JPH03131781A - Ｓｑｕｉｄ磁束計計測システム - 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］ 本発明は、生体磁場などの微小磁場を計測するＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の計測システムに関するものである。 ［従来の技術ｌ ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた磁場の計測では、量子化した
磁束が他の状態に遷移するのを防ぐために磁束をロック
する必要がある。このため、ＳＱＵＩＤの動作点をＶ−
Φ特性の暎大あるいは極小の位置に固定し、フィードバ
ックをかけたＦＬＬ（フラックス　ロックド　ループ：
Ｆｌｕｘ−Ｌｏｃｋｅｄ　　Ｌｏｏｐ）構成が一般的に
用いられる。ＳＱＵＩＤａ束計には入力磁束、帰還磁束
が入力され、さらに微小磁場の測定を行うため、測定信
号周波数領域に比べて高周波の変調磁界を印加している
。このため、ＳＱＵＩＤで検出された電圧は増幅後、変
調周波数で同期検波する。 なお、本発明に関連する従来技術として、「プロシーデ
ィングズ　オブ　ア　ナトー　アドバンスト　スタデイ
　インスティチュート　オン　バイオマグネテイズム第
８２頁、１９８２年（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　
ａ　　ＮＡＴＯＡｄｖａｎｃｅｄ　　５ｔｕｄｙ　　Ｉ
ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　。 ｎ　Ｂｉｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ、　　ｐｐ８２．１９８
２）　Ｊ等を挙げることができる。 【発明が解決しようとする課題】 従来法のようにＳＱＵＩＤの動作点をＶ−Φ特性の極値
に固定した場合のＶ−Φ特性、変調磁界を含む入力磁界
及び、ＳＱＵＩＤの出力電圧を第７図に示す。■−Φ特
性は同図のように１磁束量子（１Φ０）ごとに周期的な
変化を示す。まず、■−Φ特性の電圧が最小となる極値
を動作点としてこれに交流信号である変調信号を印加す
ると、入力磁界のないときにはＳＱＵＩＤの端子に現れ
る出力電圧は同図に示すように半波整流の波形となる。 また、信号である人力磁界があるとその出力電圧は点線
のように変化し、その変化分は変調信号と同一の周波数
で同期検波することにより入力信号を検出できる。 しかしながら、変調信号と同一の周波数で同期検波する
ために、変調信号の振幅変動はそのまま出力され、誤差
あるいは雑音の原因となる。また、寄生容量などにより
変調信号がＳＱＵＩＤ後段へまわり込み、それがオフセ
ットを生じさせる。さらに変調周波数のみでなく、変調
信号の歪に起因する高調波成分も同時に検波されるため
、高調波成分の変動の影響を受け、出力が変化する。 従来法では、変調信号源の高調波成分による歪、変調信
号の振幅の変動、変調信号のまわり込みにより誤差を発
生するという点に対してなんら考慮がなされておらず検
出感度の低下を招いていた。 本発明の目的は、ＳＱＵＩＤ動作の特徴を利用して動作
点を設定し、変調信号の歪や振幅変動による誤差を低減
することである。

【課題を解決するための手段１ 上記の目的を達成するため、本発明では、ＳＱＵＩＤの
動作点を■−Φ特性の最大傾斜の点に固定して、変調信
号の２倍周波数を検出することにより、変調信号の変動
による誤差を低減するものである。 【作用】 ２倍周波数成分のみを選択的に検出することにより、高
調波成分の影響や変調信号の振幅変動や変調信号のＳＱ
ＵＩＤ後段へのまわり込みの影響を受けずに計測するこ
とが可能となる。

【実施例１ 以下１本発明の実施例を図面により説明する。 第１図に本発明の第１の実施例を示す。 バイアス電流′ｇ２で駆動されたＤＣ−ＳＱＵＩＤｌは
入力信号用コイル３と変調信号用コイル４から入力され
る磁界の差を検出する。変調信号は発振器９から供給す
る。プリアンプ５はＳＱＵＩＤで検出された信号を増幅
するためのものである。 バイアス電源７はＳＱＵＩＤの動作点をＶ−Φ特性の最
大傾斜点に設定するためのものであり、逓倍器６は変調
信号から２倍周波数を得るためのものである。逓倍器６
の出力を同期信号として検波器８に入力し、出力信号を
得る。 本構成による動作を以下詳細に説明する。 本発明において、ＳＱＵＩＤの動作点は、■−Φ特性の
最大傾斜位置に固定する。 第２図に、このときの■−Φ特性、変調磁界を含む入力
磁界及び、ＳＱＵＩＤ出力電圧を示す。 Ｖ−Φ特性は、ＳＱＵＩＤのバイアス電流の調整により
波形が変化するが、この図のような点対称となる点Ａに
バイアス電流源を設定する場合を考える。このとき、出
力には偶数高調波成分は含まれず、奇数高調波成分のみ
の信号が出力される。 ここに入力磁界が入力されると、点線で示すように非点
対称に変調信号が加わることになり、偶数高調波成分が
発生する。このうち２倍周波数成分のみを選択的に検出
することにより、高調波成分の影響や変調信号の振幅変
動やまわり込みの影響を受けずに計測することが可能と
なる。 さらに、変調信号の振幅変動の影響について説明する。 ■−Φ−特性が点対称のとき、正弦波と近似すると、入
力磁界Φ（１）に対するＳＱＵＩＤの出力電圧Ｖｓ（ｔ
　）は１次式で与えられる。 Φ（ｔ）＝Φｐ−５ｉｎ（ωｔ　）＋φ　　　　　　　
−・−・−（１）Ｖｓ（ｔ　）”　Ｖｃ・（ｓｉｎ（２
ｔｃΦ（ｔ）／Φ０）＝　Ｖｃ・（ｓｉｎ（２π（Φｐ
−５ｉｎ（ωｔ　）＋φ）／Φ。）・・（２） ただし、Ｖｃ；Ｖ−Φ特性の電圧振幅、ΦＰ；変調磁界
の振幅、φ；入力磁界、Φ０ニー磁束量子、ω＝２πｆ
である。 第３図に上記（２）式で与えられるＳＱＵＩＤの出力電
圧Ｖｓ（ｔ　）から２ｆ成分のみを選択的に抽出しスペ
クトルを計算し、変調磁界の振幅変化に対する信号検出
感度の変化を示す。同図より、変調振幅を約０．５Φ０
とした場合に感度が最も高いことが分かる。また、この
位置での変調信号の振幅の変化に対する感度変化を調べ
ると、それは第４図に示すように、変調振幅が約０．５
Φ０のとき、振幅変動の出力に与える影響が最も小さく
なることが分かる。さらに、変調磁界の振幅を一定とし
たとき、入力磁界に対する出力電圧の倍周波成分は、微
小磁場を入力した場合線形的に変化することから微小磁
界検出に応用可能である。 以上のように、微小磁場をＳＱＵＩＤを用いて■す定す
る場合、動作点をＶ−Φ特性の最大傾斜点に設定するこ
と゛により、変調信号や高調波成分による誤差を低減す
ることが可能となる。Ｖ−Φ特性の波形が点対称でない
場合にも線形性が保たれている範囲でＳＱＵＩＤを動作
させれば、点対称性を利用して測定を行うことができる
。 本実施例では、磁束の量子化の性質から入力磁界が±Φ
。／４に近づくと、非線形性が大きくなり、また、それ
以上の入力磁界を測定できないという問題がある。そこ
で、この問題を解決するための第２の実施例を第５図に
示す。同図において１〜９の符号は第１図に示したもの
と同一である。 電圧−電流変換器１０を介して、出力を入力に負帰還す
る。この結果、ＳＱＵＩＤの入力は雰となるように帰還
がかかるため、動作が安定になり、かつ、ダイナミック
レンジを広くとることができる。 しかしながら、第２の実施例では第５図に示すように負
帰還により動作点が第２図におけるＡ点になるように自
動的に調整されるが、通人な入力あるいは動作点の設定
誤差等により変調磁界と入力磁界の和が（２ｎ＋１）Φ
ｏ／４に近づくと、磁束の量子化の性質から磁束が次の
安定点に遷移してしまう。すなわち、ＳＱＵＩＤの動作
点がＶ−Φ特性の負の最大傾斜点に移動し、この結果、
位相が反転し出力値が負になる。この状態に遷移した場
合、帰還回路は正帰還となり発振等が生じ、計測値が不
安定なものになってしまう。 第６図に、上記の問題を解決するための第３の実施例を
示す。 同図において１〜１０の符号は第５図に示したものと同
一である。また、ここで１１は信号の基本波成分を検波
する同期検波回路、１２は該同期検波回路出力の極性を
判定する回路である。この極性を検出していればＶ−Φ
特性の正負どちらの最大傾斜点にＳＱＵＩＤの動作点が
あるかは容易に判定することができ、常に正あるいは負
のどちらかの傾斜点に動作点を設定するように定電流源
７の電流値を設定すれば誤動作により動作点が逆の傾斜
を持つ側に移っても自動的に動作点を希望する傾斜側に
設定することができるようになる。 さらに、２倍周波数を選択的に抽出する方法として、フ
ィルタを用いれば、２倍周波数以外の成分を除去するこ
とができる。また、発振器９と変調用コイルの中間に２
倍周波数成分を選択的に除去するフィルタを設置すれば
、変調波からあらかじめ２倍周波数成分を除去できるた
め、出力における倍周波数成分の変動を除去することが
可能となる。 【発明の効果】 本発明により、変調信号の振幅変動、ＳＱＵＩＤへのま
わり込み、変調信号の歪に起因する高調波成分の影響を
受けずに測定することができるため、より高精度な測定
を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図、第６図は本発明の実施例の磁束計測シ
ステムのブロック図、第２図はＳＱＵＩＤの動作点を最
大傾斜点に置いたときの電圧−磁束特性を示す図、第３
図は変調磁界の振幅変化に対する信号検出感度を計算し
た結果を示す図、第４図は変調磁界の振幅変化が出力に
及ぼす影響を計算した結果を示す図、第７図は従来のＳ
ＱＵＩＤの電圧−磁束特性を示す図である。 符号の説明 １・・・ＤＣ−８ＱＵＩＤ、２・・・バイアス電流源、
３・・入力信号用コイル、４・・・変調及び帰還信号用
コイル、５・・・プリアンプ、６・・・逓倍器、７・・
・ＳＱＵＩＤ動作点設定用バイアス電源、８・・・倍周
波成分用検波器、９・・・変調信号発振器、１０・・・
電圧−電流変換器、１１・・・基本波成分用検波器、１
２・・・極性判定回路 纂　１　口 ／　　ＤＣ−５（２ｔＪＩｆ） ２　パ４了人家走う斤、 ３　人力４５用フイル ４　俊↓４及びり千μ号用フ４ル ｊ　フ１り了〉フ″ ２七嘔胃瓢器 ７叡闇１看、 ３　寝涜器 ９　涛イシ仁１１ｄ１ め 図 ↑ め 拓 ワ ／θ 電圧−電対換器 グ Δ 区 猶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた計測システムにおいて、
   ＳＱＵＩＤの動作点を電圧−磁束（Ｖ−Φ）特性の最大
   傾斜点に設定し、変調信号の倍周波数成分を抽出して磁
   界の検出を行うＳＱＵＩＤ磁束計計測システム。 ２、上記のＳＱＵＩＤ磁束計計測システムの出力をＳＱ
   ＵＩＤの入力磁界として帰還する手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のＳＱＵＩＤ磁束計
   計測システム。 ３、基本波成分を検出する同期検波手段を有し、該同期
   検波手段の出力の極性によりＳＱＵＩＤの動作点を設定
   する手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第２項記載のＳＱＵＩＤ磁束計計測システム。