical that the coil portion requiring a large area and the SQUID requiring high processing accuracy are formed on separate substrates. In this case, the coil and SQUID
Superconducting joints between them are needed. Superconducting joints are required to have sufficiently high reliability against thermal cycling between room temperature and helium temperature and aging. In addition, it is not possible to prevent the inductance from being parasitic at this junction, and there is a possibility that external electromagnetic noise may enter. An object of the present invention is to realize a thin-film SQUID magnetometer that operates in a simple magnetically shielded room and does not require a superconducting junction, and a SQUID magnetometer system using a plurality of such SQUID magnetometers.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】検出コイル、入力コイ
ル、帰還コイル、変調コイル、ならびにSQUIDを有
し、フラックス・ロックド・ループ(以下FLL)で動
作するSQUIDを用いた磁束計を少なくとも2個有
し、少なくとも一の磁束計の発生する信号を、少なくと
も一の他の磁束計に磁気的に印加する。差動型SQUI
D磁束計において、少なくとも一の磁束計の発生する信
号を少なくとも一の他の磁束計に磁気的に印加するため
の信号線を磁束計の動作温度において常伝導とし、少な
くとも一の磁束計の発生する信号を、少なくとも一の他
の磁束計の検出コイルに印加し、少なくとも一の磁束計
の発生する信号を、その磁束計の帰還磁束とし、少なく
とも一の磁束計の帰還磁束を、その磁束計の検出コイル
に印加する。また、差動型SQUID磁束計において、
検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイル、な
らびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加するための
コイルが、各々の磁束計ごとに1枚の基板上に形成され
る。他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度が、他の磁束計から信号を与えられる磁束計であるセ
ンシング用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度より高くする。さらに、キャンセレーション用磁束計
の一つに、センシング用磁束計が一つ接続してなる1組
の差動型SQUID磁束計を複数組用いてSQUID磁
束計システムを構成する。また、キャンセレーション用
磁束計の一つに、センシング用磁束計が複数個接続さ
れ、どのキャンセレーション用磁束計が動作するかを選
択可能とする差動型SQUID磁束計を構成し、このよ
うな差動型SQUID磁束計を複数組用いてSQUID
磁束計システムを構成する。これらSQUID磁束計シ
ステムにおいて、センシング用磁束計が、キャンセレー
ション用磁束計よりも多くし、少なくとも相隣接する差
動型SQUID磁束計の間で変調周波数が異なるように
する。以上簡単に要約すると、センシング用、キャンセ
レーション用の1組のSQUIDマグネトメータを用
い、キャンセレーション用マグネトメータの帰還磁束を
キャンセレーション用マグネトメータの検出コイルだけ
でなく、センシング用マグネトメータの検出コイルにも
磁気結合させる。また、検出磁束あたりの出力電圧とし
て定義されるマグネトメータの感度が、センシング用マ
グネトメータのほうがキャンセレーション用マグネトメ
ータよりも高くなるよう設定する。さらに、これを複数
個用いて磁束計システムとする場合は、すくなくとも相
隣接する磁束計では変調周波数を異なるように設定す
る。検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイ
ル、ならびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加する
ためのコイルが、各々の磁束計ごとに1枚の基板上に形
成される。
SUMMARY OF THE INVENTION At least two magnetometers using a SQUID that has a detection coil, an input coil, a feedback coil, a modulation coil, and a SQUID and operates in a flux locked loop (FLL) are provided. Then, the signal generated by at least one magnetometer is magnetically applied to at least one other magnetometer. Differential SQUI
In the D magnetometer, a signal line for magnetically applying a signal generated by at least one magnetometer to at least one other magnetometer is set to a normal conduction at an operating temperature of the magnetometer, and the generation of the at least one magnetometer is performed. To the detection coil of at least one other magnetometer, the signal generated by the at least one magnetometer is used as the return magnetic flux of the magnetometer, and the return magnetic flux of the at least one magnetometer is used as the magnetometer. To the detection coil. In the differential SQUID magnetometer,
A detection coil, an input coil, a feedback coil, a modulation coil, and a coil for magnetically applying a signal from another magnetometer are formed on one substrate for each magnetometer. The sensitivity, which is the output voltage per detected magnetic flux of the cancellation magnetometer, which is a magnetometer that gives signals to other magnetometers, is the same as the detected magnetic flux of the sensing magnetometer, which is a magnetometer that can receive signals from other magnetometers. Higher than the output voltage of the sensitivity. Further, a SQUID magnetometer system is configured by using a plurality of sets of differential SQUID magnetometers each including one sensing magnetometer connected to one of the cancellation magnetometers. Also, a plurality of sensing magnetometers are connected to one of the cancellation magnetometers to constitute a differential SQUID magnetometer that enables selection of which cancellation magnetometer operates. SQUID using multiple sets of differential SQUID magnetometers
Construct a magnetometer system. In these SQUID magnetometer systems, the number of sensing magnetometers is larger than that of cancellation magnetometers, and the modulation frequency is different at least between adjacent differential SQUID magnetometers. To summarize briefly, a set of SQUID magnetometers for sensing and cancellation are used, and the return magnetic flux of the magnetometer for cancellation is detected not only by the detection coil of the magnetometer for cancellation but also by the detection coil of the magnetometer for sensing. Also magnetically coupled. The sensitivity of the magnetometer, which is defined as the output voltage per detected magnetic flux, is set to be higher in the sensing magnetometer than in the cancellation magnetometer. Further, when a plurality of the magnetometers are used to form a magnetometer system, at least adjacent magnetometers are set to have different modulation frequencies. A detection coil, an input coil, a feedback coil, a modulation coil, and a coil for magnetically applying a signal from another magnetometer are formed on one substrate for each magnetometer.

【0005】[0005]

【作用】キャンセレーション用マグネトメータは専ら雑
音磁束の計測に係る。FLLの動作から明らかなよう
に、この帰還磁束は近似的に雑音磁束量に等しい。これ
をセンシング用マグネトメータの検出コイルにも入力し
て雑音磁束を打ち消すことにより、センシング用マグネ
トメータの検出コイルには専ら信号磁束だけが入力する
ように動作する。センシング用マグネトメータがこれを
検出することにより、1組のマグネトメータがグラジオ
メータと同様の動作をするものである。キャンセレーシ
ョン用マグネトメータとセンシング用マグネトメータを
つなぐ信号線は常伝導であってよい。マグネトメータは
磁束密度あたりの感度が高いため、検出コイルの面積が
グラジオメータに比べて小さくてよい。そのため、公知
例に示したごとく検出コイル、SQUID、帰還コイ
ル、変調コイルのすべてを同一基板上に薄膜で形成する
ことが可能であり、超伝導接合部は不用である。ここで
簡易シールドルームにおいては雑音磁束のほうが信号磁
束より3桁程度大きいため、キャンセレーション用マグ
ネトメータの感度はセンシング用に比べて低く設定する
のが有効である。またさらに、本発明によるSQUID
磁束計を複数個用いて脳磁計測装置を構成する場合、空
間的に磁気結合する可能性のある磁束計間で変調周波数
が異なっているためセンサー間の干渉もおこらない。
[Function] The cancelation magnetometer mainly relates to measurement of noise magnetic flux. As is apparent from the operation of the FLL, this feedback magnetic flux is approximately equal to the amount of noise magnetic flux. This is also input to the detection coil of the sensing magnetometer to cancel out the noise magnetic flux, so that only the signal magnetic flux is input to the detection coil of the sensing magnetometer. When the sensing magnetometer detects this, one set of magnetometers operates similarly to the gradiometer. A signal line connecting the cancellation magnetometer and the sensing magnetometer may be a normal conductor. Since the magnetometer has high sensitivity per magnetic flux density, the area of the detection coil may be smaller than that of the gradiometer. Therefore, as shown in the known example, all of the detection coil, SQUID, feedback coil, and modulation coil can be formed in a thin film on the same substrate, and a superconducting junction is unnecessary. Here, in the simple shielded room, since the noise magnetic flux is about three orders of magnitude larger than the signal magnetic flux, it is effective to set the sensitivity of the cancellation magnetometer lower than that of the sensing magnetometer. Still further, the SQUID according to the present invention
When a magnetoencephalography measurement device is configured using a plurality of magnetometers, interference between sensors does not occur because the modulation frequency is different between magnetometers that may be spatially magnetically coupled.

【0006】[0006]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例である差動型S
QUID磁束計の構成を示す図である。図4のマグネト
メータと類似のSQUIDマグネトメータを2個用い、
一方をキャンセレーション用マグネトメータ、もう一方
をセンシング用マグネトメータとして1組の差動型SQ
UID磁束計を構成する。センシング用マグネトメータ
には雑音消去コイル34が設けられており、キャンセレ
ーション用マグネトメータの帰還コイル13aと直列に
接続している。M1は検出コイル10と帰還コイル13
a間の相互インダクタンス、M2は検出コイル30と雑
音消去コイル34間の相互インダクタンスであり、M1
=M2である。キャンセレーション用マグネトメータの
検出コイル10とセンシング用マグネトメータの検出コ
イル30は同じ軸上に形成されており面積も等しい。つ
まり図8の従来型グラジオメータと類似の構造である。
図では省略しているが、全体は被検者とともに遮蔽率3
桁程度の磁気シールドルームに入れられており、キャン
セレーション用マグネトメータの感度はセンシング用に
比べて2桁程度低く設定されている。なお、本構成では
キャンセレーション用とセンシング用で必ずしもコイル
面積が等しい必要はなく、キャンセレーション用のコイ
ル面積をS1、センシング用のコイル面積をS2とする
とき、M1:M2=S1:S2であればよい。次に、各
々のマグネトメータの動作を述べる。キャンセレーショ
ン用マグネトメータは検出コイル10を貫く磁束をFL
L25aからの帰還コイル13aの磁束で打ち消すよう
に動作する。帰還コイル13aを流れた電流はセンシン
グ用マグネトメータの雑音消去コイル34にも流れ、セ
ンシング用マグネトメータの検出コイル30を貫く磁束
も同時に打ち消す。キャンセレーション用マグネトメー
タの検出コイル10に検出される磁束には、信号磁束と
雑音磁束があるが、信号磁束に比べ雑音磁束は100〜
1000倍大きい。したがって、キャンセレーション用
マグネトメータの帰還コイル13a、及び雑音消去コイ
ル34が検出コイルに与える磁束は専ら雑音磁束であ
る。その結果、センシング用マグネトメータの検出コイ
ル30には、専ら信号磁束が検出される。したがって、
センシング用マグネトメータの出力は、コイル10とコ
イル30の差分出力と考えてよい。
FIG. 1 shows a differential type S according to a first embodiment of the present invention.
It is a figure showing composition of a QUID magnetometer. Using two SQUID magnetometers similar to the magnetometer of FIG.
One set of differential SQ with one as a magnetometer for cancellation and the other as a magnetometer for sensing
Construct a UID magnetometer. The sensing magnetometer is provided with a noise canceling coil 34, which is connected in series with the feedback coil 13a of the cancellation magnetometer. M1 is a detection coil 10 and a feedback coil 13
M2 is a mutual inductance between the detection coil 30 and the noise canceling coil 34, and M1 is
= M2. The detection coil 10 of the cancellation magnetometer and the detection coil 30 of the sensing magnetometer are formed on the same axis and have the same area. That is, the structure is similar to that of the conventional gradiometer of FIG.
Although omitted in the figure, the whole is 3
It is placed in a magnetic shield room of about an order of magnitude, and the sensitivity of the cancellation magnetometer is set to about two orders of magnitude lower than that for sensing. In this configuration, the coil area does not necessarily have to be equal for cancellation and for sensing. When the coil area for cancellation is S1 and the coil area for sensing is S2, M1: M2 = S1: S2. I just need. Next, the operation of each magnetometer will be described. The canceling magnetometer uses the magnetic flux passing through the detection coil 10 as FL.
It operates so as to be canceled by the magnetic flux of the feedback coil 13a from L25a. The current flowing through the feedback coil 13a also flows through the noise canceling coil 34 of the sensing magnetometer, and simultaneously cancels the magnetic flux passing through the sensing coil 30 of the sensing magnetometer. The magnetic flux detected by the detection coil 10 of the cancellation magnetometer includes a signal magnetic flux and a noise magnetic flux.
1000 times larger. Therefore, the magnetic flux that the feedback coil 13a and the noise canceling coil 34 of the cancellation magnetometer give to the detection coil is exclusively a noise magnetic flux. As a result, the detection coil 30 of the sensing magnetometer exclusively detects the signal magnetic flux. Therefore,
The output of the sensing magnetometer may be considered as the difference output between the coil 10 and the coil 30.

【0007】図2は本発明第2の実施例である差動型S
QUID磁束計の構成を示す図である。図2はキャンセ
レーション用マグネトメータの帰還コイル13をセンシ
ング用マグネトメータの帰還コイル13bに接続した実
施例である。ここでキャンセレーション用マグネトメー
タとセンシング用マグネトメータにおいて帰還コイルと
検出コイル間の相互インダクタンスは等しく、M1=M
2である。本構成によれば、雑音消去コイルが不用にな
る効果がある。図3は本発明の第3の実施例である差動
型SQUID磁束計の構成を示す図である。図3はキャ
ンセレーション用マグネトメータの帰還出力を、キャン
セレーション用マグネトメータの帰還コイル13aとセ
ンシング用マグネトメータの雑音消去コイル34に分流
させた実施例である。各々に電流量の調整手段(本実施
例では可変抵抗32、35)を設けている。本実施例に
よれば各検出コイル10、30に入力する磁束量が微調
整でき、特にM1とM2が異なる場合でも雑音のキャン
セル率が低下しないという効果がある。本発明において
は、SQUIDは外部磁場中に露出して使用される。S
QUIDに対する外部磁場の影響を軽減するため、公知
の差動型SQUIDが有用である。図5に本発明による
差動型SQUIDの実施例を模式図により示す。これら
図5(a)、(b)、(c)に示すSQUIDはSQU
IDそのものがグラジオメータをなし、雑音を検出しな
いため、SQUIDが誤動作しないという効果がある。
一方、検出する磁束量を増加させるためには、例えばア
イイーイーイートランザクションズオンマグネティクス
27巻2号、(1991)第3001〜第3004頁(I
EEE Transactions on Magnetics,vol.27,no.2,1991,pp.
3001〜3004)で公知のような直接結合のマグネトメータ
が有用である。検出コイルとSQUIDの等価回路図を
図9に示す。
FIG. 2 shows a differential type S according to a second embodiment of the present invention.
It is a figure showing composition of a QUID magnetometer. FIG. 2 shows an embodiment in which the feedback coil 13 of the cancellation magnetometer is connected to the feedback coil 13b of the sensing magnetometer. Here, in the canceling magnetometer and the sensing magnetometer, the mutual inductance between the feedback coil and the detecting coil is equal, and M1 = M
2. According to this configuration, there is an effect that the noise canceling coil becomes unnecessary. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a differential SQUID magnetometer according to a third embodiment of the present invention. FIG. 3 shows an embodiment in which the feedback output of the cancellation magnetometer is divided into the feedback coil 13a of the cancellation magnetometer and the noise canceling coil 34 of the sensing magnetometer. Each is provided with means for adjusting the amount of current (variable resistors 32 and 35 in this embodiment). According to the present embodiment, the amount of magnetic flux input to each of the detection coils 10 and 30 can be finely adjusted. In particular, even when M1 and M2 are different, there is an effect that the noise cancellation rate does not decrease. In the present invention, the SQUID is used after being exposed to an external magnetic field. S
In order to reduce the influence of an external magnetic field on the QUID, a known differential SQUID is useful. FIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of the differential SQUID according to the present invention. The SQUIDs shown in FIGS. 5A, 5B and 5C are SQUIDs.
Since the ID itself forms a gradiometer and does not detect noise, there is an effect that the SQUID does not malfunction.
On the other hand, in order to increase the amount of magnetic flux to be detected, for example, IEE Transactions on Magnetics Vol. 27, No. 2, (1991) pp. 3001 to 3004 (I
EEE Transactions on Magnetics, vol. 27, no. 2, 1991, pp.
A directly coupled magnetometer as known from 3001 to 3004) is useful. FIG. 9 shows an equivalent circuit diagram of the detection coil and the SQUID.

【0008】図1〜図4において点線の内部は一枚の基
板上に構成する。図6にこの基板の実施例を示す。基板
5はシリコンである。各検出コイル10、30、帰還コ
イル13、雑音消去コイル34は、ニオブの細線で成膜
されている。20は公知のケッチェン型のSQUIDあ
るいは差動型SQUIDであり、信号端子、バイアス電
流端子21、変調コイル端子22がこのSQUIDから
でている。図7は基板の別の実施例である。コイル1
0、30の面積を基板上で最大にする構成になってい
る。本構成によれば、特に多チャンネルの生体磁気計測
装置に実装する場合、コイルの有効面積が大きくなりS
/Nが向上するという効果がある。図10は、図6に示
した基板を74枚用いて構成した37チャネル生体磁気
計測装置の第1の実施例である。110はFLLユニッ
ト、100は液体ヘリウムデュワであり、下部のみ内部
構造を示している。上部平板120にはキャンセレーシ
ョン用マグネトメータ、下部平板130にはセンシング
用マグネトメータが各々37枚づつ設けられている。こ
こで各チャネル間の干渉が問題となる場合には少なくと
も相隣会うチャネル間で変調周波数が異なるよう構成す
る。140は信号線を乗せたフレキシブル基板であり上
部のFLLに接続している。被検者は測定部位をデュワ
の直下におく。また装置及び被検者は簡易な磁気シール
ドルームに入れられている。本実施例では上下相対応す
るマグネトメータが各々1対1に接続される構成である
が、マグネトメータの構成に関するの他の実施例を以下
図11、図12に示す。図11は本発明の第4の実施例
である差動型SQUID磁束計の構成を示す図である。
図11は1個のセンシング用マグネトメータに3個のキ
ャンセレーション用マグネトメータを接続した実施例で
ある。本構成の磁束計の動作は図1の構成と同様である
が、3個のキャンセレーション用マグネトメータのう
ち、どれを測定にもちいるかが選択回路36と制御入力
とにより選択可能になっている。本構成では測定対象の
深さによって、センシング用マグネトメータとキャンセ
レーション用マグネトメータの距離(いわゆるベースラ
イン)を選択できるという効果がある。ここでベースラ
インの選択に際して超伝導スイッチを用いる必要がな
く、信頼性が高い。これを例えば37組用いれば、ベー
スライン可変の37チャネル生体磁気計測装置が構成で
きるのは言うまでもない。図12は1組のセンシング用
マグネトメータに対し4個のキャンセレーション用マグ
ネトメータを設けた、37チャネル生体磁気計測装置の
第2の実施例である。1個のキャンセレーション用マグ
ネトメータに9または10個のセンシング用マグネトメ
ータが接続されている。本構成では雑音のキャンセル率
が図10の実施例に比べて低下するものの、キャンセレ
ーション用マグネトメータの数が少なくてすみ、システ
ム構成が簡単になるという効果がある。
In FIGS. 1 to 4, the inside of the dotted line is formed on one substrate. FIG. 6 shows an embodiment of this substrate. The substrate 5 is silicon. Each of the detection coils 10 and 30, the feedback coil 13, and the noise canceling coil 34 is formed of a thin niobium wire. Reference numeral 20 denotes a known Ketjen-type SQUID or differential SQUID, and a signal terminal, a bias current terminal 21, and a modulation coil terminal 22 are formed from the SQUID. FIG. 7 shows another embodiment of the substrate. Coil 1
The configuration is such that the area of 0, 30 is maximized on the substrate. According to this configuration, the effective area of the coil becomes large, especially when it is mounted on a multi-channel biomagnetometer,
/ N is improved. FIG. 10 shows a first embodiment of a 37-channel biomagnetism measuring apparatus constituted by using the 74 substrates shown in FIG. 110 is a FLL unit, 100 is a liquid helium dewar, and only the lower part shows the internal structure. The upper plate 120 is provided with a cancellation magnetometer, and the lower plate 130 is provided with 37 sensing magnetometers. Here, when interference between channels becomes a problem, the modulation frequency is configured to be different at least between adjacent channels. Reference numeral 140 denotes a flexible board on which signal lines are mounted, which is connected to the upper FLL. The subject places the measurement site directly below the Dewar. The device and the subject are placed in a simple magnetically shielded room. In this embodiment, the magnetometers corresponding to the upper and lower phases are connected one-to-one, but another embodiment relating to the configuration of the magnetometer is shown in FIGS. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a differential SQUID magnetometer according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 shows an embodiment in which three cancellation magnetometers are connected to one sensing magnetometer. The operation of the magnetometer of this configuration is the same as that of the configuration of FIG. 1, but which of the three cancellation magnetometers is used for measurement can be selected by the selection circuit 36 and the control input. . This configuration has an effect that the distance between the magnetometer for sensing and the magnetometer for cancellation (so-called baseline) can be selected depending on the depth of the measurement target. Here, there is no need to use a superconducting switch when selecting a baseline, and the reliability is high. It is needless to say that a 37-channel biomagnetic measurement device with a variable baseline can be configured by using 37 sets of these, for example. FIG. 12 shows a 37-channel biomagnetic measurement apparatus according to a second embodiment in which four cancellation magnetometers are provided for one set of sensing magnetometers. Nine or ten sensing magnetometers are connected to one cancellation magnetometer. In this configuration, although the noise cancellation rate is lower than in the embodiment of FIG. 10, the number of cancellation magnetometers can be reduced and the system configuration can be simplified.

【0009】[0009]

【発明の効果】本発明によれば、超伝導接合部を必要と
しない差動型のSQUID磁束計が、外部磁場の遮蔽率
が2〜3桁程度の簡易な磁気シールドルーム中で動作す
るという効果がある。またここで、立体構造をもつ検出
コイルが薄膜で構成できるため、少なくとも4桁のキャ
ンセル率が得られるという効果がある。また本発明によ
れば上記SQUID磁束計を複数個用いて脳磁計測装置
を構成する場合、信号を搬送する変調信号の干渉を原因
とする、各磁束計間の干渉が発生しないという効果があ
る。マグネトメータ間には超伝導接合部を必要とせず、
信頼性が高い。
According to the present invention, a differential SQUID magnetometer which does not require a superconducting junction operates in a simple magnetic shield room having a shielding rate of about 2 to 3 digits for an external magnetic field. effective. In addition, since the detection coil having a three-dimensional structure can be formed of a thin film, there is an effect that at least a four-digit cancellation rate can be obtained. Further, according to the present invention, when a magnetoencephalography measurement device is configured using a plurality of the SQUID magnetometers, there is an effect that interference between the magnetometers does not occur due to interference of a modulated signal carrying a signal. . No superconducting joint is needed between the magnetometers,
High reliability.

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

【図1】本発明の第1の実施例である差動型SQUID
磁束計の構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a differential SQUID according to a first embodiment of the present invention;
The figure which shows the structure of a magnetometer.

【図2】本発明の第2の実施例である差動型SQUID
磁束計の構成を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a differential SQUID according to a second embodiment of the present invention;
The figure which shows the structure of a magnetometer.

【図3】本発明の第3の実施例である差動型SQUID
磁束計の構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a differential SQUID according to a third embodiment of the present invention;
The figure which shows the structure of a magnetometer.

【図4】SQUID磁束計の一例であるマグネトメータ
の従来例。
FIG. 4 is a conventional example of a magnetometer which is an example of a SQUID magnetometer.

【図5】本発明による差動型SQUIDの実施例を示す
模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of a differential SQUID according to the present invention.

【図6】本発明によるSQUID基板の第1の実施例。FIG. 6 is a first embodiment of a SQUID substrate according to the present invention.

【図7】本発明によるSQUID基板の第2の実施例。FIG. 7 shows a second embodiment of the SQUID substrate according to the present invention.

【図8】従来型のグラジオメータを示す模式図。FIG. 8 is a schematic diagram showing a conventional gradiometer.

【図9】検出コイルとSQUIDの等価回路図。FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a detection coil and a SQUID.

【図10】本発明によるSQUID基板を用いた生体磁
気計測装置の第1の実施例。
FIG. 10 is a first embodiment of a biomagnetic measurement apparatus using a SQUID substrate according to the present invention.

【図11】本発明の第4の実施例である差動型SQUI
D磁束計の構成を示す図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a differential SQUID according to a fourth embodiment of the present invention;
The figure which shows the structure of a D magnetometer.

【図12】本発明によるSQUID基板を用いた生体磁
気計測装置の第2の実施例。
FIG. 12 is a second embodiment of the biomagnetic measurement apparatus using the SQUID substrate according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5、5A、5B、5C、7…SQUID素子基板、10
…検出コイル(キャンセレーション用)、11、11
a、11b…入力コイル、12、12a、12b…変調
コイル、13、13a、13b…帰還コイル、20、2
0a、20b…SQUID、21…バイアス電流、信号
電圧端子、22…変調コイル端子、25a、25b…F
LL、30…検出コイル(センシング用)、34…雑音
消去コイル、36…選択回路、100…液体ヘリウムデ
ュワ、110…FLL部分、120…キャンセレーショ
ン用マグネトメータ基板、130…センシング用マグネ
トメータ基板、140…信号線用基板。
5, 5A, 5B, 5C, 7 ... SQUID element substrate, 10
... Detection coils (for cancellation), 11, 11
a, 11b: input coil, 12, 12a, 12b: modulation coil, 13, 13a, 13b: feedback coil, 20, 2
0a, 20b SQUID, 21 bias current, signal voltage terminal, 22 modulation coil terminal, 25a, 25b F
LL, 30: detection coil (for sensing), 34: noise canceling coil, 36: selection circuit, 100: liquid helium dewar, 110: FLL part, 120: magnetometer board for cancellation, 130: magnetometer board for sensing, 140: Signal line substrate.

フロントページの続き (72)発明者 神鳥 明彦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 栗城 真也 北海道札幌市南区澄川4条11丁目7−17 (56)参考文献 特開 昭63−32384(JP,A) 特開 平4−134878(JP,A) 特開 平2−96677(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18 Continuing on the front page (72) Inventor Akihiko Kamtori 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. References JP-A-63-32384 (JP, A) JP-A-4-134878 (JP, A) JP-A-2-96677 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name ) G01R 33/00-33/18

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】雑音磁束を検出するキャンセレーション用
SQUID磁束計と、信号磁束を検出するセンシング用
SQUID磁束計とを有し、前記キャンセレーション用
SQUID磁束計が発生する信号を前記センシング用S
QUID磁束計の検出コイルに印加することを特徴とす
る差動型SQUID磁束計。
1. A cancellation for detecting noise magnetic flux
For SQUID magnetometer and sensing to detect signal magnetic flux
Having a SQUID magnetometer for the cancellation
The signal generated by the SQUID magnetometer is sent to the sensing S
A differential type SQUID magnetometer characterized by applying a voltage to a detection coil of a QUID magnetometer .
【請求項2】請求項1の差動型SQUID磁束計におい
て、前記キャンセレーション用SQUID磁束計が発生
する信号が、前記キャンセレーション用SQUID磁束
計の帰還磁束であることを特徴とする差動型SQUID
磁束計。
2. A differential SQUID magnetometer according to claim 1, wherein said cancellation SQUID magnetometer is generated.
The signal to be transmitted is the SQUID magnetic flux for cancellation.
Differential SQUID characterized by the feedback magnetic flux of the meter
Magnetometer.
【請求項3】請求項1の差動型SQUID磁束計におい
て、前記キャンセレーション用SQUID磁束計が発生
する信号を前記センシング用SQUID磁束計に磁気的
に印加する信号線が、常伝導であることを特徴とする差
動型SQUID磁束計。
3. A differential SQUID magnetometer according to claim 1, wherein said cancellation SQUID magnetometer is generated.
Signal to the sensing SQUID magnetometer
A differential SQUID magnetometer characterized in that a signal line applied to the SQUID is a normal conductor .
【請求項4】請求項1の差動型SQUID磁束計におい
て、前記キャンセレーション用SQUID磁束計の感度
は前記センシング用SQUID磁束計の感度に比べて低
く設定することを特徴とする差動型SQUID磁束計。
4. The differential type SQUID magnetometer according to claim 1, wherein said canceling SQUID magnetometer has a sensitivity.
Is lower than the sensitivity of the SQUID magnetometer for sensing.
A differential type SQUID magnetometer characterized in that it is set to a high value.
【請求項5】請求項1の差動型SQUID磁束計におい
て、1つの前記センシング用SQUID磁束計に、複数
の前記キャンセレーション用SQUID磁束計が接続さ
れ、動作させる前記キャンセレーション用SQUID磁
束計を選択する手段を有することを特徴とする差動型S
QUID磁束計。
5. The differential type SQUID magnetometer according to claim 1, wherein a plurality of said sensing SQUID magnetometers are provided.
SQUID magnetometer for cancellation is connected
The cancellation SQUID magnet to be operated
A differential type S having means for selecting a bundle meter
QUID magnetometer.
【請求項6】請求項1の差動型SQUID磁束計におい
て、前記センシング用SQUID磁束計の数が、前記キ
ャンセレーション用SQUID磁束計の数よりも大であ
ことを特徴とするSQUID磁束計。
6. The differential SQUID magnetometer of claim 1, wherein the number of said sensing SQUID magnetometers is
Larger than the number of SQUID magnetometers for
SQUID magnetometer, characterized in that that.
【請求項7】請求項5または請求項6に記載の差動型S
QUID磁束計を複数用い、少なく とも隣接する差動型
SQUID磁束計の間で変調周波数を異ならせることを
特徴とする生体磁場計測装置。
7. The differential type S according to claim 5 or claim 6.
Using a plurality of QUID magnetometer differential adjacent at least
Different modulation frequencies between SQUID magnetometers
Characteristic biomagnetic field measurement device.
【請求項8】雑音磁束を検出するキャンセレーション用
SQUID磁束計と、信号磁束を検出するセンシング用
SQUID磁束計との1組と用い、前記キャンセレーシ
ョン用SQUID磁束計の帰還磁束を前記キャンセレー
ション用SQUID磁束計の検出コイルおよび前記セン
シング用SQUID磁束計の検出コイルに磁気結合させ
ことを特徴とする差動型SQUID磁束計。
8. For cancellation for detecting noise magnetic flux.
For SQUID magnetometer and sensing to detect signal magnetic flux
Use with a set of SQUID magnetometer and cancel
The return magnetic flux of the SQUID magnetometer for
Detection coil of the SQUID magnetometer for
Magnetically coupled to the detection coil of the SQUID magnetometer
Differential SQUID magnetometer, characterized in that that.
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