JPH0660934B2 - DC SQUID magnetometer - Google Patents

DC SQUID magnetometer

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Publication number
JPH0660934B2
JPH0660934B2 JP2256970A JP25697090A JPH0660934B2 JP H0660934 B2 JPH0660934 B2 JP H0660934B2 JP 2256970 A JP2256970 A JP 2256970A JP 25697090 A JP25697090 A JP 25697090A JP H0660934 B2 JPH0660934 B2 JP H0660934B2
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JP
Japan
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squid
signal
output
circuit
magnetometer
Prior art date
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JP2256970A
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Japanese (ja)
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JPH04136775A (en
Inventor
正生 堀田
久 賀戸
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本発明はDC−SQUID磁束計に関し、特にDC S
QUID磁束計の高感度化および安定動作に関する。
The present invention relates to a DC-SQUID magnetometer, and in particular to DC S
The present invention relates to high sensitivity and stable operation of a QUID magnetometer.

【従来の技術】[Prior art]

SQUID(スーパーコンダクティング・クウォンタム
・インターフェアレンス・デバイス…Superconducting
Quantum Interference Device)は超伝導ジョセフソン
効果を利用した高感度な磁束計である。その中で、DC
−SQUIDは低雑音であることから広く使用されてお
り、例えばジャーナル・オブ・ロウ・テンプリチャー(J
ournal of Low Temperature Physics),Vol.25,Nos.1/
2,,pp99,1976に開示される。このDC−SQUI
Dは第10図(a)に示すように2個のジョセフソン素
子を含む超伝導のリングであり、リングに鎖交する入力
磁束の検出に用いられる。ここで、リングを並行して流
れる電流Iと端子電圧Vとの関係は同図(b)に示すよ
うにリングの鎖交磁束Φにより変化するので、一定電流
Ibでバイアスした状態では第10図(b)に示すように
端子電圧は磁束に対し周期的な関数になる。この周期は
磁束量子Φ(2×10-15Wb)であり、鎖交磁束と端子
電圧の関係をV−Φ特性と呼ぶ。このV−Φ特性の傾斜
が入力磁束に対する感度となる。また、V−Φ特性は第
10図(c)に示すようにバイアス電流Ibにより変化す
る。このため、最大のV−Φ特性が得られるようにバイ
アス電流Ibを設定している。
SQUID (Super Conducting Quantum Interference Device ... Superconducting
Quantum Interference Device) is a highly sensitive magnetometer utilizing the superconducting Josephson effect. Among them, DC
-SQUID is widely used because of its low noise, for example, Journal of Row Template (J
ournal of Low Temperature Physics), Vol.25, Nos.1 /
2, pp99,1976. This DC-SQUI
D is a superconducting ring including two Josephson elements as shown in FIG. 10 (a), and is used for detecting the input magnetic flux linked to the ring. Here, since the relationship between the current I flowing through the rings in parallel and the terminal voltage V changes depending on the interlinking magnetic flux Φ of the ring as shown in FIG.
When biased with I b , the terminal voltage becomes a periodic function with respect to the magnetic flux as shown in FIG. 10 (b). This cycle is a magnetic flux quantum Φ o (2 × 10 -15 Wb), and the relationship between the interlinkage magnetic flux and the terminal voltage is called the V-Φ characteristic. The slope of this V-Φ characteristic becomes the sensitivity to the input magnetic flux. Further, the V-Φ characteristic changes with the bias current I b as shown in FIG. 10 (c). Therefore, the bias current Ib is set so that the maximum V-Φ characteristic is obtained.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術では、最大感度を得るために最適なバイア
ス電流Ibを設定する必要があるが、この設定方法につい
てなんら考慮されておらず、入力に擬似信号を加えて出
力が最大となるようにバイアス電流Ibを設定していた。
このため、この設定作業が煩雑であり、時間を要するな
どの問題があった。さらに、SQUIDの動作異常が生
じたとき感度低下を生じるが、入力信号が低下したの
か、SQUIDの動作異常なのかの判断ができず、磁束
計として使用するときの信頼性を確保することについて
も従来技術はなんら考慮しておらず、使用状態での信頼
性に問題があった。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、そのひと
つの目的は適切なバイアス電流Ibを簡便に設定するでき
るSQUID磁束計を提供するにある。また、本発明の
別の目的は動作異常を簡単に検出できるSQUID磁束
計を提供することにある。さらに本発明の別の目的は複
数のSQUID磁束計の感度を一定にそろえることが容
易な構成を提供するにある。
In the above-mentioned conventional technology, it is necessary to set the optimum bias current I b in order to obtain the maximum sensitivity, but no consideration is given to this setting method, and a pseudo signal is added to the input so that the output becomes maximum. The bias current Ib was set.
Therefore, there is a problem that the setting work is complicated and takes time. Furthermore, when an abnormal operation of the SQUID occurs, the sensitivity decreases, but it cannot be determined whether the input signal has decreased or the operation of the SQUID is abnormal, and it is necessary to ensure the reliability when using it as a magnetometer. The prior art does not take into consideration at all, and there is a problem in reliability in use. The present invention has been made in view of the above circumstances, and one object thereof is to provide an SQUID magnetometer capable of easily setting an appropriate bias current I b . Another object of the present invention is to provide an SQUID magnetometer capable of easily detecting an abnormal operation. Still another object of the present invention is to provide a configuration in which it is easy to make the sensitivities of a plurality of SQUID magnetometers uniform.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本発明の上記目的は、SQUIDに加えられた変調磁界
が出力端子に発生する電圧の偶数高調波成分を検出する
ことにより達成される。
The above object of the present invention is achieved by detecting the even harmonic component of the voltage generated at the output terminal by the modulating magnetic field applied to the SQUID.

【作用】[Action]

本発明に係るDC−SQUID磁束計において、変調磁
界によりSQUIDの端子に発生する電圧の偶数高調波
成分は入力信号の有無あるいは大きさに依らずV−Φ特
性に依存するため、この偶数高調波成分を検出すること
により最適バイアス電流の設定および、SQUIDの動
作異常の検知ができる。
In the DC-SQUID magnetometer according to the present invention, the even harmonic components of the voltage generated at the terminals of the SQUID due to the modulation magnetic field depend on the V-Φ characteristic regardless of the presence or absence of the input signal or the magnitude thereof. The optimum bias current can be set and the SQUID operation abnormality can be detected by detecting the component.

【実施例】【Example】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第2図は本発明の原理を説明する図である。第2図にお
いて、解析を容易にするためにV−Φ特性を折線で近似
する。このV−Φ特性に2φmの振幅を有する正弦波を
変調信号として与える。さらにこれに、φinなる入力磁
界があるとすると、SQUIDの端子電圧Voは同図のよ
うに交互に振幅の異なる半波波形となる。このとき、各
半波波形を振幅の異なる正弦波の1/2周期であるとし
て近似し、そのフーリエ展開の式で出力電圧Vo(t)を
表すと、(1)式のようになる。 また、倍周波成分Vo2(t)は次式で表される。 ここで、Kは係数であり、V−Φ特性の傾きすなわち入
力磁束に対する感度を示すものである。また、ωは変調
波の角速度である。まず、(1)式から変調波と同一の
基本周波数成分は入力磁束φinに比例することがわか
る。したがって、通常この基本波成分を増幅し、変調磁
束に同期して位相検波することによって入力磁束を検出
している。一方、偶数高調波成分とくに倍周波成分に着
目すると、この成分は、入力磁界に依らず一定で、係数
Kと変調磁束の大きさφに比例することになる。ここ
で、φは一定に与えることは可能であり、KはV−Φ
特性の傾き、すなわち感度に比例する係数であるから、
結局この倍周波成分を検出することでV−Φ特性の状況
を知ることができる。 第1図に上記原理に基づいた本発明の第1の実施例を示
す。同図において2つのジョセフソン接合が超電導線に
より並列接続されて成るSQUIDのリング1には入力
コイル3−1が結合され、検出コイル3−1により測定
された磁束がSQUIDの入力コイル3−1より再び発
生してリング1に鎖交する。また、変調及び帰還コイル
4には発振器6で発する周波数fcの交流電流が流さ
れ、もってコイル4からリング1には変調磁界が加えら
れる。また電流源5によりバイアス電流IoがSQUID
に与えられる。SQUIDの端子電圧は増幅器2により
増幅され、同期検波回路71と高域遮断フイルタ81よ
り変調波の基本波成分が検出され入力信号に対する出力
を得ることができる。さらに、この出力を帰還コイルに
よりSQUIDに帰還することでSQUID内の磁界を
一定に保つように帰還され、その結果、帰還信号が入力
磁束に比例することから出力91を得ることができるも
のである。以上は従来行われている方法であるが、これ
に以下の手段を追加することにより本発明の目的を達成
できる。 増幅器2の出力は変調波の周波数fcの倍の周波数2f
cで動作する同期検波回路72に入力し、さらにその出
力を高域遮断フイルタ82を介して倍周波成分の大きさ
を示す倍周波検知出力92を得る。なお、61は発振器
6の出力から倍周波を発生する回路である。このフイル
タ82の出力は(2)式の係数項(4Kφ/3π)に
比例していることになる。そこで、この出力が最大とな
るときが、SQUIDの感度が最大のときであり、した
がって、この出力が最大あるいは所定の値となるように
電流設定手段10により電流源5の出力電流Ioの大きさ
を設定すれば自動的にバイアス電流を最適値に設定する
ことができる。 次に、第2の実施例を第3図に示す。同図は第1図の倍
周波検知出力92にそのレベルを判別するレベル判別回
路11を設けたものである。このレベル判別回路は具体
的には比較器でよく、閾値VTH以下に倍周波検知出力9
2がなったかどうかを検出し、閾値以下となったときに
SQUIDの動作異常として警告信号を発生するように
したものである。 次に、第1図、および第3図に示した電流設定手段10
の第1の具体的構成例を第4図に示す。同図において倍
周波成分の大きさを表す倍周波検知出力92をA/D変
換器110によりデジタル値に変換し、そのデータをレジ
スタR(A)121に入れる。次のクロックによりレジ
スタR(A)121のデータはレジスタR(B)122
に送られ、同時にレジスタR(A)121には次のデー
タが記憶される。このデータAと1クロック前のデータ
Bとを比較器130により比較する。ここで、この比較
器130はA<Bで“1”を出力するものとする。さら
に、この比較器出力でフリップフロップ140を駆動
し、このフリップフロップ140の出力はアップ/ダウ
ンカウンタ150のはカウントアップかカウントダウン
かを制御する。また、このカウンタ150のデータがD
/A変換器の入力信号となり、アナログ値に変換されて
第1図、もしくは第3図に示した電流源5の入力信号と
なり、電流源5はこの信号に比較した電流を発生するも
のとする。なお、170は各回路にクロックを供給する
ためのクロック発生回路である。 ここで、さらに詳しく本電流設定手段について説明す
る。第4図の各回路の動作を第5図に示す。まず初めに
レジスタ121、122、,フリップフロップ140お
よびアップ/ダウンカウンタ150はクリアされてお
り、初期状態にあるとする。ここで、アップ/ダウンカ
ウンタ150は制御信号が“0”のときカウントアップ
となり、“1”のときカウントダウンになるものとす
る。最初フリップフロップ140の出力は“0”である
からアップ/ダウンカウンタ150はカウントアップ
し、それに伴いD/A変換器の出力は増加していく。こ
れに比例してSQUIDのバイアス電流も増加する。こ
の時レジスタの値はA>Bであるから比較器130の出
力は“0”のままで、フリップフロップ140の出力も
“0”のままである。ところが、バイアス電流が増加
し、SQUIDの感度が最大すなわち倍周波成分の大き
さが最大になるとそのあとは減少しはじめる。すると、
レジスタの出力はA<Bとなり比較器出力は“1”とな
る。これによりフリップフロップ140の出力は“1”
となり、アップ/ダウンカウンタ150はカウントダウ
ンに転じる。この出力によってD/A変換器出力が変化
し、SQUIDバイアス電流を減少させる。すると、倍
周波成分はまた増加し、レジスタの出力はA>Bとなり
比較器出力は“0”となる。つぎのクロックではバイア
ス電流は減少するために倍周波成分は減少し、A<Bと
なり比較器出力は再び“1”となり、フリップフロップ
140の出力は“0”となり、アップ/ダウンカウンタ
150はカウントアップに転じる。このあとは再びバイ
アス電流は増加することになり、以上述べた動作を繰り
返すことになる。したがって、D/A変換器の出力は倍
周波成分が最大付近すなわち感度最大となる付近で収束
することになる。そこで、このように収束した段階でク
ロックを停止するなどD/A変換器の入力データを固定
すればSQUIDのバイアス電流を感度最大付近に自動
的に設定できるようになる。 なお、第4図においてレジスタ121はA/D変換器に
含まれる出力ラッチと考えてもよい。 次に、電流設定手段10の第2の具体的構成例を第6図
に示す。同図はA/D変換器を用いずにアナログ的に上
記動作を行わせるようにしたものである。まず、倍周波
検知出力92はサンプル/ホールド回路(S/H)11
1でサンプルされその値がホールドされる。次にクロッ
クによりS/H111のデータがサンプル/ホールド回
路(S/H)112でサンプルされその値がホルードさ
れ、同時にサンプル/ホールド回路(S/H)111で
つぎのデータをサンプルする。このデータAと1クロッ
ク前のデータBとをアナログの比較131により比較す
るものである。この比較器131の出力でフリップフロ
ップ140を駆動し、このフリップフロップ140の出
力でアップ/ダウンカウンタ150のはカウントアップ
かカウントダウンかを制御するのは、第4図と同様であ
り、各回路の動作についても第5図で説明したのと同様
に考えてよい。本電流設定手段ではA/D変換器やレジ
スタを必要としないことから回路が簡単になり、消費電
力の低減も図れる。 以上は倍周波成分が最大すなわちSQUIDの感度が最
大となるようにバイアス電流を自動的に設定する方法に
ついて述べた。しかしながら、SQUID磁束計を多数
個使用して測定を行う場合、各SQUID磁束計がそれ
ぞれ最大感度に調整されているよりもすべてのSQUI
D磁束計が同一の感度を有している方が都合がよい場合
がある。そこで、次に一定の感度に自動的に調整する実
施例を以下に述べる。 第7図は上記した一定感度に自動的に調整するための電
流設定手段10の具体的構成例を示したものである。同
図に従って動作を説明する。倍周波検知出力92をA/
D変換器110によりデジタル値に変換し、そのデータ
はレジスタR(A)121により一時保持される。この
データAと閾値発生回路123により発生した閾値THと
を比較器130により比較する。ここで、この比較器1
30はA>THで“1”を出力するものとする。さら
に、この比較器出力でアップ/ダウンカウンタ150の
カウントアップかカウントダウンかを制御する。また、
このカウンタ150のデータがD/A変換器の入力信号
となり、アナログ値に変換されて第2図、および第3図
に示した電流源5の入力信号となる。その他は第4図と
同様である。 ここで、さらに詳しく本電流設定手段について説明す
る。第7図の各回路の動作を第8図に示す。まず初めに
レジスタ121、およびアップ/ダウンカウンタ150
はクリアされており、初期状態にあるとする。ここで、
初めにバイアス電流は流れていないか、あるいは小さな
値なので、A<THである。したがって、比較器130
の出力は“0”であるからアップ/ダウンカウンタ15
0はカウントアップし、それに伴いD/A変換器の出力
は増加していく。これに比例してSQUIDのバイアス
電流も増加する。ところが、バイアス電流が増加し、S
QUIDの感度が増大し、倍周波成分の大きさが閾値を
越えるとA>THとなり比較器出力は“1”となる。こ
れによりアップ/ダウンカウンタ150はカウントダウ
ンに転じる。この出力によってD/A 変換器出力が変化し、SQUIDバイアス電流を減少さ
せる。すると、倍周波成分は減少し、A<THとなり比
較器出力は“0”となり、アップ/ダウンカウンタ15
0はカウントアップに転じる。このあとは再びバイアス
電流は増加することになり、以上述べた動作を繰り返す
ことになる。したがって、D/A変換器の出力は倍周波
成分があらかじめ決められた閾値付近で収束することに
なる。そこで、このように収束した段階でクロックを停
止するなどD/A変換器の入力データを固定すればSQ
UIDのバイアス電流を感度がほぼ一定になるように自
動的に設定できるようになる。 なおこの場合もレジスタ121はA/D変換器に含まれ
る出力ラッチと考えてもよいことは第4図に場合と同じ
である。 次に、一定感度に自動的に調整するための電流設定手段
10の他の具体的構成例を第9図に示す。同図は第6図
と同様にはA/D変換器を用いずにアナログ的に上記動
作を行わせるようにしたものである。まず、倍周波検知
出力92はサンプル/ホールド回路(S/H)111で
サンプルされその値がホールドされる。このデータAと
閾値発生回路113により発生したアナログの閾値とを
アナログの比較器131により比較するものである。こ
の比較器131の出力でアップ/ダウンカウンタ150
のはカウントアップかカウントダウンかを制御するの
は、第7図と同様であり、各回路の動作についても第8
図で説明したのと同様に考えてよい。本電流設定手段で
はA/D変換器やレジスタを必要としないことから回路
が簡単になり、消費電力の低減も図れることも第6図と
同様である。 以上、第1、第2の実施例に関連して電流設定手段の具
体的構成例を示したが、この動作はマイクロコンピュー
タなど計算機を用いても同様な動作を行えることは明ら
かである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the present invention. In FIG. 2, the V-Φ characteristic is approximated by a broken line to facilitate the analysis. A sine wave having an amplitude of 2φm is given to this V-Φ characteristic as a modulation signal. Further, if there is an input magnetic field of φ in , the terminal voltage V o of the SQUID becomes a half-wave waveform having different amplitudes alternately as shown in the same figure. At this time, each half-wave waveform is approximated as being a half cycle of a sine wave having a different amplitude, and the output voltage V o (t) is represented by the equation of its Fourier expansion, as shown in equation (1). Further, the double frequency component V o2 (t) is expressed by the following equation. Here, K is a coefficient and indicates the slope of the V-Φ characteristic, that is, the sensitivity to the input magnetic flux. Further, ω is the angular velocity of the modulated wave. First, from equation (1), it can be seen that the same fundamental frequency component as the modulated wave is proportional to the input magnetic flux φ in . Therefore, the input magnetic flux is usually detected by amplifying the fundamental wave component and performing phase detection in synchronization with the modulation magnetic flux. On the other hand, paying attention to the even harmonic component, especially the double frequency component, this component is constant regardless of the input magnetic field, and is proportional to the coefficient K and the magnitude φ m of the modulation magnetic flux. Here, φ m can be given constant, and K is V−Φ
The slope of the characteristic, that is, the coefficient proportional to the sensitivity,
Eventually, the condition of the V-Φ characteristic can be known by detecting this double frequency component. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention based on the above principle. In the figure, an input coil 3-1 is coupled to an SQUID ring 1 composed of two Josephson junctions connected in parallel by a superconducting wire, and the magnetic flux measured by the detection coil 3-1 is the SQUID input coil 3-1. It occurs again and interlinks with ring 1. Further, an alternating current having a frequency fc generated by an oscillator 6 is passed through the modulation and feedback coil 4, so that a modulation magnetic field is applied from the coil 4 to the ring 1. Further, the bias current I o is SQUID by the current source 5.
Given to. The terminal voltage of the SQUID is amplified by the amplifier 2, the fundamental wave component of the modulated wave is detected by the synchronous detection circuit 71 and the high frequency cutoff filter 81, and the output for the input signal can be obtained. Further, this output is fed back to the SQUID by the feedback coil so that the magnetic field in the SQUID is kept constant, and as a result, the feedback signal is proportional to the input magnetic flux, so that the output 91 can be obtained. . Although the above is the method that has been conventionally performed, the object of the present invention can be achieved by adding the following means to this method. The output of the amplifier 2 has a frequency 2f that is twice the frequency fc of the modulated wave.
It is input to the synchronous detection circuit 72 operating at c, and its output is further passed through a high frequency cutoff filter 82 to obtain a double frequency detection output 92 indicating the magnitude of the double frequency component. Reference numeral 61 is a circuit for generating a doubled frequency from the output of the oscillator 6. The output of the filter 82 will be proportional to (2) the coefficient terms (4Kφ m / 3π). Therefore, the time when this output becomes maximum is the time when the sensitivity of the SQUID is maximum, and therefore, the output current I o of the current source 5 is increased by the current setting means 10 so that this output becomes maximum or a predetermined value. By setting the height, the bias current can be automatically set to the optimum value. Next, a second embodiment is shown in FIG. In the figure, a level discriminating circuit 11 for discriminating the level is provided in the double frequency detection output 92 of FIG. This level discriminating circuit may specifically be a comparator, and outputs the double-frequency detection output 9 below the threshold V TH.
It is detected whether or not 2, and a warning signal is generated as an operation abnormality of the SQUID when it becomes less than or equal to the threshold value. Next, the current setting means 10 shown in FIG. 1 and FIG.
FIG. 4 shows a first concrete configuration example of the above. In the figure, the double-frequency detection output 92 representing the magnitude of the double-frequency component is converted into a digital value by the A / D converter 110, and the data is stored in the register R (A) 121. The data of the register R (A) 121 is transferred to the register R (B) 122 by the next clock.
Then, the following data is stored in the register R (A) 121 at the same time. The data A and the data B one clock before are compared by the comparator 130. Here, it is assumed that the comparator 130 outputs "1" when A <B. Further, the output of the comparator drives the flip-flop 140, and the output of the flip-flop 140 controls whether the up / down counter 150 counts up or down. The data of this counter 150 is D
It becomes an input signal of the A / A converter, is converted into an analog value and becomes an input signal of the current source 5 shown in FIG. 1 or FIG. 3, and the current source 5 generates a current compared with this signal. . Reference numeral 170 is a clock generation circuit for supplying a clock to each circuit. Here, the current setting means will be described in more detail. The operation of each circuit in FIG. 4 is shown in FIG. First, it is assumed that the registers 121 and 122, the flip-flop 140, and the up / down counter 150 are cleared and are in an initial state. Here, the up / down counter 150 counts up when the control signal is “0” and counts down when the control signal is “1”. Since the output of the flip-flop 140 is "0" at first, the up / down counter 150 counts up, and the output of the D / A converter increases accordingly. The SQUID bias current also increases in proportion to this. At this time, since the register value is A> B, the output of the comparator 130 remains "0" and the output of the flip-flop 140 also remains "0". However, when the bias current increases and the sensitivity of the SQUID becomes maximum, that is, the magnitude of the frequency doubler component becomes maximum, then it starts to decrease. Then,
The output of the register is A <B and the comparator output is "1". As a result, the output of the flip-flop 140 is "1".
Therefore, the up / down counter 150 starts counting down. This output changes the output of the D / A converter and reduces the SQUID bias current. Then, the double frequency component increases again, the output of the register becomes A> B, and the comparator output becomes "0". At the next clock, since the bias current decreases, the double frequency component decreases, A <B, the comparator output becomes “1” again, the output of the flip-flop 140 becomes “0”, and the up / down counter 150 counts. Turn up. After this, the bias current will increase again, and the above-described operation will be repeated. Therefore, the output of the D / A converter converges near the maximum frequency component, that is, near the maximum sensitivity. Therefore, if the input data of the D / A converter is fixed, such as stopping the clock at the stage of convergence, the bias current of the SQUID can be automatically set near the maximum sensitivity. The register 121 in FIG. 4 may be considered as an output latch included in the A / D converter. Next, FIG. 6 shows a second specific configuration example of the current setting means 10. In the figure, the above operation is performed in an analog manner without using an A / D converter. First, the double frequency detection output 92 is the sample / hold circuit (S / H) 11
It is sampled at 1 and its value is held. Next, the data of the S / H 111 is sampled by the sample / hold circuit (S / H) 112 and its value is held by the clock, and at the same time, the next data is sampled by the sample / hold circuit (S / H) 111. The data A and the data B one clock before are compared by an analog comparison 131. The output of the comparator 131 drives the flip-flop 140, and the output of the flip-flop 140 controls whether the up / down counter 150 counts up or down, as in the case of FIG. The operation may be considered in the same manner as described with reference to FIG. Since the current setting means does not require an A / D converter or a register, the circuit is simplified and power consumption can be reduced. The above has described the method of automatically setting the bias current so that the double frequency component is maximum, that is, the sensitivity of the SQUID is maximum. However, when a large number of SQUID magnetometers are used for measurement, all SQUID magnetometers are adjusted to maximum sensitivity rather than being adjusted for each SQUID magnetometer.
It may be convenient for the D magnetometers to have the same sensitivity. Therefore, an example in which the sensitivity is automatically adjusted to a constant value will be described below. FIG. 7 shows a specific configuration example of the current setting means 10 for automatically adjusting to the above-mentioned constant sensitivity. The operation will be described with reference to FIG. Double frequency detection output 92
It is converted into a digital value by the D converter 110, and the data is temporarily held by the register R (A) 121. The comparator 130 compares the data A with the threshold TH generated by the threshold generation circuit 123. Here, this comparator 1
It is assumed that 30 outputs “1” when A> TH. Further, the output of this comparator controls whether the up / down counter 150 counts up or down. Also,
The data of the counter 150 becomes the input signal of the D / A converter and is converted into an analog value to become the input signal of the current source 5 shown in FIGS. 2 and 3. Others are the same as in FIG. Here, the current setting means will be described in more detail. The operation of each circuit in FIG. 7 is shown in FIG. First, the register 121 and the up / down counter 150
Has been cleared and is in the initial state. here,
At first, the bias current does not flow or is a small value, so that A <TH. Therefore, the comparator 130
Output is "0", so up / down counter 15
0 counts up, and the output of the D / A converter increases accordingly. The SQUID bias current also increases in proportion to this. However, the bias current increases and S
When the sensitivity of the QUID increases and the magnitude of the double frequency component exceeds the threshold value, A> TH and the comparator output becomes "1". This causes the up / down counter 150 to start counting down. This output changes the D / A converter output and reduces the SQUID bias current. Then, the double frequency component decreases, A <TH, the comparator output becomes “0”, and the up / down counter 15
0 starts counting up. After this, the bias current will increase again, and the above-described operation will be repeated. Therefore, the output of the D / A converter is such that the double frequency component converges near a predetermined threshold value. Therefore, if the input data of the D / A converter is fixed, such as by stopping the clock at the stage of convergence in this way, SQ
The bias current of the UID can be automatically set so that the sensitivity becomes almost constant. In this case, too, the register 121 may be considered as an output latch included in the A / D converter, as in the case of FIG. Next, another specific configuration example of the current setting means 10 for automatically adjusting to a constant sensitivity is shown in FIG. Similar to FIG. 6, this figure shows the above operation in an analog manner without using an A / D converter. First, the double-frequency detection output 92 is sampled by the sample / hold circuit (S / H) 111 and its value is held. The analog comparator 131 compares the data A with the analog threshold value generated by the threshold value generation circuit 113. The output of the comparator 131 is used as the up / down counter 150.
The control of whether to count up or count down is the same as in FIG. 7, and the operation of each circuit is also the same as in FIG.
It may be considered in the same way as explained in the figure. This current setting means does not require an A / D converter or a register, so that the circuit is simple and the power consumption can be reduced as in the case of FIG. The concrete configuration examples of the current setting means have been described above in relation to the first and second embodiments, but it is clear that this operation can be performed by using a computer such as a microcomputer.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上、詳細に説明した如く、本発明によれば、SQUI
D磁束計の感度を擬似信号などを用いることなしに自動
的に、最大あるいは一定に設定できる。また、SQUI
D磁束計を使用中でもSQUIDの動作以上を検出でき
る。このため、調整が容易となると共に信頼性が向上す
るという効果がある。
As described above in detail, according to the present invention, the SQUI
The sensitivity of the D magnetometer can be automatically set to the maximum or constant without using a pseudo signal. Also, SQUI
Even when using the D magnetometer, more than SQUID operation can be detected. Therefore, there is an effect that the adjustment is facilitated and the reliability is improved.

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

第1図は第1の実施例を示す図、第2図は本発明の原理
を示す図、第3図は第2の実施例を示す図、第4図は電
流設定回路の第1の具体的構成を示す図、第5図は第4
図の動作を説明する図、第6図は電流設定回路の第2の
具体的構成を示す図、第7図は電流設定回路の第3の具
体的構成を示す図、第8図は第7図の動作を説明する
図、第9図は電流設定回路の第4の具体的構成を示す
図、第10図は従来のSQUID磁束計を説明する図で
ある。 1…SQUIDリング、2…増幅器、3…入力コイル
系、4…変調および帰還コイル、5…電流源、6…発振
器、61…倍周波発生回路、 71,72…同期検波回路、81,82…広域遮断フィ
ルタ、10…電流設定手段。
FIG. 1 is a diagram showing the first embodiment, FIG. 2 is a diagram showing the principle of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing the second embodiment, and FIG. 4 is a first concrete example of the current setting circuit. Fig. 5 is the fourth figure
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the figure, FIG. 6 is a diagram showing a second specific configuration of the current setting circuit, FIG. 7 is a diagram showing a third specific configuration of the current setting circuit, and FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the figure, FIG. 9 is a diagram showing a fourth specific configuration of the current setting circuit, and FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional SQUID magnetometer. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... SQUID ring, 2 ... Amplifier, 3 ... Input coil system, 4 ... Modulation and feedback coil, 5 ... Current source, 6 ... Oscillator, 61 ... Double frequency generation circuit, 71, 72 ... Synchronous detection circuit, 81, 82 ... Wide area cutoff filter, 10 ... Current setting means.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 下中 義之 (56)参考文献 特開 平3−131781(JP,A) 特開 平4−99980(JP,A) 特開 平2−8762(JP,A) 特開 昭63−153484(JP,A) 特開 昭62−102174(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page Examiner Yoshiyuki Shimonaka (56) References JP-A-3-131781 (JP, A) JP-A-4-99980 (JP, A) JP-A-2-8762 (JP, A) JP-A-63-153484 (JP, A) JP-A-62-102174 (JP, A)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも2個のジョセフソン接合を含む
直流SQUIDと、 該SQUIDにバイアス電流を与える電流源と、 変調磁界信号を該SQUIDに与える帰還コイルと、 該SQUIDの端子電圧を増幅する増幅回路と、 増幅した信号を同期検波し高域遮断フイルタにより該変
調磁界信号の基本波成分を検出する手段と、 上記基本波成分を上記帰還コイルに帰還するとともに入
力磁束に比例した出力を得る直流SQUID磁束計にお
いて、 上記増幅回路と上記電流源との間に、 上記増幅回路の信号から上記変調磁界信号の偶数高調波
成分を検出する手段と、 該偶数高調波成分の信号が最大になるように制御する電
流設定手段とを設けたことを特徴とする直流SQUID
磁束計。
1. A direct current SQUID including at least two Josephson junctions, a current source for giving a bias current to the SQUID, a feedback coil for giving a modulated magnetic field signal to the SQUID, and an amplifier for amplifying a terminal voltage of the SQUID. A circuit, a means for synchronously detecting the amplified signal and detecting the fundamental wave component of the modulated magnetic field signal by a high-frequency cutoff filter, and a direct current for feeding back the fundamental wave component to the feedback coil and obtaining an output proportional to the input magnetic flux. In the SQUID magnetometer, means for detecting an even harmonic component of the modulated magnetic field signal from the signal of the amplifier circuit between the amplifier circuit and the current source, and a signal for the even harmonic component is maximized. DC SQUID, characterized in that current setting means for controlling
Magnetometer.
【請求項2】上記偶数高調波成分を検出する手段とし
て、 上記変調磁界信号の2倍の周波数得る倍周波発生回路
と、 該倍周波発生回路の出力の信号で動作する同期検波回路
と、 該同期検波回路の出力信号をフイルタする高域遮断フイ
ルタから成る特許請求の範囲第1項記載の直流SQUI
D磁束計。
2. A means for detecting the even harmonic components, a double frequency generating circuit for obtaining a frequency twice as high as the modulating magnetic field signal, and a synchronous detection circuit operating with a signal output from the double frequency generating circuit, The DC SQUI according to claim 1, comprising a high-frequency cutoff filter for filtering the output signal of the synchronous detection circuit.
D magnetometer.
【請求項3】上記偶数高調波成分を検出する手段の出力
にSQUIDの異常を検出して警告信号を発生するレベ
ル判定回路を付加したことを特徴とす特許請求の範囲第
1項記載の直流SQUID磁束計。
3. The direct current according to claim 1, further comprising a level determination circuit for detecting an abnormality in SQUID and generating a warning signal, at the output of the means for detecting even harmonic components. SQUID magnetometer.
【請求項4】上記電流設定手段として、上記高域遮断フ
イルタの出力をクロック信号に基づいて記憶して比較す
る手段と、 比較結果により上記クロック信号を計数するカウンタ回
路と、 該カウンタ回路の出力をアナログに変換するD/A変換
器とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項か
ら第3項のいずれか記載の直流SQUID磁束計。
4. The current setting means, means for storing and comparing the output of the high-frequency cutoff filter based on a clock signal, a counter circuit for counting the clock signal according to a comparison result, and an output of the counter circuit. A DC SQUID magnetometer according to any one of claims 1 to 3, wherein the DC SQUID magnetometer comprises a D / A converter for converting the signal into an analog signal.
【請求項5】上記記憶して比較する手段として、上記ク
ロック信号に基づいてアナログ信号をデジタルに変換し
時系列的に入力されるデータを記憶する二つのメモリ
と、 該メモリの内容を比較することを特徴する特許請求の範
囲第4項記載の直流SQUID磁束計。
5. As the means for storing and comparing, the contents of the memories are compared with two memories for converting analog signals into digital signals based on the clock signal and storing data to be input in time series. The DC SQUID magnetometer according to claim 4, characterized in that
【請求項6】上記記憶して比較する手段として、アナロ
グ信号をデジタルに変換し記憶する手段と、 該メモリの内容と所定値とを比較することを特徴する特
許請求の範囲第4項記載の直流SQUID磁束計。
6. The means for storing and comparing as described above, wherein the means for converting an analog signal into digital and storing it and the contents of the memory and a predetermined value are compared. DC SQUID magnetometer.
【請求項7】上記記憶して比較する手段として、上記ク
ロック信号で動作する二つのサンプルホールド回路と、 該サンプルホールド回路の出力を比較するアナログコン
パレータから成ることをを特徴とする特許請求の範囲第
4項記載の直流SQUID磁束計。
7. The means for storing and comparing comprises: two sample and hold circuits operating with the clock signal; and an analog comparator for comparing the outputs of the sample and hold circuits. The DC SQUID magnetometer described in the fourth item.
【請求項8】上記記憶して比較する手段として、上記ク
ロック信号で動作するサンプルホルード回路と、 該サンプルホルード回路の出力と所定値とを比較するア
ナログコンパレータであることをを特徴する特許請求の
範囲第4項記載の直流SQUID磁束計。
8. The means for storing and comparing is a sample hold circuit operating with the clock signal, and an analog comparator for comparing an output of the sample hold circuit with a predetermined value. The DC SQUID magnetometer according to claim 4.
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