JPH0447283A - Fluxmeter using superconducting quantum interference device - Google Patents

Fluxmeter using superconducting quantum interference device

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JPH0447283A
JPH0447283A JP2155270A JP15527090A JPH0447283A JP H0447283 A JPH0447283 A JP H0447283A JP 2155270 A JP2155270 A JP 2155270A JP 15527090 A JP15527090 A JP 15527090A JP H0447283 A JPH0447283 A JP H0447283A
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JP
Japan
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feedback
magnetic flux
trap
current
quantum interference
Prior art date
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Pending
Application number
JP2155270A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takao Goto
隆男 後藤
Hiroshi Igarashi
寛 五十嵐
Takehiko Hayashi
武彦 林
Yoshiyasu Nakajima
善康 中島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Priority to EP19910301233 priority patent/EP0461742A3/en
Publication of JPH0447283A publication Critical patent/JPH0447283A/en
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Abstract

PURPOSE:To always provide the max. dynamic range and to carry out stable measurement by connecting a trap compensating circuit detecting the offset component generated by detected trap magnetic flux to a feedback circuit. CONSTITUTION:A trap compensating circuit register 6 detecting the offset compo nent generated by the trap magnetic flux phit detected by supplying a feedback current at least larger than a steady-state current is connected to a feedback circuit and a feedback coil 5 is operated while an offset current is supplied to said coil 5. Feedback magnetic flux phif sufficient to negate the magnetic flux phit can be supplied to a superconductive quantum interference element by feedback operation using a large feedback current and an operation impos sible state is avoided to make it possible to certainly detect the magnetic flux phit. External magnetism is measured while the offset component due to the magnetic flux phit thus detected is added to the coil 5 to certainly compensate the magnetic flux phit and a compensation method separately supplying an offset current can prevent the reduction of a dynamic range.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【概要】【overview】

超伝導量子干渉素子を使用した磁束計に関し、特に超伝
導量子干渉素子の出力をディジタル処理して外部磁束を
計測する超伝導量子干渉素子を使用した磁束計に関し、 常に最大のダイナミックレンジを持ち、安定に動作する
超伝導量子干渉素子を使用した磁束計を提供することを
目的とし、 超伝導量子干渉素子を有する磁束センサと、前記超伝導
量子干渉素子にACバイアスを与える交流電流源と、前
記超伝導量子干渉素子からの出力パルスの数に比例した
磁束量を前記超伝導量子干渉素子にフィードバンクする
フィードバック回路とを有し、外部磁束を計測するディ
ジタルSQUID磁束計において、 前記フィードバック回路には、少なくとも定常より大き
な帰還電流を供給して検出されたトラップ磁束により発
生するオフセット分を検出するトラップ補償回路を接続
し、前記フィードバックコイルに前記オフセット電流を
供給しつつ動作させるように構成する。
Regarding magnetometers using superconducting quantum interference devices, especially those using superconducting quantum interference devices that measure external magnetic flux by digitally processing the output of superconducting quantum interference devices, we always have the largest dynamic range. The object of the present invention is to provide a magnetic flux meter using a superconducting quantum interference device that operates stably, comprising: a magnetic flux sensor having a superconducting quantum interference device; an alternating current source that applies an AC bias to the superconducting quantum interference device; A digital SQUID magnetometer that measures external magnetic flux and has a feedback circuit that feeds an amount of magnetic flux proportional to the number of output pulses from a superconducting quantum interference device to the superconducting quantum interference device, the feedback circuit comprising: A trap compensation circuit for detecting an offset generated by the detected trap magnetic flux by supplying at least a larger feedback current than a steady state is connected, and the feedback coil is configured to operate while supplying the offset current.

【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、超伝導量子干渉素子を使用した磁束計に関し
、特に超伝導量子干渉素子の出力をディジタル処理して
外部磁束を計測する超伝導量子干渉素子を使用した磁束
計に関するものである。 近年、生体などから発生する微小磁界の測定に超伝導量
子干渉素子(以下、rsQUI DJという。)を利用
した高感度な磁束計が利用されている。特に、脳および
心臓の磁界分布を測定することにより、磁界を発生させ
ている電流源の推定が可能であり、これば診断上、非常
に有意義な情報を折供するとともに、生体内の神経滑動
の解明に役立つことが指摘されている。このような微小
磁束の測定に際しては、センサであるSQUIDを常に
安定に動作させることが必要であるが、SQUIDが超
伝導デバイスである性質上、常伝導から超伝導に転移す
る際や、超伝導状態であっても外界の過大なノイズによ
って5QtJID自身で磁束を捕捉してしまう所謂磁束
トラップがたびたび生じ、SQUIDの動作を不安定に
してしまうという問題を有していた。 特に、磁界分布を一度に測定するため、SQUIDセン
サを複数個差べて使用するマルチチャンネルSQUID
[東計においては、個々のSQUIDの動作が安定であ
ることが非常に重要であり、磁束トラップの影響を補償
できるSQUID[束計が要望されている。
The present invention relates to a magnetometer using a superconducting quantum interference device, and more particularly to a magnetometer using a superconducting quantum interference device that measures external magnetic flux by digitally processing the output of the superconducting quantum interference device. In recent years, highly sensitive magnetometers using superconducting quantum interference devices (hereinafter referred to as rsQUI DJ) have been used to measure minute magnetic fields generated from living organisms and the like. In particular, by measuring the magnetic field distribution in the brain and heart, it is possible to estimate the current source that generates the magnetic field. It has been pointed out that it is useful for elucidation. When measuring such minute magnetic flux, it is necessary to always operate the SQUID sensor stably. However, due to the nature of the SQUID as a superconducting device, it is difficult to Even in this state, a so-called magnetic flux trap in which magnetic flux is captured by the 5QtJID itself due to excessive external noise often occurs, making the operation of the SQUID unstable. In particular, multi-channel SQUID that uses multiple SQUID sensors in order to measure magnetic field distribution at once.
[In Tokei, it is very important that the operation of each SQUID is stable, and a SQUID [flux meter] that can compensate for the effects of magnetic flux traps is desired.

【従来の技術] 第2図において従来の5QTUD[束計が示されており
、ピックアップコイル8により拾われた磁束を磁束伝達
トランス9を介してSQUIDIに伝えるように構成さ
れている。 パルス出力の得られるディジタルSQUIDとしては、
2接合量子干渉素子からなるSQUIDを交流バイアス
し、パルス出力する5QLIID(特開昭63−299
79号公報参照)や、アナログ動作するdc  SQU
IDの電圧出力を、超伝導コンパレータもしくは1ビツ
トA/D変換器に加え、パルス出力を得るもの(D、D
rung、 Cryogenics、 vol、26.
 pp623−627.1986)が知られている。 SQUIDIは、2ヶ以上のジョセフソン接合10.1
0と超伝導ループ11とからなり、上記磁束伝達トラン
ス9と磁気結合されている。このSQU I D 1は
、第3図(a)に示すように、結合される磁束量のと、
バイアス電流値rcの変化によりハンチング領域にある
無電圧状態とその外部の電圧状態との間を転移し、結合
される磁束量Φが00場合に正負の同一バイアス電流値
において転移が生じるように調整されている。以上のよ
うに構成されるSQUIDIには、交流電流源3から最
大値が臨界電流に等しいバイアス電流1c(1)が供給
されており、この状態で正の外部磁束Φ8+がピンクア
ップコイル8に加わると、磁束伝達トランス9を介して
SQUIDIに伝わって+側の臨界電流が小さくなるた
めに、SQUID1はバイアスIC(t)の正の半周期
で電圧状態に転移し、正のパルスを出力する。同様にし
て負の磁束が加わるとSQUIDIからは負のパルスが
出力される。出力されたパルスは、前置増幅器12によ
り増幅され、アップダウンカウンタ4でカウントされた
後、D/Aコンバータ13によりアナログ変換され、フ
ィードバックコイル5を介してSQUIDIに負帰還さ
れる。アップダウンカウンタ4によるパルスカウントは
、5QUTDIに加わる磁束が常に一定あるいは0にな
って該SQU I D 1からのパルスが出力されなく
なるまで行われ、該カウント数に基づいてピックアップ
コイル8を鎖交する磁束Φ。が求められる。 一方、磁束トラップが発生した場合には、初期状態にお
いてSQU I D 1にはトラップ磁束Φtが与えら
れるため、Φ−■。特性は、第3図(b)に示すように
、トラップ磁束Φtの分だけ横にシフトすることとなる
。この状態でフィードバックをかけると、ピックアップ
コイル8に入力磁束Φ。 かない場合、磁束トラップ分を補償するようにフィード
バックがかかるので、Φ−■、特性は第3図(C)に示
すようになるが、補償したΦt分はアップダウンカウン
タ4で発生するので、D/Aコンバータ13のフルレン
ジRFがシフトし、検出したい外部磁束Φ。に対するダ
イナミックレンジが減少してしまうこととなる。 このため、フィードバック回路には、上記トラップ分の
アップダウンカウンタ4によるカウント値を検出するオ
フセット電圧制御回路14と、該オフセット電圧制御回
路14からの信号によりフィードバンク回路にオフセッ
ト電圧を加えるオフセット電圧発生器15を設け、磁束
トラップによるオフセット分はオフセット電圧制御回路
14により常に補償して、ダイナミックレンジの減少を
防止している。 【発明が解決しようとする課題】 しかし、上述した従来例において、量子化雑音の影響を
少なくして磁束計の感度を上げるために、1パルス当り
のフィードバック磁束量を減少させた場合、第4図に示
すように、フルレンジRFでフィードバック電流をD/
Aコンバータ13からフィードバック回路に供給しても
トラップ磁束Φ1を補償することができなくなり、電源
投入後、フィードバック動作が行えず磁束計として動作
しないという欠点を有するものであった。 本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであっ
て、常に最大のダイナミックレンジを持ち、安定に動作
する超伝導量子干渉素子を使用した磁束計を提供するこ
とを目的とする。
[Prior Art] A conventional 5QTUD [flux meter] is shown in FIG. 2, and is configured to transmit magnetic flux picked up by a pickup coil 8 to a SQUIDI via a magnetic flux transmission transformer 9. As a digital SQUID that can obtain pulse output,
5QLIID (Japanese Patent Laid-Open No. 63-299
(Refer to Publication No. 79) and analog-operated dc SQU.
A device that adds the voltage output of the ID to a superconducting comparator or a 1-bit A/D converter to obtain a pulse output (D, D
Rung, Cryogenics, vol. 26.
pp623-627.1986) is known. SQUIDI connects two or more Josephson junctions 10.1
0 and a superconducting loop 11, and is magnetically coupled to the magnetic flux transmission transformer 9. As shown in FIG. 3(a), this SQU I D 1 has the amount of combined magnetic flux and
Adjustment is made so that the transition occurs between the no-voltage state in the hunting region and the voltage state outside it by changing the bias current value rc, and the transition occurs at the same positive and negative bias current values when the amount of magnetic flux Φ to be coupled is 00. has been done. The SQUIDI configured as described above is supplied with a bias current 1c (1) whose maximum value is equal to the critical current from the AC current source 3, and in this state, a positive external magnetic flux Φ8+ is applied to the pink-up coil 8. Then, since the positive critical current transmitted to the SQUIDI via the magnetic flux transfer transformer 9 becomes smaller, the SQUID 1 transitions to a voltage state in the positive half cycle of the bias IC (t) and outputs a positive pulse. Similarly, when negative magnetic flux is applied, a negative pulse is output from SQUIDI. The output pulses are amplified by the preamplifier 12, counted by the up/down counter 4, converted into analog by the D/A converter 13, and negatively fed back to the SQUIDI via the feedback coil 5. Pulse counting by the up/down counter 4 is performed until the magnetic flux applied to the 5QUTDI is always constant or becomes 0 and pulses from the SQU I D 1 are no longer output, and the pickup coil 8 is linked based on the counted number. Magnetic flux Φ. is required. On the other hand, when a magnetic flux trap occurs, trap magnetic flux Φt is given to SQUID 1 in the initial state, so Φ-■. As shown in FIG. 3(b), the characteristics are shifted laterally by the amount of the trap magnetic flux Φt. When feedback is applied in this state, magnetic flux Φ is input to the pickup coil 8. If not, feedback is applied to compensate for the magnetic flux trap, so the Φ-■ characteristic becomes as shown in Figure 3 (C), but the compensated Φt is generated in the up/down counter 4, so D /The full range RF of the A converter 13 shifts and the external magnetic flux Φ to be detected. The dynamic range for this will be reduced. For this reason, the feedback circuit includes an offset voltage control circuit 14 that detects the count value of the up/down counter 4 for the trap, and an offset voltage generator that applies an offset voltage to the feed bank circuit based on a signal from the offset voltage control circuit 14. The offset due to the magnetic flux trap is always compensated for by the offset voltage control circuit 14 to prevent a reduction in the dynamic range. [Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional example described above, when the amount of feedback magnetic flux per pulse is reduced in order to reduce the influence of quantization noise and increase the sensitivity of the magnetometer, the fourth As shown in the figure, the feedback current is D/
Even if the A converter 13 supplies the trap magnetic flux Φ1 to the feedback circuit, it is no longer possible to compensate for the trapped magnetic flux Φ1, and the feedback operation cannot be performed after the power is turned on, resulting in the disadvantage that it does not operate as a magnetometer. The present invention has been made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and an object of the present invention is to provide a magnetometer using a superconducting quantum interference device that always has the maximum dynamic range and operates stably.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明によれば上記目的は、実施例に対応する第1図に
示すように、 超伝導量子干渉素子1を有する磁束センサ2と、前記超
伝導量子干渉素子1にACバイアスを与える交流電流8
3と、前記超伝導量子干渉素子1からの出力パルスの数
に比例した磁束量を前記超伝導量子干渉素子1にフィー
ドバックするフィードバンク回路とを有し、外部磁束を
計測するディジタル5QLIID磁束計において、 前記フィードバック回路には、少な(とも定常より大き
な帰還電流を供給して検出されたトラップ磁束Φtによ
り発生するオフセット分を検出するトラップ補償回路6
を接続し、前記フィードバックコイル5に前記オフセッ
ト電流を供給しつつ動作させることを特徴とする超伝導
量子干渉素子を使用した磁束計を提供することにより達
成される。 また、前記フィードバック回路には、抵抗値の異なる複
数のフィードバック抵抗Rfl、Rf2・・・を設け、
該フィードバック抵抗Rfl、Rrz・・・をスイッチ
7.7”により選択してトラップ磁束Φtの検出時、お
よび測定時の帰還電流を設定してもよく、 さらに、前記フィードバック回路内のフィードバック抵
抗Rflを可変抵抗にで形成し、該可変抵抗の抵抗値を
スイッチ7により変更してトラップ磁束Φ1の検出時、
および測定時の帰還電流を設定することもでき、 フィードバック回路のフルレンジを可変とし、該フィー
ドバック回路のフルレンジを変えてトラップ磁束Φtの
検出時、および測定時の帰還電流を設定することもでき
る。 また、少なくとも定常より大きな帰還電流を供給して検
出されたトラップ磁束Φtにより発生するオフセット分
を検出するトラップ補償回路6に接続する1ないし複数
のフィードバックコイルと、前記フィードバック回路に
接続するフィードバックコイル5を各々独立に設けるこ
とも可能である。
According to the present invention, the above object, as shown in FIG. 1 corresponding to an embodiment, includes a magnetic flux sensor 2 having a superconducting quantum interference element 1, and an alternating current 8 that provides an AC bias to the superconducting quantum interference element 1.
3, and a feed bank circuit that feeds back an amount of magnetic flux proportional to the number of output pulses from the superconducting quantum interference device 1 to the superconducting quantum interference device 1, and measuring external magnetic flux. , The feedback circuit includes a trap compensation circuit 6 that detects an offset generated by the detected trap magnetic flux Φt by supplying a small (or larger than steady) feedback current.
This is achieved by providing a magnetometer using a superconducting quantum interference device, which is characterized in that it is operated while supplying the offset current to the feedback coil 5. Further, the feedback circuit is provided with a plurality of feedback resistors Rfl, Rf2... having different resistance values,
The feedback resistors Rfl, Rrz... may be selected by a switch 7.7'' to set the feedback current at the time of detecting and measuring the trap magnetic flux Φt; When detecting the trap magnetic flux Φ1 by changing the resistance value of the variable resistor with a switch 7,
It is also possible to set the feedback current at the time of detection and measurement of the trap magnetic flux Φt by making the full range of the feedback circuit variable and changing the full range of the feedback circuit. Further, at least one or more feedback coils are connected to a trap compensation circuit 6 that detects an offset generated by the detected trap magnetic flux Φt by supplying a feedback current larger than a steady state, and a feedback coil 5 is connected to the feedback circuit. It is also possible to provide each independently.

【作用】[Effect]

上記構成に基づき、本発明においてトラップ磁束Φtは
、大きなフィードバック電流をフィードバックコイル5
に供給することにより検出される。 大きなフィードバックを流を使用したフィードバック動
作により、SQUIDIにトラ・ノブ磁束Φ。 を打ち消すに十分なフィードバック磁束Φtを供給する
ことができ、動作不能状態を回避してトラップ磁束Φt
を確実に検出することを可能にする。 以上のようにして検出されたトラップ磁束Φtによるオ
フセット分をフィードバックコイル5に付加しつつなさ
れる外部磁気の測定により、トラップ磁束Φ1は確実に
補償され、かつオフセット電流を別途供給する補償方法
は、ダイナミックレンジの減少を特徴する 請求項2記載の発明においてオフセット電流の選択は、
フィードバック抵抗Rfl、R4・・・を選択すること
によりなされ、 請求項3記載の発明においては、上記フィードバック抵
抗Rflは、可変とされ、請求項4記載の発明において
は、フィードバック回路のフルレンジを変更することに
よりオフセット電流の補償がなされる。 さらに、請求項5記載の発明においてSQUID1への
フィードバック磁束Φtは、複数のフィードバックコイ
ル5を選択することにより変更させられる。
Based on the above configuration, in the present invention, the trap magnetic flux Φt can be used to direct a large feedback current to the feedback coil 5.
Detected by supplying Feedback operation using a large feedback flow creates a tiger-knob magnetic flux Φ in the SQUIDI. It is possible to supply enough feedback flux Φt to cancel out the trapping flux Φt, avoiding the inoperable state.
This makes it possible to reliably detect The trap magnetic flux Φ1 is reliably compensated for by measuring the external magnetism while adding the offset due to the trap magnetic flux Φt detected as described above to the feedback coil 5, and the compensation method for separately supplying the offset current is as follows: In the invention according to claim 2 characterized by a reduction in the dynamic range, the selection of the offset current comprises:
This is done by selecting feedback resistors Rfl, R4, etc. In the invention according to claim 3, the feedback resistor Rfl is made variable, and in the invention according to claim 4, the full range of the feedback circuit is changed. This compensates for the offset current. Furthermore, in the invention set forth in claim 5, the feedback magnetic flux Φt to the SQUID 1 can be changed by selecting a plurality of feedback coils 5.

【実施例】【Example】

以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて詳
細に説明する。 第1図は本発明の実施例を示すもので、図中1は2個の
ジョセフソン接合10.10を直列にもつSQUIDで
あり、ピックアップコイル8により捉えられた磁束Φ8
が磁束伝達トランス9を介して供給される。また、上記
SQUID2には、交流電流源3から交流バイアス電流
1c(t)が与えられており、第3図(a)に示したΦ
−1c特性に基づき、パルス電圧を出力する。出力され
たパルス電圧は、前置増幅器12により増幅された後、
アップダウンカウンタ4によりカウントされる。 D/Aコンバータ13ば、上記アップダウンカウンタ4
からの出力をアナログ変換し、該D/Aコンバータ13
からの出力は、フィードバック抵抗Rflが挿入された
フィードバック回路からフィードバックコイル5に供給
される。 フィードバックコイル5に供給される帰還電流は、ピッ
クアップコイル8からの入力磁束Φtを打ち消す方向に
与えられ、入力磁束Φtとフィードバック磁束Φtとが
一致してSQ[ID1からの出力が0になるまでのアッ
プダウンカウンタ4のカウント数、すなわちフィードバ
ック量から外部磁束が測定される。 この発明において、トラップに対する補償は、先ず、5
QtJID1に捕捉されたトラップ磁束Φtによりオフ
セット分を、フィードバック量の大きな動作により検出
し、トラップ補償回路6に設定することにより行われる
。第1図に示す実施例において、定常より大きなフィー
ドバック電流をフィードバックコイル5に供給するため
に、レジスタ16、およびD/Aコンバータ13″、フ
ィードバック抵抗RfZからなるフィードバック系を有
しており、補償制御回路17からの指令により、スイッ
チ7を切り換えることにより、そのいずれか、あるいは
双方が選択される。2系統のフィードバック系は、トラ
ップ磁束Φtの検出、およびその補償に定常のフィード
バック系を使用した場合には、外部磁束Φ。に対するダ
イナミックレンジの減少をもたらし、あるいはトラップ
磁束Φtが大きな場合には、該トラップ磁束Φtを打ち
消すに十分な帰還電流をフィードバックコイル5に供給
することができないために生じる動作不能状態を回避す
るために設けられるもので、定常のフィードバンク系に
使用されるD/Aコンバータ13と同一のダイナミック
レンジを有するD/Aコンバーク13”を使用するに第
1図示した実施例においては、フィードバック抵抗R7
2をRflより小さな抵抗値とすることにより、1パル
ス当りのフィードバック量が大きくなるようにされてい
る。 したがってこの実施例によれば、先ずSQUID1に鎖
交しているトラップ磁束Φtを検出するため、スイッチ
7を開き、スイッチ7°を閉じてフィードバック抵抗R
f!によりフィードバック動作を行わせる。このとき、
フィードバック抵抗Rf2の抵抗値はRflに比較して
小さなため、1パルス当りのフィードバック量は大きく
なる。この動作により検出される磁束は、殆どトラップ
磁束Φtによるものであるため、そのアップダウンカウ
ンタ4によるカウント値をトラップ磁束Φを値としてレ
ジスタ16に取り込む。次に、スイッチ7をショーとさ
せると、トラップ補償はD/Aコンバータ13′ とフ
ィードバック抵抗Rfzにより行われ、かつフィードバ
ック量の小さな動作、すなわち外部磁束Φtの測定は、
D/Aコンバータ13とフィードバック抵抗Rflによ
って同時に行われる。 なお、第1図においては、2個のフィードバック抵抗R
fl、Rflを選択してフィードバック量を制御する場
合を示したが、さらに多くのフィードバック抵抗を設け
てもよく、さらに、フィードバック抵抗Rflを可変に
してもよく、また、フィードバック回路のフルレンジを
変えるように構成することもできる。 さらに、トラップ磁束Φ1を補償するために、フィード
バックコイル5に供給する帰還電流を制御だけに限られ
ず、フィードバックコイル5を多種類設けておき、同一
の帰還電流でSQUIDIに供給する帰還磁束を調整す
ることも可能である。 第2図は、ワンチツプSQUIDに本発明を適用した場
合の実施例を示すもので、図中21ばSQU I D 
1からの出力パルスと、バイアスパルスとのANDを取
るジョセフソン回路で構成されるANDゲートであり、
スイッチ7が開いでいる場合には、書き込みゲート22
にはSQUIDIの出力パルスが入力されないようにな
っている。 書き込みゲート22はSQUIDIの出力パルスが正な
らば、正の磁束量子をフィードバックコイル(超伝導蓄
積ループ)5′に書き込み、また出力パルスが負ならば
、負の磁束量子を書き込む。 また、SQUIDIの出力は、室温側でピックアップコ
イルの入力磁束を知るためアップダウンカウンタ23に
供給さ糺る。 以上のように構成されるこの実施例に係る磁束針におい
ては、先ず、スイッチ7を開き、書き込みゲート22と
、フィードバックコイル5″からなるフィードバックル
ープを動作させないようにする。この時、スイッチ7″
は閉じておき、1パルス当たりのフィードバック量が大
きなアップダウンカウンタ4、およびD/Aコンバータ
13からなるフィードバックループを働かせ、トラップ
磁束分を検出し、フィードバックする。 次に、スイッチ7゛を開くとともに、スイッチ7を閉し
、1パルス当たりのフィードバック量が小さな書き込み
ゲート22とフィードバックコイル5”からなるフィー
ドバックループを動作させれば、トラップの影響を排除
してダイナミックレンジを有効に使った動作が可能とな
る。この場合、第3図に示すように、アップダウンカウ
ンタ4、およびD/Aコンバータ13からなるフィード
バックlレープを1パルス当たりのフィードバック量が
大きな書き込みゲート22′ と、フィードバックコイ
ル5からなるループに置き換えてもよい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a SQUID having two Josephson junctions 10, 10 in series, and the magnetic flux Φ8 captured by the pickup coil 8.
is supplied via the magnetic flux transfer transformer 9. Further, the SQUID 2 is supplied with an AC bias current 1c(t) from an AC current source 3, and the Φ shown in FIG.
- Outputs a pulse voltage based on the 1c characteristic. After the output pulse voltage is amplified by the preamplifier 12,
It is counted by the up/down counter 4. D/A converter 13, the up/down counter 4
The D/A converter 13 converts the output from
The output from is supplied to the feedback coil 5 from a feedback circuit in which a feedback resistor Rfl is inserted. The feedback current supplied to the feedback coil 5 is given in the direction of canceling the input magnetic flux Φt from the pickup coil 8, until the input magnetic flux Φt and the feedback magnetic flux Φt match and the output from SQ[ID1 becomes 0. The external magnetic flux is measured from the count number of the up/down counter 4, that is, the amount of feedback. In this invention, the compensation for the trap is first
This is performed by detecting the offset amount by the trap magnetic flux Φt captured by QtJID1 by an operation with a large amount of feedback, and setting it in the trap compensation circuit 6. In the embodiment shown in FIG. 1, a feedback system including a resistor 16, a D/A converter 13'', and a feedback resistor RfZ is provided in order to supply a larger feedback current than the steady state to the feedback coil 5, and the compensation control Either or both of them are selected by switching the switch 7 according to a command from the circuit 17.The two feedback systems are used when a steady feedback system is used to detect the trap magnetic flux Φt and compensate for it. In this case, an operation occurs due to a decrease in the dynamic range with respect to the external magnetic flux Φ, or when the trapping magnetic flux Φt is large, it is not possible to supply feedback current sufficient to cancel the trapping magnetic flux Φt to the feedback coil 5. In the embodiment shown in Fig. 1, a D/A converter 13'' is provided to avoid a power failure state and has the same dynamic range as the D/A converter 13 used in a steady feed bank system. is the feedback resistor R7
By setting resistance value 2 to be smaller than Rfl, the amount of feedback per pulse is increased. Therefore, according to this embodiment, in order to detect the trap magnetic flux Φt interlinked with the SQUID 1, the switch 7 is opened, the switch 7° is closed, and the feedback resistor R
f! This causes a feedback operation to be performed. At this time,
Since the resistance value of the feedback resistor Rf2 is smaller than Rfl, the amount of feedback per pulse becomes large. Since most of the magnetic flux detected by this operation is due to the trap magnetic flux Φt, the count value by the up/down counter 4 is taken into the register 16 as the trap magnetic flux Φ. Next, when the switch 7 is turned on, trap compensation is performed by the D/A converter 13' and the feedback resistor Rfz, and the operation with a small amount of feedback, that is, the measurement of the external magnetic flux Φt, is performed as follows.
This is done simultaneously by the D/A converter 13 and the feedback resistor Rfl. In addition, in FIG. 1, two feedback resistors R
Although the case where the amount of feedback is controlled by selecting fl and Rfl has been shown, more feedback resistors may be provided, the feedback resistor Rfl may be made variable, and the full range of the feedback circuit may be changed. It can also be configured as Furthermore, in order to compensate for the trap magnetic flux Φ1, the feedback current supplied to the feedback coil 5 is not limited to only control, but many types of feedback coils 5 are provided, and the feedback flux supplied to the SQUIDI is adjusted with the same feedback current. It is also possible. FIG. 2 shows an embodiment in which the present invention is applied to a one-chip SQUID.
It is an AND gate consisting of a Josephson circuit that ANDs the output pulse from 1 and the bias pulse,
If switch 7 is open, write gate 22
The output pulse of SQUIDI is not input to the input terminal. The write gate 22 writes a positive flux quantum into the feedback coil (superconducting storage loop) 5' if the output pulse of SQUIDI is positive, and writes a negative flux quantum if the output pulse is negative. In addition, the output of SQUIDI is supplied to an up/down counter 23 to determine the input magnetic flux of the pickup coil at room temperature. In the magnetic flux needle according to this embodiment configured as described above, first, the switch 7 is opened to disable the feedback loop consisting of the write gate 22 and the feedback coil 5''. At this time, the switch 7'' is disabled.
is closed, and a feedback loop consisting of an up/down counter 4 with a large amount of feedback per pulse and a D/A converter 13 is activated to detect and feed back the trapped magnetic flux. Next, by opening switch 7'' and closing switch 7, and operating a feedback loop consisting of write gate 22 and feedback coil 5'' with a small amount of feedback per pulse, the effects of traps can be eliminated and the dynamic Operation using the range effectively is possible.In this case, as shown in FIG. 22' and a loop consisting of the feedback coil 5.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上の説明から明らかなように、本発明による磁束計に
よれば、トラップ磁束をダイナミックレンジを減少させ
ることなく確実に補償することができるので、常に最大
のダイナミックレンジで、磁束の測定を行うことができ
、かつ、動作の信顛性も向上させることができる。
As is clear from the above explanation, according to the magnetometer according to the present invention, the trapped magnetic flux can be reliably compensated for without reducing the dynamic range, so magnetic flux can always be measured in the maximum dynamic range. It is possible to improve the reliability of the operation.

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

第1図は本発明の実施例を示す図、 第2図は本発明の第二実施例を示す図、第3図は本発明
の第三実施例を示す図、第4図は従来例を示す図、 第5図はΦ−IC特性を示す図、 第6図はトラップ磁束によるオフセ・ント状態を示す図
である。 図において、 1は超伝導量子干渉素子(SQU I D)2は磁束セ
ンサ、 3は交流電流源、 4はアンプダウンカウンタ、 5はフィードハックコイル、 6はトラップ補償回路、 7.7′はスイッチ、 Rfls Rftはフィードハック抵抗、Φtはトラッ
プ磁束、 Φ。は外部磁束である。
Fig. 1 shows an embodiment of the present invention, Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, and Fig. 4 shows a conventional example. FIG. 5 is a diagram showing the Φ-IC characteristic, and FIG. 6 is a diagram showing the offset state due to the trapped magnetic flux. In the figure, 1 is a superconducting quantum interference device (SQUID), 2 is a magnetic flux sensor, 3 is an alternating current source, 4 is an amplifier down counter, 5 is a feed hack coil, 6 is a trap compensation circuit, 7.7' is a switch , Rfls Rft is the feed hack resistance, Φt is the trapping flux, Φ. is the external magnetic flux.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 〔1〕超伝導量子干渉素子(1)を有する磁束センサ(
2)と、前記超伝導量子干渉素子(1)にACバイアス
を与える交流電流源(3)と、前記超伝導量子干渉素子
(1)からの出力パルスの数に比例した磁束量を前記超
伝導量子干渉素子(1)にフィードバックするフィード
バック回路とを有し、外部磁束を計測するディジタルS
QUID磁束計において、 前記フィードバック回路には、少なくとも定常より大き
な帰還電流を供給して検出されたトラップ磁束(Φ_t
)により発生するオフセット分を検出するトラップ補償
回路(6)を接続し、前記フィードバックコイル(5)
に前記オフセット電流を供給しつつ動作させることを特
徴とする超伝導量子干渉素子を使用した磁束計。 〔2〕前記フィードバック回路には、抵抗値の異なる複
数のフィードバック抵抗(R_f_1、R_f_2・ 
・ ・ )を設け、該フィードバック抵抗(R_f_1
、R_f_2・ ・ ・)をスイッチ(7、7′)によ
り選択してトラップ磁束(Φ_t)の検出時、および測
定時の帰還電流を設定する請求項1記載の超伝導量子干
渉素子を使用した磁束計。 〔3〕前記フィードバック回路内のフィードバック抵抗
(R_f_1)を可変抵抗にて形成し、該可変抵抗の抵
抗値をスイッチ(7)により変更してトラップ磁束(Φ
_t)の検出時、および測定時の帰還電流を設定する請
求項1または2記載の超伝導量子干渉素子を使用した磁
束計。 〔4〕フィードバック回路のフルレンジを可変とし、該
フィードバック回路のフルレンジを変えてトラップ磁束
(Φ_t)の検出時、および測定時の帰還電流を設定す
る請求項1、または2または3記載の超伝導量子干渉素
子を使用した磁束計。 〔5〕請求項1、または2、または3または4記載のデ
ィジタルSQUID磁束計において、少なくとも定常よ
り大きな帰還電流を供給して検出されたトラップ磁束(
Φ_t)により発生するオフセット分を検出するトラッ
プ補償回路(6)に接続する1ないし複数のフィードバ
ックコイルと、前記フィードバック回路に接続するフィ
ードバックコイル(5)を各々独立に設けたことを特徴
とする超伝導量子干渉素子を使用した磁束計。
[Scope of Claims] [1] A magnetic flux sensor (
2), an alternating current source (3) that applies an AC bias to the superconducting quantum interference device (1), and an amount of magnetic flux proportional to the number of output pulses from the superconducting quantum interference device (1) to the superconducting quantum interference device (1). A digital S that has a feedback circuit that feeds back to the quantum interference element (1) and measures external magnetic flux.
In the QUID magnetometer, the feedback circuit is supplied with at least a feedback current larger than a steady state to generate a detected trap magnetic flux (Φ_t
) is connected to the trap compensation circuit (6) that detects the offset generated by the feedback coil (5).
A magnetometer using a superconducting quantum interference device, characterized in that it is operated while supplying the offset current to the magnetic flux meter. [2] The feedback circuit includes a plurality of feedback resistors (R_f_1, R_f_2, R_f_2,
・ ・ ) is provided, and the feedback resistor (R_f_1
, R_f_2, . Total. [3] The feedback resistor (R_f_1) in the feedback circuit is formed by a variable resistor, and the resistance value of the variable resistor is changed by a switch (7) to set the trap magnetic flux (Φ
3. A magnetometer using the superconducting quantum interference device according to claim 1 or 2, wherein a feedback current is set at the time of detection and measurement of _t). [4] The superconducting quantum according to claim 1, 2 or 3, wherein the full range of the feedback circuit is variable, and the feedback current at the time of detecting and measuring the trap magnetic flux (Φ_t) is set by changing the full range of the feedback circuit. A magnetometer using an interference element. [5] In the digital SQUID magnetometer according to claim 1, 2, 3, or 4, the detected trap magnetic flux (
Φ_t) One or more feedback coils connected to a trap compensation circuit (6) for detecting an offset generated by Φ_t) and a feedback coil (5) connected to the feedback circuit are each independently provided. A magnetometer using a conduction quantum interference element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012011306A1 (en) * 2010-07-20 2012-01-26 アルプス・グリーンデバイス株式会社 Current sensor

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