JP3612539B2 - Magnetic measuring device - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Device； 超伝導量子干渉デバイス）を用いて磁気を測定する磁気測定装置に関する。さらに詳しくは、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようにした磁気測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の磁気測定装置の一例を示す構成図である。
この磁気測定装置５００は、地磁気を測定するためのもので、例えば無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置される。
極低温容器ＣＲは、冷媒（例えば液体ヘリウム）７０を充填された内容器ＣＲＩと、その内容器ＣＲＩを囲むように設置され且つ内容器ＣＲＩとの間に断熱用の空隙Ｄｎを形成する外容器ＣＲＯとを具備して構成されている。前記空隙Ｄｎには断熱材が入れられ、かつ真空引きされている。また、前記内容器ＣＲＩの上部の開口は、蓋Ｔで塞がれている。また、蓋Ｔを貫通して、内容器ＣＲＩに冷媒７０を供給／排気するための冷媒供給排気用二重管ＳＴが設置されている。
内容器ＣＲＩの底部Ｄには、直交する３軸方向（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向）の磁気をそれぞれ感磁するＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３が設置されている。各ＳＱＵＩＤ部のＳＱＵＩＤリング（図９の８１−１，８１−２，８１−３）からそれぞれ取り出された検出信号は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、第１信号処理回路５０１，第２信号処理回路６０１，第３信号処理回路７０１に入力され、磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に変換されて、送信機４０に送られる。
送信機４０は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を電波信号に変換して、アンテナ４１より送信する。
【０００３】
図８は、磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
この磁気情報解析装置Ａは、例えば電力や通信が普通に使用できる島や船舶などんの人が容易にアクセスできる場所に設置される。
前記電波信号は、アンテナＡ１で受信され、受信機Ａ２で磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に復元される。
情報処理装置Ａ３は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を解析し、地磁気に関する情報を算出し、表示装置Ａ４に表示する。
【０００４】
図９は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第１従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＤＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループ（ＦＬＬ； Ｆｌｕｘ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）の制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に直流バイアス電流Ｉｄ１を供給するＤＣバイアス回路１７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に直流バイアス電流Ｉｄ２を供給するＤＣバイアス回路２７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００６】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に直流バイアス電流Ｉｄ３を供給するＤＣバイアス回路３７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００７】
図１０は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第２従来例（ｒｆ−ＳＱＵＩＤ／ｒｆ共振方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１と、タンク回路（例えば共振周波数２０ＭＨｚ）８４−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、前記タンク回路８４−１にその共振周波数信号Ｉｒ１（例えば２０ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器１７ｒと、前記タンク回路８４−１の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路１９ｒと、そのｒｆ検波回路１９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路１８ｒと、その増幅回路１８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００８】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２と、タンク回路（例えば共振周波数２１ＭＨｚ）８４−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、前記タンク回路８４−２にその共振周波数信号Ｉｒ２（例えば２１ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器２７ｒと、前記タンク回路８４−２の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路２９ｒと、そのｒｆ検波回路２９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路２８ｒと、その増幅回路２８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００９】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３と、タンク回路（例えば共振周波数２２ＭＨｚ）８４−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、前記タンク回路８４−３にその共振周波数信号Ｉｒ３（例えば２２ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器３７ｒと、前記タンク回路８４−３の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路３９ｒと、そのｒｆ検波回路３９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路３８ｒと、その増幅回路３８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１０】
図１１は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第３従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＡＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に交流バイアス電流（例えば７０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ１を供給するＡＣバイアス回路１７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記交流バイアス電流を前記第１周波数Ｆ１の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１１９と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１１】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に交流バイアス電流（例えば１１５ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ２を供給するＡＣバイアス回路２７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記交流バイアス電流を前記第２周波数Ｆ２の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１２９と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１２】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に交流バイアス電流（例えば１６０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ３を供給するＡＣバイアス回路３７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記交流バイアス電流を前記第３周波数Ｆ３の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１３９と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１３】
図１２は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第４従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／同期バイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１のバイアス端子および同期検波回路５１ｓに第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第１周波数発振回路１０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１ｓ（乗算器５２，オフセット加算器５４およびローパスフィルタ５３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ１を前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ１は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ１は、オフセット信号である。
【００１４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２のバイアス端子および同期検波回路６１ｓに第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第２周波数発振回路２０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１ｓ（乗算器６２，オフセット加算器６４およびローパスフィルタ６３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ２を前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ２は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ２は、オフセット信号である。
【００１５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３のバイアス端子および同期検波回路７１ｓに第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第３周波数発振回路３０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１ｓ（乗算器７２，オフセット加算器７４およびローパスフィルタ７３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ３を前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ３は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ３は、オフセット信号である。
【００１６】
関連する他の従来技術は、「物性測定の進歩ＩＩ−ＳＱＵＩＤ，ＳＯＲ，電子分光−，小林俊一編，丸善株式会社」、「Ａ ＮＯＶＥＬ ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ １／ｆ ＮＯＩＳＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＩＮ ｄｃ ＳＱＵＩＤｓ， ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ， ＶＯＬ．ＭＡＧ−２３，ＮＯ２， ＭＡＲＣＨ １９８７」、米国特許第４，３８９，６１２号公報などに記載されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気測定装置５００では、各信号処理回路５０１，６０１，７０１が、乗算器５２，６２，７２およびローパスフィルタ５３，６３，７３からなる同期検波回路を有している。
しかし、かかる乗算器５２，６２，７２やローパスフィルタ５３，６３，７３は、回路が複雑であり、また、調整が面倒であり、コスト高になる問題点がある。このため、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して遠隔計測する場合には、各信号処理回路５０１，６０１，７０１を測定点に遺棄することがあるので、計測コストが増大してしまうなどの不都合を生じる。
そこで、本発明の目的は、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようにした磁気測定装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、磁気を検出するＳＱＵＩＤ部と、前記ＳＱＵＩＤ部が出力する検出信号から検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号を出力するタンク回路と、前記タンク回路で抽出した磁場測定信号を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第１の観点による磁気測定装置では、タンク回路により、検出信号から検波用周波数成分を抽出する。タンク回路は、一般にコイルとコンデンサを並列に接続して形成される比較的に簡単な回路構成であり、しかもコイルのインダクタンスやコンデンサの容量を選択することで周波数の選択特性などを容易に調整できるから調整の手間をあまり掛けずに良好な抽出特性を得ることが出来る。したがって、低コストの回路を用いて、検出信号から検波用周波数成分を好適に抽出できるようになり、特に、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００１９】
第２の観点では、本発明は、ＳＱＵＩＤ部からの検出信号の取出端子側に接続され且つ検波用周波数に共振する第１のタンク回路と、前記検波用周波数に共振し且つ前記第１のタンク回路と結合した第２のタンク回路と、前記第２のタンク回路に現れた端子信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力信号を検波して磁気強度に応じた変化成分を取り出す検波用ダイオードと、前記検波用ダイオードで取り出した変化成分を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第２の観点による磁気測定装置では、互いに結合した２つのタンク回路を用いるから、周波数の選択度を向上することが可能となり、検出信号から検波用周波数成分のみを良好に抽出することが出来る。また、第２のタンク回路の端子信号をアンプで増幅するから、検波前に信号レベルを十分に高めておくことが可能となり、検波を精度よく行うことが出来る。さらに、検波用ダイオードにより検波を行なうから、回路的に簡単（１素子で済む）となり、この点でも、低コスト化することが出来る。したがって、低コストの回路を用いて、検出信号から検波用周波数成分を好適に抽出できるようになり、特に、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明では、無人島や浮標等の地磁気を遠隔測定する場合を想定するが、海底のゾンデなどに組み込んで磁気を測定する場合にも本発明を適用することが出来る。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態の磁気測定装置を示す構成図である。
この磁気測定装置５００は、地磁気を測定するためのもので、例えば無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置される。
極低温容器ＣＲは、冷媒（例えば液体ヘリウム）７０を充填された内容器ＣＲＩと、その内容器ＣＲＩを囲むように設置され且つ内容器ＣＲＩとの間に断熱用の空隙Ｄｎを形成する外容器ＣＲＯとを具備して構成されている。前記空隙Ｄｎには断熱材が入れられ、かつ真空引きされている。また、前記内容器ＣＲＩの上部の開口は、蓋Ｔで塞がれている。また、蓋Ｔを貫通して、内容器ＣＲＩに冷媒７０を供給／排気するための冷媒供給排気用二重管ＳＴが設置されている。
内容器ＣＲＩの底部Ｄには、直交する３軸方向（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向）の磁気をそれぞれ感磁するＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３が設置されている。各ＳＱＵＩＤ部のＳＱＵＩＤリング（図３の８１−１，８１−２，８１−３）からそれぞれ取り出された検出信号は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、第１信号処理回路１０１，第２信号処理回路２０１，第３信号処理回路３０１に入力され、磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に変換されて、送信機４０に送られる。
送信機４０は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を電波信号に変換して、アンテナ４１より送信する。
【００２２】
図２は、磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
この磁気情報解析装置Ａは、例えば電力や通信が普通に使用できる島や船舶などんの人が容易にアクセスできる場所に設置される。
前記電波信号は、アンテナＡ１で受信され、受信機Ａ２で磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に復元される。
情報処理装置Ａ３は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を解析し、地磁気に関する情報を算出し、表示装置Ａ４に表示する。
【００２３】
図３は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第１実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＤＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に直流バイアス電流Ｉｄ１を供給するＤＣバイアス回路１７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００２４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に直流バイアス電流Ｉｄ２を供給するＤＣバイアス回路２７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、その増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。
【００２５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に直流バイアス電流Ｉｄ３を供給するＤＣバイアス回路３７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００２６】
図４は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第２実施例（ｒｆ−ＳＱＵＩＤ／ｒｆ共振方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１と、タンク回路（例えば共振周波数２０ＭＨｚ）８４−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、前記タンク回路８４−１にその共振周波数信号Ｉｒ１（例えば２０ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器１７ｒと、前記タンク回路８４−１の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路１９ｒと、そのｒｆ検波回路１９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路１８ｒと、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８ｒの出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００２７】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２と、タンク回路（例えば共振周波数２１ＭＨｚ）８４−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、前記タンク回路８４−２にその共振周波数信号Ｉｒ２（例えば２１ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器２７ｒと、前記タンク回路８４−２の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路２９ｒと、そのｒｆ検波回路２９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路２８ｒと、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記増幅回路２８ｒの出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３と、タンク回路（例えば共振周波数２２ＭＨｚ）８４−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、前記タンク回路８４−３にその共振周波数信号Ｉｒ３（例えば２２ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器３７ｒと、前記タンク回路８４−３の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路３９ｒと、そのｒｆ検波回路３９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路３８ｒと、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８ｒの出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００２８】
図５は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第３実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＡＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に交流バイアス電流（例えば７０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ１を供給するＡＣバイアス回路１７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記交流バイアス電流を前記第１周波数Ｆ１の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１１９と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００２９】
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００３０】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に交流バイアス電流（例えば１１５ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ２を供給するＡＣバイアス回路２７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記交流バイアス電流を前記第２周波数Ｆ２の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１２９と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。
【００３１】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に交流バイアス電流（例えば１６０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ３を供給するＡＣバイアス回路３７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記交流バイアス電流を前記第３周波数Ｆ３の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１３９と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００３２】
図６は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第４実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／同期バイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１のバイアス端子に第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第１周波数発振回路１０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ１を前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ１は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路１１ｓは、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記アンプ１４の出力端子をオフセット加算器１６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器１６の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ１は、オフセット信号である。
【００３３】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２のバイアス端子に第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第２周波数発振回路２０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ２を前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ２は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路２１ｓは、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記アンプ２４の出力端子をオフセット加算器２６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器２６の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ２は、オフセット信号である。
【００３４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３のバイアス端子に第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第３周波数発振回路３０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ３を前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ３は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路３１ｓは、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第３のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記アンプ３４の出力端子をオフセット加算器３６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器３６の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ３は、オフセット信号である。
【００３５】
なお、以上の実施形態では、図３〜図６の各タンク回路（１２，１３），（２２，２３），（３２，３３）の共振周波数が周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に合うようにインダクタンスおよび容量を調整したが、それに代えて、各タンク回路のインダクタンスおよび容量を固定し、周波数発振回路１０，２０，３０が出力する発振信号の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を各タンク回路の共振周波数と合うように調整してもよい。
【００３６】
以上の磁気測定装置１００によれば、各信号処理回路１０１，１０２，１０３の検波用周波数成分抽出回路１１（１１ｓ），２１（２１ｓ），３１（３１ｓ）は、タンク回路１２および１３，タンク回路２２および２３，タンク回路３２および３３によりＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３から取り出された検出信号から検波用周波数成分（一般に、キャリア成分）を抽出し、検波用ダイオード１５，２５，３５により磁気強度に応じた変化成分（一般に、サイドバンド成分）を取り出すようにした。したがって、乗算器やローパスフィルタからなる従来の同期検波回路よりも回路構成を実質的に簡単化して、低コスト化することが出来る。このため、無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置して地磁気の遠隔計測を行った後、当該磁気測定装置１００を遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の磁気測定装置によれば、ＳＱＵＩＤ部から取り出された検出信号をタンク回路に入力し、当該タンク回路の周波数選択特性を利用して検波用周波数成分を抽出するようにしたので、同期検波回路を用いた場合の同期検波信号の如き付加的な信号入力が不要となり、回路構成を簡単化できる。このため、回路を低コスト化でき、使い捨てに好都合となる。すなわち、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置を示す構成図である。
【図２】磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
【図３】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第１実施例を示す構成図である。
【図４】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第２実施例を示す構成図である。
【図５】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第３実施例を示す構成図である。
【図６】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第４実施例を示す構成図である。
【図７】従来の磁気測定装置の一例を示す構成図である。
【図８】磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
【図９】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第１従来例を示す構成図である。
【図１０】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第２従来例を示す構成図である。
【図１１】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第３従来例を示す構成図である。
【図１２】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第４従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１００ 磁気測定装置
１０１，２０１，３０１ 信号処理回路
１１，２１，３１ 検波用周波数成分抽出回路
１１ｓ，２１ｓ，３１ｓ 検波用周波数成分抽出回路
１２，２２，３２ タンク回路
１３，２３，３３ タンク回路
１４，２４，３４ アンプ
１５，２５，３５ 検波用ダイオード
１６，２６，３６ オフセット加算器
１８，２８，３８ 増幅回路
１８ｒ，２８ｒ，３８ｒ 増幅回路
８０−１，８０−２，８０−３ ＳＱＵＩＤ部
８１−１，８１−２，８１−３ ＳＱＵＩＤリング
８１ｒ１，８１ｒ２，８１ｒ３ ＳＱＵＩＤリング
８２−１，８２−２，８２−３ 検出コイル
８３−１，８３−２，８３−３ フィードバック用コイル
Ｒｓ，Ｒｆ 抵抗器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetic measurement apparatus that measures magnetism using a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device). For more details,After installing a large number of measurement points on uninhabited islands and buoys that are difficult to collect and performing remote measurement of geomagnetism, etc., the economic loss when abandoned at the measurement point is suppressed and the measurement cost can be reduced.The present invention relates to a magnetic measurement apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a conventional magnetic measurement apparatus.
The magnetometer 500 is for measuring geomagnetism, and is installed in a place where a person such as an uninhabited island or a buoy cannot easily access.
The cryogenic container CR is an outer container CRI filled with a refrigerant (for example, liquid helium) 70 and an outer container that is installed so as to surround the inner container CRI and that forms a heat insulating gap Dn between the inner container CRI. And CRO. A heat insulating material is put in the gap Dn and is evacuated. The opening at the top of the inner container CRI is closed with a lid T. In addition, a refrigerant supply / exhaust double pipe ST is provided through the lid T to supply / exhaust the refrigerant 70 to / from the inner container CRI.
On the bottom D of the inner container CRI, SQUID portions 80-1, 80-2, and 80-3 are installed to sense the magnetism in three orthogonal directions (x-axis, y-axis, and z-axis directions), respectively. . Detection signals extracted from the SQUID rings (81-1, 81-2, 81-3 in FIG. 9) of the respective SQUID units are respectively sent to the first signal processing circuit 501 and the first signal processing circuit 501 through the signal lines L1, L2, L3. The signals are input to the two-signal processing circuit 601 and the third signal processing circuit 701, converted into magnetic field measurement signals S 1, S 2 and S 3, and sent to the transmitter 40.
The transmitter 40 converts the magnetic field measurement signals S1, S2, S3 into radio wave signals and transmits them from the antenna 41.
[0003]
FIG. 8 is a configuration diagram illustrating an example of a magnetic information analysis apparatus.
This magnetic information analysis apparatus A is installed in a place where people such as islands and ships that can normally use power and communication can easily access.
The radio signal is received by the antenna A1 and restored to the magnetic field measurement signals S1, S2, and S3 by the receiver A2.
The information processing device A3 analyzes the magnetic field measurement signals S1, S2, and S3, calculates information related to geomagnetism, and displays the information on the display device A4.
[0004]
FIG. 9 is a block diagram showing a first conventional example (dc-SQUID / DC bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 501, 601, 701.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 501 controls a flux locked loop (FLL), a DC bias circuit 17d that supplies a DC bias current Id1 to the SQUID ring 81-1, and the SQUID ring 81-. An amplifying circuit 18 for amplifying a signal between the terminals 1 and a synchronous detecting circuit 51 (multiplier 52 and low-pass) for synchronously detecting the output signal of the amplifying circuit 18 and extracting the frequency component for synchronous detection and outputting the magnetic field measurement signal S1. A first frequency oscillation circuit 10 that outputs a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 140 kHz), the magnetic field measurement signal S1, and the synchronous detection. And resistors Rs and Rf that add the signal to the feedback coil 83-1. .
[0005]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
The second signal processing circuit 601 includes a DC bias circuit 27d that supplies a DC bias current Id2 to the SQUID ring 81-2, an amplifier circuit 28 that amplifies signals between the terminals of the SQUID ring 81-2, and an amplifier circuit thereof. A synchronous detection circuit 61 (consisting of a multiplier 62 and a low-pass filter 63) for synchronously detecting 28 output signals, extracting a synchronous detection frequency component and outputting a magnetic field measurement signal S2, and a synchronous detection signal of the second frequency F2. The second frequency oscillation circuit 20 that outputs (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 230 kHz), and a resistance that is added to the magnetic field measurement signal S2 and the synchronous detection signal and applied to the feedback coil 83-2 And Rs and Rf.
[0006]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 701 includes a DC bias circuit 37d that supplies a DC bias current Id3 to the SQUID ring 81-3, an amplifier circuit 38 that amplifies a signal between terminals of the SQUID ring 81-3, and an amplifier circuit thereof. A synchronous detection circuit 71 (consisting of a multiplier 72 and a low-pass filter 73) for synchronously detecting the output signal of 38, extracting a frequency component for synchronous detection and outputting a magnetic field measurement signal S3, and a signal for synchronous detection of the third frequency F3 A third frequency oscillation circuit 30 that outputs (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 320 kHz), and a resistor that adds the magnetic field measurement signal S3 and the synchronous detection signal to the feedback coil 83-3. And Rs and Rf.
[0007]
FIG. 10 is a block diagram showing a second conventional example (rf-SQUID / rf resonance system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 501, 601, 701.
The SQUID unit 80-1 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r1 having one Josephson junction, a detection coil 82-1 that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r1, A feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81r1 and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 20 MHz) 84-1 are provided.
The first signal processing circuit 501 controls the magnetic flux fixed loop, the rf oscillator 17r supplying the resonance frequency signal Ir1 (for example, a sine wave of 20 MHz) to the tank circuit 84-1, and the tank circuit 84. Rf detection circuit 19r for rf detection of the terminal signal −1, an amplification circuit 18r for amplifying the rf detection signal of the rf detection circuit 19r, and a synchronous detection frequency component by synchronously detecting the output signal of the amplification circuit 18r. A synchronous detection circuit 51 (consisting of a multiplier 52 and a low-pass filter 53) that extracts and outputs the magnetic field measurement signal S1 and a synchronous detection signal of the first frequency F1 (for example, a rectangular wave with amplitudes of + α and −α at 140 kHz). The first frequency oscillating circuit 10 to be output, the magnetic field measurement signal S1 and the synchronous detection signal are added and given to the feedback coil 83-1. Resistor Rs, Rf.
[0008]
Similarly, the SQUID unit 80-2 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r2 having one Josephson junction, and a detection coil 82-2 that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r2. 2, a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81 r 2, and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 21 MHz) 84-2.
The second signal processing circuit 601 rf-detects the rf oscillator 27r that supplies a resonance frequency signal Ir2 (for example, a sine wave of 21 MHz) to the tank circuit 84-2 and the terminal signal of the tank circuit 84-2. The rf detection circuit 29r, the amplification circuit 28r that amplifies the rf detection signal of the rf detection circuit 29r, and the output signal of the amplification circuit 28r are synchronously detected to extract the frequency component for synchronous detection and output the magnetic field measurement signal S2. A synchronous detection circuit 61 (consisting of a multiplier 62 and a low-pass filter 63), and a second frequency oscillation circuit 20 that outputs a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 230 kHz) at the second frequency F2. And resistors Rs and Rf that add the magnetic field measurement signal S2 and the synchronous detection signal to the feedback coil 83-2. It is configured.
[0009]
Similarly, the SQUID unit 80-3 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r3 having one Josephson junction, and a detection coil 82- that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r3. 3, a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81r3, and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 22 MHz) 84-3.
The third signal processing circuit 701 rf-detects the terminal signal of the tank circuit 84-3 and the rf oscillator 37r that supplies the tank circuit 84-3 with a resonance frequency signal Ir3 (for example, a sine wave of 22 MHz). The rf detection circuit 39r, the amplification circuit 38r that amplifies the rf detection signal of the rf detection circuit 39r, and the output signal of the amplification circuit 38r are synchronously detected to extract the frequency component for synchronous detection and output the magnetic field measurement signal S3. A synchronous detection circuit 71 (comprising a multiplier 72 and a low-pass filter 73), and a third frequency oscillation circuit 30 for outputting a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 320 kHz) at the third frequency F3; And resistors Rs and Rf that add the magnetic field measurement signal S3 and the synchronous detection signal to the feedback coil 83-3. It is configured.
[0010]
FIG. 11 is a block diagram showing a third conventional example (dc-SQUID / AC bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 501, 601, 701.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 501 controls the magnetic flux fixed loop, and supplies an AC bias current (for example, a convex wave having an amplitude of + β, 0, and −β at 70 kHz) Ia1 to the SQUID ring 81-1. The bias circuit 17a, the amplifier circuit 18 that amplifies the signal between the terminals of the SQUID ring 81-1, and the output signal of the amplifier circuit 18 is synchronously detected to extract the frequency component for synchronous detection, and the magnetic field measurement signal S1 is output. A synchronous detection circuit 51 (consisting of a multiplier 52 and a low-pass filter 53), and a first frequency oscillation circuit 10 that outputs a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 140 kHz) of the first frequency F1; A frequency dividing circuit 119 for making the AC bias current a signal having a frequency that is ½ of the first frequency F1 and synchronized with the synchronous detection signal; Resistors given to the feedback coil 83-1 by adding the synchronous detection signal and the field measurement signal S1 Rs, is configured by including the Rf.
[0011]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
The second signal processing circuit 601 includes an AC bias circuit 27a that supplies an AC bias current (for example, a convex wave having an amplitude of + β, 0, and −β at 115 kHz) Ia2 to the SQUID ring 81-2, and the SQUID ring 81. -2 amplifying the inter-terminal signal, and synchronous detection circuit 61 (multiplier 62 and the output of the magnetic field measurement signal S2 by extracting the synchronous detection frequency component by synchronous detection of the output signal of the amplification circuit 28) A second low-pass filter 63, a second frequency oscillation circuit 20 that outputs a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 230 kHz) of the second frequency F 2, and the AC bias current as the second frequency A frequency dividing circuit 129 for making a signal having a frequency ½ of the frequency F2 and synchronized with the synchronous detection signal; the magnetic field measurement signal S2 and the synchronous detection; Resistor Rs which gives signals added together in the feedback coil 83-2 is configured by including the Rf.
[0012]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 701 includes an AC bias circuit 37a that supplies an AC bias current (for example, a convex wave having amplitudes of + β, 0, and −β at 160 kHz) Ia3 to the SQUID ring 81-3, and the SQUID ring 81. -3 for amplifying the inter-terminal signal of -3, and synchronous detection circuit 71 (multiplier 72 and multiplier 72) for synchronously detecting the output signal of the amplifier circuit 38, extracting the frequency component for synchronous detection, and outputting the magnetic field measurement signal S3 A third low-pass filter 73, a third frequency oscillation circuit 30 that outputs a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave with amplitudes of + α and −α at 320 kHz) at the third frequency F 3, and the AC bias current as the third frequency. A frequency dividing circuit 139 for making a signal having a frequency ½ of the frequency F3 and synchronized with the synchronous detection signal; the magnetic field measurement signal S3 and the synchronous detection; Resistor Rs which gives signals added together in the feedback coil 83-3 is configured by including the Rf.
[0013]
FIG. 12 is a block diagram showing a fourth conventional example (dc-SQUID / synchronous bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 501, 601, 701.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 501 controls the magnetic flux fixed loop. The signal for synchronous detection of the first frequency F1 (for example, the amplitude is + α at 140 kHz is applied to the bias terminal of the SQUID ring 81-1 and the synchronous detection circuit 51s. -Α rectangular wave), an amplifier circuit 18 for amplifying a signal between the terminals of the SQUID ring 81-1, and an output signal of the amplifier circuit 18 is synchronously detected for synchronous detection. A synchronous detection circuit 51s (which includes a multiplier 52, an offset adder 54, and a low-pass filter 53) that extracts a frequency component and outputs a magnetic field measurement signal S1, and a resistor that applies the magnetic field measurement signal S1 to the feedback coil 83-1. And Rf. Note that Is1 is a synchronous bias current. Of1 is an offset signal.
[0014]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
Further, the second signal processing circuit 601 supplies a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 230 kHz) to the bias terminal of the SQUID ring 81-2 and the synchronous detection circuit 61s. The second frequency oscillation circuit 20, the amplifier circuit 28 for amplifying the signal between the terminals of the SQUID ring 81-2, the synchronous detection of the output signal of the amplifier circuit 28 to extract the frequency component for synchronous detection, and the magnetic field measurement signal S2 And a resistor Rf that supplies the magnetic field measurement signal S2 to the feedback coil 83-2. The synchronous detection circuit 61s (consisting of a multiplier 62, an offset adder 64, and a low-pass filter 63) outputs the magnetic field measurement signal S2. ing. Note that Is2 is a synchronous bias current. Of2 is an offset signal.
[0015]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 701 supplies a synchronous detection signal (for example, a rectangular wave with amplitudes of + α and −α at 320 kHz) to the bias terminal of the SQUID ring 81-3 and the synchronous detection circuit 71s. A third frequency oscillation circuit 30, an amplifier circuit 38 for amplifying the signal between the terminals of the SQUID ring 81-3, and an output signal of the amplifier circuit 38 are synchronously detected to extract a frequency component for synchronous detection to obtain a magnetic field measurement signal S3. And a resistor Rf that supplies the magnetic field measurement signal S3 to the feedback coil 83-3. The synchronous detection circuit 71s (consisting of a multiplier 72, an offset adder 74, and a low-pass filter 73) outputs a magnetic field measurement signal S3. ing. Note that Is3 is a synchronous bias current. Of3 is an offset signal.
[0016]
Other related prior arts are “Progress in Physical Property Measurement II-SQUID, SOR, Electron Spectroscopy-, Shunichi Kobayashi, Maruzen Co., Ltd.”, “A NOVEL MODULATION TECHNIQUE FOR 1 / f NOISE REDUCTION IN dc SQUIDs, IEEE TRANS MAGNETICS, VOL.MAG-23, NO2, MARCH 1987, U.S. Pat. No. 4,389,612.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional magnetic measurement apparatus 500, each signal processing circuit 501, 601, 701 has a synchronous detection circuit including multipliers 52, 62, 72 and low-pass filters 53, 63, 73.
However, the multipliers 52, 62, and 72 and the low-pass filters 53, 63, and 73 have a problem that the circuit is complicated and adjustment is troublesome, resulting in high cost. For this reason, when a large number of measurement points such as uninhabited islands and buoys are installed and remotely measured, the signal processing circuits 501, 601 and 701 may be abandoned at the measurement points. Inconveniences such as increase.
Therefore, the object of the present invention is toAfter installing a large number of measurement points on uninhabited islands and buoys that are difficult to collect and performing remote measurement of geomagnetism, etc., the economic loss when abandoned at the measurement point is suppressed and the measurement cost can be reduced.It is to provide a magnetic measuring device.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In a first aspect, the present invention provides:A SQUID unit that detects magnetism, a tank circuit that extracts a detection frequency component from the detection signal output from the SQUID unit and outputs a magnetic field measurement signal, and converts the magnetic field measurement signal extracted by the tank circuit into a radio signal. A transmitter for transmittingA magnetic measuring device is provided.
According to the first aspectIn the magnetic measurement apparatus, a detection frequency component is extracted from a detection signal by a tank circuit. A tank circuit is a relatively simple circuit configuration that is generally formed by connecting a coil and a capacitor in parallel, and the frequency selection characteristics can be easily adjusted by selecting the coil inductance and the capacitor capacitance. Therefore, good extraction characteristics can be obtained without much adjustment. Therefore, it becomes possible to suitably extract the detection frequency component from the detection signal using a low-cost circuit.In particular, install many on uninhabited islands and buoys that are difficult to collect.Geomagnetism, etc.After the remote measurement ofThe cost of measurement can be reduced by suppressing economic loss when abandoned.The
[0019]
In a second aspect, the present invention relates to a first tank circuit connected to a detection signal extraction terminal side from a SQUID unit and resonating at a detection frequency, and resonating at the detection frequency and the first tank. A second tank circuit coupled to the circuit, an amplifier for amplifying a terminal signal appearing in the second tank circuit, a detection diode for detecting a change component corresponding to the magnetic intensity by detecting the output signal of the amplifier, andA transmitter that converts the change component extracted by the detection diode into a radio signal and transmits the radio signal.There is provided a magnetic measurement apparatus characterized by comprising:
According to the second aspectSince the magnetic measurement device uses two tank circuits coupled to each other, it is possible to improve the frequency selectivity, and it is possible to satisfactorily extract only the detection frequency component from the detection signal. Further, since the terminal signal of the second tank circuit is amplified by the amplifier, the signal level can be sufficiently increased before detection, and detection can be performed with high accuracy. Furthermore, since detection is performed by a detection diode, the circuit is simple (only one element is required), and in this respect, the cost can be reduced.Therefore, it becomes possible to extract the frequency component for detection from the detection signal using a low-cost circuit, and in particular, remote measurement such as geomagnetism by installing many at unrecoverable measurement points such as uninhabited islands and buoys. After performing the measurement, it is possible to reduce the measurement cost by suppressing the economic loss when it is abandoned at the measurement point.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In the following explanation, it is assumed that geomagnetism such as uninhabited islands and buoys is remotely measured.Even ifThe present invention can be applied.
[0021]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a magnetic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
The magnetometer 500 is for measuring geomagnetism, and is installed in a place where a person such as an uninhabited island or a buoy cannot easily access.
The cryogenic container CR is an outer container CRI filled with a refrigerant (for example, liquid helium) 70 and an outer container that is installed so as to surround the inner container CRI and that forms a heat insulating gap Dn between the inner container CRI. And CRO. A heat insulating material is put in the gap Dn and is evacuated. The opening at the top of the inner container CRI is closed with a lid T. In addition, a refrigerant supply / exhaust double pipe ST is provided through the lid T to supply / exhaust the refrigerant 70 to / from the inner container CRI.
On the bottom D of the inner container CRI, SQUID portions 80-1, 80-2, and 80-3 are installed to sense the magnetism in three orthogonal directions (x-axis, y-axis, and z-axis directions), respectively. . Detection signals extracted from the SQUID rings (81-1, 81-2, 81-3 in FIG. 3) of the respective SQUID units are respectively sent to the first signal processing circuit 101, the first signal processing circuit 101, and the first signal processing circuit 101 through the signal lines L1, L2, L3. The signals are input to the two-signal processing circuit 201 and the third signal processing circuit 301, converted into magnetic field measurement signals S 1, S 2, S 3 and sent to the transmitter 40.
The transmitter 40 converts the magnetic field measurement signals S1, S2, S3 into radio wave signals and transmits them from the antenna 41.
[0022]
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of a magnetic information analysis apparatus.
This magnetic information analysis apparatus A is installed in a place where people such as islands and ships that can normally use power and communication can easily access.
The radio signal is received by the antenna A1 and restored to the magnetic field measurement signals S1, S2, and S3 by the receiver A2.
The information processing device A3 analyzes the magnetic field measurement signals S1, S2, and S3, calculates information about geomagnetism, and displays the information on the display device A4.
[0023]
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment (dc-SQUID / DC bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 101, 201, 301.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 101 controls a magnetic flux fixed loop, and amplifies a signal between terminals of the SQUID ring 81-1 and a DC bias circuit 17d that supplies a DC bias current Id1 to the SQUID ring 81-1. The first frequency oscillation circuit 10 that outputs an oscillation signal having a first frequency F1 (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 140 kHz), and the output signal of the amplification circuit 18 to the first frequency. A detection frequency component extraction circuit 11 that extracts a detection frequency component of F1 and outputs a magnetic field measurement signal S1, and a resistor Rs that adds the magnetic field measurement signal S1 and the oscillation signal to the feedback coil 83-1. , Rf.
The detection frequency component extraction circuit 11 connects one end of the first tank circuit 12 whose inductance and capacity are adjusted so that a resonance frequency becomes the first frequency F1 to an output terminal of the amplification circuit 18, and The other end of the first tank circuit 12 is grounded, and the second tank circuit 13 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the first frequency F1 is coupled to the first tank circuit 12, One end of the second tank circuit 13 is connected to the input terminal of the amplifier 14, the other end of the second tank circuit 13 is grounded, and the anode of the detection diode 15 is connected to the output terminal of the amplifier 14, The magnetic field measurement signal S1 is extracted from the cathode of the detection diode 15.
[0024]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
The second signal processing circuit 201 includes a DC bias circuit 27d that supplies a DC bias current Id2 to the SQUID ring 81-2, an amplifier circuit 28 that amplifies the signal between the terminals of the SQUID ring 81-2, and a second frequency. A second frequency oscillation circuit 20 that outputs an oscillation signal of F2 (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 230 kHz), and a detection frequency component of the second frequency F2 are extracted from the output signal of the amplification circuit 28. A detection frequency component extraction circuit 21 that outputs a magnetic field measurement signal S2 and resistors Rs and Rf that add the magnetic field measurement signal S2 and the oscillation signal to give to the feedback coil 83-2. ing.
The detection frequency component extraction circuit 21 connects one end of the first tank circuit 22 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2, to the output terminal of the amplification circuit 28, and The other end of the first tank circuit 22 is grounded, and the second tank circuit 23 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2 is coupled to the first tank circuit 22, One end of the second tank circuit 23 is connected to the input terminal of the amplifier 24, the other end of the second tank circuit 23 is grounded, and the anode of the detection diode 25 is connected to the output terminal of the amplifier 24, The magnetic field measurement signal S2 is extracted from the cathode of the detection diode 25.
[0025]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 301 includes a DC bias circuit 37d that supplies a DC bias current Id3 to the SQUID ring 81-3, an amplifier circuit 38 that amplifies the signal between the terminals of the SQUID ring 81-3, and a third frequency. A third frequency oscillation circuit 30 that outputs an oscillation signal of F3 (for example, a rectangular wave having an amplitude of + α and −α at 320 kHz), and a detection frequency component of the third frequency F3 are extracted from the output signal of the amplification circuit 38. A detection frequency component extraction circuit 31 that outputs a magnetic field measurement signal S3, and resistors Rs and Rf that add the magnetic field measurement signal S3 and the oscillation signal to give to the feedback coil 83-3 are configured. ing.
The detection frequency component extraction circuit 31 connects one end of the first tank circuit 32 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 to the output terminal of the amplification circuit 38, and The other end of the first tank circuit 32 is grounded, and the second tank circuit 33 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 is coupled to the first tank circuit 32, One end of the second tank circuit 33 is connected to the input terminal of the amplifier 34, the other end of the second tank circuit 33 is grounded, and the anode of the detection diode 35 is connected to the output terminal of the amplifier 34, The magnetic field measurement signal S3 is extracted from the cathode of the detection diode 35.
[0026]
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment (rf-SQUID / rf resonance system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 101, 201, 301.
The SQUID unit 80-1 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r1 having one Josephson junction, a detection coil 82-1 that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r1, A feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81r1 and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 20 MHz) 84-1 are provided.
The first signal processing circuit 101 controls the magnetic flux fixed loop. The rf oscillator 17r that supplies a resonance frequency signal Ir1 (for example, a sine wave of 20 MHz) to the tank circuit 84-1, and the tank circuit 84. Rf detection circuit 19r for rf detection of the terminal signal of −1, an amplification circuit 18r for amplifying the rf detection signal of the rf detection circuit 19r, and an oscillation signal of the first frequency F1 (for example, having an amplitude of + α and −α at 140 kHz) A first frequency oscillation circuit 10 that outputs a rectangular wave), and a detection frequency component extraction circuit 11 that extracts a detection frequency component of the first frequency F1 from the output signal of the amplification circuit 18r and outputs a magnetic field measurement signal S1. And resistors Rs and Rf that add the magnetic field measurement signal S1 and the oscillation signal to give to the feedback coil 83-1. Yes.
The detection frequency component extraction circuit 11 connects one end of the first tank circuit 12 whose inductance and capacity are adjusted so that a resonance frequency becomes the first frequency F1, to the output terminal of the amplification circuit 18r, The other end of the first tank circuit 12 is grounded, and the second tank circuit 13 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the first frequency F1 is coupled to the first tank circuit 12, One end of the second tank circuit 13 is connected to the input terminal of the amplifier 14, the other end of the second tank circuit 13 is grounded, and the anode of the detection diode 15 is connected to the output terminal of the amplifier 14, The magnetic field measurement signal S <b> 1 is extracted from the cathode of the detection diode 15.
[0027]
Similarly, the SQUID unit 80-2 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r2 having one Josephson junction, and a detection coil 82- that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r2. 2, a feedback coil 83-2 that applies a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81 r 2, and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 21 MHz) 84-2.
The second signal processing circuit 201 rf-detects the rf oscillator 27r that supplies a resonance frequency signal Ir2 (for example, a sine wave of 21 MHz) to the tank circuit 84-2 and the terminal signal of the tank circuit 84-2. an rf detection circuit 29r, an amplification circuit 28r for amplifying the rf detection signal of the rf detection circuit 29r, and a second frequency for outputting an oscillation signal of the second frequency F2 (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 230 kHz). An oscillation circuit 20, a detection frequency component extraction circuit 21 that extracts a detection frequency component of the second frequency F2 from the output signal of the amplification circuit 28r and outputs a magnetic field measurement signal S2, the magnetic field measurement signal S2, and the oscillation Resistors Rs and Rf that add signals and give them to the feedback coil 83-2 are provided.
The detection frequency component extraction circuit 21 connects one end of the first tank circuit 22 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2, to the output terminal of the amplification circuit 28r, The other end of the first tank circuit 22 is grounded, and the second tank circuit 23 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2 is coupled to the first tank circuit 22, One end of the second tank circuit 23 is connected to the input terminal of the amplifier 24, the other end of the second tank circuit 23 is grounded, and the anode of the detection diode 25 is connected to the output terminal of the amplifier 24, The magnetic field measurement signal S2 is extracted from the cathode of the detection diode 25.
Similarly, the SQUID unit 80-3 includes an rf-SQUID type SQUID ring 81r3 having one Josephson junction, and a detection coil 82- that detects an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81r3. 3, a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81r3, and a tank circuit (for example, a resonance frequency of 22 MHz) 84-3.
The third signal processing circuit 301 rf-detects the rf oscillator 37r that supplies the tank circuit 84-3 with a resonance frequency signal Ir3 (for example, a sine wave of 22 MHz) and the terminal signal of the tank circuit 84-3. an rf detection circuit 39r, an amplification circuit 38r for amplifying the rf detection signal of the rf detection circuit 39r, and a third frequency for outputting an oscillation signal having a third frequency F3 (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 320 kHz). An oscillation circuit 30, a detection frequency component extraction circuit 31 that extracts a detection frequency component of the third frequency F3 from the output signal of the amplification circuit 38r and outputs a magnetic field measurement signal S3, the magnetic field measurement signal S3, and the oscillation Resistors Rs and Rf that add signals and give them to the feedback coil 83-3 are provided.
The detection frequency component extraction circuit 31 connects one end of the first tank circuit 32 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 to the output terminal of the amplification circuit 38r, The other end of the first tank circuit 32 is grounded, and the second tank circuit 33 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 is coupled to the first tank circuit 32, One end of the second tank circuit 33 is connected to the input terminal of the amplifier 34, the other end of the second tank circuit 33 is grounded, and the anode of the detection diode 35 is connected to the output terminal of the amplifier 34, The magnetic field measurement signal S3 is extracted from the cathode of the detection diode 35.
[0028]
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment (dc-SQUID / AC bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 501, 601, 701.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 101 controls the magnetic flux fixed loop, and supplies an AC bias current (for example, a convex wave having an amplitude of + β, 0, and −β at 70 kHz) Ia1 to the SQUID ring 81-1. A bias circuit 17a, an amplifier circuit 18 for amplifying the signal between the terminals of the SQUID ring 81-1, and a first frequency for outputting an oscillation signal having a first frequency F1 (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 140 kHz). An oscillation circuit 10, a detection frequency component extraction circuit 11 for extracting a detection frequency component of the first frequency F1 from the output signal of the amplification circuit 18 and outputting a magnetic field measurement signal S1, and the alternating current bias current as the first bias current. A frequency dividing circuit 119 for making a signal having a frequency half the frequency F1 and synchronized with the oscillation signal, and adding the magnetic field measurement signal S1 and the oscillation signal Resistor Rs applied to the feedback coil 83-1 is configured by including the Rf.
[0029]
The detection frequency component extraction circuit 11 connects one end of the first tank circuit 12 whose inductance and capacity are adjusted so that a resonance frequency becomes the first frequency F1 to an output terminal of the amplification circuit 18, and The other end of the first tank circuit 12 is grounded, and the second tank circuit 13 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the first frequency F1 is coupled to the first tank circuit 12, One end of the second tank circuit 13 is connected to the input terminal of the amplifier 14, the other end of the second tank circuit 13 is grounded, and the anode of the detection diode 15 is connected to the output terminal of the amplifier 14, The magnetic field measurement signal S <b> 1 is extracted from the cathode of the detection diode 15.
[0030]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
The second signal processing circuit 201 includes an AC bias circuit 27a that supplies an AC bias current (for example, a convex wave having an amplitude of + β, 0, and −β at 115 kHz) Ia2 to the SQUID ring 81-2, and the SQUID ring 81. -2 amplifying the inter-terminal signal, a second frequency oscillating circuit 20 for outputting an oscillation signal of the second frequency F2 (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and -α at 230 kHz), and the amplifying circuit 28 The detection frequency component extraction circuit 21 for extracting the detection frequency component of the second frequency F2 from the output signal and outputting the magnetic field measurement signal S2, and the AC bias current at a frequency ½ of the second frequency F2. And a frequency dividing circuit 129 for making a signal synchronized with the oscillation signal, and adding the magnetic field measurement signal S2 and the oscillation signal to the feedback coil 83-. Resistor Rs, and is configured by including a Rf given to.
The detection frequency component extraction circuit 21 connects one end of the first tank circuit 22 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2, to the output terminal of the amplification circuit 28, and The other end of the first tank circuit 22 is grounded, and the second tank circuit 23 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2 is coupled to the first tank circuit 22, One end of the second tank circuit 23 is connected to the input terminal of the amplifier 24, the other end of the second tank circuit 23 is grounded, and the anode of the detection diode 25 is connected to the output terminal of the amplifier 24, The magnetic field measurement signal S2 is extracted from the cathode of the detection diode 25.
[0031]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 301 includes an AC bias circuit 37a that supplies an AC bias current (for example, a convex wave having amplitudes of + β, 0, and −β at 160 kHz) Ia3 to the SQUID ring 81-3, and the SQUID ring 81. -3, an amplifying circuit 38 that amplifies the inter-terminal signal, a third frequency oscillating circuit 30 that outputs an oscillating signal of the third frequency F3 (for example, a rectangular wave with amplitudes of + α and -α at 320 kHz), and the amplifying circuit 38. The detection frequency component extraction circuit 31 that extracts the detection frequency component of the third frequency F3 from the output signal and outputs the magnetic field measurement signal S3, and the AC bias current at a frequency half that of the third frequency F3. And a frequency dividing circuit 139 for making a signal synchronized with the oscillation signal, and adding the magnetic field measurement signal S3 and the oscillation signal to the feedback coil 83-. Resistor Rs, and is configured by including a Rf given to.
The detection frequency component extraction circuit 31 connects one end of the first tank circuit 32 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 to the output terminal of the amplification circuit 38, and The other end of the first tank circuit 32 is grounded, and the second tank circuit 33 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 is coupled to the first tank circuit 32, One end of the second tank circuit 33 is connected to the input terminal of the amplifier 34, the other end of the second tank circuit 33 is grounded, and the anode of the detection diode 35 is connected to the output terminal of the amplifier 34, The magnetic field measurement signal S3 is extracted from the cathode of the detection diode 35.
[0032]
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment (dc-SQUID / synchronous bias system) of the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 and the signal processing circuits 101, 201, 301.
The SQUID unit 80-1 includes a dc-SQUID type SQUID ring 81-1 having two Josephson junctions, and a detection coil 82 for detecting an external magnetic field to be measured and applying a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-1. -1 and a feedback coil 83-1 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-1.
The first signal processing circuit 101 controls the magnetic flux fixed loop, and an oscillation signal having a first frequency F1 (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 140 kHz) is applied to the bias terminal of the SQUID ring 81-1. A first frequency oscillator circuit 10 to be supplied, an amplifier circuit 18 for amplifying the signal between the terminals of the SQUID ring 81-1, and a detection frequency component of the first frequency F1 from the output signal of the amplifier circuit 18 to extract a magnetic field The detection frequency component extraction circuit 11s that outputs the measurement signal S1 and the resistor Rf that supplies the magnetic field measurement signal S1 to the feedback coil 83-1. Note that Is1 is a synchronous bias current.
The detection frequency component extraction circuit 11s connects one end of the first tank circuit 12 whose inductance and capacity are adjusted so that a resonance frequency becomes the first frequency F1, to the output terminal of the amplification circuit 18, The other end of the first tank circuit 12 is grounded, and the second tank circuit 13 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the first frequency F1 is coupled to the first tank circuit 12, One end of the second tank circuit 13 is connected to the input terminal of the amplifier 14, the output terminal of the amplifier 14 is connected to the input terminal of the offset adder 16, and the detection diode 15 is connected to the output terminal of the offset adder 16. Are connected, and the magnetic field measurement signal S1 is taken out from the cathode of the detection diode 15. Of1 is an offset signal.
[0033]
Similarly, the SQUID unit 80-2 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-2 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-2. A detection coil 82-2 and a feedback coil 83-2 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-2 are provided.
Further, the second signal processing circuit 201 includes a second frequency oscillation circuit 20 that supplies an oscillation signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 230 kHz) to the bias terminal of the SQUID ring 81-2. , An amplifying circuit 28 for amplifying the inter-terminal signal of the SQUID ring 81-2, and a detection frequency for extracting the detection frequency component of the second frequency F2 from the output signal of the amplifying circuit 28 and outputting the magnetic field measurement signal S2 A component extraction circuit 21s and a resistor Rf for supplying the magnetic field measurement signal S2 to the feedback coil 83-2 are provided. Note that Is2 is a synchronous bias current.
The detection frequency component extraction circuit 21s connects one end of the first tank circuit 22 whose inductance and capacity are adjusted so that a resonance frequency becomes the second frequency F2, to the output terminal of the amplification circuit 28, The other end of the first tank circuit 22 is grounded, and the second tank circuit 23 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the second frequency F2 is coupled to the first tank circuit 22, One end of the second tank circuit 23 is connected to the input terminal of the amplifier 24, the output terminal of the amplifier 24 is connected to the input terminal of the offset adder 26, and the detection diode 25 is connected to the output terminal of the offset adder 26. Are connected, and the magnetic field measurement signal S2 is taken out from the cathode of the detection diode 25. Of2 is an offset signal.
[0034]
Similarly, the SQUID unit 80-3 detects a dc-SQUID type SQUID ring 81-3 having two Josephson junctions and an external magnetic field to be measured and applies a magnetic flux proportional thereto to the SQUID ring 81-3. A detection coil 82-3 and a feedback coil 83-3 for applying a feedback magnetic flux to the SQUID ring 81-3 are provided.
The third signal processing circuit 301 includes a third frequency oscillation circuit 30 that supplies an oscillation signal (for example, a rectangular wave having amplitudes of + α and −α at 320 kHz) to the bias terminal of the SQUID ring 81-3. , An amplifying circuit 38 for amplifying the inter-terminal signal of the SQUID ring 81-3, and a detecting frequency for extracting the detecting frequency component of the third frequency F3 from the output signal of the amplifying circuit 38 and outputting the magnetic field measuring signal S3 A component extraction circuit 31s and a resistor Rf for supplying the magnetic field measurement signal S3 to the feedback coil 83-3 are provided. Note that Is3 is a synchronous bias current.
The detection frequency component extraction circuit 31 s connects one end of the first tank circuit 32 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 to the output terminal of the amplification circuit 38, and The other end of the first tank circuit 32 is grounded, and the third tank circuit 33 whose inductance and capacity are adjusted so that the resonance frequency becomes the third frequency F3 is coupled to the first tank circuit 32, One end of the second tank circuit 33 is connected to the input terminal of the amplifier 34, the output terminal of the amplifier 34 is connected to the input terminal of the offset adder 36, and the detection diode 35 is connected to the output terminal of the offset adder 36. Are connected, and the magnetic field measurement signal S3 is taken out from the cathode of the detection diode 35. Of3 is an offset signal.
[0035]
In the above embodiment, the inductance and the resonance frequency of the tank circuits (12, 13), (22, 23), (32, 33) in FIGS. 3 to 6 are matched with the frequencies F1, F2, F3. The capacity is adjusted, but instead, the inductance and capacity of each tank circuit are fixed, and the frequencies F1, F2, and F3 of the oscillation signals output from the frequency oscillation circuits 10, 20, and 30 match the resonance frequency of each tank circuit. You may adjust as follows.
[0036]
According to the magnetic measurement apparatus 100 described above, the detection frequency component extraction circuits 11 (11 s), 21 (21 s), and 31 (31 s) of each of the signal processing circuits 101, 102, and 103 are the tank circuits 12 and 13, and the tank circuit. Detection frequency components (generally carrier components) are extracted from the detection signals taken out from the SQUID units 80-1, 80-2, 80-3 by the tank circuits 32 and 33, and the detection diodes 15, 25 , 35 to extract a change component (generally, a sideband component) corresponding to the magnetic intensity. Therefore, the circuit configuration can be substantially simplified and the cost can be reduced as compared with a conventional synchronous detection circuit including a multiplier and a low-pass filter.For this reason, after performing remote measurement of geomagnetism by installing in a place where people such as uninhabited islands and buoys are not easily accessible, measurement is performed by suppressing economic loss when the magnetic measurement device 100 is abandoned. Cost can be reduced.
[0037]
【The invention's effect】
According to the magnetic measurement apparatus of the present invention, the detection signal extracted from the SQUID unit is input to the tank circuit, and the frequency component for detection is extracted using the frequency selection characteristic of the tank circuit. An additional signal input such as a synchronous detection signal in the case of using a circuit becomes unnecessary, and the circuit configuration can be simplified. For this reason, the cost of the circuit can be reduced, which is convenient for disposable use.In other words, after installing a large number of measurement points on uninhabited islands and buoys that are difficult to collect and performing remote measurement of geomagnetism, etc., it is possible to suppress the economic loss when abandoned at the measurement point and reduce the measurement cost become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a magnetic measurement apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an example of a magnetic information analysis apparatus.
3 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of a SQUID unit and a signal processing circuit of the magnetic measurement apparatus of FIG. 1; FIG.
4 is a block diagram showing a second embodiment of the SQUID section and signal processing circuit of the magnetic measurement apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the SQUID section and signal processing circuit of the magnetic measurement apparatus of FIG. 1;
6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the SQUID section and signal processing circuit of the magnetic measurement apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of a conventional magnetic measurement apparatus.
FIG. 8 is a configuration diagram showing an example of a magnetic information analysis apparatus.
9 is a configuration diagram showing a first conventional example of a SQUID unit and a signal processing circuit according to the magnetic measurement apparatus of FIG. 7;
10 is a configuration diagram illustrating a second conventional example of a SQUID unit and a signal processing circuit according to the magnetic measurement apparatus of FIG. 7;
11 is a configuration diagram illustrating a third conventional example of a SQUID unit and a signal processing circuit according to the magnetic measurement apparatus of FIG. 7;
12 is a configuration diagram illustrating a fourth conventional example of a SQUID unit and a signal processing circuit according to the magnetic measurement apparatus of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
100 Magnetic measuring device
101, 201, 301 Signal processing circuit
11, 21, 31 Detection frequency component extraction circuit
11s, 21s, 31s frequency component extraction circuit for detection
12, 22, 32 Tank circuit
13, 23, 33 Tank circuit
14, 24, 34 amplifier
15, 25, 35 Detection diode
16, 26, 36 Offset adder
18, 28, 38 Amplifier circuit
18r, 28r, 38r amplifier circuit
80-1, 80-2, 80-3 SQUID part
81-1, 81-2, 81-3 SQUID ring
81r1, 81r2, 81r3 SQUID ring
82-1, 82-2, 82-3 detection coil
83-1, 83-2, 83-3 Feedback coil
Rs, Rf resistors

Claims (2)

磁気を検出するＳＱＵＩＤ部と、前記ＳＱＵＩＤ部が出力する検出信号から検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号を出力するタンク回路と、前記タンク回路で抽出した磁場測定信号を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置。 A SQUID unit for detecting magnetism, a tank circuit for extracting a detection frequency component from the detection signal output from the SQUID unit and outputting a magnetic field measurement signal, and converting the magnetic field measurement signal extracted by the tank circuit into a radio signal A magnetic measurement apparatus comprising a transmitter for transmission . ＳＱＵＩＤ部からの検出信号の取出端子側に接続され且つ検波用周波数に共振する第１のタンク回路と、前記検波用周波数に共振し且つ前記第１のタンク回路と結合した第２のタンク回路と、前記第２のタンク回路に現れた端子信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力信号を検波して磁気強度に応じた変化成分を取り出す検波用ダイオードと、前記検波用ダイオードで取り出した変化成分を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置。A first tank circuit connected to a detection signal extraction terminal side from the SQUID unit and resonating at a detection frequency; and a second tank circuit resonating at the detection frequency and coupled to the first tank circuit. , an amplifier for amplifying the terminal signal appearing on the second tank circuit, a detection diode for taking out a change component depending on the magnetic strength by detecting an output signal of the amplifier, variation component extracted by the detection diode And a transmitter for converting the signal into a radio signal and transmitting it .
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