JPH04143681A - Self-excitation oscillation type digital squid magnetic flux meter - Google Patents
Self-excitation oscillation type digital squid magnetic flux meterInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は例えば生体磁気、地磁気等の微小磁気を検出す
るためのSQUID磁束計に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a SQUID magnetometer for detecting minute magnetism such as biomagnetism and terrestrial magnetism.
〈従来の技術〉
微小磁気を検出する方法としては、従来、DC−3QU
IDとF L L (Flax Locked Loo
p)回路を組み合わせたアナログ回路方式が主流であっ
た。<Conventional technology> As a method for detecting minute magnetism, DC-3QU has conventionally been used.
ID and F L L (Flax Locked Loo)
p) Analog circuit systems combining circuits were the mainstream.
このようなアナログ回路方式では、例えば「中西正和他
、“All hard DC−SQUID″SCE 8
6−2Jに示されているように、DC−3QUIDに一
定電流を流しておき、周波数f、の変調磁束をSQUI
Dに与えると、SQUIDの出力は入力磁束φ8に比例
した振幅を持つ周波数f、の交流成分となる。これを後
続の位相検波器で検出し、積分した結果を電流に変換し
、入力磁束をキャンセルするようにSQUIDにフィー
ドバックする。こうすることで回路系の1/fノイズを
除去でき、かつ、SQUIDの非線型を補正し、線型化
することを可能としている。In such an analog circuit system, for example, “Masakazu Nakanishi et al., “All hard DC-SQUID” SCE 8
As shown in Figure 6-2J, a constant current is passed through the DC-3QUID, and the modulated magnetic flux at the frequency f is changed to the SQUID.
D, the output of the SQUID becomes an alternating current component with a frequency f having an amplitude proportional to the input magnetic flux φ8. This is detected by a subsequent phase detector, and the integrated result is converted into a current and fed back to the SQUID so as to cancel the input magnetic flux. By doing this, it is possible to remove 1/f noise in the circuit system, and also to correct the nonlinearity of the SQUID and make it linear.
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、アナログ方式は高感度ではあるが、そうする
ためにはノイズマツチングトランスが必要であり、また
、FLL回路も複雑な構成となる。<Problems to be Solved by the Invention> By the way, although the analog system has high sensitivity, it requires a noise matching transformer and the FLL circuit also has a complicated configuration.
更に、本質的にアナログ信号を出力するものであるから
、外来ノイズに弱いという欠点がある。Furthermore, since it essentially outputs an analog signal, it has the disadvantage of being susceptible to external noise.
この点を解決するため、従来、SQUIDの出力をデジ
タル化する試みか成されているか(例えばNorio
Fujimaki et al、、 “A sing
le−Chip SQUIDMagnetometer
” IEEE Transaction on Ele
ctron Device、、 vol、 35 NO
,12、あるいは藤巻朗他、 「パルス密度変調型SQ
UIDの試作」、−高度生体磁場計測システムに関する
調査研究報告、財団法人機械システム振興協会、1−R
−3,平成2年3月)、これらはいずれも、アナログ方
式と同様に外部からクロック信号を与える必要かあり、
回路構成が依然として複雑である。To solve this problem, attempts have been made to digitize the SQUID output (for example, Norio
Fujimaki et al., “A sing
le-Chip SQUID Magnetometer
” IEEE Transaction on Ele
ctron Device,, vol, 35 NO
, 12, or Akira Fujimaki et al., “Pulse density modulated SQ
"Prototype production of UID", - Research report on advanced biomagnetic field measurement system, Mechanical Systems Promotion Association, 1-R
-3, March 1990), all of these require an external clock signal to be applied, similar to analog systems.
The circuit configuration remains complex.
本発明の目的は、SQUIDの出力をデジタル化して外
来ノイズに強くするとともに、従来のデジタル化したS
QUIDに比してより回路構成か簡単なSQUID磁束
計を提供することにある。The purpose of the present invention is to digitize the output of the SQUID to make it resistant to external noise, and to
The object of the present invention is to provide a SQUID magnetometer with a simpler circuit configuration than a QUID.
く課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するため、本発明のSQUID磁束計
では、互いに直列の抵抗要素とインダクタンス要素とが
並列に接続されたSQUIDリングと、そのSQUID
リングにバイアス電流を供給する電流源と、このSQU
IDリングからの出力信号のフィードバック回路手段を
有し、SQUIDリングの出力を外部磁束の大きさに応
じて自励発振させ、その発振周波数から外部磁束を計測
するよう構成している。Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the SQUID magnetometer of the present invention includes a SQUID ring in which a resistance element and an inductance element connected in series with each other are connected in parallel, and the SQUID
A current source that supplies bias current to the ring and this SQU
It has a feedback circuit means for an output signal from the ID ring, and is configured to cause the output of the SQUID ring to self-oscillate in accordance with the magnitude of external magnetic flux, and to measure the external magnetic flux from the oscillation frequency.
く作用〉
SQUIDリングに抵抗要素とインダクタンス要素を並
列に接続し、外部からバイアス電流を印加するとともに
、SQUIDからの出力を帰還させることにより、SQ
UIDは自励発振し、かつ、磁束検出比較機能を備える
ことから、その発振周波数はSQUIDリングに加わる
磁束に応じたものとなり、外部からクロック信号を供給
する必要がない。By connecting a resistance element and an inductance element in parallel to the SQUID ring, applying a bias current from the outside, and feeding back the output from the SQUID, the SQ
Since the UID self-oscillates and has a magnetic flux detection and comparison function, its oscillation frequency corresponds to the magnetic flux applied to the SQUID ring, and there is no need to supply a clock signal from the outside.
〈実施例〉
第1図は本発明実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。<Embodiment> FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an embodiment of the present invention.
SQUIDリング1は超電導ループ内に2つのジョセフ
ソン接合部を有するDC−3QUIDリングであって、
このSQUIDリング1には、ピックアップコイル2a
とインプットコイル2bからなる入力回路の、インプッ
トコイル2bが磁気的に結合されている。これにより、
ピックアップコイル2aで拾った外部磁束かSQUID
リング1に伝達される。SQUID ring 1 is a DC-3 QUID ring with two Josephson junctions in the superconducting loop,
This SQUID ring 1 includes a pickup coil 2a.
The input coil 2b of the input circuit consisting of the input coil 2b and the input coil 2b are magnetically coupled. This results in
External magnetic flux picked up by pickup coil 2a or SQUID
transmitted to ring 1.
SQUIDリング1には、抵抗RとインダクタンスLが
並列に接続されているとともに、直流電流源3からバイ
アス電流■ゎが供給されるように回路構成されている。The SQUID ring 1 has a circuit configuration in which a resistor R and an inductance L are connected in parallel, and a bias current ゎ is supplied from a DC current source 3.
SQUIDリング1の出力は後述するようにパルス信号
となり、その信号は増幅器4を介してパルスカウンタ5
に導入されている。このパルスカウンタ5にはプリセッ
ト値C0を設定することができ、カウンタ5は増幅器4
からのパルスカウント値Cからこのプリセット値C0を
減じた値をパルス積分器6に出力する。The output of the SQUID ring 1 becomes a pulse signal as described later, and the signal is sent to a pulse counter 5 via an amplifier 4.
has been introduced. A preset value C0 can be set in this pulse counter 5, and the counter 5 is connected to the amplifier 4.
A value obtained by subtracting this preset value C0 from the pulse count value C from 1 is output to the pulse integrator 6.
パルス積分器6の出力は、参照電圧V r * rが重
畳された後、V−I変換器7に導入されて電流信号に変
換され、フィードバックコイル8を介してSQUIDリ
ング1に戻される。すなわち、SQUIDリング1には
、フィードバックコイル8を通じて、インプットコイル
2bからの外部磁束φ、か零の状態においても参照電圧
V1..相当の磁束φ7@、か印加されるようになって
いる。The output of the pulse integrator 6 is superimposed with a reference voltage V r *r, and then introduced into a V-I converter 7 where it is converted into a current signal and returned to the SQUID ring 1 via a feedback coil 8 . That is, the SQUID ring 1 receives the reference voltage V1. through the feedback coil 8 even when the external magnetic flux φ from the input coil 2b is zero. .. A considerable magnetic flux φ7@ is applied.
以上の回路構成において、SQUIDリング1の閾値曲
線(入力磁束φ−臨界電流■。特性)を第2図に示すよ
うにしておく。また、バイアス電流値I、−φ1..の
交点か閾値曲線上にくるように調整しておく。In the above circuit configuration, the threshold curve (input magnetic flux φ - critical current 2) of the SQUID ring 1 is set as shown in FIG. 2. Also, the bias current value I, -φ1. .. Adjust so that it is at the intersection of or on the threshold curve.
次に、以上の本発明実施例の作用を述べる。Next, the operation of the above embodiment of the present invention will be described.
第3図はSQUIDリング1のI−V特性と負荷曲線を
示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the IV characteristics and load curve of the SQUID ring 1.
入力回路2を介してSQUIDリング1に外部磁束φ8
か入ると、正ならSQUIDリング1に流れるバイアス
電流は閾値を越えるので、SQUIDリング1は電圧状
態に移る。また、負なら電圧状態には移らない。SQU
IDリング1には抵抗Rとインダクタンスしか挿入され
ているので、SQUIDリング1が電圧状態に移った瞬
間はLの存在によって急激に電流か流れず、ある時間は
電圧状態を維持する。これが第3図にV。で示す電圧、
つまりSQUIDのギャップ電圧である。External magnetic flux φ8 is applied to the SQUID ring 1 via the input circuit 2.
If positive, the bias current flowing through the SQUID ring 1 exceeds the threshold, so the SQUID ring 1 shifts to the voltage state. Also, if it is negative, it will not change to the voltage state. SQU
Since only a resistor R and an inductance are inserted into the ID ring 1, at the moment when the SQUID ring 1 changes to a voltage state, current does not suddenly flow due to the presence of L, and the voltage state is maintained for a certain period of time. This is V in Figure 3. The voltage shown in
In other words, it is the gap voltage of the SQUID.
その後、時間が経過すると第3図の負荷曲線に落ち着く
。このときにSQUIDリング1に流れる電流がI m
111となるので、SQUIDリング1は再び零電圧状
態に戻る。この復帰に要する時間は約L/Rである。After that, as time passes, the load curve settles to the one shown in FIG. At this time, the current flowing through the SQUID ring 1 is I m
111, the SQUID ring 1 returns to the zero voltage state again. The time required for this return is approximately L/R.
SQUIDリング1に入力する磁束φ工が常に正なら、
再び上述の過程を繰り返すため、SQUIDリング1の
出力は周期L/Rのパルス列となる。実際には、熱雑音
により閾値曲線にゆらぎがあるため、第2図のように■
、を閾値曲線上に設定しても、SQUIDリング1への
外部入力磁束φ8が零の状態でパルス列が発生する。S
QUIDリング1に入力する磁束φ工が零の場合におい
て発生するパルス列のパルスカウンタ5によるカウント
数を00とすると、測定カウント数Cが、C>COなら
SQUIDリング1への入力磁束が正、C< Coなら
負であることがわかる。この関係を第4図に示す。この
第4図は、フィードバックかないときのSQUIDリン
グ1への外部入力磁束φアとSQUID出力の関係を示
している。If the magnetic flux φ input to SQUID ring 1 is always positive,
Since the above process is repeated again, the output of the SQUID ring 1 becomes a pulse train with a period of L/R. In reality, there is fluctuation in the threshold curve due to thermal noise, so as shown in Figure 2,
Even if , is set on the threshold curve, a pulse train is generated in a state where the external input magnetic flux φ8 to the SQUID ring 1 is zero. S
If the number of counts by the pulse counter 5 of the pulse train generated when the magnetic flux φ input to the QUID ring 1 is zero is 00, if the measured count number C is C>CO, the input magnetic flux to the SQUID ring 1 is positive, C It can be seen that if <Co, it is negative. This relationship is shown in FIG. FIG. 4 shows the relationship between the external input magnetic flux φa to the SQUID ring 1 and the SQUID output when there is no feedback.
以上のことから、C−C,に比例し、かつ、外部入力磁
束φ8を零に戻す方向にフィードバック磁束φ、をφ1
.IとともにSQUIDリング1に加える。これにより
、定常状態においては、SQUIDリング1に加えられ
る磁束の合計φニーφ、+φ1..は、φ、→φ工とな
るためにφ11.に落ち着く。From the above, the feedback magnetic flux φ, which is proportional to CC, and in the direction of returning the external input magnetic flux φ8 to zero, is set to φ1.
.. Add it to SQUID ring 1 along with I. As a result, in a steady state, the total magnetic flux applied to the SQUID ring 1 is φkneeφ, +φ1. .. In order to become φ, →φ, φ11. settle down.
従って、φ、を形成する基になっているC−C。Therefore, C-C is the basis for forming φ.
を計測すれば、SQUIDリング1への外部入力磁束φ
8がわかることになる。If we measure the external input magnetic flux φ to SQUID ring 1
You will understand 8.
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、SQUID出力
をデジタル化しているので外来ノイズに強く、しかも、
SQUIDに自励発振機能を持たせることにより外部ク
ロック信号を不要としているので、従来のデジタル方式
に比して全体の回路構成が簡単になる。<Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, since the SQUID output is digitized, it is resistant to external noise, and
By providing the SQUID with a self-oscillation function, there is no need for an external clock signal, so the overall circuit configuration is simpler than in conventional digital systems.
外部の高周波クロックを不要としたことは、同様なSQ
UIDを多数個並べてマルチチャンネル化した場合に、
回路系が簡単となり、クロストークが無くなることを意
味し、より低雑音化をはかれるということにも繋がる。Eliminating the need for an external high-frequency clock means that similar SQ
When arranging many UIDs to create a multichannel system,
This simplifies the circuit system and eliminates crosstalk, which also leads to lower noise.
第1図は本発明実施例の回路構成を示すブロック図、
第2図はそのSQUIDリング1の閾値曲線を示すグラ
フ、
第3図は同じ<SQUIDリング1のI−V特性と負荷
曲線を示すグラフ、
第4図はフィードバックを行わない状態でのSQUID
リング1への外部入力磁束φ8とSQUID出力との関
係を示すタイムチャートである。
1・・・・SQUIDリング
2・・・・入力回路
2a・・・・ピックアップコイル
2b・・・・インプットコイル
3・・・・直流電流源
4・・・・増幅器
5・・・・パルスカウンタ
6・・・・パルス積分器
7・・・・v−r変換器
8・・・・フィードバックコイル
R・・・・抵抗
L・・・・インダクタンスFig. 1 is a block diagram showing the circuit configuration of the embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing the threshold curve of the SQUID ring 1, and Fig. 3 shows the IV characteristic and load curve of the same SQUID ring 1. Graph, Figure 4 shows SQUID without feedback.
3 is a time chart showing the relationship between the external input magnetic flux φ8 to the ring 1 and the SQUID output. 1...SQUID ring 2...Input circuit 2a...Pickup coil 2b...Input coil 3...DC current source 4...Amplifier 5...Pulse counter 6 ... Pulse integrator 7 ... vr converter 8 ... Feedback coil R ... Resistance L ... Inductance
Claims (1)
に接続されたSQUIDリングと、そのSQUIDリン
グにバイアス電流を供給する電流源と、上記SQUID
リングからの出力信号のフィードバック回路手段を有し
、上記SQUIDリングの出力を外部磁束の大きさに応
じて自励発振させ、その発振周波数から外部磁束を計測
するよう構成された、自励発振型デジタルSQUID磁
束計。a SQUID ring in which a resistance element and an inductance element connected in series with each other are connected in parallel; a current source that supplies a bias current to the SQUID ring;
A self-excited oscillation type having a feedback circuit means for an output signal from the ring, and configured to self-oscillate the output of the SQUID ring according to the magnitude of external magnetic flux, and measure the external magnetic flux from the oscillation frequency. Digital SQUID magnetometer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2268634A JPH04143681A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Self-excitation oscillation type digital squid magnetic flux meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2268634A JPH04143681A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Self-excitation oscillation type digital squid magnetic flux meter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04143681A true JPH04143681A (en) | 1992-05-18 |
Family
ID=17461273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2268634A Pending JPH04143681A (en) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | Self-excitation oscillation type digital squid magnetic flux meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04143681A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05323004A (en) * | 1992-05-22 | 1993-12-07 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Squid magnetic flux meter |
JP2006284518A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Satoru Hirano | Magnetic sensor |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP2268634A patent/JPH04143681A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05323004A (en) * | 1992-05-22 | 1993-12-07 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Squid magnetic flux meter |
JP2006284518A (en) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Satoru Hirano | Magnetic sensor |
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