JP3248776B2 - Superconducting measuring device - Google Patents

Superconducting measuring device

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JP3248776B2
JP3248776B2 JP11694693A JP11694693A JP3248776B2 JP 3248776 B2 JP3248776 B2 JP 3248776B2 JP 11694693 A JP11694693 A JP 11694693A JP 11694693 A JP11694693 A JP 11694693A JP 3248776 B2 JP3248776 B2 JP 3248776B2
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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】この発明は、超電導現象を示す超
電導素子をスターリングサイクル方式によって冷却する
冷却器によって極低温に冷却する超電導測定装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting measuring device for cooling a superconducting element exhibiting superconducting phenomena to a very low temperature by a cooler for cooling by a Stirling cycle system.

【0002】また、この発明は、磁気抵抗素子の超電導
現象を実現し、磁気抵抗素子の超電導磁気抵抗効果の高
感度範囲を利用した小型かつ高感度な超電導測定装置に
関する。
[0002] The present invention also relates to a small and highly sensitive superconductivity measuring apparatus which realizes the superconductivity phenomenon of a magnetoresistive element and utilizes the high sensitivity range of the superconducting magnetoresistance effect of the magnetoresistive element.

【0003】また、この発明は、例えば、胸壁面上に発
生する心臓からの磁界を測定する心磁計等の生体磁気測
定装置を構成でき、人間の心臓、脳、肺などの体内の電
気現象に伴い発生する微弱な生体磁界を測定できる超電
導測定装置に関する。
Further, the present invention can constitute a biomagnetism measuring device such as a magnetocardiograph for measuring a magnetic field from the heart generated on the chest wall, and can be used to measure electrical phenomena in the body such as the human heart, brain and lungs. The present invention relates to a superconducting measurement device capable of measuring a weak biomagnetic field generated thereby.

【0004】[0004]

【従来の技術】以前から、ある種の導電材料を極低温に
冷却することによって電気抵抗が零になる超電導現象は
よく知られている。この超電導現象を高感度センサー素
子や、スイッチング素子や、記憶素子等に利用すること
は、エレクトロニクス分野への応用として優れた利点と
可能性がある。
2. Description of the Related Art The superconductivity phenomenon in which the electrical resistance becomes zero by cooling a certain kind of conductive material to an extremely low temperature has been well known. Utilizing this superconductivity phenomenon for a high-sensitivity sensor element, a switching element, a storage element, or the like has an excellent advantage as an application to the electronics field.

【0005】従来、磁界の測定には、半導体または磁性
体材料を用いた磁気抵抗素子が一般に利用されている。
特に、高電子移動度の半導体であるInSb、InAs等で
の形状効果、強磁性金属であるFe−Ni、Co−Ni等の
配向効果を用いた素子が実用化されている。
Conventionally, a magnetoresistive element using a semiconductor or a magnetic material has been generally used for measuring a magnetic field.
In particular, devices using the shape effect of InSb, InAs, etc., which are semiconductors with high electron mobility, and the orientation effect of Fe-Ni, Co-Ni, etc., which are ferromagnetic metals, have been put to practical use.

【0006】また、酸化物超電導体の弱結合による超電
導体の磁気抵抗効果を利用した微弱な磁界検出や測定方
法も開発されている。
Further, a method for detecting and measuring a weak magnetic field utilizing the magnetoresistance effect of the superconductor due to the weak coupling of the oxide superconductor has been developed.

【0007】しかし、その反面、現在のところ、まだ極
低温でしか超電導現象を確認できないことから、超電導
現象を実現するためには超電導素子を極低温まで冷却す
る必要があり、超電導素子は広く一般に利用されるに至
っていないというのが実情である。
However, on the other hand, at present, superconducting phenomena can only be confirmed at cryogenic temperatures. Therefore, it is necessary to cool the superconducting elements to cryogenic temperatures in order to realize the superconducting phenomena. The fact is that it has not been used.

【0008】従来、超電導素子を極低温へ冷却する装置
としては、液体ヘリウム(He)もしくは液体窒素などの
冷媒液体に直接に超電導素子を浸漬するようにした装置
がある。この装置は、図9に一例を示すように、デュワ
ーびん90の中に液体He91を流入させて、デュワー
びん90の中で、超電導素子95を治具92で固定しな
がら冷却するようにしている。
Conventionally, as an apparatus for cooling a superconducting element to a very low temperature, there is an apparatus in which the superconducting element is directly immersed in a refrigerant liquid such as liquid helium (He) or liquid nitrogen. In this apparatus, as shown in an example in FIG. 9, a liquid He 91 flows into a Dewar bottle 90, and is cooled while fixing a superconducting element 95 with a jig 92 in the Dewar bottle 90. .

【0009】しかし、この装置は、長時間連続に冷却す
るためには、冷媒を新たに供給する必要性があり、長時
間連続使用を必要としているエレクトロニクス分野への
適用は、実用上ほとんど不可能であった。
However, in order to continuously cool the apparatus for a long time, it is necessary to supply a new refrigerant, and it is practically impossible to apply the apparatus to the electronics field which requires the continuous use for a long time. Met.

【0010】また、この装置は、超電導素子を液体冷媒
の液体窒素等に浸漬することを繰り返すことにより、室
温から極低温の急激な温度変化によって結露する。する
と、湿気に非常に弱い超電導素子は、この繰り返えしに
よって信頼性が低下して、寿命が短くなるという問題も
ある。
Further, in this apparatus, dew condensation occurs due to a rapid temperature change from room temperature to extremely low temperature by repeatedly immersing the superconducting element in liquid nitrogen or the like of a liquid refrigerant. Then, there is also a problem that the reliability of the superconducting element which is extremely weak to moisture is reduced by the repetition, and the life is shortened.

【0011】また、今一つの冷却装置としては、超電導
素子を直に冷媒に浸けずに、超電導素子を試料部に収納
し、この試料部への熱の出入りを加減して、超電導素子
の温度を制御し、超電導素子を断熱空間を隔てて間接的
に冷却するクライオスタットと呼ばれる装置がある。
As another cooling device, the superconducting element is housed in a sample section without directly immersing the superconducting element in a coolant, and the flow of heat into and out of the sample section is controlled to reduce the temperature of the superconducting element. There is a device called a cryostat that controls and indirectly cools a superconducting element across an adiabatic space.

【0012】しかし、この装置も、長時間連続に冷却す
るためには冷媒供給の必要性があり、また、装置が大型
で高価になり、小型化および長時間耐久,長時間連続使
用を必要としているエレクトロニクス分野への利用は殆
んど不可能であった。
However, this device also requires a supply of refrigerant in order to continuously cool it for a long period of time, and the device is large and expensive, and needs to be downsized and durable for a long time and used continuously for a long period of time. Its use in certain electronics fields has been almost impossible.

【0013】また、今一つの冷却装置として、ペルチェ
効果を用いた電子冷却装置がある。この装置は、図8に
示すように、n型半導体素子81およびp型半導体素子
82を連結して固定する治具85に、薄い絶縁膜を介し
て放熱電極83が併設されている。この放熱電極83
に、上記半導体素子81および82の側端部が連結され
ている。また、この放熱電極83にはリード線84が接
続されている。また、上記半導体素子81,82の前端
部には冷却板電極86を架設している。そして、この冷
却板電極86に超電導素子87を固定している。上記治
具85が、この装置全体の支持部となっている。また、
治具85は、効率のよい放熱と冷却のために、熱伝導性
のよい接着方法で上記放熱電極83に固定されている。
Another cooling device is an electronic cooling device using the Peltier effect. In this apparatus, as shown in FIG. 8, a heat radiation electrode 83 is provided along with a jig 85 for connecting and fixing an n-type semiconductor element 81 and a p-type semiconductor element 82 via a thin insulating film. This heat radiation electrode 83
Are connected to side ends of the semiconductor elements 81 and 82. A lead wire 84 is connected to the heat radiation electrode 83. A cooling plate electrode 86 is provided at the front end of the semiconductor elements 81 and 82. The superconducting element 87 is fixed to the cooling plate electrode 86. The jig 85 serves as a support for the entire apparatus. Also,
The jig 85 is fixed to the heat radiating electrode 83 by a bonding method having good thermal conductivity for efficient heat radiation and cooling.

【0014】上記構成の電子冷却装置は、リード線84
を介して通電すると、半導体素子81,82のペルチェ
効果に基づいて、冷却板電極86が低温冷却され、超電
導素子87が冷却される。一方、放熱電極83で生じる
発熱は、治具85を介して外部へ効率よく放熱される。
The electronic cooling device having the above-described structure is composed of a lead wire 84.
, The cooling plate electrode 86 is cooled at a low temperature based on the Peltier effect of the semiconductor elements 81 and 82, and the superconducting element 87 is cooled. On the other hand, the heat generated by the heat radiation electrode 83 is efficiently radiated to the outside via the jig 85.

【0015】しかしながら、上記ペルチェ効果を用いた
電子冷却装置では、超電導現象があらわれる極低温領域
(77K近辺以下)までの冷却能力はなく、更には、ペル
チェ効果利用の半導体素子を2段、必要に応じて多段カ
スケード構造にして、電子冷却を試みているものの、極
低温までの冷却は非常に難かしく現実的ではない。現段
階では、超電導現象を示す素子の実用レベル達している
冷却温度は、殆どが77K近辺以下であることからペル
チェ効果を用いた電子冷却による実用化には、いまだ多
くの課題がある。
However, in the electronic cooling device using the Peltier effect, a cryogenic temperature region where a superconducting phenomenon appears appears.
(Below 77K), there is no cooling capacity, and furthermore, the semiconductor device using the Peltier effect is made into a two-stage, and if necessary, a multi-stage cascade structure, and electronic cooling is attempted. Difficult and unrealistic. At this stage, most of the cooling temperatures at which the element exhibiting the superconductivity phenomenon has reached the practical level are around 77 K or less, so that there are still many problems in practical use by electronic cooling using the Peltier effect.

【0016】また、今一つの冷却装置として、圧縮機
と、凝縮器および蒸発器を備え、蒸気圧縮冷却サイクル
に従って動作する蒸気圧縮式冷却器や、一般冷媒を用い
た高温用冷却器と低温冷媒を用いた低温用冷却器とを備
え、低温用冷却器の凝縮器と高温用冷却器の蒸発器との
間で熱交換させる冷却構成とした二元冷却器による冷却
装置等が考えられるが、冷媒蒸気の比体積が大きくなる
という問題や、高い凝縮圧力を必要とするという問題等
から、やはり極低温の冷却能力不足という問題がある上
に冷却設備が大型化するという問題がある。
Further, another cooling device includes a compressor, a condenser and an evaporator, and operates in accordance with a vapor compression cooling cycle, and a high temperature cooler using a general refrigerant and a low temperature refrigerant. A low-temperature cooler used is provided, and a cooling device with a dual cooler having a cooling configuration in which heat is exchanged between a condenser of the low-temperature cooler and an evaporator of the high-temperature cooler is considered. Due to the problem that the specific volume of the steam becomes large, the problem that a high condensing pressure is required, and the like, there is still a problem that the cooling capacity at cryogenic temperature is insufficient, and there is a problem that the cooling equipment becomes large.

【0017】さらには、超電導素子の特性のバラツキに
よって、超電導現象があらわれる温度が違うことから、
できることなら素子にあわせて冷却温度を設定して冷却
することが理想的であるが、従来技術では、容易に簡単
には冷却温度を変えられないという問題がある。
Further, the temperature at which the superconducting phenomenon appears differs depending on the variation in the characteristics of the superconducting element.
If possible, it is ideal to set the cooling temperature in accordance with the element, and the cooling is ideal. However, the conventional technique has a problem that the cooling temperature cannot be easily and easily changed.

【0018】また、上記いずれの冷却装置においても、
極低温である以上少しでも冷却器の冷却能力をたすける
ため、冷却部周辺の熱負荷を減らし、熱伝導を良くする
配慮を必要としていた。
In any of the above cooling devices,
In order to provide the cooling capacity of the cooler even if it is extremely low temperature, it was necessary to reduce the heat load around the cooling section and improve the heat conduction.

【0019】さらには、超電導素子に必要な冷却温度は
極低温領域で誰でも容易に扱えるものでないことから、
超電導素子を各種センサーなどのエレクトロニクス部品
に応用するにあたり、十分に実用的な冷却装置を実現す
ることが非常に切実な問題となっている。
Further, since the cooling temperature required for the superconducting element is not easily handled by anyone in a cryogenic temperature range,
In applying superconducting elements to electronic components such as various sensors, realizing a sufficiently practical cooling device has become a very urgent problem.

【0020】また、特に、生体磁気を測定する場合に
は、磁界検出部と生体との間に断熱材等を用いる必要が
あり、磁界検出部と被測定物との距離が遠くなり、検出
部への入力信号の損失が大きくなるから、別途に検出コ
イル等を用いる必要があるという問題がある。
In particular, when measuring biomagnetism, it is necessary to use a heat insulating material or the like between the magnetic field detection unit and the living body, and the distance between the magnetic field detection unit and the object to be measured becomes longer, and However, there is a problem that a separate detection coil or the like needs to be used since the loss of the input signal to the input terminal increases.

【0021】また、超電導体を用いた測定装置では、そ
の超電導体の出力信号に10Hz以下の低周波のゆらぎ
があり、直流または10Hz以下の低周波磁界の微弱磁
界測定が困難であるという問題もある。
Further, in a measuring apparatus using a superconductor, there is a problem that the output signal of the superconductor has a low-frequency fluctuation of 10 Hz or less, and it is difficult to measure a weak magnetic field of a DC or a low-frequency magnetic field of 10 Hz or less. is there.

【0022】ところで、生体内は、神経細胞、筋細胞な
どの興奮性細胞の活動電位により電位差が発生し、細胞
内に電流が流れる。この時、体積電流と呼ばれる電流が
細胞外の電気伝導体中に流れこれにより微弱ではある
が、磁界が発生する。これらの微弱磁界を測定する生体
磁気計測は、病気の診断を正確に行なうことが可能にな
ることから現在さかんに研究されている。
In a living body, a potential difference occurs due to the action potential of excitable cells such as nerve cells and muscle cells, and a current flows through the cells. At this time, a current called a volume current flows through the extracellular electric conductor, thereby generating a weak but magnetic field. Biomagnetic measurement for measuring these weak magnetic fields is currently being actively studied because it enables accurate diagnosis of diseases.

【0023】その中で、心臓から発生する磁界測定の技
術として、心筋の興奮に伴う心起電力によって胸郭内に
電位分布をつくり胸郭周囲に発生する弱い磁界を検出
し、心電図に類似した波形である心磁図を表示させる装
置として次に述べるようなものがある。
Among them, as a technique for measuring a magnetic field generated from the heart, a potential distribution is created in the thorax by a cardiac electromotive force accompanying excitation of the myocardium, a weak magnetic field generated around the thorax is detected, and a waveform similar to an electrocardiogram is detected. A device for displaying a certain magnetocardiogram is as follows.

【0024】心臓からの磁界信号である心磁信号は、5
×10-10T(テスラ)すなわち5×10-6G(ガウス)程
度と非常に微弱なことから現在、研究レベルではある
が、ジョゼフソン効果を利用し超電導現象の完全反磁
性、磁束の量子化を応用した素子を用いた磁気測定装置
が開発されつつある。上記素子は、SQUID(スーパ
ーコンダクティング・クワンタム・インターフィアラン
ス・デバイス)即ち超電導量子干渉素子と呼ばれる。こ
のSQUIDの構造と原理を、図29を参照しながら簡
単に説明する。SQUIDは、超電導リング300の一
部に弱い結合部のジョゼフソン接合301を1カ所ある
いは2カ所持つ構造になっている。そして、このSQU
IDに、電流源から電流を加えておく。そして、上記超
電導リング300を、外部からの磁束が貫くことによっ
て、上記超電導リング300の右側に流れる電流の位相
と左側に流れる電流の位相とに、位相差が発生し、上記
右側に流れる電流と、左側に流れる電流とが、互いに干
渉するようになる。この電流は、上記磁束に対して周期
的に変化するから、上記磁束が貫くことに同期して、こ
の素子の出力電圧が敏感に変化する。そして、この出力
電圧を波形処理することによって、微弱磁界を画像とし
てとらえることができる。
A magnetocardiographic signal, which is a magnetic field signal from the heart, is 5
At present, it is at the research level because it is very weak, about 10 × 10 -10 T (Tesla), that is, about 5 × 10 -6 G (Gauss). A magnetic measuring device using an element to which the technique is applied is being developed. The device is called a SQUID (Super Conducting Quantum Interference Device), that is, a superconducting quantum interference device. The structure and principle of this SQUID will be briefly described with reference to FIG. The SQUID has a structure in which one or two Josephson junctions 301 of a weak coupling part are provided in a part of the superconducting ring 300. And this SQUI
A current is added to ID from a current source. When a magnetic flux from the outside penetrates the superconducting ring 300, a phase difference is generated between the phase of the current flowing on the right side of the superconducting ring 300 and the phase of the current flowing on the left side, and the current flowing on the right side , And the current flowing on the left side interfere with each other. Since this current changes periodically with respect to the magnetic flux, the output voltage of the element changes sensitively in synchronization with the penetration of the magnetic flux. Then, by performing waveform processing on this output voltage, a weak magnetic field can be captured as an image.

【0025】上記SQUIDを用いた磁気測定装置を図
30に略示する。この装置は、ピックアップコイル部、
磁束伝達部等を液体ヘリウム温度まで極低温まで冷却
し、信号処理部によって磁気測定を行っている。
FIG. 30 schematically shows a magnetic measurement apparatus using the above SQUID. This device has a pickup coil section,
The magnetic flux transmission unit and the like are cooled to the extremely low temperature of liquid helium, and the signal processing unit performs magnetic measurement.

【0026】しかしながら、上記磁気測定装置には、以
下に述べるような種々の問題点がある。
However, the magnetic measuring device has various problems as described below.

【0027】すなわち、上記磁気測定装置は、液体ヘリ
ウム(He)を冷媒として冷媒液体に直接にSQUIDを
浸漬することで4.2Kの極低温まで冷却する必要があ
るから、長時間の磁気測定のためには、当然に液体ヘリ
ウムを補給することが必要になる。したがって、図30
に示すように、このヘリウム補給手段としてのヘリウム
補給部が必要になり、装置が複雑化するという問題があ
る。また、上記SQUID、ピックアップコイル等を低
温デュワー内にセットし、特殊な作動状態を維持しなけ
ればならず低温デュワー自体も複雑な構造となってい
る。
That is, since the magnetic measurement device needs to be cooled to an extremely low temperature of 4.2 K by directly immersing SQUID in a refrigerant liquid using liquid helium (He) as a refrigerant, it is necessary to perform magnetic measurement for a long time. Therefore, it is necessary to supply liquid helium. Therefore, FIG.
As shown in (1), a helium replenishing section is required as the helium replenishing means, and there is a problem that the apparatus becomes complicated. In addition, the SQUID, the pickup coil, and the like must be set in a low-temperature dewar to maintain a special operation state, and the low-temperature dewar itself has a complicated structure.

【0028】さらには、上記低温デュワーを保持して、
上記デュワーを被検者の胸部まで移動可能にするための
デュワー支持台、被検者用ベット、信号処理周辺装置等
が必要になるから、装置全体が複雑な上に非常に大型で
高価なものとなるという問題がある。
Further, holding the low temperature dewar,
Since a dewar support base, a bed for the subject, signal processing peripheral devices, etc. are required to enable the dewar to be moved to the chest of the subject, the entire device is complicated and very large and expensive. There is a problem that becomes.

【0029】これらの問題は、上記装置を病院等におい
て一般的に使用する上で、特に大きな問題となる。更
に、あらゆるものに磁気の影響を受けるため、周辺装置
からの磁気の発生を減少させる必要があるのは無論のこ
と、システムに常磁性体を用いないような工夫が必要に
なる。このことは、装置全体が大型になればなるほど、
実行することが難しくなる。(例えば、低温デュワーは
いうまでもなく低温デュワーの保持用支持台、被検者用
ベットが常磁性体を含まないようにすることが必要にな
る。)このように、上記磁気測定装置は、SQUIDが
10-13Tレベルの脳波も検出可能な感度を有するか
ら、心臓からの磁気信号は十分に検出できる感度を有す
る反面、4.2Kまでの極低温冷却および特殊な作動状
態の維持のために、大型化し、複雑化するという問題点
が存在する。したがって、上記磁気測定装置は、病院で
の診断に用いられるまでには至っていないのが実情であ
り、実用化にはいまだ多くの課題がある。
These problems become particularly serious problems when the above-mentioned apparatus is generally used in hospitals and the like. Further, since everything is affected by magnetism, it is needless to say that it is necessary to reduce the generation of magnetism from peripheral devices, and it is necessary to devise a system that does not use a paramagnetic material. This means that the larger the whole device,
Difficult to do. (For example, the low temperature dewar, not to mention the low temperature dewar holding support, it is necessary that the subject's bed does not include a paramagnetic material.) Thus, the magnetic measurement device, Since the SQUID has a sensitivity that can detect brain waves of the level of 10 -13 T, the magnetic signal from the heart has a sufficient sensitivity to detect it, but for cryogenic cooling up to 4.2K and maintenance of a special operating state In addition, there is a problem that the size and the size are complicated. Therefore, the magnetic measurement device has not yet been used for diagnosis in hospitals, and there are still many problems in practical use.

【0030】微弱な磁気を測定できる装置を医療分野へ
応用することは、優れた利点と可能性があるので、この
微弱な磁気を測定できる装置を、信頼性が高く、かつ、
小型で長時間の使用が容易であり、耐久性も高くて、簡
単な操作によって使用できるものとすることが要望され
ている。
Applying a device capable of measuring weak magnetism to the medical field has great advantages and possibilities. Therefore, a device capable of measuring weak magnetism has high reliability and
There is a demand for a device that is small, easy to use for a long time, has high durability, and can be used by a simple operation.

【0031】現在、上記SQUIDを用いた磁気測定装
置は臨床的研究段階であり、一般的に病院で診断に使用
できるまでには至っていない。このため、現在は、心電
計によって心電図測定を実施することによって、心臓か
らの生体信号を測定することが、一般的に行なわれてい
る。心電計は、体表面の2点間の電位差を電極を使用し
て測定することによって、胸郭内に生じた電位変化を検
出するようにしたものである。しかし、この心電計は、
発汗による皮膚と導出電極との不安定な結合により、測
定が不安定であるという問題があり、また、生体との接
触点に十分な配慮が必要になるので、取り扱いが簡単で
はないという問題がある。
At present, the magnetic measuring device using the SQUID is in a clinical research stage, and has not been generally used for diagnosis in hospitals. For this reason, at present, it is common practice to measure a biological signal from the heart by performing an electrocardiogram measurement using an electrocardiograph. The electrocardiograph detects a potential change generated in the rib cage by measuring a potential difference between two points on the body surface using electrodes. However, this electrocardiograph
There is a problem that the measurement is unstable due to the unstable coupling between the skin and the lead-out electrode due to sweating, and the problem that handling is not easy because sufficient consideration must be given to the point of contact with the living body. is there.

【0032】[0032]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、上記した様々な問題点を解決することにある。すな
わち、本発明の目的は、容易に極低温である77K近辺
以下まで冷却することができ、現段階ではまだ特性にバ
ラツキがみられる超電導素子の超電導現象を再現でき、
超電導素子を高感度センサーとしてエレクトロニクス分
野での一般利用を可能とすることができ、コンパクトで
長時間連続使用可能な高感度な微弱磁界測定可能な超電
導測定装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned various problems. That is, an object of the present invention is to be able to easily cool down to around 77K or below, which is a cryogenic temperature, and to reproduce the superconducting phenomenon of a superconducting element whose characteristics still vary at this stage,
It is an object of the present invention to provide a compact superconducting measurement device capable of measuring a weak magnetic field with high sensitivity that can be generally used in the field of electronics as a high-sensitivity sensor as a high-sensitivity sensor and that can be used continuously for a long time.

【0033】さらに、本発明の目的は、超電導素子を容
易に極低温領域まで冷却することができ、かつ、取り扱
いが容易であり、被検者と非接触で測定ができ、医療検
査診断での一般利用を可能とするコンパクトな生体磁気
測定装置を実現できる超電導測定装置を提供することに
ある。
Further, it is an object of the present invention that the superconducting element can be easily cooled to a cryogenic temperature range, is easy to handle, can be measured without contacting a subject, and can be used for medical examination diagnosis. It is an object of the present invention to provide a superconducting measurement device capable of realizing a compact biomagnetism measurement device that can be used for general purposes.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明の超電導測定装置は、磁気抵
抗素子からなる超電導素子を、スターリングサイクル冷
却器の冷却部の先端に搭載し、上記スターリングサイク
ル冷却器の冷却部に設けられ、上記スターリングサイク
ル冷却器を制御するための温度センサーと、上記超電導
素子および上記冷却部を囲む非磁性の外囲器とを備え、
上記非磁性の外囲器の側壁に設けたハーメチックポート
から上記温度センサーの信号線を取り出したことを特徴
としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a superconducting measuring apparatus comprising a superconducting element comprising a magnetoresistive element mounted on a tip of a cooling section of a Stirling cycle cooler. A temperature sensor for controlling the Stirling cycle cooler, provided in a cooling unit of the Stirling cycle cooler, including a non-magnetic envelope surrounding the superconducting element and the cooling unit,
The signal line of the temperature sensor is taken out from a hermetic port provided on a side wall of the non-magnetic envelope.

【0035】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
の超電導測定装置において、上記温度センサからの温度
信号に基いて、上記冷却器の冷却能力を制御する冷却制
御手段を備え、上記温度センサーの信号線は、上記超電
導素子と上記ハ−メチックポートとの間で、上記冷却部
に取り付けた信号線中継部に巻き付けられていることを
特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the superconducting measuring apparatus according to the first aspect, further comprising cooling control means for controlling a cooling capacity of the cooler based on a temperature signal from the temperature sensor. The signal line of the temperature sensor is characterized by being wound around a signal line relay section attached to the cooling section between the superconducting element and the hermetic port.

【0036】また、請求項3の発明は、請求項1に記載
の超電導測定装置において、上記超電導素子は超電導現
象を示す磁気抵抗素子であり、上記超電導素子に、上記
超電導素子の固有の低周波のゆらぎ周波数よりも高い周
波数の交流磁界を加えるために上記外囲器の外周に配置
された交流磁場発生用電磁コイルと、上記磁気抵抗素子
の抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、上記抵抗値検出
手段が検出した上記磁気抵抗素子の抵抗値を上記磁気抵
抗素子に印加された磁界強度を表す磁界強度信号に変換
する信号変換装置とを備えたことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the superconducting measuring apparatus according to the first aspect, the superconducting element is a magnetoresistive element exhibiting a superconducting phenomenon, and the superconducting element is provided with a low frequency characteristic of the superconducting element. An electromagnetic coil for generating an alternating magnetic field arranged on the outer periphery of the envelope to apply an alternating magnetic field having a frequency higher than the fluctuation frequency of the magnetic field, a resistance value detecting means for detecting a resistance value of the magnetoresistive element, and A signal conversion device for converting a resistance value of the magnetoresistive element detected by the value detecting means into a magnetic field strength signal representing a magnetic field strength applied to the magnetoresistive element.

【0037】また、請求項4の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つに記載の超電導測定装置において、微弱
な磁界を検出した上記超電導素子が出力する磁界検出信
号を受けて、この磁界検出信号を目視可能な可視画像に
変換する信号変換手段とを備え、微弱な生体磁場を計測
するようにしたことを特徴としている。
Further, the invention of claim 4 relates to claims 1 to 3
A superconducting measurement device according to any one of the above, receiving a magnetic field detection signal output by the superconducting element that has detected a weak magnetic field, and a signal conversion unit that converts the magnetic field detection signal into a visible image that can be viewed. It is characterized in that a weak biomagnetic field is measured.

【0038】[0038]

【作用】請求項1の発明は、冷却部に、冷却器を制御す
るための温度センサーを設けたから、冷却部を精密に温
度制御でき、超電導素子に超電導現象を確実に起させ
て、測定感度の向上を図れ、かつ、超電導素子の単独故
障時には超電導素子単体のみを交換すればよくなる。
According to the first aspect of the present invention, since the cooling unit is provided with a temperature sensor for controlling the cooler, the temperature of the cooling unit can be precisely controlled, and the superconducting element reliably causes the superconducting phenomenon to occur. In addition, when the superconducting element alone fails, only the superconducting element alone needs to be replaced.

【0039】また、請求項2の発明は、冷却部に取り付
けた信号線中継部に温度センサーの信号線を巻き付けた
ことで、可能な限り多重に巻き付けて伝熱距離をかせぐ
ことができ、信号線を伝わる熱に関する断熱効果を高
め、超電導状態を破る温度上昇を回避できる。
According to the second aspect of the present invention, the signal line of the temperature sensor is wound around the signal line relay section attached to the cooling section. The heat insulating effect on the heat transmitted through the wire is enhanced, and the temperature rise that breaks the superconducting state can be avoided.

【0040】また、請求項3の発明は、上記外囲器の外
周に、交流磁場発生用電磁コイルを配置したから、超電
導素子固有のゆらぎ周波数よりも高い周波数で超電導素
子を動作させて、ゆらぎ周波数の影響を回避でき、測定
感度を向上できる。
According to the third aspect of the present invention, since the electromagnetic coil for generating the alternating magnetic field is arranged on the outer periphery of the envelope, the superconducting element is operated at a frequency higher than the fluctuation frequency inherent in the superconducting element, and the fluctuation is obtained. The influence of the frequency can be avoided, and the measurement sensitivity can be improved.

【0041】また、請求項4の発明は、上記信号変換手
段が、上記磁界検出信号を目視可能な可視画像に変換す
るから、微弱な生体磁場を目視によって認識できる小型
かつ高感度な卓上サイズの超電導測定装置を実現でき
る。
According to a fourth aspect of the present invention, since the signal conversion means converts the magnetic field detection signal into a visible image which can be visually recognized, a small and highly sensitive desktop size capable of visually recognizing a weak biomagnetic field. A superconducting measurement device can be realized.

【0042】この発明によれば、スターリングサイクル
に従う冷媒の状態変化を利用する冷却器を用いて超電導
素子を冷却するので、簡単に極低温領域まで冷却でき、
かつ、超電導測定装置全体の小型化が可能になる。
According to the present invention, since the superconducting element is cooled by using the cooler that utilizes the state change of the refrigerant according to the Stirling cycle, it is possible to easily cool the superconducting element to the extremely low temperature range,
In addition, the size of the entire superconducting measurement device can be reduced.

【0043】また、上記超電導素子は弱結合粒界を有す
る超電導体で構成した磁気抵抗素子であり、この磁気抵
抗素子を含む磁気センサを備える場合には、微弱磁界を
高感度に測定でき、高感度微弱磁界測定装置の卓上型ハ
ンディサイズ化を可能にすることができる。
The superconducting element is a magnetoresistive element composed of a superconductor having a weak coupling grain boundary. When a magnetic sensor including this magnetoresistive element is provided, a weak magnetic field can be measured with high sensitivity. It is possible to make a desktop handy size of the sensitivity weak magnetic field measuring device.

【0044】また、上記非磁性の外囲器が超電導素子と
冷却部を囲んで断熱するので、超電導素子を一層効果的
に冷却できる。
Further, since the non-magnetic envelope surrounds the superconducting element and the cooling section for heat insulation, the superconducting element can be cooled more effectively.

【0045】また、上記温度センサと、上記温度センサ
からの温度信号に基づいて上記冷却器の冷却能力を制御
する冷却制御手段を備えた場合には、超電導素子個々の
特性に合せて冷却温度を設定したり、冷却後の温度ドリ
フトにおいて超電導素子の温度変化を観測することがで
きる。
When the temperature sensor and cooling control means for controlling the cooling capacity of the cooler based on the temperature signal from the temperature sensor are provided, the cooling temperature is adjusted in accordance with the characteristics of each superconducting element. The temperature change of the superconducting element can be observed in the temperature drift after setting or cooling.

【0046】また、上記外囲器内部を真空等に保持した
場合には、冷却器の設定温度を変化させたことによっ
て、結露が発生することを防ぐことが可能になる。
When the inside of the envelope is kept at a vacuum or the like, it is possible to prevent the occurrence of dew condensation by changing the set temperature of the cooler.

【0047】また、上記外囲器の外周に配置された交流
磁場発生用電磁コイルに、上記超電導素子の固有の低周
波のゆらぎ周波数よりも高い周波数の交流電流を流す
と、上記電磁コイルは上記ゆらぎ周波数よりも高い周波
数の交流磁界を発生する。すると、上記超電導素子は、
上記電磁コイルから上記交流磁界を受けて、この超電導
素子に固有のゆらぎ周波数よりも高い周波数で動作する
こととなる。つまり、上記超電導素子は、上記高い周波
数に同期した電圧信号を出力する。そして、この状態
で、上記超電導素子に被検体からの被計測磁場が印加さ
れると、上記高い周波数に同期した電圧信号は、上記被
計測磁場によって変調された信号を含んだ信号になる。
したがって、この変調信号を含んだ信号から、上記変調
信号を取り出して、復調することによって、上記被計測
磁場を得ることができる。
Further, when an alternating current having a frequency higher than the low-frequency fluctuation frequency inherent to the superconducting element is caused to flow through the alternating-current magnetic field generating electromagnetic coil disposed on the outer periphery of the envelope, the electromagnetic coil is activated. An alternating magnetic field having a frequency higher than the fluctuation frequency is generated. Then, the superconducting element is
Upon receiving the AC magnetic field from the electromagnetic coil, the superconducting element operates at a frequency higher than the fluctuation frequency inherent to the superconducting element. That is, the superconducting element outputs a voltage signal synchronized with the high frequency. When a magnetic field to be measured from the subject is applied to the superconducting element in this state, the voltage signal synchronized with the high frequency becomes a signal including a signal modulated by the magnetic field to be measured.
Therefore, by extracting and demodulating the modulated signal from the signal including the modulated signal, the measured magnetic field can be obtained.

【0048】上記発明によれば、上記超電導素子を、上
記超電導素子の固有のゆらぎ周波数よりも高い周波数で
動作させて、被計測磁場を計測するので、上記ゆらぎ周
波数に影響されることなく、高精度な磁場測定ができ
る。
According to the present invention, since the superconducting element is operated at a frequency higher than the fluctuation frequency inherent to the superconducting element to measure the magnetic field to be measured, a high frequency can be obtained without being affected by the fluctuation frequency. Accurate magnetic field measurement can be performed.

【0049】また、帯域フィルタによって、上記変調信
号を含んだ信号から上記変調信号を容易に取り出すこと
ができる。また、ハイパスフィルタが、被計測磁界の周
波数よりも低い周波数の信号である地磁気あるいは外部
固定磁場を遮断するので、被計測磁場の測定に際して、
地磁気等の影響を排除できる。
Further, the modulated signal can be easily extracted from the signal containing the modulated signal by the bandpass filter. Also, since the high-pass filter cuts off the geomagnetic or external fixed magnetic field that is a signal of a frequency lower than the frequency of the magnetic field to be measured,
The influence of geomagnetism can be eliminated.

【0050】また、上記超電導素子は、上記冷媒をスタ
ーリングサイクルによって状態変化させる冷却手段によ
って、超電導現象が発生する極低温に冷却される。そし
て、上記超電導素子は、上記駆動手段によって駆動さ
れ、微弱な磁界を検出して磁界検出信号を出力する。そ
して、上記信号変換手段は、上記磁界検出信号を目視可
能な可視画像に変換する。従って、微弱な生体磁場を目
視によって認識できる。また、冷却手段をスターリング
サイクル方式にしたので、卓上サイズへのコンパクト化
を実現できる。
The superconducting element is cooled to a cryogenic temperature at which superconductivity occurs by cooling means for changing the state of the refrigerant by a Stirling cycle. The superconducting element is driven by the driving means, detects a weak magnetic field, and outputs a magnetic field detection signal. Then, the signal conversion means converts the magnetic field detection signal into a visible image that can be viewed. Therefore, a weak biomagnetic field can be visually recognized. In addition, since the cooling means is a Stirling cycle system, it can be downsized to a desktop size.

【0051】また、上記超電導素子は、弱結合粒界を有
する超電導体を含む磁気抵抗素子で構成されている。こ
の磁気抵抗素子によって、心臓からの微弱磁界を高感度
に測定できる。
The superconducting element is constituted by a magnetoresistive element including a superconductor having a weak coupling grain boundary. With this magnetoresistive element, a weak magnetic field from the heart can be measured with high sensitivity.

【0052】また、高透磁率材料で作製された磁界収束
手段が、被計測磁界を上記超電導素子の磁界検出部に収
束させる場合、心臓からの微弱な磁界を特に高精度に測
定できる。また、磁界収束部は、磁界検出部とは非接触
なので、冷却手段による超電導素子の冷却を妨げること
がない。
When the magnetic field converging means made of a high magnetic permeability material converges the magnetic field to be measured on the magnetic field detecting portion of the superconducting element, a weak magnetic field from the heart can be measured with particularly high accuracy. Further, since the magnetic field converging section is not in contact with the magnetic field detecting section, it does not hinder cooling of the superconducting element by the cooling means.

【0053】また、上記超電導素子が出力する磁界検出
信号の経時データを記録する記録装置を備え、磁界検出
信号の経時変化に基づいて生体の臨床検査診断を行える
ようにすると、他臨床データとの比較等による詳しい臨
床検査診断ができる。
Further, a recording device for recording the time-dependent data of the magnetic field detection signal output from the superconducting element is provided, and a clinical examination and diagnosis of a living body can be performed based on the time-dependent change of the magnetic field detection signal. Detailed clinical examination and diagnosis can be performed by comparison.

【0054】また、温度センサで冷却手段もしくは超電
導素子の温度を検出し、冷却部制御手段が、温度センサ
からの温度検出信号に基づいて、冷却手段の冷却能力を
制御して、超電導素子を上記超電導素子に固有な超電導
転移温度にする構成では、搭載する個々の超電導素子が
持つ超電導転移温度にあわせて、超電導素子を冷却する
ことができる。したがって、超電導素子を交換しても常
に一定の測定感度を維持することができる。
Further, the temperature of the cooling means or the superconducting element is detected by the temperature sensor, and the cooling section control means controls the cooling capacity of the cooling means based on the temperature detection signal from the temperature sensor, and In the configuration having a superconducting transition temperature unique to the superconducting element, the superconducting element can be cooled in accordance with the superconducting transition temperature of each mounted superconducting element. Therefore, even if the superconducting element is replaced, a constant measurement sensitivity can be always maintained.

【0055】また、上記超電導素子および超電導素子を
搭載した冷却手段を、上記駆動手段および信号変換手段
とは別体に離隔させて、駆動手段および信号変換手段を
静止させた状態で自由に超電導素子を移動させて被検体
を測定できるようにすれば、測定時の取り扱いが一層便
利になる。したがって、この場合、被検者を自由な姿勢
にした状態で、かつ、検査者にも負担を掛けることな
く、心臓の微弱な生体磁気を高精度に計測できる上に、
被験者用のベッド、冷却部の支持台等が不用となる。
Further, the superconducting element and the cooling means on which the superconducting element is mounted are separated from the driving means and the signal converting means, so that the superconducting element can be freely moved with the driving means and the signal converting means stationary. If the object is measured by moving the sample, the handling at the time of measurement becomes more convenient. Therefore, in this case, in a state where the subject is in a free posture, and without imposing a burden on the examiner, the weak biomagnetism of the heart can be measured with high accuracy.
This eliminates the need for a bed for the subject and a support for the cooling unit.

【0056】[0056]

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0057】図5は、本発明の超電導測定装置の第1実
施例のブロック図である。図5に示すように、スターリ
ングサイクル方式の冷却器11は、大きく分けて、圧縮
機の圧縮部12と、膨張機の冷却部13とで構成され
る。
FIG. 5 is a block diagram of a first embodiment of the superconducting measuring apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 5, the Stirling cycle cooler 11 is roughly divided into a compressor 12 of a compressor and a cooler 13 of an expander.

【0058】図5に示すように、この実施例は、超電導
素子15と、超電導素子15の冷却温度を測定する温度
センサー16とを有している。
As shown in FIG. 5, this embodiment has a superconducting element 15 and a temperature sensor 16 for measuring a cooling temperature of the superconducting element 15.

【0059】上記超電導素子15は、図2(A),(B)に
示すように、非磁性基板46上に微小な酸化物超伝導体
粒子がポイント状に結合する弱結合の集合体からなる超
電導膜47が形成されている。この超電導膜47は、機
械加工でミアンダ状にされている。また、上記超電導膜
47上に、チタン(Ti)を蒸着して、電流電極40,4
2と電圧電極41,43を形成している。なお、上記超
電導膜47は、上記酸化物超伝導体粒子が極く薄い絶縁
膜を介して結合する弱結合の集合体であってもよい。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the superconducting element 15 is composed of a weakly-coupled aggregate in which minute oxide superconductor particles are coupled on a non-magnetic substrate 46 in a point-like manner. A superconducting film 47 is formed. This superconducting film 47 is made meandering by machining. Further, titanium (Ti) is vapor-deposited on the superconducting film 47 so that the current electrodes 40, 4
2 and voltage electrodes 41 and 43 are formed. The superconducting film 47 may be an aggregate of weak coupling in which the oxide superconductor particles are coupled via an extremely thin insulating film.

【0060】さらに、この実施例は、冷却部13からの
低温熱をロスなく確実に超電導素子15に伝えるため
に、超電導素子15を、図3に示すように、パッケージ
して、上記超電導素子15を含むパッケージ素子44を
上記冷却部13に搭載するようにしている。上記パッケ
ージが熱連結手段を構成している。図3に示すように、
超電導素子15と温度センサー16とが、上記パッケー
ジ外囲器20に、熱伝導率の高い銀ペースト等の接着剤
で接着されている。そして、上記パッケージ外囲器20
は、良好な熱媒体であって熱伝導性が高い冷却板21に
取り付けられて、冷却効果が向上させられるようになっ
ている。さらには、ガラス50にて気密封止を行ない、
内部を真空に保持して冷却部13の熱がロスなく超電導
素子15に伝わるように熱的に連結できるパッケージ構
成としている。
Further, in this embodiment, the superconducting element 15 is packaged as shown in FIG. 3 so as to reliably transmit the low-temperature heat from the cooling section 13 to the superconducting element 15 without loss. Are mounted on the cooling unit 13. The package constitutes the thermal coupling means. As shown in FIG.
The superconducting element 15 and the temperature sensor 16 are bonded to the package envelope 20 with an adhesive such as a silver paste having a high thermal conductivity. And, the package envelope 20
Is attached to the cooling plate 21 which is a good heat medium and has high thermal conductivity, so that the cooling effect can be improved. Furthermore, airtight sealing is performed with glass 50,
The package structure is such that the inside can be maintained in vacuum and thermally connected so that the heat of the cooling unit 13 is transmitted to the superconducting element 15 without loss.

【0061】また、この実施例では、温度センサー16
を板状のCRC(E)熱電対にしたが、温度センサー16
を白金抵抗や、サーミスタにしてもよい。上記温度セン
サー16によって、超電導素子15の冷却温度をモニタ
ーできるようにしている。
In this embodiment, the temperature sensor 16
Was made into a plate-like CRC (E) thermocouple, but the temperature sensor 16
May be a platinum resistor or a thermistor. The cooling temperature of the superconducting element 15 can be monitored by the temperature sensor 16.

【0062】そして、図6に示すように、上記パッケー
ジ素子44を冷却部13に搭載し、上記パッケージ素子
44と超電導素子15の全体を、非磁性の外囲器14に
よって囲んで断熱している。そして、熱電対で構成した
温度センサー16からの信号線は、外囲器14に取り付
けられたハーメチックポート23から外部に取り出すよ
うにしている。
As shown in FIG. 6, the package element 44 is mounted on the cooling section 13, and the entire package element 44 and superconducting element 15 are surrounded and insulated by the non-magnetic envelope 14. . A signal line from the temperature sensor 16 constituted by a thermocouple is taken out from a hermetic port 23 attached to the envelope 14.

【0063】上記非磁性の外囲器14から取り出された
温度センサー16の信号は、図5に示す信号変換部17
に入力される。すると、上記信号変換部17は、超電導
素子15の温度を表す上記信号を冷却器11の制御信号
に変換して制御部10へ伝え、上記制御部10は冷却器
11を制御して超電導現象があらわれる温度まで冷却部
13を冷却する。制御部10をコントロールする制御信
号は、信号変換部17によってボルトオーダーまで増幅
された信号である。そして、制御部10は、さらに上記
制御信号を数ボルトアップまたはダウンさせることによ
って冷却器11の冷却能力を制御し、冷却温度を可変す
るようになっている。
The signal of the temperature sensor 16 taken out of the non-magnetic envelope 14 is supplied to a signal conversion unit 17 shown in FIG.
Is input to Then, the signal conversion unit 17 converts the signal representing the temperature of the superconducting element 15 into a control signal for the cooler 11 and transmits the control signal to the control unit 10. The control unit 10 controls the cooler 11 to reduce the superconducting phenomenon. The cooling unit 13 is cooled to a temperature that appears. The control signal for controlling the control unit 10 is a signal amplified to the volt order by the signal conversion unit 17. The control unit 10 further controls the cooling capacity of the cooler 11 by raising or lowering the control signal by several volts, thereby varying the cooling temperature.

【0064】上記信号変換部17の回路図を図7に示
す。図7に示すように、上記信号変換部17は、増幅部
およびシフト部をオペアンプを利用した差動増幅回路と
している。
FIG. 7 shows a circuit diagram of the signal conversion unit 17. As shown in FIG. 7, in the signal conversion unit 17, the amplification unit and the shift unit are configured as a differential amplifier circuit using an operational amplifier.

【0065】尚、図5に示した超電導素子15及びこの
超電導素子15を駆動する手段は、公知の種々のものを
用いることができる。たとえば、すでに特許出願してい
る「超電導磁界測定装置」(特願平1−170306)に
記載した駆動手段を用いることができる。
As the superconducting element 15 and the means for driving the superconducting element 15 shown in FIG. 5, various known elements can be used. For example, the driving means described in “Superconducting Magnetic Field Measuring Apparatus” (Japanese Patent Application No. 1-130306) already applied for a patent can be used.

【0066】上記構成の実施例の動作を、以下に各図を
参照しながら、説明する。
The operation of the embodiment having the above configuration will be described below with reference to the drawings.

【0067】図5に示す冷却器11は、圧縮部12で気
体を高圧に圧縮し、この圧縮気体を、図1に示す冷却部
13のピストン式の膨張シリンダ34で断熱膨張させて
冷やし、冷えた気体をディスプレーサ31が内蔵する蓄
冷器32を通過させ熱交換しながら次のサイクルへ送
る。そして、圧縮気体を膨張シリンダ34へ送る途中で
蓄冷器32で冷やして送るので、サイクルを繰り返して
いる間にだんだん気体の温度が下がっていくようになっ
ている。つまり、この冷却器11は、例えばヘリウム等
の極低沸点の冷媒ガスを等温圧縮,定容冷却,等温膨
張,定容加熱の各過程を、この順に繰り返すスターリン
グサイクルに従って状態変化させて、上記等温膨張過程
において被冷却物質である超電導素子15から吸収した
熱を、上記等温圧縮過程において外部に放出することに
より被冷却物質(超電導素子15)を冷却するスターリン
グ冷却器である。
The cooler 11 shown in FIG. 5 compresses the gas to a high pressure in the compression section 12 and adiabatically expands this compressed gas in the piston type expansion cylinder 34 of the cooling section 13 shown in FIG. The gas passed through the regenerator 32 incorporated in the displacer 31 is sent to the next cycle while exchanging heat. Then, the compressed gas is cooled by the regenerator 32 while being sent to the expansion cylinder 34, so that the temperature of the gas gradually decreases during the repetition of the cycle. In other words, the cooler 11 changes the state of each of the steps of isothermal compression, constant volume cooling, isothermal expansion, and constant volume heating of a very low boiling point refrigerant gas such as helium in accordance with a Stirling cycle that is repeated in this order. This is a Stirling cooler that cools the material to be cooled (superconducting element 15) by releasing the heat absorbed from superconducting element 15 as the substance to be cooled in the expansion process to the outside in the isothermal compression process.

【0068】図1に示すように、この冷却器11の冷却
部13に超電導素子15を含む上記パッケージ素子44
を搭載している。図1を参照しながら、冷却部13によ
って超電導素子15が冷却される過程を更に詳細に説明
する。まず、冷却部13は、コネクティングパイプ35
によって圧縮部12(図5参照)と連結されている。そし
て、このパイプ35を通って、作動流体である冷媒ガス
であるヘリウムHeガスが冷却部13へ送り込まれる。
Heガスは圧縮部12の圧縮シリンダ内部の圧縮ピスト
ンで圧縮され昇圧状態で冷却部13に送られる。そし
て、上記Heガスは、細長いピストンの形状をしたディ
スプレーサ31の昇降運動によって、膨張低温室30内
で断熱膨張させられて冷却される。
As shown in FIG. 1, the cooling element 13 of the cooler 11 includes the package element 44 including the superconducting element 15.
It is equipped with. The process in which the superconducting element 15 is cooled by the cooling unit 13 will be described in more detail with reference to FIG. First, the cooling unit 13 includes a connecting pipe 35.
Is connected to the compression unit 12 (see FIG. 5). Then, helium He gas, which is a refrigerant gas as a working fluid, is sent to the cooling unit 13 through the pipe 35.
The He gas is compressed by the compression piston inside the compression cylinder of the compression unit 12 and sent to the cooling unit 13 in a pressurized state. The He gas is adiabatically expanded and cooled in the expansion low-temperature chamber 30 by the elevating movement of the displacer 31 having the shape of an elongated piston.

【0069】上記ディスプレーサ31の上端と冷却部1
3の先端部との間に拡縮される空間が膨張低温室30を
構成している。そして、上記ディスプレーサ31は、膨
張シリンダ34内で圧縮部12によって作られた圧力変
動に対してある位相差を保ちながらガスバネ往復運動を
繰り返す。
The upper end of the displacer 31 and the cooling unit 1
The space which is expanded and contracted between the front end portion 3 and the end portion 3 constitutes the expanded low-temperature chamber 30. The displacer 31 repeats the gas spring reciprocating motion while maintaining a certain phase difference with respect to the pressure fluctuation generated by the compression section 12 in the expansion cylinder 34.

【0070】このディスプレーサ31の内部には、上述
したように蓄冷器32が内設してある。そして、膨張シ
リンダ34に対向するディスプレーサ31の外周面と、
ディスプレーサ31の上端面とに、それぞれガス通孔3
3が設けられている。そして、圧縮部12によって送ら
れる昇圧されたHeガスは、蓄冷器32を通過する際に
冷却されて膨張低温室30へ送り出される。
The regenerator 32 is provided inside the displacer 31 as described above. And, the outer peripheral surface of the displacer 31 facing the expansion cylinder 34,
The gas through holes 3 are provided at the upper end face of the displacer 31 respectively.
3 are provided. Then, the pressurized He gas sent by the compression section 12 is cooled when passing through the regenerator 32 and sent out to the expansion low-temperature chamber 30.

【0071】その後、ディスプレーサ31が元(図1の
右方)に戻ることによって、膨張低温室30内で、He
ガスを断熱膨張させて冷却する。膨張低温室30におい
て冷却されたHeガスは、蓄冷器32を冷却しつつコネ
クティングパイプ35を通して圧縮部12に送り戻され
る。この動きを1サイクルとして連続運転することによ
って、冷却部13の先端部13A(コールドヘッド)が極
低温まで冷却される。これによって、上記冷却部13に
搭載されている超電導素子15が極低温に冷却される。
Thereafter, when the displacer 31 returns to the original position (to the right in FIG. 1), the He
The gas is adiabatically expanded and cooled. The He gas cooled in the expansion low-temperature chamber 30 is sent back to the compression unit 12 through the connecting pipe 35 while cooling the regenerator 32. By continuously operating this movement as one cycle, the tip 13A (cold head) of the cooling unit 13 is cooled to a very low temperature. Thereby, the superconducting element 15 mounted on the cooling unit 13 is cooled to an extremely low temperature.

【0072】さらに、上記実施例は、冷却能力を、現在
実用化されている超電導素子に必要な77K近辺以下に
まで冷却できるようにする目的と、結露を防止する目的
を達成するために、図6に示すように、冷却部13およ
び超電導素子15を含むパッケージ素子44を外囲器1
4で囲むようにしている。このことによって、幅射熱を
防止し、冷却能力を向上させることができた。さらに
は、上記外囲器14の内部空間27を真空状態にするこ
とによって、上記超電導素子15を内蔵したパッケージ
素子44を真空断熱することができ、優れた冷却効果を
実現できた。
Further, the above-described embodiment is designed to achieve the purpose of cooling the cooling capacity to around 77 K or less, which is necessary for a superconducting element currently in practical use, and to achieve the purpose of preventing condensation. As shown in FIG. 6, the package element 44 including the cooling unit 13 and the superconducting element 15 is
It is surrounded by 4. As a result, it was possible to prevent widthwise heat radiation and improve the cooling capacity. Furthermore, by making the internal space 27 of the envelope 14 a vacuum state, the package element 44 containing the superconducting element 15 can be vacuum-insulated, and an excellent cooling effect can be realized.

【0073】なお、上記外囲器14の内部は、アルゴ
ン,窒素,ネオン,ヘリウム等の不活性ガス雰囲気によ
って封止するようにしてもよい。
The interior of the envelope 14 may be sealed with an atmosphere of an inert gas such as argon, nitrogen, neon, helium or the like.

【0074】この実施例の冷却特性を、図4に示す。図
4の縦軸は超電導素子15に0.1mAの電流を流した
ときの電圧降下値を示し、横軸は冷却時間を示してい
る。図4に示すように、超電導素子15の抵抗値は、冷
却開始時の室温時には、約600オーム(約60mV/
0.1mA)であったが、冷却開始後約200秒で超電
導現象が現れた。そして、冷却開始後約360秒で、超
電導素子15の抵抗値は約2オームになった。このとき
の素子温度は、約77Kであった。このように、上記実
施例によれば、冷却後約360秒で、超電導素子15の
抵抗値が0オーム近辺に達しており、超電導冷却が可能
であることが判る。
FIG. 4 shows the cooling characteristics of this embodiment. The vertical axis in FIG. 4 shows a voltage drop value when a current of 0.1 mA flows through superconducting element 15, and the horizontal axis shows a cooling time. As shown in FIG. 4, the resistance value of superconducting element 15 is about 600 ohms (about 60 mV /
0.1 mA), but a superconductivity phenomenon appeared about 200 seconds after the start of cooling. About 360 seconds after the start of cooling, the resistance value of superconducting element 15 became about 2 ohms. The element temperature at this time was about 77K. As described above, according to the above-described embodiment, the resistance value of the superconducting element 15 reached about 0 ohm approximately 360 seconds after cooling, indicating that superconducting cooling is possible.

【0075】ところで、図6に示すように、パッケージ
素子44のパッケージ外囲器20から、素子駆動用信号
線24と、温度出力信号線25が引き出されている。こ
の素子駆動用信号線24と温度出力信号線25は、信号
線中継部22を中継してハーメチックポート23から外
囲器14の外部へ取り出される。温度出力信号線25か
ら出力された信号は、図5に示す信号変換部17によっ
て冷却器11の冷却能力を制御するようになっている。
As shown in FIG. 6, an element driving signal line 24 and a temperature output signal line 25 are drawn out of the package envelope 20 of the package element 44. The element driving signal line 24 and the temperature output signal line 25 are taken out of the envelope 14 from the hermetic port 23 via the signal line relay unit 22. The signal output from the temperature output signal line 25 controls the cooling capacity of the cooler 11 by the signal converter 17 shown in FIG.

【0076】そして、図6に示すように、信号線中継部
22に、温度センサー16である熱電対を巻き付けて、
外部の温度出力信号線25からハーメチックポート23
を介して外囲器14内に流入する熱量を超電導素子15
を内蔵したパッケージ素子44にまで伝えないようにし
ている。このことは、熱電対以外の素子を温度センサー
16とした場合であっても、上記温度センサーに必要な
信号線を上述のように信号中継部22に巻き付けると、
超電導素子15の冷却温度を容易に低下させることがで
きる効果がある。なお、超電導素子15の駆動信号線2
4についても、上記信号線25と同様のことが言える。
このように、図6に示したような構造にすることによっ
て、冷却器11によって超電導素子15を一層効果的に
冷却できるようになり、上記超電導素子15を極低温ま
で、短時間にかつ確実に冷却することが可能となった。
Then, as shown in FIG. 6, a thermocouple as the temperature sensor 16 is wound around the signal line relay section 22,
From the external temperature output signal line 25 to the hermetic port 23
The amount of heat flowing into the envelope 14 through the superconducting element 15
Is not transmitted to the package element 44 having the built-in. This means that, even when an element other than a thermocouple is used as the temperature sensor 16, when a signal line required for the temperature sensor is wound around the signal relay unit 22 as described above,
There is an effect that the cooling temperature of superconducting element 15 can be easily lowered. The drive signal line 2 of the superconducting element 15
The same applies to the signal line 25 for the signal line 25.
In this way, by adopting the structure as shown in FIG. 6, the superconducting element 15 can be more effectively cooled by the cooler 11, and the superconducting element 15 can be cooled down to an extremely low temperature in a short time and reliably. It became possible to cool.

【0077】このように、上記実施例によれば、超電導
素子15を確実に短時間で極低温領域まで冷却すること
が可能となった。
As described above, according to the above embodiment, the superconducting element 15 can be reliably cooled to the cryogenic temperature region in a short time.

【0078】したがって、上記実施例によれば、超電導
素子をエレクトロニクス分野に応用するために必要であ
った小型化と、連続駆動等のハードルを越えることがで
きるようになり、今後大いに利用されることが予想され
る。
Therefore, according to the above embodiment, it is possible to overcome the hurdles such as the downsizing and continuous driving required for applying the superconducting element to the electronics field, and the superconducting element will be widely used in the future. Is expected.

【0079】なお、上記実施例では、冷却器11を、圧
縮機12のコンプレッサ部と膨張機の冷却部13がコネ
クティングパイプ35によって分離したスプリット式に
したが、冷却器として一体型を用いてもよい。もっと
も、上記冷却器11をスプリット式にした場合には、冷
却部13と超電導素子15を含む測定部が手の上にのる
サイズになり、小形超電導センサーとして、いよいよ実
用化に近づく効果がある。
In the above embodiment, the cooler 11 is of a split type in which the compressor section of the compressor 12 and the cooling section 13 of the expander are separated by a connecting pipe 35. However, an integrated type cooler may be used. Good. However, when the cooler 11 is of a split type, the measuring unit including the cooling unit 13 and the superconducting element 15 has a size that can be put on a hand, and has an effect of approaching practical use as a small superconducting sensor. .

【0080】次に、図10に、本発明の第2実施例を示
す。図10において、101は超電導磁気抵抗素子、1
02は超電導磁気抵抗素子101の出力信号を処理する
センサ信号処理部、103はハイパスフィルター回路、
104は被計測磁場信号を表示する表示部、105は温
度センサ、106は温度センサ105からの信号を変換
する信号変換部、107は、スターリングサイクルクー
ラである冷却器112を制御する制御部、108はコン
プレッサー、109はコネクテングパイプ、110はコ
ールドフィンガーすなわち冷却部、111は外囲器、1
13は外囲器111の外周に装着した交流磁場発生コイ
ル、114は外囲器111の外周に装着した補正磁場発
生コイルである。この交流磁場発生コイル113と補正
磁場発生コイル114とは、コイル駆動部115によっ
て駆動されるようになっている。
Next, FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention. In FIG. 10, reference numeral 101 denotes a superconducting magnetoresistive element,
02 is a sensor signal processing unit that processes the output signal of the superconducting magnetoresistance element 101, 103 is a high-pass filter circuit,
Reference numeral 104 denotes a display unit for displaying a magnetic field signal to be measured; 105, a temperature sensor; 106, a signal conversion unit for converting a signal from the temperature sensor 105; 107, a control unit for controlling a cooler 112 which is a Stirling cycle cooler; Is a compressor, 109 is a connecting pipe, 110 is a cold finger or cooling unit, 111 is an envelope, 1
Reference numeral 13 denotes an AC magnetic field generating coil mounted on the outer periphery of the envelope 111, and reference numeral 114 denotes a correction magnetic field generating coil mounted on the outer periphery of the envelope 111. The AC magnetic field generating coil 113 and the correction magnetic field generating coil 114 are driven by a coil driving unit 115.

【0081】上記超電導磁気抵抗素子101の出力電圧
信号は、センサ信号処理部102に入力されるようにな
っている。このセンサ信号処理部102は、図18に示
すように、素子101の出力電圧信号が入力されるアン
プ132と帯域フィルタ133とアンプ134と復調器
Zと低域フィルタ131とで構成されている。上記復調
器Zには同期信号gが入力されるようになっている。ま
た、上記復調器Zと低域フィルタ131とがロックイン
増幅器を構成している。
The output voltage signal of the superconducting magnetoresistive element 101 is input to the sensor signal processing unit 102. As shown in FIG. 18, the sensor signal processing unit 102 includes an amplifier 132 to which the output voltage signal of the element 101 is input, a bandpass filter 133, an amplifier 134, a demodulator Z, and a low-pass filter 131. The demodulator Z receives a synchronization signal g. The demodulator Z and the low-pass filter 131 constitute a lock-in amplifier.

【0082】この実施例のスターリングサイクルクーラ
を含む冷却システムは、冷却器112と制御部107
と、温度センサ105と、信号変換部106とで構成さ
れている。冷却器112は、コンプレッサー108とコ
ネクティングパイプ109とコールドフィンガー110
とで構成されている。
The cooling system including the Stirling cycle cooler of this embodiment includes a cooler 112 and a control unit 107.
, A temperature sensor 105, and a signal converter 106. The cooler 112 includes a compressor 108, a connecting pipe 109, and a cold finger 110.
It is composed of

【0083】上記温度センサ105は、コールドフィン
ガー110の先端に装着されてコールドフィンガー11
0の先端の温度をモニターする。温度センサ105の出
力信号は温度信号変換部106によって制御部107へ
入力するのに適合した信号に変換される。制御部107
は、コンプレッサー108にコンプレッサー制御電流を
供給する。このコンプレッサー制御電流は、コールドフ
ィンガー110の先端の温度を窒素が液体になる所定に
温度にするように、コンプレッサー108の出力を制御
する。
The temperature sensor 105 is attached to the tip of the cold finger 110 and
Monitor the temperature at the 0 tip. The output signal of the temperature sensor 105 is converted by the temperature signal conversion unit 106 into a signal suitable for input to the control unit 107. Control unit 107
Supplies a compressor control current to the compressor 108. The compressor control current controls the output of the compressor 108 so that the temperature at the tip of the cold finger 110 becomes a predetermined temperature at which nitrogen becomes a liquid.

【0084】上記実施例の運転初期においては、上記温
度センサ105の出力信号が上記所定の温度(液体窒素
温度)を表す所定値に達しておらず、上記所定値から離
れている。したがって、運転初期においては、制御部1
07からコンプレッサー108へ供給されるコンプレッ
サー制御電流は、温度センサ105の出力信号が上記所
定値付近にあるときに比べて大きい。そして、コールド
フィンガー110の先端の温度が、上記所定の温度(液
体窒素温度)に接近するにつれて、コンプレッサー制御
電流は減少する。そして、上記コールドフィンガー11
0の先端の温度が、上記所定の温度と一致し、上記温度
センサ105の出力信号が表す温度が上記所定の温度と
一致すると、上記制御部107からコンプレッサー10
8へ出力されるコンプレッサー制御電流はゼロになる。
In the initial stage of the operation of the above embodiment, the output signal of the temperature sensor 105 has not reached the predetermined value representing the predetermined temperature (liquid nitrogen temperature) and has been separated from the predetermined value. Therefore, in the initial operation, the control unit 1
The compressor control current supplied from 07 to the compressor 108 is larger than when the output signal of the temperature sensor 105 is near the predetermined value. Then, as the temperature of the tip of the cold finger 110 approaches the predetermined temperature (liquid nitrogen temperature), the compressor control current decreases. And the above cold finger 11
When the temperature at the leading end of the temperature 0 coincides with the predetermined temperature and the temperature represented by the output signal of the temperature sensor 105 coincides with the predetermined temperature, the control unit 107 sends a signal to the compressor 10.
The compressor control current output to 8 becomes zero.

【0085】上記スターリングサイクルクーラを内蔵し
た上記実施例は、上述の様に運転され、冷媒を供給する
ことなく、長時間の連続運転が実現できる。
The above-described embodiment incorporating the Stirling cycle cooler is operated as described above, and a long-time continuous operation can be realized without supplying a refrigerant.

【0086】図11に、コールドフィンガー110に超
電導磁気抵抗素子101および温度センサ105を搭載
し、かつ、非磁性の外囲器111の外周に交流磁場発生
コイル113および補正磁場発生コイル114を装着し
た状態を示す実体概略図である。コールドフィンガー1
10の直径は、せいぜい1cm程度であるから、上記外囲
器111を小型にでき、磁気検出部を小型にできる。
In FIG. 11, a superconducting magnetoresistive element 101 and a temperature sensor 105 are mounted on a cold finger 110, and an AC magnetic field generating coil 113 and a correction magnetic field generating coil 114 are mounted on the outer periphery of a nonmagnetic envelope 111. It is an entity schematic diagram showing a state. Cold finger 1
Since the diameter of 10 is at most about 1 cm, the envelope 111 can be downsized, and the magnetic detection unit can be downsized.

【0087】被計測磁場は、図11に示す矢印116で
示すように、この実施例の超電導測定装置に入力され
る。上記外囲器111と超電導磁気抵抗素子101との
間の空隙は真空状態に保持されている。上記空隙をかな
り小さく設定することができ、上記超電導磁気抵抗素子
101と被計測物との距離を短くでき、被計測物から発
生する磁場が上記素子101に到達するまでの損失を小
さくすることができるので、被計測物からの被計測磁場
を高感度で測定できる。
The magnetic field to be measured is input to the superconducting measuring apparatus of this embodiment, as indicated by an arrow 116 shown in FIG. The gap between the envelope 111 and the superconducting magnetoresistive element 101 is maintained in a vacuum state. The gap can be set to be considerably small, the distance between the superconducting magnetoresistance element 101 and the object can be shortened, and the loss until the magnetic field generated from the object reaches the element 101 can be reduced. Therefore, the measured magnetic field from the measured object can be measured with high sensitivity.

【0088】上記超電導磁気抵抗素子101の詳細な形
状を図12に示す。断面図である図12(B)に示すよう
に、超電導磁気抵抗素子101は、非磁性基板121
と、この非磁性基板121上に極く薄い絶縁膜(図示せ
ず)を介して、微小な酸化物超電導体粒子がポイント形
で結合した弱結合の集合体からなる超電導膜122とを
有している。上記超電導膜122は、機械加工あるいは
電着法によってミアンダ状に加工されている。また、平
面図である図12(A)に示すように、上記超電導膜12
2上には、チタン(Ti)を蒸着することによって、電流
電極123a,123bと電圧電極124a,124bとが形
成されている。
FIG. 12 shows a detailed shape of the superconducting magnetoresistive element 101. As shown in FIG. 12B, which is a cross-sectional view, the superconducting magnetoresistive element 101 includes a nonmagnetic substrate 121.
And a superconducting film 122 composed of a weakly-coupled aggregate in which minute oxide superconducting particles are coupled in a point form via an extremely thin insulating film (not shown) on the non-magnetic substrate 121. ing. The superconducting film 122 is processed in a meandering shape by machining or electrodeposition. In addition, as shown in FIG.
Current electrodes 123a, 123b and voltage electrodes 124a, 124b are formed on the second electrode 2 by vapor deposition of titanium (Ti).

【0089】図12(A)に示すように、電流電極12
3a,123bに電流源125を接続し、電圧電極124
a,124bに出力電圧測定器126を接続している。こ
の電流源125と出力電圧測定器126を駆動すること
によって、上記超電導磁気抵抗素子101が磁気測定可
能な状態に駆動される。
As shown in FIG. 12A, the current electrode 12
A current source 125 is connected to 3a and 123b, and a voltage electrode 124
The output voltage measuring device 126 is connected to a and 124b. By driving the current source 125 and the output voltage measuring device 126, the superconducting magnetoresistive element 101 is driven to a state in which magnetism can be measured.

【0090】超電導磁気抵抗素子101は、ある一定値
以上の強さの磁場が印加されると、常電導体に遷移し、
印加磁場の強さに比例した電気抵抗が表われる。従っ
て、この超電導磁気抵抗素子101に電流電極123か
ら一定の電流を流せば、電圧電極124から、印加磁場
の強さに応じた出力電圧が出力される。
When a magnetic field having a strength not less than a certain value is applied, the superconducting magnetoresistance element 101 transits to a normal conductor,
An electric resistance proportional to the strength of the applied magnetic field appears. Therefore, when a constant current is applied to the superconducting magnetoresistance element 101 from the current electrode 123, an output voltage corresponding to the strength of the applied magnetic field is output from the voltage electrode 124.

【0091】上記超電導磁気抵抗素子101の出力特性
は、図14に示すようにして測定する。すなわち、素子
101の周囲に外部磁界印加用コイル127を配置し、
このコイル127に電流を流して、このコイル127か
ら素子101に磁界(外部磁界)を印加する。
The output characteristics of the superconducting magnetoresistive element 101 are measured as shown in FIG. That is, an external magnetic field applying coil 127 is arranged around the element 101,
A current is applied to the coil 127 to apply a magnetic field (external magnetic field) to the element 101 from the coil 127.

【0092】上記素子101の出力特性の1例を、図1
3に示す。図13に示す特性は、電流電極123から素
子101に10mAの直流定電流を流した状態で、外部
磁界印加用コイル127から素子101に外部直流磁界
を印加したときに、超電導磁気抵抗素子101が出力す
る出力電圧の特性である。すなわち、図13において、
縦軸は、素子101の電圧電極124からの出力電圧の
値を表し、横軸は外部磁界の強さ表している。
One example of the output characteristics of the element 101 is shown in FIG.
3 is shown. The characteristic shown in FIG. 13 is such that when an external DC magnetic field is applied to the element 101 from the coil 127 for applying an external magnetic field while a constant current of 10 mA flows from the current electrode 123 to the element 101, the superconducting magnetoresistive element 101 This is the characteristic of the output voltage to be output. That is, in FIG.
The vertical axis represents the value of the output voltage from the voltage electrode 124 of the element 101, and the horizontal axis represents the strength of the external magnetic field.

【0093】また、図14に示すようにして素子101
に加える外部直流磁界の強さを変化させたときに、素子
101の出力電圧が含む雑音の大きさを、図15に、雑
音の周波数別に示す。図15において、縦軸は、雑音の
大きさを示す。図15を参照すれば分かるように、素子
101の出力電圧のノイズは、外部印加磁界の強さが変
化しても殆ど変化しない。つまり、上記外部印加磁界が
どのような値であっても、高周波ノイズに比べて、数H
z以下の低周波ノイズが大きい。このことは、一般に、
直流や低周波磁界の微弱磁界の高精度測定が困難なこと
を示している。
Also, as shown in FIG.
FIG. 15 shows the magnitude of noise included in the output voltage of the element 101 when the intensity of the external DC magnetic field applied to the element is changed. In FIG. 15, the vertical axis indicates the magnitude of noise. As can be seen from FIG. 15, the noise of the output voltage of the element 101 hardly changes even when the strength of the externally applied magnetic field changes. That is, no matter what the value of the externally applied magnetic field is, the value is several H higher than the high frequency noise.
Low frequency noise below z is large. This generally means that
This indicates that high-precision measurement of a weak magnetic field such as a DC or low-frequency magnetic field is difficult.

【0094】そこで、この実施例では、上記交流磁場発
生コイル113に交流電流を流すことによって、被計測
磁場とは別に、上記コイル113が囲む超電導磁気抵抗
素子101に、あらかじめ高い周波数の磁場を印加する
ようにしている。このことによって、超電導磁気抵抗素
子101を高周波領域で動作させ、低周波の微弱磁界を
測定に際して、低周波ノイズによって測定精度が低下し
ないようにしている。このことを、この実施例の動作を
説明しながら、以下に詳しく説明する。
Therefore, in this embodiment, a high-frequency magnetic field is applied in advance to the superconducting magnetoresistive element 101 surrounded by the coil 113 by applying an alternating current to the alternating magnetic field generating coil 113, separately from the magnetic field to be measured. I am trying to do it. Thus, the superconducting magnetoresistive element 101 is operated in a high-frequency region, so that when measuring a low-frequency weak magnetic field, measurement accuracy is not reduced by low-frequency noise. This will be described in detail below while explaining the operation of this embodiment.

【0095】まず、図12に示す電流電極123から上
記超電導磁気抵抗素子101に定電流を通電しておく。
そして、図11に示す交流磁場発生コイル113に交流
電流を流して、上記超電導磁気抵抗素子101に、高周
波数(約1KHz)の交流磁場を印加する。すると、この
交流磁場の磁場変化にしたがって、超電導磁気抵抗素子
101の電気抵抗が変化し、素子101の電圧電極24
からは、上記交流磁場の印加波形に同期した出力電圧波
形が得られる。
First, a constant current is applied to the superconducting magnetoresistance element 101 from the current electrode 123 shown in FIG.
Then, an AC current is applied to the AC magnetic field generating coil 113 shown in FIG. 11 to apply a high frequency (about 1 KHz) AC magnetic field to the superconducting magnetoresistive element 101. Then, the electric resistance of the superconducting magnetoresistive element 101 changes according to the magnetic field change of the AC magnetic field, and the voltage electrode 24 of the element 101 changes.
Thus, an output voltage waveform synchronized with the applied waveform of the AC magnetic field is obtained.

【0096】この状態で、図11に示すように、外部よ
り素子101に、上記交流印加磁場より低周波の被計測
磁場が印加されると、上記交流磁場による素子101の
抵抗変化に、上記低周波被計測磁場による素子101の
抵抗変化が重畳される。この低周波磁場と高周波磁場と
の重畳について、以下に詳しく説明する。
In this state, as shown in FIG. 11, when a measured magnetic field having a frequency lower than the AC applied magnetic field is applied to the element 101 from the outside, the resistance change of the element 101 due to the AC magnetic field causes the low resistance. The resistance change of the element 101 due to the frequency measurement magnetic field is superimposed. The superposition of the low frequency magnetic field and the high frequency magnetic field will be described in detail below.

【0097】上記交流磁場発生コイル113が発生する
交流磁場の波形を、図16(A)に示す。つまり、図16
(A)に示す信号aが、交流印加磁場である。この実施
例では、上記信号aは周波数約1KHzの正弦波であ
る。また、図16(B)に示す信号bは、上記信号aで示し
た交流磁場が超電導磁気抵抗素子101に印加され、か
つ、被計測磁場がゼロである時に、超電導磁気抵抗素子
101から出力される出力電圧信号である。この信号b
は、0Vレベルを中心にして正弦波を折り返した波形を
有する信号となり、信号aの周波数の倍の周波数を有す
る信号となる。
FIG. 16A shows the waveform of the AC magnetic field generated by the AC magnetic field generating coil 113. That is, FIG.
The signal a shown in (A) is the AC applied magnetic field. In this embodiment, the signal a is a sine wave having a frequency of about 1 KHz. The signal b shown in FIG. 16B is output from the superconducting magnetoresistance element 101 when the alternating magnetic field shown by the signal a is applied to the superconducting magnetoresistance element 101 and the magnetic field to be measured is zero. Output voltage signal. This signal b
Is a signal having a waveform obtained by folding a sine wave around the 0 V level, and a signal having a frequency that is twice the frequency of the signal a.

【0098】図16(C)に示す信号cは、上記素子10
1に、上記交流印加磁場に加えて、外部から直流磁場
(+ΔB)が印加されたときに、超電導磁気抵抗素子10
1が出力する信号である。図16(C)に示すように、正
の外部直流磁場(+ΔB)が素子101に印加されること
によって、素子101の出力電圧信号は、正側にピーク
値が変位した出力信号となる。
The signal c shown in FIG.
1. In addition to the AC applied magnetic field, an external DC magnetic field
When (+ ΔB) is applied, the superconducting magnetoresistive element 10
1 is a signal to be output. As shown in FIG. 16C, when a positive external DC magnetic field (+ ΔB) is applied to the element 101, the output voltage signal of the element 101 becomes an output signal whose peak value is shifted to the positive side.

【0099】また、図16(D)に示す信号dは、素子1
01に印加された外部直流磁場が負(−ΔB)であると
きに、素子101が出力する出力電圧信号である。した
がって、図16(D)に示すように、上記信号dは、上記
信号cとは、位相が180°だけずれた信号となる。
The signal d shown in FIG.
01 is an output voltage signal output from the element 101 when the external DC magnetic field applied to the element 01 is negative (−ΔB). Therefore, as shown in FIG. 16D, the signal d is a signal whose phase is shifted by 180 ° from the signal c.

【0100】いま、上記交流磁場発生コイル113が発
生する交流印加磁場の周波数よりもかなり低周波の任意
の磁場が、外部から図11の矢印116で示す方向に、
上記素子101に印加されると、超電導磁気抵抗素子1
01から出力される出力電圧信号はやはり0Vレベルで
プラス側に折り返した信号となる。
Now, an arbitrary magnetic field having a frequency considerably lower than the frequency of the AC applied magnetic field generated by the AC magnetic field generating coil 113 is externally applied in the direction indicated by the arrow 116 in FIG.
When applied to the element 101, the superconducting magnetoresistive element 1
The output voltage signal output from 01 is also a signal that is turned back to the positive side at the 0 V level.

【0101】図17(A)に示す磁場信号B(t)は、素子
101に外部から印加される被計測磁場信号を示す。そ
して、図7(B)に示す信号は、上記被計測磁場信号が印
加され、かつ、コイル113から交流印加磁場が印加さ
れた駆動状態の素子101が出力する出力電圧信号であ
る。
A magnetic field signal B (t) shown in FIG. 17A indicates a measured magnetic field signal applied to the element 101 from outside. The signal shown in FIG. 7B is an output voltage signal output from the element 101 in the driving state to which the above-mentioned magnetic field signal to be measured is applied and the AC applied magnetic field is applied from the coil 113.

【0102】ここで、交流印加磁場信号をA cosωtと
し、被計測磁場信号をB(t)で表わすと、超電導磁気抵
抗素子101から出力される出力電圧信号V(t)は、次
の数1で与えられる。数1において、Aは交流印加磁場
の振幅であり、a0は 比例定数である。
Here, if the AC applied magnetic field signal is represented by A cosωt and the magnetic field signal to be measured is represented by B (t), the output voltage signal V (t) output from the superconducting magnetoresistive element 101 becomes Given by In Equation 1, A is the amplitude of the AC applied magnetic field, and a 0 is a proportional constant.

【0103】[0103]

【数1】V(t)=a0|A cosωt+B(t)| 上記出力電圧信号V(t)は、次の数2に示すように、変
形できる。
V (t) = a 0 | A cos ωt + B (t) | The output voltage signal V (t) can be transformed as shown in the following Expression 2.

【0104】[0104]

【数2】 V(t)= a0|A cosωt+B(t)|=a0((A cosωt+B(t))21/2 = a0(A2cos2ωt+2A・B(t)cosωt+B2(t))1/2 = a0((1/2)・A2+B2(t)+(1/2)・A2cos2ωt+2A・B(t )cosωt)1/2 数2で変形した数式を参照すればわかるように、素子1
01の出力電圧信号V(t)には、被計測磁場信号B(t)
と交流印加磁場信号に比例するcosωtとの積であるB
(t)cosωtの項が含まれている。
V (t) = a 0 | A cos ωt + B (t) | = a 0 ((A cos ωt + B (t)) 2 ) 1/2 = a 0 (A 2 cos 2 ωt + 2A · B (t) cos ωt + B 2 (t)) 1/2 = a 0 ((1/2) · A 2 + B 2 (t) + (1/2) · A 2 cos2ωt + 2A · B (t) cosωt) 1/2 As can be understood by referring to FIG.
01 is included in the measured magnetic field signal B (t).
And cosωt proportional to the AC applied magnetic field signal.
(t) cosωt term is included.

【0105】このことは、被計測磁場信号B(t)が、交
流印加磁場信号Acosωtによって、角周波数ωの信号と
して処理できる信号になっていることを示している。
This indicates that the measured magnetic field signal B (t) is a signal that can be processed as a signal of the angular frequency ω by the AC applied magnetic field signal Acosωt.

【0106】したがって、外部被計測磁場信号B(t)
が、低周波ノイズに影響されない信号として信号処理で
きる。別の見方をすれば、交流印加磁場信号Acosωtを
搬送波とし、この搬送波を被計測磁場信号B(t)で平衡
変調していると考えられる。したがって、ここで、図1
7(B)に示す素子101の出力電圧信号を、図18に示
す帯域フィルタ133を通過させて、交流印加磁場信号
Acosωtと被計測磁場信号B(t)のみを通過させること
によって、図18に示すように、交流印加磁場信号Aco
sωtを被計測磁場信号B(t)によって変調した変調信号
f(図17(C)参照9)のみが、アンプ34を介して上記
帯域フィルタ33から出力される。
Therefore, the externally measured magnetic field signal B (t)
However, signal processing can be performed as a signal that is not affected by low-frequency noise. From another viewpoint, it can be considered that the AC applied magnetic field signal Acosωt is used as a carrier, and the carrier is balanced-modulated with the measured magnetic field signal B (t). Therefore, FIG.
By passing the output voltage signal of the element 101 shown in FIG. 7 (B) through the bandpass filter 133 shown in FIG. 18 and passing only the AC applied magnetic field signal Acosωt and the measured magnetic field signal B (t), FIG. As shown, the AC applied magnetic field signal Aco
Only a modulation signal f (see 9 in FIG. 17C) obtained by modulating sωt with the magnetic field signal B (t) to be measured is output from the bandpass filter 33 via the amplifier 34.

【0107】そして、上記変調信号fは、復調回路13
0に入力される。図18に示すロックイン増幅器によっ
て、上記変調信号fから被計測磁場信号B(t)が同期復
調される。
The modulated signal f is supplied to the demodulation circuit 13
Input to 0. The measured magnetic field signal B (t) is synchronously demodulated from the modulation signal f by the lock-in amplifier shown in FIG.

【0108】図18に示す同期信号gは、交流印加磁場
信号である信号aと同期した信号であり、信号aの位相
をシフトした信号である。この信号gは、信号fと同様
に、復調器Zに入力される。そして、復調器Zは、上記
信号gを使用して、信号fを同期復調する。この復調に
よって、信号fを復調した信号hを得る(図17(D)参
照)。復調された信号hは、低域フィルタ131を通過
することによって、搬送波成分(約1KHz)がカットさ
れ、被計測磁場信号が再生されて、図17(E)に示す信
号iになる。この信号iは、被計測磁場信号B(t)の波
形を正確に復元した信号である。
The synchronization signal g shown in FIG. 18 is a signal synchronized with the signal a, which is an AC applied magnetic field signal, and is a signal obtained by shifting the phase of the signal a. This signal g is input to the demodulator Z, similarly to the signal f. The demodulator Z synchronously demodulates the signal f using the signal g. By this demodulation, a signal h obtained by demodulating the signal f is obtained (see FIG. 17D). The demodulated signal h passes through the low-pass filter 131, so that the carrier component (about 1 KHz) is cut off, and the measured magnetic field signal is reproduced to become the signal i shown in FIG. This signal i is a signal obtained by accurately restoring the waveform of the measured magnetic field signal B (t).

【0109】上記ロックイン増幅器の出力信号iと被計
測磁場信号B(t)との関係を図19に示す。図中、縦軸
は上記ロックイン増幅器の出力電圧である。横軸は外部
からの被計測磁場の強さである。
FIG. 19 shows the relationship between the output signal i of the lock-in amplifier and the measured magnetic field signal B (t). In the drawing, the vertical axis represents the output voltage of the lock-in amplifier. The horizontal axis is the intensity of the magnetic field to be measured from the outside.

【0110】このように、この実施例によれば、超電導
磁気抵抗素子101の低周波ノイズに影響されることな
く、低周波の被計測磁場信号を正確に計測することがで
きる。
As described above, according to this embodiment, a low-frequency magnetic field signal to be measured can be accurately measured without being affected by low-frequency noise of the superconducting magnetoresistance element 101.

【0111】最後に、この実施例の信号の流れを概略説
明する。図10に示す超電導磁気抵抗素子101が、ス
ターリングサイクルクーラの冷却動作により、所定の動
作温度(例えば、液体窒素温度)に達すると、超電導磁気
抵抗素子101が動作状態になる。この動作状態で、こ
の実施例の超電導計測システムの粗調整を行う。つま
り、何らかの大きい外部磁場が存在する場合には、上記
素子101の磁界計測範囲を越えてしまうので、補正磁
場発生コイル114によって上記素子101に直流磁場
を印加して上記大きな外部磁場をある程度相殺すること
によって、素子101に達する磁界強度を素子101の
計測範囲内の信号レベルのシフトする。この補正磁場を
発生する補正磁場発生コイル114および上記交流磁場
発生コイル113はコイル駆動部115によって駆動さ
れ、かつ、制御される。そして、上記素子101に達す
る磁界強度が、素子101が計測可能な範囲にシフトし
た上で、計測を始める。被計測磁場信号が矢印116の
方向に入力されることによって、超電導磁気抵抗素子1
01からセンサ信号処理部102への出力電圧信号が変
化する。上記センサ信号処理部102における信号処理
動作は、前述した通りである。更に、上記センサ信号処
理部102の出力信号は、ハイパスフィルタ103を通
過させられて、表示部104に表示される。地磁気の変
化周波数は0.1Hz以下の低周波数であるから、上記
ハイパスフィルタ103を0.1Hz以下の周波数の信
号を遮断するように設定しておけば、生体磁場の測定に
際し、地磁気の影響を排除することができる。
Finally, the signal flow of this embodiment will be described briefly. When the superconducting magnetoresistive element 101 shown in FIG. 10 reaches a predetermined operating temperature (for example, liquid nitrogen temperature) by the cooling operation of the Stirling cycle cooler, the superconducting magnetoresistive element 101 enters an operating state. In this operating state, coarse adjustment of the superconducting measurement system of this embodiment is performed. In other words, if any large external magnetic field exists, the magnetic field exceeds the magnetic field measurement range of the element 101. Therefore, a DC magnetic field is applied to the element 101 by the correction magnetic field generating coil 114 to offset the large external magnetic field to some extent. Accordingly, the magnetic field intensity reaching the element 101 shifts the signal level within the measurement range of the element 101. The correction magnetic field generating coil 114 for generating the correction magnetic field and the AC magnetic field generating coil 113 are driven and controlled by a coil driving unit 115. Then, the measurement starts after the magnetic field intensity reaching the element 101 shifts to a range where the element 101 can be measured. When the measured magnetic field signal is input in the direction of arrow 116, the superconducting magnetoresistive element 1
From 01, the output voltage signal to the sensor signal processing unit 102 changes. The signal processing operation in the sensor signal processing unit 102 is as described above. Further, the output signal of the sensor signal processing unit 102 is passed through the high-pass filter 103 and displayed on the display unit 104. Since the change frequency of the geomagnetism is a low frequency of 0.1 Hz or less, if the high-pass filter 103 is set so as to cut off the signal of the frequency of 0.1 Hz or less, the influence of the geomagnetism upon measuring the biomagnetic field is reduced. Can be eliminated.

【0112】次に、本発明の第3実施例を説明する。こ
の実施例は、心臓からの微弱な生体磁気信号を測定する
生体磁気測定装置である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. This embodiment is a biomagnetism measuring device for measuring a weak biomagnetic signal from the heart.

【0113】図20に示すように、この実施例は、生体
磁気を検出する超電導素子207と、超電導素子207
に超電導現象があらわれる極低温まで上記超電導素子2
07を冷却するスターリングサイクル冷却器214とを
有している。このスターリングサイクル冷却器214
は、圧縮部202と冷却部203とを含んでおり、スタ
ーリングサイクルによる冷媒の状態変化を利用するもの
である。
As shown in FIG. 20, this embodiment has a superconducting element 207 for detecting biomagnetism and a superconducting element 207.
Superconducting element 2 up to cryogenic temperature at which superconductivity occurs
And a Stirling cycle cooler 214 that cools the 07. This Stirling cycle cooler 214
Includes a compression unit 202 and a cooling unit 203, and utilizes a change in the state of the refrigerant due to a Stirling cycle.

【0114】上記超電導素子207は、例えば、セラミ
ック系の粒子で形成されており結晶粒界を有する弱結合
の超電導体粒子で構成されている。この超電導素子20
7は、超電導現象領域にあると共に磁界が印加されない
条件下では、電気抵抗Rが完全に零の値を示す。そし
て、上記超電導素子207が超電導現象領域にあり、か
つ、上記超電導素子207に、ある臨界磁界Bが印加さ
れている条件では、上記超電導素子207は、正の電気
抵抗を有し、上記磁界Bが増加するとともに、上記超電
導素子207が有する電気抵抗は、急激に増大する。こ
の実施例は、上記現象を応用したものであり、超電導素
子207を冷却したときの初期の電気抵抗Rと、超電導
素子207に磁界を印加したことによって変化した抵抗
変化ΔRとの比を利用して、微弱な生体磁界を高精度に
測定しようとするものである。
The superconducting element 207 is made of, for example, ceramic-based particles and weakly-coupled superconductor particles having crystal grain boundaries. This superconducting element 20
Reference numeral 7 indicates that the electric resistance R is completely zero under the condition where the magnetic field is not applied while being in the superconducting phenomenon region. Under the condition that the superconducting element 207 is in a superconducting phenomenon region and a certain critical magnetic field B is applied to the superconducting element 207, the superconducting element 207 has a positive electric resistance and the magnetic field B As the resistance increases, the electric resistance of the superconducting element 207 sharply increases. This embodiment is an application of the above phenomenon, and utilizes the ratio of the initial electric resistance R when the superconducting element 207 is cooled to the resistance change ΔR changed by applying a magnetic field to the superconducting element 207. Thus, it is intended to measure a weak biomagnetic field with high accuracy.

【0115】図27に、上記超電導素子207の構造を
詳細に示す。超電導素子207は、非磁性基板281の
上に、ポイント形で結合する弱結合の集合体からなる超
電導膜82を形成し、この膜82を機械加工あるいは電
着法によりミアンダ状にし、上記膜82上にチタン(T
i)を蒸着法で蒸着し、電流電極284a,284bと電圧
電極283a,283bを形成することによって、形成さ
れている。
FIG. 27 shows the structure of the superconducting element 207 in detail. In the superconducting element 207, a superconducting film 82 made of an aggregate of weakly coupled points is formed on a non-magnetic substrate 281, and this film 82 is formed into a meander shape by machining or electrodeposition. Titanium (T
i) is deposited by a vapor deposition method to form current electrodes 284a and 284b and voltage electrodes 283a and 283b.

【0116】上記超電導素子207は、上記非磁性基板
281の上に極く薄い絶縁膜を介して微小な酸化物超電
導体粒子を形成することによって形成してもよい。
The superconducting element 207 may be formed by forming minute oxide superconducting particles on the nonmagnetic substrate 281 via an extremely thin insulating film.

【0117】図27(A)に示すように、この素子207
を使用するときは、電流電極284aと284bの間に電
流源285を接続し、電圧電極283aと284bとの間
に出力電圧測定器286を接続している。
As shown in FIG. 27A, this element 207
Is used, a current source 285 is connected between the current electrodes 284a and 284b, and an output voltage measuring device 286 is connected between the voltage electrodes 283a and 284b.

【0118】さらに、この実施例は、図21(B)に示す
ように、上記超電導素子207をパッケージすることに
よって作製されたパッケージ素子222を、冷却板22
1に取り付けるようにしている。超電導素子をパッケー
ジしたパッケージ素子としては、公知の種々のものを用
いることができる。たとえば、すでに特許出願している
「超電導パッケージ素子」(特願平4−311650)に記
載したものを用いることができる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 21B, the package element 222 produced by packaging the
1 As the package element in which the superconducting element is packaged, various known elements can be used. For example, the element described in "Superconducting Package Element" (Japanese Patent Application No. 4-31650), which has already been applied for a patent, can be used.

【0119】図23に示すように、上記超電導素子20
7をパッケージ化したパッケージ素子222と、冷却器
203とを、非磁性の外囲器215で囲んでいる。この
外囲器215は、輻射熱が超電導素子207や冷却器2
03に達することを防止して、冷却能力を向上させるこ
とができる。さらには、上記外囲器215の内部空間2
44を真空状態にした場合には、超電導素子207を外
気に対して真空断熱でき、優れた冷却効果を達成でき
る。また、外囲器215の内部を、ヘリウム、窒素、ア
ルゴン、ネオン等の不活性ガス雰囲気によって封止して
もよい。
As shown in FIG. 23, the superconducting element 20
The package element 222 in which the package 7 is packaged and the cooler 203 are surrounded by a non-magnetic envelope 215. The envelope 215 is used to radiate heat from the superconducting element 207 and the cooler 2.
03 can be prevented, and the cooling capacity can be improved. Further, the inner space 2 of the envelope 215
In a case where 44 is in a vacuum state, superconducting element 207 can be thermally insulated in vacuum from outside air, and an excellent cooling effect can be achieved. Further, the inside of the envelope 215 may be sealed with an inert gas atmosphere such as helium, nitrogen, argon, or neon.

【0120】また、図23に示すように、超電導素子2
07を駆動するための素子駆動用信号線242と温度セ
ンサ204の温度出力信号線243とが、上記パッケー
ジ素子222と上記温度センサ204とから、信号線中
継部245を中継してハーメチックポート241,24
1から外囲器215の外へ引き出されている。温度出力
信号線243から出力された信号は、図20に示す信号
変換部208にフィードバックされて、スターリングサ
イクル冷却器214の冷却能力を制御するために用いら
れる。
As shown in FIG. 23, superconducting element 2
07 and a temperature output signal line 243 of the temperature sensor 204 from the package element 222 and the temperature sensor 204 via the signal line relay 245 to the hermetic port 241, 24
1 is drawn out of the envelope 215. The signal output from the temperature output signal line 243 is fed back to the signal converter 208 shown in FIG. 20 and used to control the cooling capacity of the Stirling cycle cooler 214.

【0121】また、この実施例は、生体磁気を効率よく
超電導素子207に収束させるために、図21(B)に示
すように、超電導素子207の検出面の上部に高透磁率
材料で作製した円錐台形状の円錐台パーマロイ220を
配置している。上記円錐台パーマロイ220は、上記冷
却部203の冷却に対して負荷とならないように、冷却
板221や超電導素子207に接触しないように配置さ
れている。すなわち、この実施例は、図23に示すよう
に、外囲器215の前部内周面215aに、円錐台パー
マロイ220を取り付けて、この円錐台パーマロイ22
0を超電導素子207に対向させ、かつ、上記円錐台パ
ーマロイ220が上記パッケージ素子222に触れない
ようにしている。
In this embodiment, in order to efficiently converge the biomagnetism to the superconducting element 207, as shown in FIG. 21B, the superconducting element 207 was made of a material having a high magnetic permeability above the detection surface. A truncated-cone permalloy 220 having a truncated-cone shape is arranged. The frustoconical permalloy 220 is arranged so as not to contact the cooling plate 221 and the superconducting element 207 so as not to be a load for cooling the cooling section 203. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 23, a truncated conical permalloy 220 is attached to the front inner peripheral surface 215a of the envelope 215, and
0 is opposed to the superconducting element 207, and the frusto-conical permalloy 220 does not touch the package element 222.

【0122】この実施例では、上記円錐台パーマロイ2
20を形成する高透磁率材料としてパーマロイ(比透磁
率μs104)を用いたが、上記高透磁率材料として、け
い素鋼等の比透磁率が高いものを用いても良い。ただ
し、注意しなくてはならないのは、高透磁率材料は、測
定中に磁化して特性が変動する可能性があるから、補正
コイル205によって強い磁場が打ち消された状態内で
使用するようにして、上記パーマロイ220を生体磁気
以上の強い磁界に晒さないことが必要である。
In this embodiment, the frustoconical permalloy 2 is used.
Although permalloy (relative permeability μs 10 4 ) is used as the high permeability material forming 20, a material having a high relative permeability such as silicon steel may be used as the high permeability material. However, it should be noted that the high permeability material may be magnetized during the measurement and its characteristics may fluctuate. Therefore, use the material in a state where the strong magnetic field is canceled by the correction coil 205. Therefore, it is necessary not to expose the permalloy 220 to a strong magnetic field higher than the biomagnetism.

【0123】この実施例では、上記温度センサ204
は、冷却部203の冷却温度をモニターできるように冷
却部203と超電導素子207との間に配置している
が、温度センサ204は、必要によっては超電導素子2
07の上部に配置させてもよい。ただし、温度センサ2
04および素子207に冷却部203からロスなく確実
に低温熱を伝達できるように配置する必要がある。
In this embodiment, the temperature sensor 204
Is disposed between the cooling unit 203 and the superconducting element 207 so that the cooling temperature of the cooling unit 203 can be monitored.
07. However, the temperature sensor 2
It is necessary to arrange so that low-temperature heat can be reliably transmitted from the cooling section 203 to the element 04 and the element 207 without loss.

【0124】また、この実施例は、図20および図23
に示すように、地磁気や都市磁気雑音等が上記超電導素
子207に到達しないように、磁気補正する補正コイル
205を有している。
This embodiment is similar to that of FIGS.
As shown in FIG. 7, a correction coil 205 for performing magnetic correction so that terrestrial magnetism, urban magnetic noise and the like does not reach the superconducting element 207 is provided.

【0125】電磁コイルである補正コイル205および
交流磁場コイル206は、超電導素子207を囲む外囲
器215の外側面に装着されている。上記補正コイル2
05は、地磁気や都市雑音磁気等の外部磁場によって、
上記超電導素子207に加わる磁場が測定範囲を越える
ことを防止するために、設けられている。すなわち、上
記補正コイル205は、上記地磁気や都市雑音磁気等の
外部磁場を打ち消すような補正磁場を発生して、超電導
素子207に入力される直流磁場を超電導素子207が
計測可能な範囲の信号レベルまでシフトさせる。
The correction coil 205 and the AC magnetic field coil 206, which are electromagnetic coils, are mounted on the outer surface of the envelope 215 surrounding the superconducting element 207. Correction coil 2
05 is caused by an external magnetic field such as terrestrial magnetism or urban noise magnetism.
It is provided to prevent the magnetic field applied to the superconducting element 207 from exceeding the measurement range. That is, the correction coil 205 generates a correction magnetic field that cancels out an external magnetic field such as the terrestrial magnetism or the urban noise magnetism, and converts the DC magnetic field input to the superconducting element 207 into a signal level within a range in which the superconducting element 207 can measure. Shift up to

【0126】また、上記交流磁場コイル206は、上記
超電導素子207の固有の低周波のゆらぎに影響されな
い高い周波数の交流磁場を、上記超電導素子207に印
加するようになっている。この交流磁場コイル206が
発生する交流磁場によって、上記超電導素子207は、
上記交流磁場に同期した信号を出力する。
The AC magnetic field coil 206 applies a high frequency AC magnetic field to the superconducting element 207 which is not affected by the low frequency fluctuation inherent to the superconducting element 207. Due to the AC magnetic field generated by the AC magnetic field coil 206, the superconducting element 207
A signal synchronized with the AC magnetic field is output.

【0127】上記超電導素子207に印加した上記交流
磁場よりも低い周波数を有する生体磁気信号が、超電導
素子207に与えられることによって、上記超電導素子
207の出力信号は変化する。上記超電導素子207の
出力信号は、交流磁場コイル206が発生する交流磁場
信号を生体磁気信号で変調した信号成分を含んでいる。
When a biomagnetic signal having a frequency lower than the AC magnetic field applied to the superconducting element 207 is applied to the superconducting element 207, the output signal of the superconducting element 207 changes. The output signal of the superconducting element 207 includes a signal component obtained by modulating an AC magnetic field signal generated by the AC magnetic field coil 206 with a biomagnetic signal.

【0128】また、上記超電導素子207が出力する信
号を処理するために、上記超電導素子207に、磁気信
号処理部210とフィルタ部211と画像部212と出
力部213とが順に接続されている。上記画像部212
は、超電導素子207から取り込んだ心臓からの生体磁
気信号を波形化して可視画像として表示する。
In order to process a signal output from the superconducting element 207, a magnetic signal processing section 210, a filter section 211, an image section 212, and an output section 213 are connected to the superconducting element 207 in this order. The image section 212
Converts the biomagnetic signal from the heart captured from the superconducting element 207 into a waveform and displays it as a visible image.

【0129】心臓からの生体磁気を目視観測できるよう
にするため、上記画像部212を、図24に示す構成に
してもよい。図24において、250は、生体磁気信号
を画像化するストレージオシロであり、このストレージ
オシロ250は、上記生体磁気信号をコンピュータ25
1へ転送して、このコンピュータ251の信号解析によ
り、上記生体磁気信号に基づいて検査診断するようにし
ている。また、ディスク装置252および、出力装置2
53を用いて、診断データを記録できるようにしてい
る。この構成によって、多くの測定データを比較検討す
ることが可能となる。また、上記画像部212を、図2
5に示す構成にしてもよい。図25において、ストレー
ジオシロ250に入力された生体磁気信号は、ビデオ信
号変換器261によってビデオ信号に変換されて、テレ
ビモニタ262に入力され、テレビモニタ262は、上
記生体磁気信号を画像化にて画面に映し出す。そして、
上記画像をビデオデッキ263に録画し、VTRテープ
264に画像データを保管する。また、上記画像データ
は、必要に応じてビデオプリンタ265から出力でき
る。
In order to allow visual observation of the biomagnetism from the heart, the image section 212 may be configured as shown in FIG. In FIG. 24, reference numeral 250 denotes a storage oscilloscope for imaging a biomagnetic signal.
1 and the computer 251 analyzes the signal to perform a test diagnosis based on the biomagnetic signal. Also, the disk device 252 and the output device 2
53 is used to record diagnostic data. With this configuration, it is possible to compare and examine many measurement data. Also, the image section 212 is
The configuration shown in FIG. In FIG. 25, the biomagnetic signal input to the storage oscilloscope 250 is converted into a video signal by a video signal converter 261 and input to a television monitor 262. The television monitor 262 converts the biomagnetic signal by imaging. Project on the screen. And
The image is recorded on the VCR 263, and the image data is stored on the VTR tape 264. The image data can be output from the video printer 265 as needed.

【0130】一方、図20に示すように、上記スターリ
ングサイクル方式の冷却器214は、大きく分けて、圧
縮機としての圧縮部202と膨張器としての冷却部20
3とで構成されている。冷却部203からの低温熱を冷
却部203に搭載された超電導素子207にロスなく確
実に伝えるために、上記冷却部203は、外囲器215
によって囲まれている。この外囲器215によって、上
記冷却部203は真空断熱されている。無論、上記外囲
器215は、超電導素子207によって生体磁気を測定
するために、磁気によって影響されない非磁性材料で作
製されている。また、上記冷却部203には、温度セン
サ204が搭載されている。この温度センサ204は、
冷却部203の温度を検出して温度検出信号を信号変換
部208に出力する。信号変換部208は、上記温度検
出信号を制御信号に変換して、この制御信号を、上記ス
ターリングサイクル冷却器214を制御する制御部20
1に伝達する。制御部201は、上記温度センサ204
からフィードバックされてきた制御信号を受けて、圧縮
部202を制御して、上記冷却部203を極低温まで冷
却する。この極低温とは、上記冷却部203が、上記超
電導素子207を超電導現象が現れる温度に冷却できる
ような温度である。上記信号変換部208からの制御信
号は、制御部201をコントロールできるように。ボル
トオーダまで増幅されている。
On the other hand, as shown in FIG. 20, the cooler 214 of the Stirling cycle system is roughly divided into a compression section 202 as a compressor and a cooling section 20 as an expander.
3 is comprised. In order to reliably transmit the low-temperature heat from the cooling unit 203 to the superconducting element 207 mounted on the cooling unit 203 without loss, the cooling unit 203 includes an envelope 215.
Surrounded by The cooling unit 203 is vacuum-insulated by the envelope 215. Needless to say, the envelope 215 is made of a non-magnetic material that is not affected by magnetism in order to measure biomagnetism with the superconducting element 207. Further, a temperature sensor 204 is mounted on the cooling unit 203. This temperature sensor 204
The temperature of the cooling unit 203 is detected and a temperature detection signal is output to the signal conversion unit 208. The signal conversion unit 208 converts the temperature detection signal into a control signal, and converts the control signal into the control unit 20 that controls the Stirling cycle cooler 214.
Transmit to 1. The control unit 201 controls the temperature sensor 204
In response to the control signal fed back from the controller, the compressor 202 is controlled to cool the cooling unit 203 to an extremely low temperature. The extremely low temperature is a temperature at which the cooling unit 203 can cool the superconducting element 207 to a temperature at which a superconducting phenomenon occurs. The control signal from the signal conversion unit 208 can control the control unit 201. It has been amplified to the volt order.

【0131】上記制御部201は、さらに上記制御信号
を数ボルトだけ増加もしくは減少させた信号を、上記冷
却器214に出力することによって、冷却器214の冷
却能力を制御して、冷却器214の冷却温度を可変する
ことができる。
The control unit 201 further controls the cooling capacity of the cooler 214 by outputting a signal obtained by increasing or decreasing the control signal by several volts to the cooler 214, The cooling temperature can be varied.

【0132】上記信号変換部208の回路図を図26に
示す。図26に示すように、上記信号変換部208は、
増幅部および温度シフト部を含んでいる。上記増幅部は
オペアンプを含む反転増幅回路であり、上記温度シフト
部は、オペアンプを含む差動増幅回路である。また、こ
の実施例は、図20に示す温度センサ204を、図26
に示すE(CRC)熱電対271で構成したが、温度セン
サ204を低温測定が可能な白金抵抗や、サーミスタで
構成してもよい。
FIG. 26 is a circuit diagram of the signal conversion unit 208. As shown in FIG. 26, the signal conversion unit 208
An amplification unit and a temperature shift unit are included. The amplifying unit is an inverting amplifying circuit including an operational amplifier, and the temperature shifting unit is a differential amplifying circuit including an operational amplifier. In this embodiment, the temperature sensor 204 shown in FIG.
However, the temperature sensor 204 may be formed of a platinum resistor or a thermistor capable of measuring low temperature.

【0133】上記実施例の動作を、以下に各図を参照し
ながら詳しく説明する。
The operation of the above embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.

【0134】まず、図22を参照しながら、冷却部20
3の動作を説明する。この冷却部203は、コネクティ
ングパイプ(図示せず)によって、図20に示した圧縮部
202に連結されている。
First, referring to FIG.
Operation 3 will be described. The cooling section 203 is connected to the compression section 202 shown in FIG. 20 by a connecting pipe (not shown).

【0135】そして、上記圧縮部202から、上記コネ
クティングパイプを通って、冷却部203に、作動流体
である冷媒ガスとしてのヘリウム(He)ガスが送り込
まれる。Heガスは圧縮部202の圧縮シリンダ内部の
圧縮ピストンで圧縮され昇圧状態で冷却部203に送ら
れてくる。そして、上記Heガスは細長いピストンの形
状をしたディスプレーサ231の昇降運動によって膨張
低温室230内で断熱膨張させられて冷却される。膨張
低温室230は、ディスプレーサ231の上端と冷却先
端部235との間で拡縮される空間である。そして、上
記ディスプレーサ231は、圧縮部202によって作ら
れた圧力変動に対してある位相差を保ちながら、膨張シ
リンダ234内でガスバネ往復運動を繰り返す。
Then, helium (He) gas as a refrigerant gas as a working fluid is sent from the compression section 202 through the connecting pipe to the cooling section 203. The He gas is compressed by the compression piston inside the compression cylinder of the compression unit 202 and sent to the cooling unit 203 in a pressurized state. Then, the He gas is adiabatically expanded and cooled in the expansion low-temperature chamber 230 by the elevating movement of the displacer 231 having the shape of an elongated piston. The expansion low-temperature chamber 230 is a space that is expanded and contracted between the upper end of the displacer 231 and the cooling tip 235. The displacer 231 repeats the gas spring reciprocating motion in the expansion cylinder 234 while maintaining a certain phase difference with respect to the pressure fluctuation generated by the compression unit 202.

【0136】このディスプレーサ231の内部には、蓄
冷器232が内設してあり、膨張シリンダ234に対向
するディスプレーサ231の外周面と、ディスプレーサ
231の上端面とにそれぞれガス通孔233が設けられ
ている。そして、圧縮部202によって送られる昇圧さ
れたHeガスは、蓄冷器232を通過する際に冷却され
て膨張低温室230へ送り出される。その後、ディスプ
レーサ231が、元に(図22の左方に)戻ることによっ
て、膨張低温室230内でHeガスが断熱膨張されて冷
却される。この膨張低温室230内において冷却された
Heガスは、蓄冷器232を冷却しつつ上記コネクティ
ングパイプを通して圧縮部202に送り戻される。この
動きを1サイクルとして連続運転することによって冷却
先端部235が極低温まで冷却される。
Inside the displacer 231, a regenerator 232 is provided. Gas holes 233 are provided on the outer peripheral surface of the displacer 231 facing the expansion cylinder 234 and on the upper end surface of the displacer 231. I have. Then, the pressurized He gas sent by the compression unit 202 is cooled when passing through the regenerator 232 and sent out to the expanded low-temperature chamber 230. Thereafter, when the displacer 231 returns to the original position (to the left in FIG. 22), the He gas is adiabatically expanded and cooled in the expanded low-temperature chamber 230. The He gas cooled in the expansion low-temperature chamber 230 is sent back to the compression unit 202 through the connecting pipe while cooling the regenerator 232. By continuously operating this movement as one cycle, the cooling tip 235 is cooled to an extremely low temperature.

【0137】つまり、この冷却部203は、ヘリウムの
極低沸点の冷媒ガスを等温圧縮、定容冷却、等温膨張、
定容加熱の各過程をこの順に繰り返すスターリングサイ
クルによって状態変化させて、上記等温膨張過程におい
て被冷却物質である超電導素子207から吸収した熱を
上記等温圧縮過程において外部に放出することにより超
電導素子207を冷却する。
That is, the cooling unit 203 compresses the helium extremely low-boiling refrigerant gas at a constant temperature, cools at a constant volume, expands at a constant temperature,
The state is changed by a Stirling cycle in which each process of constant volume heating is repeated in this order, and the heat absorbed from the superconducting element 207, which is a substance to be cooled in the above isothermal expansion step, is released to the outside in the above isothermal compression step. To cool.

【0138】上記冷却部203の冷却温度の調整は、図
20に示した信号変換部208が含む温度シフト部(図
26参照)によって行なわれる。
Adjustment of the cooling temperature of cooling section 203 is performed by a temperature shift section (see FIG. 26) included in signal conversion section 208 shown in FIG.

【0139】図23に示すように、温度センサ204は
熱電対(E)で構成されており、この熱電対を信号中継部
245に巻き付けている。こうすることによって、外部
の温度出力信号線243からハーメチックポート241
を介して上記熱電対に熱が流入しないようにしている。
これにより、外囲器215内に流入する熱量を、上記信
号中継部245で吸収して、上記熱量を超電導素子20
7を内蔵したパッケージ素子222にまで伝えないよう
にしている。また、熱電対以外の素子を温度センサ20
4とした場合でも、温度センサ204の線部を上述のよ
うに信号中継部245に巻き付けることにより、超電導
素子207の冷却温度を容易に低下させることができ
る。尚、超電導素子207を駆動させる素子駆動用信号
線242についても上記温度出力信号線243と同様の
ことが言える。
As shown in FIG. 23, the temperature sensor 204 is constituted by a thermocouple (E), and this thermocouple is wound around the signal relay section 245. By doing so, the hermetic port 241 is connected to the external temperature output signal line 243.
The heat is prevented from flowing into the thermocouple through the thermocouple.
As a result, the amount of heat flowing into the envelope 215 is absorbed by the signal relay unit 245, and the amount of heat is
7 is not transmitted to the package element 222 having the built-in 7. In addition, elements other than the thermocouple are
Even in the case of 4, the cooling temperature of the superconducting element 207 can be easily lowered by winding the wire portion of the temperature sensor 204 around the signal relay portion 245 as described above. Note that the same can be said for the element driving signal line 242 for driving the superconducting element 207 as for the temperature output signal line 243.

【0140】このように、図23に示したような構造に
することによって、上記スターリングサイクル冷却器2
14による冷却効果を、向上させることができ、超電導
素子207を、確実に短時間で極低温領域まで冷却する
ことができる。
As described above, by adopting the structure as shown in FIG.
The cooling effect of the superconducting element 14 can be improved, and the superconducting element 207 can be reliably cooled to the cryogenic temperature region in a short time.

【0141】また、生体磁気の被検者や測定者が、上記
外囲器215に触れても冷却部203の低温が、被検者
や測定者に伝わらないようにできるから、液体窒素等の
液体冷媒によって超電導素子を冷却する装置に比べて、
測定スタイルの自由度が向上する。つまり、図32に示
すように、被検者1134を楽なスタイルにさせた状態
で、被検者1134の生体磁気を測定できる。このこと
は、被検者が視覚から受ける刺激等によって、被検者の
生体信号が乱れることを減少させる効果もある。
Further, even if a biomagnetic subject or measurer touches the envelope 215, the low temperature of the cooling section 203 can be prevented from being transmitted to the subject or measurer. Compared to a device that cools a superconducting element with a liquid refrigerant,
The degree of freedom of the measurement style is improved. That is, as shown in FIG. 32, the biomagnetism of the subject 1134 can be measured with the subject 1134 in a comfortable style. This also has the effect of reducing the disturbance of the biological signal of the subject due to the stimulus or the like that the subject receives from vision.

【0142】上記実施例は、図23に示した構成で、上
記超電導素子207を冷却するようにしているので、超
電導素子207に必要な77K近辺以下にまで冷却で
き、かつ、被検者の胸部に近づけられるコンパクトサイ
ズにでき、かつ、超電導素子207を極低温に冷却して
いるときにも、上記実施例の露出面を、被検者及び測定
者が触れても問題ない程度の温度に保つことができるこ
とに加えて、結露を防止できる。
In the above embodiment, since the superconducting element 207 is cooled in the configuration shown in FIG. 23, the superconducting element 207 can be cooled to around 77 K or less, which is necessary for the superconducting element 207, and the chest of the subject can be cooled. And the superconducting element 207 is cooled to an extremely low temperature, and the exposed surface of the above embodiment is kept at a temperature at which there is no problem even if the subject and the measurer touch it. In addition to the above, condensation can be prevented.

【0143】図31に、上記超電導素子207の出力特
性を示す。この特性は、図27に示す素子207に電流
電極284a,284bを介して1mAの直流定電流を流し
た状態で、図20および図23に示した補正コイル20
5によって上記素子207に外部直流磁界を印加し、こ
の外部直流磁界を変化させたときの素子207の出力電
圧の変化を示している。従って、図31において、縦軸
は素子207の電圧電極283a,283bからの出力電
圧を表しており、横軸は外部直流磁界の強さを表わして
いる。尚、この特性を示す超電導素子207(超電導磁
気抵抗素子)およびこの超電導磁気抵抗素子を駆動する
装置は、公知の種々のものを用いることができる。たと
えば、すでに特許出願している「超電導磁気抵抗システ
ム」(特願昭62−233369)及び「超電導磁界測定装
置」(特願平1−170306)に記載しているものを用
いることができる。
FIG. 31 shows the output characteristics of the superconducting element 207. This characteristic is obtained when a constant current of 1 mA is applied to the element 207 shown in FIG. 27 through the current electrodes 284a and 284b and the correction coil 20 shown in FIGS.
Reference numeral 5 indicates a change in the output voltage of the element 207 when an external DC magnetic field is applied to the element 207 and the external DC magnetic field is changed. Therefore, in FIG. 31, the vertical axis represents the output voltage from the voltage electrodes 283a and 283b of the element 207, and the horizontal axis represents the intensity of the external DC magnetic field. Various known devices can be used for the superconducting element 207 (superconducting magnetoresistive element) exhibiting this characteristic and a device for driving the superconducting magnetoresistive element. For example, those described in “Superconducting Magnetoresistance System” (Japanese Patent Application No. 62-233369) and “Superconducting Magnetic Field Measuring Device” (Japanese Patent Application No. 1-130306) which have already been applied for patents can be used.

【0144】上記超電導素子207の出力信号は、図2
0に示した磁気信号処理部210に入力される。この磁
気信号処理部210は、バンドエリミネートフィルタと
ロックインアンプとを含んでいる。そして、上記超電導
素子207の出力信号は、上記バンドエリミネートフィ
ルタに入力され、続いて、上記ロックインアンプに入力
される。
The output signal of the superconducting element 207 is shown in FIG.
0 is input to the magnetic signal processing unit 210. The magnetic signal processing section 210 includes a band elimination filter and a lock-in amplifier. Then, the output signal of the superconducting element 207 is input to the band elimination filter, and then to the lock-in amplifier.

【0145】上記バンドエリミネートフィルタは、交流
磁場コイル206に磁場を発生させる信号の周波数と上
記生体磁気信号の周波数とをカバーする。つまり、上記
バンドエリミネートフィルタは、交流磁場コイル206
に磁場を発生させる信号の周波数と上記生体磁気信号の
周波数とを選択的に通過させる。また、上記ロックイン
アンプは、上記交流磁場コイル206が発生した交流磁
場信号を上記生体磁気信号で変調した信号成分から、上
記生体磁気信号を同期復調する。この同期復調をするた
めに、上記ロックインアンプには、交流磁場コイル20
6が発生する交流磁場と同じ周波数の信号が、図20に
示すコイル駆動部209から送信される。
The band elimination filter covers the frequency of a signal for generating a magnetic field in the AC magnetic field coil 206 and the frequency of the biomagnetic signal. That is, the band elimination filter is used for the AC magnetic field coil 206.
Selectively pass the frequency of the signal for generating a magnetic field and the frequency of the biomagnetic signal. Further, the lock-in amplifier synchronously demodulates the biomagnetic signal from a signal component obtained by modulating the AC magnetic field signal generated by the AC magnetic field coil 206 with the biomagnetic signal. In order to perform the synchronous demodulation, the lock-in amplifier includes an AC magnetic field coil 20.
A signal having the same frequency as the AC magnetic field generated by the coil 6 is transmitted from the coil driving unit 209 shown in FIG.

【0146】すなわち、上記超電導素子207の出力信
号を、上記バンドエリミネートフィルタに通すことによ
って、上記超電導素子207の出力信号の内、上記交流
磁場信号を上記生体磁気信号で変調した信号成分のみが
選択されて、上記バンドエリミネートフィルタから出力
される。そして、上記バンドエリミネートフィルタから
出力される上記変調した信号は、上記ロックインアンプ
に入力され、上記ロックインアンプによって上記生体磁
気信号が同期復調される。
That is, by passing the output signal of the superconducting element 207 through the band elimination filter, only the signal component obtained by modulating the AC magnetic field signal with the biomagnetic signal is selected from the output signals of the superconducting element 207. And output from the band elimination filter. The modulated signal output from the band elimination filter is input to the lock-in amplifier, and the lock-in amplifier synchronously demodulates the biomagnetic signal.

【0147】なお、心臓から発生する規則的な磁気信号
に重畳するランダムノイズが非常に多いので、このラン
ダムノイズの影響を避けるために、この実施例では、上
記復調した生体磁気信号の平均化処理を繰り返し行なう
ようにしている。そして、この平均化処理した生体磁気
信号によって、検査診断を行なうようにしている。
Since there is a great deal of random noise superimposed on a regular magnetic signal generated from the heart, in order to avoid the influence of the random noise, in this embodiment, the averaging process of the demodulated biomagnetic signal is performed. Is repeated. Then, an inspection and diagnosis are performed using the averaged biomagnetic signal.

【0148】また、この実施例は、心臓からの微弱な磁
気を計測することを目的とする生体磁気測定装置である
から、0.1Hz以下の低周波数の地磁気をカットする為
に、フィルタ部211は、0.5Hzバターワースハイパ
スフィルタを含んでいる。このフィルタ部211を通過
した信号は、画像部212に入力されて、画像化される
ことによって、目視観測が可能な画像信号になる。
Further, since this embodiment is a biomagnetism measuring apparatus for measuring weak magnetism from the heart, the filter section 211 is used to cut low frequency geomagnetism of 0.1 Hz or less. Includes a 0.5 Hz Butterworth high pass filter. The signal that has passed through the filter unit 211 is input to the image unit 212 and is converted into an image signal that can be visually observed by being imaged.

【0149】この実施例では、画像部212は、図24
に示すように、デジタルストレージスコープとしてのス
トレージオシロ250を備えている。そして、上記画像
部212は、一般にロールモードと呼ばれている機能を
用いて、生体磁気信号の低周波波形を書き換えながら、
逐次、上記デジタルストレージスコープに波形を表示さ
せる。具体的には、この実施例によって、心臓からの生
体磁気を測定し、上記復調した生体磁気信号に対して、
100回のサンプル平均化処理を行なう。これによっ
て、図20に示す出力部213から出力された信号波形
すなわち生体磁気信号を図28(B)に示す。図28(B)
は心磁図である。図28(B)の縦軸は生体磁気の強さを
表わし、横軸は時間を表わしている。なお、図28(A)
は心電図であり、従来の心電計によって測定した波形を
示している。図28(A)と(B)とを比較すれば分かるよ
うに、心磁図によるピーク波形点は心電図によるピーク
波形点に比べて時間遅れがみられる。この時間遅れは、
興奮性細胞の活動電位により心臓に電気信号が流れた後
に、心臓筋肉に収縮がおこることが原因で発生する。な
お、図28(B)の心磁図は、規則的な信号に重畳するラ
ンダムノイズを低減させるに、100回周期測定におけ
る平均化処理後の1周期を表わしている。
In this embodiment, the image part 212 is
As shown in FIG. 1, a storage oscilloscope 250 as a digital storage scope is provided. The image unit 212 uses a function generally called a roll mode to rewrite the low-frequency waveform of the biomagnetic signal,
The waveform is sequentially displayed on the digital storage scope. Specifically, according to this embodiment, the biomagnetism from the heart is measured, and the demodulated biomagnetic signal is
A sample averaging process is performed 100 times. Thus, the signal waveform output from the output unit 213 shown in FIG. 20, that is, the biomagnetic signal is shown in FIG. FIG. 28 (B)
Is a magnetocardiogram. The vertical axis of FIG. 28B represents the strength of biomagnetism, and the horizontal axis represents time. Note that FIG.
Is an electrocardiogram, which shows a waveform measured by a conventional electrocardiograph. As can be seen by comparing FIGS. 28A and 28B, the peak waveform point based on the magnetocardiogram has a time lag compared to the peak waveform point based on the electrocardiogram. This time delay is
It is caused by contraction of the heart muscle after an electric signal flows to the heart due to the action potential of the excitable cells. The magnetocardiogram in FIG. 28B shows one cycle after averaging in 100 cycle measurements in order to reduce random noise superimposed on a regular signal.

【0150】この実施例の外観と実際の測定状態を図3
2に示す。図32に示すように、この実施例によれば、
素子冷却器1130を測定者1135が持ち、被検者1
134の胸部に近づけることによって、心臓からの生体
磁気を測定することができる。上記素子冷却器1130
は、上記冷却部203と超電導素子207とを囲む外囲
器215およびスターリングサイクル冷却器214を含
んでいる。
FIG. 3 shows the appearance of this embodiment and the actual measurement state.
It is shown in FIG. As shown in FIG. 32, according to this embodiment,
The subject cooler 1135 has the element cooler 1130 and the subject 1
By approaching the chest at 134, biomagnetism from the heart can be measured. The element cooler 1130
Includes an envelope 215 surrounding the cooling unit 203 and the superconducting element 207 and a Stirling cycle cooler 214.

【0151】このように、この実施例によれば、心臓か
らの微弱磁気を高感度で測定でき、かつ、地磁気あるい
は外部磁場の影響を少なくして、鮮明な生体磁気信号を
得ることができる小型な生体磁気測定装置を実現でき
る。
As described above, according to this embodiment, it is possible to measure the weak magnetism from the heart with high sensitivity, and to obtain a clear biomagnetic signal by reducing the influence of geomagnetism or an external magnetic field. A simple biomagnetism measuring device can be realized.

【0152】[0152]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
1の発明の超電導測定装置は、冷却部に、冷却器を制御
するための温度センサーを設けたから、冷却部を精密に
温度制御でき、超電導素子に超電導現象を確実に起させ
て、測定感度の向上を図れ、かつ、超電導素子の単独故
障時には超電導素子単体のみを交換すればよくなる。
As is apparent from the above description, in the superconducting measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the temperature sensor for controlling the cooler is provided in the cooling unit, so that the temperature of the cooling unit can be precisely controlled. In addition, the superconducting element can reliably cause the superconducting phenomenon to improve the measurement sensitivity, and when the superconducting element alone fails, only the superconducting element alone needs to be replaced.

【0153】また、請求項2の発明は、冷却部に取り付
けた信号線中継部に温度センサーの信号線を巻き付けた
ことで、可能な限り多重に巻き付けて伝熱距離をかせぐ
ことができ、信号線を伝わる熱に関する断熱効果を高
め、超電導状態を破る温度上昇を回避できる。
According to the second aspect of the present invention, the signal line of the temperature sensor is wound around the signal line relay section attached to the cooling section. The heat insulating effect on the heat transmitted through the wire is enhanced, and the temperature rise that breaks the superconducting state can be avoided.

【0154】また、請求項3の発明は、上記外囲器の外
周に、交流磁場発生用電磁コイルを配置したから、超電
導素子固有のゆらぎ周波数よりも高い周波数で超電導素
子を動作させて、ゆらぎ周波数の影響を回避でき、測定
感度を向上できる。
According to the third aspect of the present invention, since the alternating current magnetic field generating electromagnetic coil is arranged on the outer periphery of the envelope, the superconducting element is operated at a frequency higher than the fluctuation frequency inherent to the superconducting element, and the fluctuation is obtained. The influence of the frequency can be avoided, and the measurement sensitivity can be improved.

【0155】また、請求項4の発明は、上記信号変換手
段が、上記磁界検出信号を目視可能な可視画像に変換す
るから、微弱な生体磁場を目視によって認識できる小型
かつ高感度な卓上サイズの超電導測定装置を実現でき
る。
According to a fourth aspect of the present invention, since the signal conversion means converts the magnetic field detection signal into a visible image which can be visually recognized, a small and highly sensitive desktop size capable of visually recognizing a weak biomagnetic field. A superconducting measurement device can be realized.

【0156】この発明では、超電導素子を搭載する冷却
部を冷却する冷却器を、スターリングサイクルに従う冷
媒の状態変化によって冷却部を冷却するスターリング冷
却器としたので、超電導素子を短時間に確実,簡単に極
低温領域まで冷却でき、かつ、超電導測定装置全体を小
型化できる。したがって、本発明によれば、超電導素子
をエレクトロニクス分野へ応用することができるように
なる。
According to the present invention, the cooler for cooling the cooling section on which the superconducting element is mounted is a Stirling cooler for cooling the cooling section by changing the state of the refrigerant according to the Stirling cycle. The superconductivity measuring device can be cooled down to a very low temperature range and the entire superconducting measuring device can be downsized. Therefore, according to the present invention, the superconducting element can be applied to the electronics field.

【0157】また、上記超電導素子を、弱結合粒界を有
する超電導体で構成した磁気抵抗素子とし、この磁気抵
抗素子を含む磁気センサを備える場合には、高感度な磁
気測定装置を実現できる。
Further, when the superconducting element is a magnetoresistive element constituted by a superconductor having a weak coupling grain boundary and a magnetic sensor including this magnetoresistive element is provided, a highly sensitive magnetometer can be realized.

【0158】また、上記超電導素子を上記冷却部に熱的
に連結させる熱連結手段と、上記超電導素子と上記冷却
部とを囲んで断熱する非磁性の外囲器をふくむ断熱手段
を備えたので、冷却部の低温熱がロスなく超電導素子に
伝わるように、冷却部を超電導素子とを連結でき、か
つ、冷却効果を一層向上させることができる。
[0158] Further, there are provided thermal connection means for thermally connecting the superconducting element to the cooling section, and heat insulating means including a non-magnetic envelope for heat insulation surrounding the superconducting element and the cooling section. The cooling unit can be connected to the superconducting element so that the low-temperature heat of the cooling unit is transmitted to the superconducting element without loss, and the cooling effect can be further improved.

【0159】また、温度センサと、上記温度センサから
の温度信号に基づいて上記冷却器の冷却能力を制御する
冷却制御手段を備えた場合には、超電導素子個々の特性
に合せて冷却温度を設定したり、冷却後の温度ドリフト
において超電導素子の温度変化を観測することができ
て、超電導素子自身が理想な冷却温度になるように冷却
器を制御できる。
When a temperature sensor and cooling control means for controlling the cooling capacity of the cooler based on a temperature signal from the temperature sensor are provided, the cooling temperature is set in accordance with the characteristics of each superconducting element. In addition, the temperature change of the superconducting element can be observed in the temperature drift after cooling, and the cooler can be controlled so that the superconducting element itself has an ideal cooling temperature.

【0160】また、上記超電導素子と冷却部は、上記非
磁性の外囲器によって真空もしくは不活性ガス雰囲気に
気密封止されて保持されている場合には、冷却器の設定
温度を変化させたことによって、結露が発生することを
防ぐことができる。したがって、超電導素子を結露から
守ることができ、信頼性を向上させることができる。
In the case where the superconducting element and the cooling section are hermetically sealed in a vacuum or an inert gas atmosphere by the non-magnetic envelope, the set temperature of the cooler was changed. This can prevent condensation from occurring. Therefore, the superconducting element can be protected from dew condensation, and the reliability can be improved.

【0161】本発明は、メインテナンスフリーの小型は
超電導磁界計測装置を実現することができ、しかも、従
来の磁界計測装置に比べ、はるかに高感度の磁界計測装
置を実現できる。したがって、医療や非破壊検査など種
々の分野に利用することができる。また、小型でメイン
テナンスフリーであるから、従来不向きであった家庭健
康管理機器としての応用も可能であり、超電導現象のエ
レクトロニクス分野応用への魁となるものである。
According to the present invention, a maintenance-free compact superconducting magnetic field measuring device can be realized, and a magnetic field measuring device with much higher sensitivity than a conventional magnetic field measuring device can be realized. Therefore, it can be used in various fields such as medical treatment and nondestructive inspection. In addition, since it is small and maintenance-free, it can be applied as a home health care device, which was not suitable in the past, and it will be an application to the electronics field of superconductivity.

【0162】さらに、本発明は、超電導素子を冷却する
手段をスターリングサイクルに従う冷媒の状態変化によ
って冷却部を冷却するスターリング冷却器としたので超
電導素子を短時間で確実、簡単に極低温領域まで冷却で
き、かつ、冷却部が小型なことから小型の生体磁気測定
装置を実現できる。
Further, in the present invention, the means for cooling the superconducting element is a Stirling cooler for cooling the cooling section by changing the state of the refrigerant according to the Stirling cycle, so that the superconducting element can be cooled down to the cryogenic temperature region easily in a short time. Since the cooling unit is small, a small biomagnetometer can be realized.

【0163】また、本発明によれば、液体冷媒(液体ヘ
リウム等)が不必要となり長時間連続使用が可能となる
だけでなく、SQUID測定による複雑なピックアップ
コイル等の検出部も不必要なことから、磁界測定位置さ
え注意すればハンディタイプの磁界測定装置も実現でき
る。従って、本発明は、超電導素子を医療分野へ応用す
ることができるだけでなく、生体磁気計測として臨床的
研究から一歩進んだ病院診断利用まで可能とする。ま
た、従来であれば被検者が測定時に大型な装置、複雑な
装置等の異様な光景によって視覚からの刺激に応答して
生体信号が乱れて、不明確になることがあり、正確なデ
ータを得られないことが多々あったが、本発明の装置は
被検者が座わった状態で問診しながらでも測定が可能で
あるから、視覚等による被検者への外乱を少なくでき
る。このことは、医療分野における本発明の何よりも大
きな効果として期待できる。
Further, according to the present invention, not only the liquid refrigerant (liquid helium or the like) is not required, so that it can be used continuously for a long time, but also a detection unit such as a complicated pickup coil by SQUID measurement is unnecessary. Therefore, a handy type magnetic field measuring device can be realized by paying attention to the magnetic field measuring position. Therefore, the present invention not only allows the superconducting element to be applied to the medical field, but also enables biomagnetic measurement from clinical research to use in hospital diagnosis, which has advanced one step. In addition, in the past, the subject may be disturbed in response to visual stimuli due to an unusual sight of a large device, a complex device, or the like at the time of measurement, and the subject may become unclear, and accurate data may be obtained. However, the apparatus of the present invention can perform measurement even while asking a patient while sitting down, so that disturbance to the subject due to vision or the like can be reduced. This can be expected as a major effect of the present invention in the medical field.

【0164】なお、本発明は、現在実用化され一般的に
医療で用いられている心電計と違って、身体に接触させ
ることなく、生体磁気を計測できる長所もある。
It should be noted that the present invention has an advantage in that biomagnetism can be measured without bringing it into contact with the body, unlike an electrocardiograph which is currently in practical use and generally used in medical treatment.

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

【図1】 本発明の超電導測定装置の実施例の冷却部付
近の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of a cooling unit of an embodiment of a superconducting measurement device of the present invention.

【図2】 上記実施例の超電導素子を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a superconducting element of the above embodiment.

【図3】 上記実施例の超電導素子をパッケージしたパ
ッケージ素子を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a package element in which the superconducting element of the embodiment is packaged.

【図4】 上記実施例の超電導素子の抵抗の変化を示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a change in resistance of the superconducting element of the embodiment.

【図5】 上記実施例のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of the embodiment.

【図6】 上記実施例の冷却部を外囲器によって囲んだ
状態を示す略示断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state where the cooling unit of the embodiment is surrounded by an envelope.

【図7】 上記実施例の信号変換部の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a signal converter of the embodiment.

【図8】 従来のクライオスタット冷却装置を含む超電
導冷却方法の一例を示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing an example of a superconducting cooling method including a conventional cryostat cooling device.

【図9】 超電導素子を冷媒に直接に浸ける方式の冷却
装置の断面図である。
FIG. 9 is a sectional view of a cooling device of a system in which a superconducting element is directly immersed in a refrigerant.

【図10】 本発明の第2実施例の全体のブロック図で
ある。
FIG. 10 is an overall block diagram of a second embodiment of the present invention.

【図11】 上記第2実施例の超電導磁気抵抗素子,コ
ールドフィンガ,交流磁場発生コイル,補正磁場発生コイ
ル,外囲器の構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a superconducting magnetoresistive element, a cold finger, an alternating magnetic field generating coil, a correction magnetic field generating coil, and an envelope of the second embodiment.

【図12】 上記第2実施例の超電導磁気抵抗素子の構
造図である。
FIG. 12 is a structural diagram of the superconducting magnetoresistive element of the second embodiment.

【図13】 上記超電導磁気抵抗素子の直流印加磁場に
対する出力特性図である。
FIG. 13 is an output characteristic diagram of the superconducting magnetoresistive element with respect to a DC applied magnetic field.

【図14】 上記超電導磁気抵抗素子の特性測定状態を
示す図である。
FIG. 14 is a view showing a state in which characteristics of the superconducting magnetoresistive element are measured.

【図15】 上記超電導磁気抵抗素子の直流印加磁場に
対するノイズ特性図である。
FIG. 15 is a noise characteristic diagram of the superconducting magnetoresistance element with respect to a DC applied magnetic field.

【図16】 上記超電導磁気抵抗素子に交流磁場を印加
したときの出力信号波形を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an output signal waveform when an AC magnetic field is applied to the superconducting magnetoresistive element.

【図17】 上記第2実施例に加えられる外部磁場信号
の波形と、この外部磁場信号による交流磁場の変調波形
と、上記外部磁場信号の復調波形とを含む波形図であ
る。
FIG. 17 is a waveform diagram including a waveform of an external magnetic field signal applied to the second embodiment, a modulation waveform of an AC magnetic field by the external magnetic field signal, and a demodulated waveform of the external magnetic field signal.

【図18】 上記第2実施例のセンサ信号処理部のブロ
ック図である。
FIG. 18 is a block diagram of a sensor signal processing unit according to the second embodiment.

【図19】 上記第2実施例の被計測磁場とロックイン
増幅器の出力信号の関係を示す特性図である。
FIG. 19 is a characteristic diagram showing a relationship between a magnetic field to be measured and an output signal of a lock-in amplifier in the second embodiment.

【図20】 本発明の第3実施例の生体磁気測定装置の
システムブロック図である。
FIG. 20 is a system block diagram of a biomagnetism measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図21】 上記第3実施例の生体磁気を検知する部分
のブロック図と配置図を含む図である。
FIG. 21 includes a block diagram and a layout diagram of a portion for detecting biomagnetism according to the third embodiment.

【図22】 上記第3実施例の冷却部付近の断面図であ
る。
FIG. 22 is a sectional view of the vicinity of a cooling unit of the third embodiment.

【図23】 上記第3実施例の冷却部に搭載した超電導
素子を含む磁気測定主要部の構造を示す略示断面図であ
る。
FIG. 23 is a schematic sectional view showing a structure of a main part of a magnetic measurement including a superconducting element mounted on a cooling unit of the third embodiment.

【図24】 上記第3実施例の経時的測定データを記録
する構成を示すブロック図である。
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration for recording temporal measurement data according to the third embodiment.

【図25】 上記第3実施例の経時的測定データを記録
する構成を示すブロック図である。
FIG. 25 is a block diagram showing a configuration for recording temporal measurement data of the third embodiment.

【図26】 上記第3実施例の信号変換部の回路図であ
る。
FIG. 26 is a circuit diagram of a signal conversion unit according to the third embodiment.

【図27】 上記第3実施例の超電導素子の構造を示す
図である。
FIG. 27 is a view showing the structure of the superconducting element of the third embodiment.

【図28】 上記第3実施例の生体磁気測定装置によっ
て測定した心臓からの生体磁気信号を示す心磁図と従来
の心電図とを含む図である。
FIG. 28 is a diagram including a magnetocardiogram showing a biomagnetic signal from the heart measured by the biomagnetometer of the third embodiment and a conventional electrocardiogram.

【図29】 従来から使用されているSQUIDの簡単
な原理図である。
FIG. 29 is a simple principle diagram of a conventionally used SQUID.

【図30】 従来から使用されているSQUIDによる
生体磁気測定装置の一例を示すブロック図である。
FIG. 30 is a block diagram showing an example of a conventionally used SQUID-based biomagnetism measurement apparatus.

【図31】 上記第3実施例の超電導磁気抵抗素子の直
流印加磁界に対する出力特性図である。
FIG. 31 is an output characteristic diagram with respect to a DC applied magnetic field of the superconducting magnetoresistive element of the third embodiment.

【図32】 上記第3実施例による生体磁気の測定状態
を示す模式図である。
FIG. 32 is a schematic diagram showing a measurement state of biomagnetism according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 制御部 11 冷却
器 12 圧縮部 13 冷却
部 14 外囲器 15 超電
導素子 16 温度センサー 17 信号
変換部 20 パッケージ外囲器 21 冷却
板 22 信号線中継部 23 ハー
メチックポート 24 素子駆動用信号線 25 温度
出力信号線 27 内部空間 30 膨張低温室 31 ディ
スプレーサ 32 蓄冷器 33 ガス
通孔 34 膨張シリンダ 35 コネ
クティングパイプ 50 ガラス 41 電極 101 超電導磁気抵抗素子 102 セ
ンサ信号処理部 103 ハイパスフィルタ 104 表
示部 105 温度センサ 106 信
号変換部 107 制御部 108 圧
縮部 109 コネクテングパイプ 110 冷
却部 111 外囲器 112 冷
却器 113 交流磁場発生コイル 114 補
正磁場発生コイル 115 コイル駆動部 116 矢
印 121 基板 122 超
電導膜 123 電流電極 124 電
圧電極 125 電流電源 126 電
圧計 127 磁場印加コイル 130 復
調器 131 低域フィルタ 132 ア
ンプ 133 帯域フィルタ 134 ア
ンプ 201 制御部 202 圧
縮部 203 冷却部 204 温
度センサー 205 補正コイル 206 交
流磁場コイル 207 超電導素子 208 信
号変換部 209 コイル駆動部 210 磁
気信号処理部 211 フィルタ部 212 画
像部 213 出力部 214 冷
却器 215 外囲器 220 円
錐台パーマロイ 221 冷却板 222 パ
ッケージ素子 230 膨張低温室 231 デ
ィスプレーサ 232 蓄冷器 233 ガ
ス通孔 234 膨張シリンダ 235 冷
却先端部 241 ハーメチックポート 242 素
子駆動用信号線 243 温度出力信号線 244 内
部真空空間 245 信号線中継部 250 ス
トレージオシロ 251 コンピュータ 252 デ
ィスク装置 253 出力装置 261 ビ
デオ信号変換器 262 テレビモニタ 263 ビ
デオデッキ 264 VTRテープ 265 ビ
デオプリンタ 271 温度検知部 281 非
磁性基板 282 超電導膜 283 電
圧電極 284 電流電極 285 電
流源 286 電圧測定器 300 超
電導リング 301 ジョセフン接合
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 11 Cooler 12 Compression part 13 Cooling part 14 Envelope 15 Superconducting element 16 Temperature sensor 17 Signal conversion part 20 Package enclosure 21 Cooling plate 22 Signal line relay part 23 Hermetic port 24 Element drive signal line 25 Temperature Output signal line 27 Internal space 30 Expansion low temperature chamber 31 Displacer 32 Regenerator 33 Gas through hole 34 Expansion cylinder 35 Connecting pipe 50 Glass 41 Electrode 101 Superconducting magnetoresistive element 102 Sensor signal processing unit 103 High pass filter 104 Display unit 105 Temperature sensor 106 signal Conversion unit 107 Control unit 108 Compression unit 109 Connecting pipe 110 Cooling unit 111 Enclosure 112 Cooler 113 AC magnetic field generating coil 114 Correction magnetic field generating coil 115 Coil driving unit 116 Arrow 121 Substrate 122 Conductive film 123 current electrode 124 voltage electrode 125 current power supply 126 voltmeter 127 magnetic field application coil 130 demodulator 131 low-pass filter 132 amplifier 133 band-pass filter 134 amplifier 201 control unit 202 compression unit 203 cooling unit 204 temperature sensor 205 correction coil 206 AC magnetic field Coil 207 Superconducting element 208 Signal conversion section 209 Coil driving section 210 Magnetic signal processing section 211 Filter section 212 Image section 213 Output section 214 Cooler 215 Enclosure 220 Frustoconical permalloy 221 Cooling plate 222 Package element 230 Expansion low temperature chamber 231 Displacer 232 Cool storage unit 233 Gas through hole 234 Expansion cylinder 235 Cooling tip 241 Hermetic port 242 Element driving signal line 243 Temperature output signal line 244 Internal vacuum space 24 5 Signal line relay unit 250 Storage oscilloscope 251 Computer 252 Disk device 253 Output device 261 Video signal converter 262 TV monitor 263 Video deck 264 VTR tape 265 Video printer 271 Temperature detection unit 281 Non-magnetic substrate 282 Superconducting film 283 Voltage electrode 284 Current electrode 285 Current source 286 Voltage measuring device 300 Superconducting ring 301 Josephson junction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−98979(JP,A) 特開 平2−298765(JP,A) 特開 平4−25780(JP,A) 特開 平4−61843(JP,A) 特開 昭63−276281(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 39/04 H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24 G01R 33/00 - 33/18 F25B 9/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-98979 (JP, A) JP-A-2-298765 (JP, A) JP-A-4-25780 (JP, A) JP-A-4-98 61843 (JP, A) JP-A-63-276281 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 39/04 H01L 39/00 H01L 39/22 H01L 39/24 G01R 33/00-33/18 F25B 9/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁気抵抗素子からなる超電導素子を、ス
ターリングサイクル冷却器の冷却部の先端に搭載し、 上記スターリングサイクル冷却器の冷却部に設けられ、
上記スターリングサイクル冷却器を制御するための温度
センサーと、 上記超電導素子および上記冷却部を囲む非磁性の外囲器
とを備え、 上記非磁性の外囲器の側壁に設けたハーメチックポート
から上記温度センサーの信号線を取り出したことを特徴
とする超電導測定装置。
1. A superconducting element comprising a magnetoresistive element is mounted on a tip of a cooling section of a Stirling cycle cooler, and is provided in a cooling section of the Stirling cycle cooler.
A temperature sensor for controlling the Stirling cycle cooler, comprising a non-magnetic envelope surrounding the superconducting element and the cooling unit, and a temperature from a hermetic port provided on a side wall of the non-magnetic envelope. A superconducting measuring device characterized by taking out a signal line of a sensor.
【請求項2】 請求項1に記載の超電導測定装置におい
て、 上記温度センサからの温度信号に基いて、上記冷却器の
冷却能力を制御する冷却制御手段を備え、 上記温度センサーの信号線は、上記超電導素子と上記ハ
−メチックポートとの間で、上記冷却部に取り付けた信
号線中継部に巻き付けられていることを特徴とする超電
導測定装置。
2. The superconducting measuring apparatus according to claim 1, further comprising: cooling control means for controlling a cooling capacity of the cooler based on a temperature signal from the temperature sensor, wherein a signal line of the temperature sensor is A superconducting measuring device, wherein the superconducting element is wound around a signal line relay unit attached to the cooling unit between the superconducting element and the hermetic port.
【請求項3】 請求項1に記載の超電導測定装置におい
て、 上記超電導素子は超電導現象を示す磁気抵抗素子であ
り、 上記超電導素子に、上記超電導素子の固有の低周波のゆ
らぎ周波数よりも高い周波数の交流磁界を加えるために
上記外囲器の外周に配置された交流磁場発生用電磁コイ
ルと、 上記磁気抵抗素子の抵抗値を検出する抵抗値検出手段
と、 上記抵抗値検出手段が検出した上記磁気抵抗素子の抵抗
値を上記磁気抵抗素子に印加された磁界強度を表す磁界
強度信号に変換する信号変換装置とを備えたことを特徴
とする超電導測定装置。
3. The superconducting measuring device according to claim 1, wherein the superconducting element is a magnetoresistive element exhibiting a superconducting phenomenon, wherein the superconducting element has a frequency higher than a low-frequency fluctuation frequency inherent to the superconducting element. An electromagnetic coil for generating an alternating magnetic field arranged on the outer periphery of the envelope to apply an alternating magnetic field, a resistance value detecting means for detecting a resistance value of the magnetoresistive element, and a resistance value detecting means for detecting the resistance value. A signal converter for converting a resistance value of the magnetoresistive element into a magnetic field strength signal representing a magnetic field strength applied to the magnetoresistive element.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
超電導測定装置において、 微弱な磁界を検出した上記超電導素子が出力する磁界検
出信号を受けて、この磁界検出信号を目視可能な可視画
像に変換する信号変換手段とを備え、 微弱な生体磁場を計測するようにしたことを特徴とする
超電導測定装置。
4. The superconducting measurement apparatus according to claim 1, wherein the superconducting element detects a weak magnetic field, receives the magnetic field detection signal output from the superconducting element, and visualizes the magnetic field detection signal. A superconducting measurement apparatus comprising: a signal conversion unit for converting a visible image; and measuring a weak biomagnetic field.
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