JPH0588433B2 - - Google Patents
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- JPH0588433B2 JPH0588433B2 JP58071712A JP7171283A JPH0588433B2 JP H0588433 B2 JPH0588433 B2 JP H0588433B2 JP 58071712 A JP58071712 A JP 58071712A JP 7171283 A JP7171283 A JP 7171283A JP H0588433 B2 JPH0588433 B2 JP H0588433B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/0206—Three-component magnetometers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は直流超伝導量子干渉計（DC
SQUID）を用いた磁気検出装置に係り、特にそ
の出力の取出し方式の改良により磁界のペクトル
計測および多入力磁気信号の同時計測を可能にす
る超伝導量子干渉計の磁気検出装置に関するもの
である。
SQUID）を用いた磁気検出装置に係り、特にそ
の出力の取出し方式の改良により磁界のペクトル
計測および多入力磁気信号の同時計測を可能にす
る超伝導量子干渉計の磁気検出装置に関するもの
である。
従来の直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出
器は第１図に示すような構成になつている。図に
おいて、１はジヨセフソン接合、２は超伝導ルー
プで両者によつて直流超伝導量子干渉計が構成さ
れる。１のジヨセフソン接合は、第２図に示すよ
うにな等価回路で表わされるものとする。ここ
で、８は接合容量CJ、９は両端の超伝導体の位相
差θに伴つて電流I0sinθを流すことのできる電流
源であり、７は接合容量Ｃに伴つて発生するジヨ
セフソン接合の電流−電圧特性上のヒステリシス
を消すために取付けられた短絡抵抗で、ヒステリ
シスパラメータ βc＝2πI0R2CJ／ψ0１を満足している。ψ0は磁束量 子である。
器は第１図に示すような構成になつている。図に
おいて、１はジヨセフソン接合、２は超伝導ルー
プで両者によつて直流超伝導量子干渉計が構成さ
れる。１のジヨセフソン接合は、第２図に示すよ
うにな等価回路で表わされるものとする。ここ
で、８は接合容量CJ、９は両端の超伝導体の位相
差θに伴つて電流I0sinθを流すことのできる電流
源であり、７は接合容量Ｃに伴つて発生するジヨ
セフソン接合の電流−電圧特性上のヒステリシス
を消すために取付けられた短絡抵抗で、ヒステリ
シスパラメータ βc＝2πI0R2CJ／ψ0１を満足している。ψ0は磁束量 子である。
外部磁気検出コイルで検出した磁束は磁束伝達
回路によつて入力コイル３に伝達される。入力コ
イル３は相互インダクタンスＭで超伝導量子干渉
計のループ２と磁気的に結合しており、超伝導量
子干渉計のループに磁束を伝達する。超伝導量子
干渉計のループ内に磁束ψが入ると超伝導量子干
渉計の両端に電圧の発生せずに流れることのでき
る超伝導電流Imの値が変化し、その結果超伝導
量子干渉計の電流−電圧特性が変化する。第３図
は超伝導量子干渉計の電流−電圧特性を示したも
の、曲線ａはφ＝nφ0（ｎ：整数）、曲線ｂはφ＝
（ｎ＋１／２）φ0の磁束がループ内に入つた場合の 電流−電圧特性である。いま、端子５に電流IBを
流しておき超伝導量子干渉計ループ内の磁束φを
変化させると、超伝導電流の大きさの変化につれ
て端子６に現われる電圧が変化する。第４図にル
ープ内磁束φと出力電圧ΔVの関係を示す。こう
して、外部磁気信号の変化を直流超伝導量子干渉
計の電圧変化として取り出す方法が直流超伝導量
子干渉計の磁気検出器の検出原理である。
回路によつて入力コイル３に伝達される。入力コ
イル３は相互インダクタンスＭで超伝導量子干渉
計のループ２と磁気的に結合しており、超伝導量
子干渉計のループに磁束を伝達する。超伝導量子
干渉計のループ内に磁束ψが入ると超伝導量子干
渉計の両端に電圧の発生せずに流れることのでき
る超伝導電流Imの値が変化し、その結果超伝導
量子干渉計の電流−電圧特性が変化する。第３図
は超伝導量子干渉計の電流−電圧特性を示したも
の、曲線ａはφ＝nφ0（ｎ：整数）、曲線ｂはφ＝
（ｎ＋１／２）φ0の磁束がループ内に入つた場合の 電流−電圧特性である。いま、端子５に電流IBを
流しておき超伝導量子干渉計ループ内の磁束φを
変化させると、超伝導電流の大きさの変化につれ
て端子６に現われる電圧が変化する。第４図にル
ープ内磁束φと出力電圧ΔVの関係を示す。こう
して、外部磁気信号の変化を直流超伝導量子干渉
計の電圧変化として取り出す方法が直流超伝導量
子干渉計の磁気検出器の検出原理である。
実際の直流超伝導量子干渉計の磁気検出器では
変調コイル４を用いてフイードバツクループを構
成する。第５図は直流超伝導量子干渉計とフラツ
クス−ロツクトループと呼ばれるフイードバツク
ループを用いて磁気検出器の概念図である。第５
図において直流超伝導量子干渉計にある一定電流
IBを流しておき、変調コイルLMにサイン型の交流
電流を流すことにより、振幅が〜ψ0／４程度の
変調された磁束を直流超伝導量子干渉計に印加し
ておく。このときプリアンプPM、ロツクインア
ンプLMで増幅された出力電圧は一定である。こ
こで磁気信号をコイルLiに加えるとロツクインア
ンプLMの出力が変化する。この出力の変化分を
打消すようにスイツチS1を閉じ、フイードバツク
抵抗RFBを通して変調コイルに電流を流す。そし
てこの時フイードバツク抵抗RFBの両端に発生す
る電圧が入力コイルによつて超伝導量子干渉計に
印加された磁束に比例し、したがつて磁気信号に
比例することになる。以上が直流超伝導量子干渉
計を用いた磁気検出器の動作原理である。
変調コイル４を用いてフイードバツクループを構
成する。第５図は直流超伝導量子干渉計とフラツ
クス−ロツクトループと呼ばれるフイードバツク
ループを用いて磁気検出器の概念図である。第５
図において直流超伝導量子干渉計にある一定電流
IBを流しておき、変調コイルLMにサイン型の交流
電流を流すことにより、振幅が〜ψ0／４程度の
変調された磁束を直流超伝導量子干渉計に印加し
ておく。このときプリアンプPM、ロツクインア
ンプLMで増幅された出力電圧は一定である。こ
こで磁気信号をコイルLiに加えるとロツクインア
ンプLMの出力が変化する。この出力の変化分を
打消すようにスイツチS1を閉じ、フイードバツク
抵抗RFBを通して変調コイルに電流を流す。そし
てこの時フイードバツク抵抗RFBの両端に発生す
る電圧が入力コイルによつて超伝導量子干渉計に
印加された磁束に比例し、したがつて磁気信号に
比例することになる。以上が直流超伝導量子干渉
計を用いた磁気検出器の動作原理である。
磁界は一般にベクトル量であるため磁気検出器
としては互い直交する３方向の磁界をそれぞれ独
立に、同時に検出する必要がある。又心磁図等の
空間分布をリアルタイムに表示する場合、多入力
磁気信号を瞬時に検出する必要がある。従来の直
流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出器では１組
の入力コイルと直流超伝導量子干渉計に対して１
つのフイードバツクループを構成しなければなら
ず、極低温から室温へ出力を取り出す端子やフイ
ードバツク電流を流すための電流端子が入力磁気
信号のチヤンネル数に比例して増加する。リード
線の増加はリード線を伝わつて室温から侵入する
熱量が増加し、液体ヘリウムの蒸発を早めたり、
はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超えて
しまい直流超伝導量子干渉計の正常な動作ができ
なくなる。そのため、従来の方法では入力チヤン
ネル数を多くすることが非常にむずかしいという
欠点があつた。
としては互い直交する３方向の磁界をそれぞれ独
立に、同時に検出する必要がある。又心磁図等の
空間分布をリアルタイムに表示する場合、多入力
磁気信号を瞬時に検出する必要がある。従来の直
流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出器では１組
の入力コイルと直流超伝導量子干渉計に対して１
つのフイードバツクループを構成しなければなら
ず、極低温から室温へ出力を取り出す端子やフイ
ードバツク電流を流すための電流端子が入力磁気
信号のチヤンネル数に比例して増加する。リード
線の増加はリード線を伝わつて室温から侵入する
熱量が増加し、液体ヘリウムの蒸発を早めたり、
はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超えて
しまい直流超伝導量子干渉計の正常な動作ができ
なくなる。そのため、従来の方法では入力チヤン
ネル数を多くすることが非常にむずかしいという
欠点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、磁気入力チヤンネ
ルの数に関係なく信号リード線を１つとし、それ
ぞれのチヤンネルの磁気入力をそれぞれ分離・判
別し検出する超伝導量子干渉計の磁気検出装置を
提供することを目的としている。
去するためになされたもので、磁気入力チヤンネ
ルの数に関係なく信号リード線を１つとし、それ
ぞれのチヤンネルの磁気入力をそれぞれ分離・判
別し検出する超伝導量子干渉計の磁気検出装置を
提供することを目的としている。
以下、この発明を一実施例を図について説明す
る。第６図に示すように、直流超伝導量子干渉
計、SX，SY，SZの出力は、それぞれ抵抗rx，
ry，rzを介して、１つの検出用超伝導量子干渉計
SDの入力コイルLiDに接続されている。直流超伝
導量子干渉計SX，SY，SZにそれぞれ電流IBX，
IBY，IBZを流しておき、３つの独立な磁気信号を
入力コイルLiX，LiY，LiZにそれぞれ入力すると、
それぞれの直流超伝導量子干渉計のループ内の磁
束の変化に伴い直流超伝導量子干渉計SX，SY，
SZの電流−電圧特性が変化し、第３図の負荷曲
線Ｃに沿つたような電流ΔIX，ΔIY，ΔIZがそれぞ
れ抵抗rX，rY，rZに分流され、それらの加わつた
電流（ΔIX＋ΔIY＋ΔIZ）が検出用超伝導量子干渉
計SDの入力コイルLiDに流れ込む。入力コイル
LiDに電流が流れることにより検出用超伝導量子
干渉計SDのループ内に磁束が発生し、この磁束
の変化によりその検出超伝導量子干渉計SDの両
端の電圧が変化する。この電圧の変化を取り出す
わけであるが、このままでは、３つの入力信号を
分離することができない。そこで、３つの直流超
伝導量子干渉計SX，SY，SZのそれぞれに変調
コイルLMX，LMY，LMZを設け、これらに角周波数
ωX，ωY，ωZのサイン型の電流をそれぞれ流して
各直流超伝導量子干渉計を変調された磁束で駆動
しておく。こうすることにより、検出用超伝導量
子干渉計SDの出力には、角周波数ωX，ωY，ωZで
変調を受けた信号が混在している。この出力信号
をプリアンプPMで増幅した後、ロツクイン検波
器LM1，LM2，LM3で判別し、角周波数ωX，
ωY，ωZの角周波数成分に分解して取り出し、各
チヤンネルに入力信号が入力されない場合からの
それぞれの変化分を打消すようにフイードバツク
抵抗RFBX，RFBY，RFBZを通してフイードバツク電
流を変調コイルLMX，LMY，LMZそれぞれに流す。
このときフイードバツク抵抗RFBX，RFBY，RFBZの
両端に発生する電圧（判別器）が、入力コイル
LiX，LiY，LiZのそれぞれに入る磁気信号の大き
さに比例することになり、３チヤンネル磁気信号
の同時計測が可能となる。
る。第６図に示すように、直流超伝導量子干渉
計、SX，SY，SZの出力は、それぞれ抵抗rx，
ry，rzを介して、１つの検出用超伝導量子干渉計
SDの入力コイルLiDに接続されている。直流超伝
導量子干渉計SX，SY，SZにそれぞれ電流IBX，
IBY，IBZを流しておき、３つの独立な磁気信号を
入力コイルLiX，LiY，LiZにそれぞれ入力すると、
それぞれの直流超伝導量子干渉計のループ内の磁
束の変化に伴い直流超伝導量子干渉計SX，SY，
SZの電流−電圧特性が変化し、第３図の負荷曲
線Ｃに沿つたような電流ΔIX，ΔIY，ΔIZがそれぞ
れ抵抗rX，rY，rZに分流され、それらの加わつた
電流（ΔIX＋ΔIY＋ΔIZ）が検出用超伝導量子干渉
計SDの入力コイルLiDに流れ込む。入力コイル
LiDに電流が流れることにより検出用超伝導量子
干渉計SDのループ内に磁束が発生し、この磁束
の変化によりその検出超伝導量子干渉計SDの両
端の電圧が変化する。この電圧の変化を取り出す
わけであるが、このままでは、３つの入力信号を
分離することができない。そこで、３つの直流超
伝導量子干渉計SX，SY，SZのそれぞれに変調
コイルLMX，LMY，LMZを設け、これらに角周波数
ωX，ωY，ωZのサイン型の電流をそれぞれ流して
各直流超伝導量子干渉計を変調された磁束で駆動
しておく。こうすることにより、検出用超伝導量
子干渉計SDの出力には、角周波数ωX，ωY，ωZで
変調を受けた信号が混在している。この出力信号
をプリアンプPMで増幅した後、ロツクイン検波
器LM1，LM2，LM3で判別し、角周波数ωX，
ωY，ωZの角周波数成分に分解して取り出し、各
チヤンネルに入力信号が入力されない場合からの
それぞれの変化分を打消すようにフイードバツク
抵抗RFBX，RFBY，RFBZを通してフイードバツク電
流を変調コイルLMX，LMY，LMZそれぞれに流す。
このときフイードバツク抵抗RFBX，RFBY，RFBZの
両端に発生する電圧（判別器）が、入力コイル
LiX，LiY，LiZのそれぞれに入る磁気信号の大き
さに比例することになり、３チヤンネル磁気信号
の同時計測が可能となる。
なお上記実施例では３次元ペクトル型の磁気検
出を念頭において、磁気信号入力コイルと直流超
伝導量子干渉計SX，SY，SZの組合せを３個に
限定したが、これに限定することなく、これらの
組合せの個数は何個でも良い。
出を念頭において、磁気信号入力コイルと直流超
伝導量子干渉計SX，SY，SZの組合せを３個に
限定したが、これに限定することなく、これらの
組合せの個数は何個でも良い。
以上のように、この発明によれば、従来の直流
超伝導量子干渉計にｎ個並列抵抗rX，rY，rZ…を
接続し、これらの抵抗を分流する電流の和の電流
により発生する磁束を検出用超伝導量子干渉計で
検出するように構成したので、超伝導量子干渉計
を用いた従来のｎ入力チヤンネル磁気検出器がｎ
本の出力端子を必要としたのに対し、わずか１本
で済み液体ヘリウムの蒸発を小さくおさえること
ができ、又冷却能力の大きな冷却器を使う必要も
なく非常に経済的になる効果がある。
超伝導量子干渉計にｎ個並列抵抗rX，rY，rZ…を
接続し、これらの抵抗を分流する電流の和の電流
により発生する磁束を検出用超伝導量子干渉計で
検出するように構成したので、超伝導量子干渉計
を用いた従来のｎ入力チヤンネル磁気検出器がｎ
本の出力端子を必要としたのに対し、わずか１本
で済み液体ヘリウムの蒸発を小さくおさえること
ができ、又冷却能力の大きな冷却器を使う必要も
なく非常に経済的になる効果がある。
第１図は直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検
出装置の概念図、第２図は直流超伝導量子干渉計
を構成するジヨセフソン接合の等価回路を示した
等価回路図、第３図は直流超伝導量子干渉計の電
流−電圧特性図、第４図は直流超伝導量子干渉計
ループ内の磁束と出力電圧の関係を示した特性
図、第５図は直流超伝導量子干渉計を用いた従来
の１入力チヤンネル磁気検出器の構成を示した構
成図、第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示
した構成図である。 図において１…ジヨセフソン接合、２…超伝導
インダクタンスループ、３…磁気信号入力コイ
ル、４…変調コイル、５…電流バイアス端子、６
…出力端子、７…短絡抵抗、８…接合容量、９…
ジヨセフソン電流源。
出装置の概念図、第２図は直流超伝導量子干渉計
を構成するジヨセフソン接合の等価回路を示した
等価回路図、第３図は直流超伝導量子干渉計の電
流−電圧特性図、第４図は直流超伝導量子干渉計
ループ内の磁束と出力電圧の関係を示した特性
図、第５図は直流超伝導量子干渉計を用いた従来
の１入力チヤンネル磁気検出器の構成を示した構
成図、第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示
した構成図である。 図において１…ジヨセフソン接合、２…超伝導
インダクタンスループ、３…磁気信号入力コイ
ル、４…変調コイル、５…電流バイアス端子、６
…出力端子、７…短絡抵抗、８…接合容量、９…
ジヨセフソン電流源。
Claims (1)
- １ バイアス電流が流れる直流超伝導量子干渉計
を交流電流で励磁変調し、該直流超伝導量子干渉
計端より出力を検出する超伝導量子干渉計の磁気
検出装置において、複数の独立した上記超伝導量
子干渉計をそれぞれ異なつた周波数をもつ交流電
流で励磁変調し、該直流超伝導量子干渉計の磁気
検出装置の出力を単一の検出用超伝導量子干渉計
の入力コイルに供給し、該検出用超伝導量子干渉
計の出力側で上記複数の独立した超伝導量子干渉
計の磁気検出装置をそれぞれロツクイン検波器で
判別することを特徴とする超伝導量子干渉計の磁
気検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071712A JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071712A JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196480A JPS59196480A (ja) | 1984-11-07 |
| JPH0588433B2 true JPH0588433B2 (ja) | 1993-12-22 |
Family
ID=13468417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58071712A Granted JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59196480A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1268815A (en) * | 1985-06-07 | 1990-05-08 | Mutsuko Hatano | Superconducting current detecting circuit employing dc flux parametron circuit |
| JPH0672913B2 (ja) * | 1986-12-18 | 1994-09-14 | 新技術事業団 | 磁束計測装置 |
| JPH079453B2 (ja) * | 1987-07-30 | 1995-02-01 | 新技術事業団 | 量子磁束パラメトロンの信号検出方法 |
| JPH0443978A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-13 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出装置 |
| JPH07104402B2 (ja) * | 1990-09-07 | 1995-11-13 | ダイキン工業株式会社 | 磁束ロック方法およびその装置 |
-
1983
- 1983-04-22 JP JP58071712A patent/JPS59196480A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59196480A (ja) | 1984-11-07 |
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