JPH0546507B2 - - Google Patents
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- JPH0546507B2 JPH0546507B2 JP59157028A JP15702884A JPH0546507B2 JP H0546507 B2 JPH0546507 B2 JP H0546507B2 JP 59157028 A JP59157028 A JP 59157028A JP 15702884 A JP15702884 A JP 15702884A JP H0546507 B2 JPH0546507 B2 JP H0546507B2
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Description
【発明の詳細な説明】
≪産業上の利用分野))
本発明は、ジヨゼフソン効果を利用した高感度
のSQUID磁束計の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <<Industrial Application Fields>) The present invention relates to an improvement of a highly sensitive SQUID magnetometer that utilizes the Josephson effect.
≪従来の技術))
従来公知の、RF、SQUID磁束計(RF:Radio
Frequency)は、液体ヘリウム中で動作する
SQUIDプローブと、室温で動作するアンプ部お
よびコントローラとで構成され、液体ヘリウム中
のSQUIDプローブと室温アンプとは同軸ケーブ
ルで接続されている。このようなSQUID磁束計
は、その磁束分解能が非常に高感度であるため、
外来ノイズや誘導ノイズに弱いという欠点があつ
た。≪Prior art)) Conventionally known RF, SQUID magnetometers (RF: Radio
Frequency) operates in liquid helium
It consists of a SQUID probe, an amplifier section and a controller that operate at room temperature, and the SQUID probe in liquid helium and the room temperature amplifier are connected by a coaxial cable. Such SQUID magnetometers have very high sensitivity in magnetic flux resolution, so
The drawback was that it was susceptible to external noise and induced noise.
誘導ノイズに対しては、室温部のアンプ系をバ
ツテリードライブするなどの対策がとられている
が、外部誘導ノイズが大きい場合、例えばラジ
オ、テレビの電波、高周波スパツタ装置、雷、そ
の他で動作が一時的に中断することがある。この
様な場合、磁気測定の連続記録が不可能であつ
た。 Countermeasures have been taken to prevent induced noise, such as battery-driving the amplifier system at room temperature, but if the external induced noise is large, such as radio waves, television waves, high-frequency sputtering equipment, lightning, etc., operation may be affected. It may be temporarily interrupted. In such cases, continuous recording of magnetic measurements was impossible.
SQUIDは、ジヨゼフソン接合部を含んでおり、
その応答はDC〜GHz〜THzにまでも達し、応答
範囲が広いという利点もある半面、全ての周波数
のノイズにも高感度に応答し、実用的な使用を考
える場合、いかにノイズに強くするかということ
が大きな問題となる。 The SQUID contains a Josephson junction,
Its response reaches even DC to GHz to THz, and while it has the advantage of a wide response range, it also responds with high sensitivity to noise at all frequencies, and when considering practical use, it is difficult to make it resistant to noise. That becomes a big problem.
このような問題を解決するために特願昭58−
190583のSQUID磁束計では低温部と室温部の間
を光フアイバで伝送することにより、耐ノイズ性
を強くしているが、フイードバツク回路において
アナログ量を直接光信号として帰還しているた
め、光フアイバの振動や曲げにより動作が不安定
になり雑音を生じるという問題があつた。また
SQUID動作を行わせるために3本の光フアイバ
を必要とし、構成が複雑であつた。心磁測定その
他に応用する場合、単一フアイバでケーブル長が
長くとれ、またケーブルの接続が容易なものが望
ましい。 In order to solve these problems, a special patent application was filed in 1983.
The 190583 SQUID magnetometer uses optical fiber to transmit data between the low-temperature part and the room temperature part, making it more resistant to noise. There was a problem that vibration and bending caused unstable operation and noise. Also
Three optical fibers were required to perform SQUID operation, and the configuration was complicated. For applications such as magnetocardial measurement, it is desirable to have a single fiber with a long cable length and easy cable connection.
≪発明が解決しようとする問題点))
本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、外部誘導ノイズおよび光フアイバの振
動や曲げによるノイズなどに強く、構成が簡単な
SQUID磁束計を実現することを目的としている。≪Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above problems.
The aim is to realize a SQUID magnetometer.
≪問題点を解決するための手段))
本発明のSQUID磁束計はジヨゼフソン接合を
含むSQUIDリングと、このリングに結合するLC
共振回路と、このLC共振回路からのSQUID信号
を増幅するとともに当該SQUID信号に関連した
光信号を出力する第1の回路と、光信号で伝送さ
れたフイードバツク信号を受けこのフイードバツ
ク信号に関連した電気信号の平均値出力およびこ
の電気信号から分離したPWMクロツク信号を前
記LC共振回路またはSQUIDリングに近接して設
けたコイルに加える第2の回路とを具備するクラ
イオスタツト部、
このクライオスタツト部から出力される前記光
信号を光フアイバを介して伝送され、この光信号
に関連した電気信号を特定の参照周波数で同期検
波するロツクイン検波回路と、このロツクイン検
波回路の出力に関連した信号を前記参照周波数と
同一のクロツク周波数でPWM信号に変換する
PWM回路とを具備し、前記PWM信号に対応し
た光信号を前記フイードバツク信号として光フア
イバを介して前記クライオスタツト部へ出力する
コントローラを備えたことを特徴とする。≪Means for Solving the Problems)) The SQUID magnetometer of the present invention includes a SQUID ring including a Josephson junction, and an LC coupled to this ring.
a resonant circuit; a first circuit that amplifies the SQUID signal from the LC resonant circuit and outputs an optical signal related to the SQUID signal; and a first circuit that receives a feedback signal transmitted as an optical signal and receives an electric signal related to the feedback signal. A cryostat section comprising an average value output of the signal and a second circuit that applies a PWM clock signal separated from the electrical signal to the LC resonant circuit or a coil provided close to the SQUID ring; output from the cryostat section; A lock-in detection circuit that synchronously detects an electrical signal related to the optical signal at a specific reference frequency, and detects a signal related to the output of the lock-in detection circuit at the reference frequency. Convert to PWM signal with the same clock frequency as
A PWM circuit, and a controller that outputs an optical signal corresponding to the PWM signal as the feedback signal to the cryostat unit via an optical fiber.
≪作 用))
上記構成のSQUID磁束計を用いれば、フイー
ドバツク信号がPWM変調された光信号で伝送さ
れ、参照周波数もこの光信号から分離することが
できるので、誘導ノイズや光フアイバの変形によ
るノイズなどに対して強くすることができる。≪Operation)) By using the SQUID magnetometer with the above configuration, the feedback signal is transmitted as a PWM modulated optical signal, and the reference frequency can also be separated from this optical signal, so it is possible to eliminate noise caused by induced noise or deformation of the optical fiber. It can be made resistant to noise, etc.
≪実施例)) 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。≪Example)) The present invention will be explained in detail below using the drawings.
第1図は本発明に係わるSQUID磁束計の一実
施例を示す構成ブロツク図、第2図はこの
SQUID磁束計を実際の生体磁気測定に応用する
場合の構成例を示す図である。はクライオスタ
ツト部(低温動作部)、はコントローラ(室温
部)で、クライオスタツト部との間は、光フア
イバによつて連絡されている。 Figure 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the SQUID flux meter according to the present invention, and Figure 2 is a block diagram of this example.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example when a SQUID magnetometer is applied to actual biomagnetism measurement. is a cryostat section (low-temperature operation section), and is a controller (room temperature section), which are connected to the cryostat section by an optical fiber.
1はクライオスタツト内で4.2〓で動作する
SQUIDセンサ、このSQUIDセンサ1において、
11はSQUIDリング、12は被測定磁気信号を
検出するピツクアツプコイルが接続され、この
SQUIDリング11に前記検出信号を導入するた
めのインプツトコイル、13は前記SQUIDリン
グ11と磁気的に結合するLC共振回路である。
2はこのLC共振回路13にrfバイアスを加える、
周波数f1が20〜30MHzの発振器である。第1の回
路100において、3は前記共振回路13の両端
に現れるSQUID信号を増幅するためのRFアン
プ、4はこのRFアンプ3からのSQUID信号を検
波する検波回路、5はこの検波回路4の出力信号
を光信号に変換する電気光変換器である。第2の
回路200において、7は伝送されたフイードバ
ツク光信号を電気信号に変換する光電気変換器、
8はこの光電気変換器のPWM(パルス増幅器)
信号出力の平均値を求めるローパスフイルタから
なる平均回路、9は前記PWM信号出力から
PWMクロツク信号を分離しフラツクス・ロツ
ク・ループの参照信号を得る分離回路、R1は前
記平均回路8の電流出力が接続し、SQUIDリン
グ内の磁束が一定に保たれるように帰還するため
の帰還抵抗、R2は前記分離回路8の電流出力が
接続し、同期検波するための参照信号をSQUID
へ入力するための抵抗である。これらの回路の外
側の破線で囲まれた部分は、液体ヘリウムが入つ
たクライオスタツト中およびその上部に設置さ
れ、クライオスタツト部を構成している。 1 operates at 4.2〓 in a cryostat.
In the SQUID sensor, this SQUID sensor 1,
11 is a SQUID ring, and 12 is a pickup coil that detects the magnetic signal to be measured.
An input coil 13 for introducing the detection signal into the SQUID ring 11 is an LC resonant circuit magnetically coupled to the SQUID ring 11.
2 applies an RF bias to this LC resonant circuit 13,
It is an oscillator with a frequency f 1 of 20-30MHz. In the first circuit 100, 3 is an RF amplifier for amplifying the SQUID signal appearing at both ends of the resonant circuit 13, 4 is a detection circuit for detecting the SQUID signal from this RF amplifier 3, and 5 is a detection circuit for detecting the SQUID signal from this RF amplifier 3. It is an electro-optical converter that converts an output signal into an optical signal. In the second circuit 200, 7 is an opto-electrical converter that converts the transmitted feedback optical signal into an electrical signal;
8 is the PWM (pulse amplifier) of this photoelectric converter
An averaging circuit consisting of a low-pass filter that calculates the average value of the signal output, 9 is from the PWM signal output
A separation circuit that separates the PWM clock signal and obtains a reference signal for the flux lock loop, R1 is connected to the current output of the averaging circuit 8, and is used for feedback so that the magnetic flux in the SQUID ring is kept constant. The feedback resistor R2 is connected to the current output of the separation circuit 8, and the reference signal for synchronous detection is connected to the SQUID.
This is a resistance for input to. The outside portions of these circuits surrounded by broken lines are installed in and above the cryostat containing liquid helium, and constitute the cryostat section.
コントローラにおいて、16は光フアイバ1
4を介してクライオスタツト部側より伝送され
る光信号(SQUID信号)を電気信号に変換する
光電変換器、17はバツフアアンプ、18は同期
検波の参照信号とPWMのクロツク信号を発生す
るための周波数f2(約50kz)のAF(Audio
Frequency)発振器、19は回路の遅れを補償し
て同期検波の位相を最適に調整するための位相シ
フト回路、20前記バツフアアプ17からの
SQUID信号を位相シフト回路19からの参照信
号で同期検波するためのロツクインアンプを構成
する乗算器、21はこの乗算器20からの信号を
入力する積分器、22はこの積分器21の出力端
子が接続する本SQUID磁束計の出力端子、23
は前記積分器21の出力を周波数f2のクロツクで
PWM信号に変換するPWM回路、24はこの
PWM回路23の出力信号を光信号に変換する電
気光変換器、15はこの電気光変換器24からの
光信号をクライオスタツト部に伝送する光フア
イバである。 In the controller, 16 is the optical fiber 1
4 is a photoelectric converter that converts the optical signal (SQUID signal) transmitted from the cryostat side into an electrical signal, 17 is a buffer amplifier, and 18 is a frequency for generating a reference signal for synchronous detection and a clock signal for PWM. AF (Audio
19 is a phase shift circuit for compensating circuit delay and optimally adjusting the phase of synchronous detection; 20 is a phase shift circuit for adjusting the phase of synchronous detection;
A multiplier forming a lock-in amplifier for synchronously detecting the SQUID signal with a reference signal from the phase shift circuit 19; 21 an integrator into which the signal from the multiplier 20 is input; 22 an output terminal of the integrator 21; Output terminal of this SQUID magnetometer to be connected, 23
is the output of the integrator 21 with a clock of frequency f 2
PWM circuit that converts to PWM signal, 24 is this
The electro-optic converter 15 converts the output signal of the PWM circuit 23 into an optical signal, and is an optical fiber that transmits the optical signal from the electro-optic converter 24 to the cryostat section.
この様に構成した装置において、周波数f2の参
照信号で変調されたSQUID信号は増幅後電気光
変換されて、クライオスタツト部からコントロ
ーラへ伝送される。コントローラにおいて、
この光信号は光電気変換後周波数f2で同期検波さ
れる。積分器21の出力はPWM回路23におい
て参照信号と同じ周波数f2のクロツク信号でパル
ス幅変調される。このPWM信号は電気光変換器
24において光信号に変換された後クライオスタ
ツト部へ伝送される。クライオスタツト部で
は、光電気変換回路7において電気信号に変換さ
れた後、平均回路8および分離回路9においてそ
れぞれ低周波信号および周波数f2のクロツク信号
に分離され、参照信号とフイードバツク信号とな
つて共振回路13に加えられる。 In the apparatus configured in this manner, the SQUID signal modulated with the reference signal of frequency f2 is amplified, electro-optically converted, and transmitted from the cryostat section to the controller. In the controller,
After photoelectric conversion, this optical signal is synchronously detected at frequency f2 . The output of the integrator 21 is pulse width modulated in a PWM circuit 23 with a clock signal having the same frequency f 2 as the reference signal. This PWM signal is converted into an optical signal by the electro-optic converter 24 and then transmitted to the cryostat section. In the cryostat section, the photoelectric conversion circuit 7 converts the signal into an electric signal, and the averaging circuit 8 and the separation circuit 9 separate the signal into a low frequency signal and a clock signal of frequency f2 , which are then converted into a reference signal and a feedback signal. It is added to the resonant circuit 13.
SQUID磁束計としての動作は、従来のフラツ
クス・ロツク・ループの動作と同様であるので説
明を省略する。 The operation of the SQUID magnetometer is similar to that of a conventional flux lock loop, so a description thereof will be omitted.
このような構成のSQUID磁束計を用いれば、
被測定外部磁束にに比例したアナログ出力を出力
端子22から得ることができる。 If you use a SQUID magnetometer with this configuration,
An analog output proportional to the external magnetic flux to be measured can be obtained from the output terminal 22.
また信号の伝送に光フアイバを用いているの
で、外部誘導ノイズに強いSQUID磁束計を実現
できる。 Furthermore, since optical fiber is used for signal transmission, it is possible to create a SQUID magnetometer that is resistant to externally induced noise.
また光フイードバツク回路にPWM方式を用い
たため、光フアイバの振動や曲げに対しても安定
に動作できる。 Furthermore, since the optical feedback circuit uses a PWM method, it can operate stably even when the optical fiber is vibrated or bent.
さらに同期検波の参照信号とPWMクロツクを
同期させて同一周波数信号としたため、構成を簡
単にすることができる。 Furthermore, the reference signal for synchronous detection and the PWM clock are synchronized to produce the same frequency signal, which simplifies the configuration.
なお上記の実施例はrf SQUIDを用いた場合を
示したが、DC SQUIDを用いた磁束計にも同様
に適用できる。ただし、DC SQUIDを用いる場
合は平均回路からの帰還信号および分離回路から
のAFクロツク信号はSQUIDリングに近接して設
けたコイルに印加する必要がある(特願昭58−
190583「SQUID磁束計」参照)。 Note that although the above embodiment shows a case using an rf SQUID, it can be similarly applied to a magnetometer using a DC SQUID. However, when using a DC SQUID, it is necessary to apply the feedback signal from the averaging circuit and the AF clock signal from the separation circuit to a coil installed close to the SQUID ring (Japanese Patent Application No.
(See 190583 “SQUID Magnetometer”).
また上記の実施例では2本の光フアイバを用い
ているが、(光の)波長の異なる2つの光信号を
用いて双方向伝送を行うことにより、単一の光フ
アイバで動作させることもできる。特に同期検波
の参照周波数とPWMクロツクを同一周波数とし
たことにより、簡単な構成でも単一光フアイバで
動作させることができる。 Also, although two optical fibers are used in the above embodiment, it can also be operated with a single optical fiber by performing bidirectional transmission using two optical signals with different (light) wavelengths. . In particular, by using the same frequency as the reference frequency for synchronous detection and the PWM clock, it is possible to operate with a single optical fiber even with a simple configuration.
≪発明の効果))
以上述べたように本発明によれば、外部誘導ノ
イズおよび光フアイバの曲げや振動によるノイズ
などに強いSQUID磁束計を簡単な構成で実現で
きる。<<Effects of the Invention>) As described above, according to the present invention, a SQUID magnetometer that is resistant to externally induced noise and noise caused by bending or vibration of an optical fiber can be realized with a simple configuration.
第1図は本発明に係るSQUID磁束計の一実施
例を示す構成ブロツク図、第2図は第1図の
SQUID磁束計を実際の生体磁気測定に応用する
場合の構成例を示す説明図である。
11…SQUIDリング、13…LC共振回路、2
0…ロツクイン検波回路、23…PWM回路、1
00…第1の回路、200…第2の回路、…ク
ライオスタツト部、…コントローラ、…光フ
アイバ、f2…参照周波数。
Figure 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the SQUID magnetometer according to the present invention, and Figure 2 is the same as that of Figure 1.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example when applying a SQUID magnetometer to actual biomagnetism measurement. 11...SQUID ring, 13...LC resonant circuit, 2
0...Lock-in detection circuit, 23...PWM circuit, 1
00...first circuit, 200...second circuit,...cryostat section,...controller,...optical fiber, f2 ...reference frequency.
Claims (1)
束計。 (a) ジヨゼフソン接合を含むSQUIDリングと、
このリングに結合するLC共振回路と、このLC
共振回路からのSQUID信号を増幅するととも
に当該SQUID信号に関連した光信号を出力す
る第1の回路と、光信号で伝送されたフイード
バツク信号を受けこのフイードバツク信号に関
連した電気信号の平均値出力およびこの電気信
号から分離したPWMクロツク信号を前記LC
共振回路またはSQUIDリングに近接して設け
たコイルに加える第2の回路とを具備するクラ
イオスタツト部。 (b) 前記クライオスタツト部から出力される前記
光信号を光フアイバを介して伝送され、この光
信号に関連した電気信号を特定の参照周波数で
同期検波するロツクイン検波回路と、このロツ
クイン検波回路の出力に関連した信号を前記参
照周波数と同一のクロツク周波数でPWM信号
に変換するPWM回路とを具備し、前記PWM
信号に対応した光信号を前記フイードバツク信
号として光フアイバを介して前記クライオスタ
ツト部へ出力するコントローラ。 2 クライオスタツト部から出力される光信号と
コントローラから出力される光信号を異なる波長
として同一の光フアイバで伝送する特許請求の範
囲第1項記載のSQUID磁束計。[Claims] 1. A SQUID magnetometer characterized by comprising (a) and (b). (a) A SQUID ring containing a Josephson junction;
LC resonant circuit coupled to this ring and this LC
a first circuit that amplifies the SQUID signal from the resonant circuit and outputs an optical signal related to the SQUID signal; a first circuit that receives a feedback signal transmitted as an optical signal; The PWM clock signal separated from this electrical signal is transferred to the LC.
A cryostat section comprising a resonant circuit or a second circuit coupled to a coil located close to the SQUID ring. (b) a lock-in detection circuit that transmits the optical signal output from the cryostat section via an optical fiber and synchronously detects an electrical signal related to the optical signal at a specific reference frequency; a PWM circuit that converts a signal related to the output into a PWM signal at the same clock frequency as the reference frequency;
A controller that outputs an optical signal corresponding to the signal as the feedback signal to the cryostat section via an optical fiber. 2. The SQUID magnetometer according to claim 1, wherein the optical signal output from the cryostat section and the optical signal output from the controller are transmitted at different wavelengths through the same optical fiber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15702884A JPS6135378A (en) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | Squid fluxmeter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15702884A JPS6135378A (en) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | Squid fluxmeter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6135378A JPS6135378A (en) | 1986-02-19 |
JPH0546507B2 true JPH0546507B2 (en) | 1993-07-14 |
Family
ID=15640604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15702884A Granted JPS6135378A (en) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | Squid fluxmeter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6135378A (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4906930A (en) * | 1987-02-27 | 1990-03-06 | Hitachi, Ltd. | Magnetometer using a Josephson device and superconducting phototransistor |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15702884A patent/JPS6135378A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6135378A (en) | 1986-02-19 |
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