JPH02271276A - グラデイオメータ用回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は微小な強さの生体磁場を測定するだめのＭｉ
ＴＩＬ導量子干渉デバイス（ＳＱＵ［Ｄ）を有するグラ
ディオメータ用回路装置に関するものである。

〔従来の技術〕

０、１　ｐ　Ｔないし約５０ｐＴ程度の生体磁場を測定
するための、１チヤネルまたは特にマルチチャネルに構
成され得る上記の形式の測定装置はたとえば特開昭５９
−１３３４７４号公報から公知である。このような測定
装置は通常、１次またはより高次のグラディオメータと
、これと電気的に協同作用する５ＱｔＪＩＤとを１つの
回路装置内に含んでいる。このような回路装置はたとえ
ば“バイオマグネティズム：゛学際的アプローチ′、シ
リ。

−ズＡ：ライフサイエンス”、第６６巻、プレナムプレ
ス、ニューヨーク、１９８３年、４．５章：エルネ′、
ニス、エヌ、　（［！ｒｎｅ　　’　、Ｓ、Ｎ、）　：
　　″フラックスーロックドーループ内のＳＱＵＩＤ″
、第８１〜８３頁に概要を記載されている。アナログ技
術によるこの形式の回路装置はなかんずく、小さい直流
磁場の測定の際に特に終段増幅器のドリフトする直流電
圧オフセットにより不正確さが生ずるという欠点を有す
る。

この不正確さを回避するため、なかんずく増幅器のドリ
フトする直流電圧オフセットにより生ずる誤差を高価な
アナログ回路技術により補償することは既に研究されて
いる。このような装置はたとえば“バイオマグネティズ
ム：′学際的アプローチ′、シリーズＡ：ライフサイエ
ンス”、第６６Ｓ１ブレナムプレス、ニューヨーク、１
９８３年、９．４章：ツーヘン。デイ（Ｃｏｈｅｎ、Ｄ
、）　：　”心臓の定常磁場”、第２６５〜２７４頁に
記載されている。

１クライオジエニツクス”、第２６Ｓ１第１１号、１９
８６年゛直流ＳＱＵＩＤに対するディジタル負帰還ルー
プ′、第６２３〜６２７頁には、既に部分的にディジタ
ル式に構成されたこの形式の調節ループが記載されてい
るが、この調節ループではディジタル信号が再びアナロ
グ信号に変換され、このアナログ信号が負帰還信号とし
て、また測定信号として用いられる。しかし、それによ
っては本発明の意味での決定的な改善は達成されない、
なぜならば、終段増幅器がディジタル回路の外側に位置
しているからである。

Ｃ発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、前記のオフセット誤差が生じない低コ
ストの回路装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決するため、本発明の回路装置においては
、微小な強度の生体磁場を測定するための超電導量子干
渉デバイスを有するグラディオメータ用回路装置であっ
て、グラディオメータ・コイルから発生され、被測定磁
場の強度に関係するピックアップ電流が入力結合要素に
供給され、こ。

の入力結合要素がこのピックアップ電流に、変調電圧発
生器から発生された変調電流を加算的に、また負帰還電
流を減算的に混合し、混合により得られた電流をＳＱＵ
ＩＤに入力量として供給し、このＳＱＵＩＤがこの入力
量を変調電流により振幅変調し、変調された出力量を変
調された電圧として帯域通過フィルタを介して復調器に
供給し、この復調器が復調された電圧を９０°移和され
た変調電圧と乗算し、増幅器を介して積分低域通過フィ
ルタに供給し、その出力信号が負帰還電流として入力結
合要素に供給される回路装置において、帯域通過フィル
タの変調された出力信号がディジタル化および量子化の
ためにＡ−Ｄ変換器に供給され、その復調された出力信
号が帯域通過フィルタされて測定信号として用いられる
ことを特徴とするものである。

それによって、調節ループの外側に配置されている終段
増幅器に起因する支配的なオフセット誤差を消去するこ
とが達成される。調節ループの内側になおとどまる増幅
器のオフセット誤差は負帰還＆１１節ループにより、測
定許容差内に入るように低減される。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明による回路装置を一層詳細に
説明する。

第１図に示されている回路装置では、測定すべき磁界Ｂ
がグラディオメータのピックアップコイル１を貫き、ピ
ックアップコイル１は相応の電流　　　ｉを発生し、こ
の電流は入力結合要素２に供給されている。この入力結
合要素２のなかでピックアップコイルｌの電流Ｉに、負
帰還電流１．が減算的に、また変調電流！、が加算的に
混合される。

それにより入力結合要素２の出力端に、結果として和電
流１ｓ＝Ｉ＋ｒｎ　　　Ｌが生ずる。この和電流！３は
５ＱＵＩ０３に供給される。ＳＱＵＩＤ３は電流−電圧
変換器としても作用し、その出力端に交流電圧Ｕｌｌ！
＝ｉｋｌ　　・Ｓ　ｉ　ｎ　（ｋｍ　　’　Ｕｓ　）が
生ずる。この交流電圧は帯域通過フィルタ４に到達する
。フィルタ４は混合周波数からコーナー値ω、およびω
、を有する１つの周波数帯域を通。

遇させる。この帯域通過フィルタ４の出力端に生じた変
調された交流電圧ＵＳＸは復調器段５に供給される。電
圧Ｕ！、を復調するため、復調器段５に、変調電圧発生
器６により発生され移相段７により９０１だけ移相され
た変調電圧Ｕニー５ｉｎ（ω、・む−φ）が与えられて
いる。復調器段５の出力端に生ずる復調された電圧Ｕｓ
ｓ＝Ｕｘ　　・Ｕ、は増幅器８に供給される。その出力
電圧ｏｓｓ”１（＊　　・ＵＳＳは積分低域通過フィル
タ９に到達し、その出力電流ｉ３は入力結合要素２に負
帰還電流として供給されている。帯域通過フィルタ４の
出力端に生ずる電圧Ｕ１ｇは同時に増幅器１０に供給さ
れ、また増幅された電圧Ｕｓｓ−ｋｓ　　−Ｕｓｔとし
て復調器段１１に到達し、また変調電圧発生器１２によ
り発生された変調電圧Ｕ□−５ｉｎ（ωＡ１・ｔ）によ
り中間周波数電圧Ｕ。−ＵＳＳ−ＵＭｔに変換され、ま
た帯域通過フィルタ１３に供給される。

その出力端には、周波数帯域 （ω■−ω、／２）ないしくω。＋ω、／２）を有する
電圧ｔｅｘｔが生ずる。この電圧はアナログ・ディジタ
ル変換器１４に達し、周波数ω、でディジタル化され、
ディジタル電圧Ｕ１．に変換される。この電圧はディジ
タル復調器１５に到達する。

復調は同じくディジタル化された電圧量ＵＮ４により行
われる。この電圧量ｔＬ１４は、変調電圧発生器１６に
より発生されたアナログ交流電圧Ｕ。＝Ｓｉｎ（ω。・
ｔ）をディジタル復調器１７のなかでサンプリング周波
数ω１によりディジタル化することにより得られる。デ
ィジタル復調器１５の出力端にはディジタル化された交
流電圧ＵＳ＋。−Ｕｌ、・Ｕｏ４が生ずる。この交流電
圧はディジタル低域通過フィルタ１８に供給され、その
出力端に、ピックアップコイルｌにより測定された磁場
にたいする尺度であるディジタル測定電圧Ｕａが生ずる
。

変調電圧発生器６．１２および１６はクロック１９によ
り同期化されている。変調電圧発生器６．１２および１
６により発生される交流電圧の周波数と帯域通過フィル
タ段のコーナー周波数との間には下記の関係がある。

ωに　〉ω箇　　；　ωｌ　“ω鵞　−ω１ωにコ１ω
圓　−ω圓諺；ω、／２くω。〈ω。〈ω４およびω、
≧２・（ω。＋ω、／２） その際にω、は変調電圧発生器６により発生される交流
電圧Ｕ。または交流電流Ｉ、ｌの周波数、ωｍ／２は積
分低域通過フィルタ９およびディジタル低域通過フィル
タ１８のコーナー周波数、ωｌは変１１１！圧発生器１
２により発生される電圧Ｕ■の周波数、またωＡ１は変
調電圧発生器１６により発生される交流電圧Ｕ。の周波
数、またω、はアナログ−ディジタル変換器１４．１７
のサンプリング周波数である。

第２図には、第１図の回路装置にくらべて変形された回
路装置が示されている。第２図中で参照符号１〜１０を
付されている回路手段は第１図の回路装置における相応
の回路手段と同一の機能を存する。しかし、第１図によ
る回路装置と異なり、増幅器１０の出力電圧Ｕｓｓ−ｋ
ｓ　　・ＵＳ、は直接に復調アナログ−ディジタル変換
器２０に供給される。このアナログ−ディジタル変換器
２０はそのサンプリング周波数ω１．を、クロック２１
により同期化されている変調電圧発生器６の交流電圧か
ら得る。変！ｊｌ電圧発生器６により発生された変調電
圧Ｕ、　−ｓ　ｉｎ　（ａ＋ｗ　　・ｔ）は分周器２２
に供給され、この分周器２２は周波数ωＭを係数ｋによ
り分周し、また相応の出力電圧０４ｍをサンプリング信
号として、復調アナログ−ディジタル変換器２０に供給
する。このアナログ−ディジタル変換器２０はそれから
ディジタル化された測定電圧ＵＡを形成する。その際に
変調電圧発生器６により発生された交流電圧の周波数と
フィルタＳ、のコーナー周波数との間には下記の関係が
生ずる。

ω曹−ω冨−ω１ωＮ−に一ω＾１およびω＾、＞ω１
拳その際にωｍ／２はフィルタ段９のコーナー周波数、
ω１およびω８は帯域通過フィルタ４のコーナー周波数
、またω、ｌは復調アナログ−ディジタル変換器２０の
サンプリング周波数である。

第２図による回路装置は第１図による回路装置とくらべ
て、望ましくないスペクトル成分がアナログ−ディジタ
ル変換の際に生じないので、デイ。

ジタル低域通過フィルタが必要でないという利点を存す
る。しかし、この回路が機能するための前提条件は、変
調信号ＵＮが変調周波数ω、と、またサンプリング信号
Ｕ□がサンプリング周波数ω＾１とそれぞれ位相固定し
て結合されていることである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアナログ−ディジタル変換器の自由なサンプリ
ング周波数における測定信号のアナログ−ディジタル変
換を有する回路装置の回路図、第２図はアナログ−ディ
ジタル変換器の変調周波数同期サンプリング周波数を有
する第１図による回路装置の変形例の回路図である。 １・・・ピックアップコイル ２・・・入力結合回路 ３・・・ＳＱＵＩＤ ４・・・帯域通過フィルタ ５・・・変調器段 ６・・・変調電圧発生器 ７・・・移相器 ８・・・増幅器 ９・・・積分低域通過フィルタ １０・・・増幅器 １１・・・復調器段 １’２・・・第２の変調電圧発生器 １３・・・帯域通過フィルタ １４・・・Ａ−Ｄ変換器 １５・・・ディジタル復調器 １６・・・第３の変調電圧発生器 １７・・・Ａ−Ｄ変換器 １８・・・ディジタル低域通過フィルタ１９・・・クロ
ック ２０・・・復調Ａ−Ｄ変換器 ２１・・・クロック ２２・・・分周器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）微小な強度の生体磁場を測定するための超電導量子
   干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）（３）を有するグラディオ
   メータ用回路装置であって、グラディオメータ・コイル
   （１）から発生され、被測定磁場の強度に関係するピッ
   クアップ電流（Ｉ）が入力結合要素（２）に供給され、
   この入力結合要素（２）がこのピックアップ電流（Ｉ）
   に、変調電圧発生器（６）から発生された変調電流（Ｉ
   ＿Ｍ）を加算的に、また負帰還電流（Ｉ＿Ｒ）を減算的
   に混合し、混合により得られた電流（Ｉ＿Ｓ）をＳＱＵ
   ＩＤ（３）に入力量として供給し、このＳＱＵＩＤ（３
   ）がこの入力量を変調電流（Ｉ＿Ｍ）により振幅変調し
   、変調された出力量を変調された電圧（Ｕ＿Ｓ＿１）と
   して帯域通過フィルタ（４）を介して復調器（５）に供
   給し、この復調器（６）が復調された電圧（Ｕ＿Ｓ＿３
   ）を９０°移相された変調電圧（Ｕ＿Ｍ）と乗算し、増
   幅器（８）を介して積分低域通過フィルタ（９）に供給
   し、その出力信号が負帰還電流（Ｉ＿Ｒ）として入力結
   合要素（２）に供給される回路装置において、帯域通過
   フィルタ（４）の変調された出力信号（Ｕ＿Ｓ＿２）が
   ディジタル化および量子化のためにＡ−Ｄ変換器（１４
   、２０）に供給され、その復調された出力信号（Ｕ＿Ｓ
   ＿１＿０、Ｕ＿Ｓ＿１＿１）が帯域通過フィルタされて
   測定信号（Ｕ＿Ａ）として用いられることを特徴とする
   グラディオメータ用回路装置。 ２）帯域通過フィルタ（４）の変調された出力電圧（Ｕ
   ＿Ｓ＿２）が増幅器（１０）を介して復調器段（１１）
   に供給されており、この復調器段（１１）がこの電圧と
   、変調電圧発生器（６）と同期して動作する第２の変調
   電圧発生器（１２）により発生された第２の変調電圧（
   Ｕ＿Ｍ＿２）とからアナログ中間周波数電圧（Ｕ＿Ｓ＿
   ６）を形成し、このアナログ中間周波数電圧（Ｕ＿Ｓ＿
   ６）が帯域通過フィルタ（１３）を介してＡ−Ｄ変換器
   （１４）に入力電圧として供給されており、その出力電
   圧（Ｕ＿Ｓ＿９）がディジタル復調器（１５）に導かれ
   、このディジタル復調器（１５）がこの電圧を、変調電
   圧発生器（６）と同期して動作する第３の変調電圧発生
   器（１６）により発生されたディジタル化された第３の
   変調電圧（Ｕ＿Ｍ＿３）によりディジタルに復調し、こ
   の復調された電圧がディジタル帯域通過フィルタ（１８
   ）に供給され、その出力信号（Ｕ＿Ａ）が測定信号とし
   て用いられることを特徴とする請求項１記載の回路装置
   。 ３）帯域通過フィルタ（４）の変調された出力電圧（Ｕ
   ＿Ｓ＿２）が増幅器（１０）を介してＡ−Ｄ変換器（２
   ０）に供給されており、このＡ−Ｄ変換器（２０）がデ
   ィジタル復調器として動作し、またこのＡ−Ｄ変換器（
   ２０）に、変調電圧発生器（６）により発生された変調
   電圧（Ｕ＿Ｍ）と位相固定して結合されたサンプリング
   電圧（Ｕ＿Ａ＿３）が供給されており、その周波数ω＿
   Ａ＿１が変調電圧周波数ω＿Ｍの整数の約数であり、ま
   たそのディジタル化された出力電圧（Ｕ＿Ａ）が測定信
   号として用いられることを特徴とする請求項１記載の回
   路装置。