JPH0743418B2 - Dummy-SQUID - Google Patents

Dummy-SQUID

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JPH0743418B2
JPH0743418B2 JP2237960A JP23796090A JPH0743418B2 JP H0743418 B2 JPH0743418 B2 JP H0743418B2 JP 2237960 A JP2237960 A JP 2237960A JP 23796090 A JP23796090 A JP 23796090A JP H0743418 B2 JPH0743418 B2 JP H0743418B2
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squid
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は疑似的にSQUID(Superconducting Quantum I
ntreference Device、超伝導量子干渉素子)と同様の信
号入出力特性を有する全く新規なダミーSQUIDに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> This invention is a pseudo SQUID (Superconducting Quantum I).
ntreference Device, a superconducting quantum interference device) and a completely new dummy SQUID having the same signal input / output characteristics.

<従来の技術、および発明が解決しようとする課題> 従来から非常に高感度の磁束検出を行なうことができる
という特質に着目して、種々の分野でSQUIDが応用され
ている。また、SQUIDには、ジョセフソン接合(以下、J
Jと略称する)を1つだけ有するrf−SQUIDと、JJを2つ
有するdc−SQUIDとがあり、従来はrf−SQUIDが一般的に
用いられていたが、最近では薄膜製造技術が進歩して特
性が揃った2つのJJが得られるようになってきたので、
磁束検出感度が高いdc−SQUIDが広く用いられるように
なってきた。
<Prior Art and Problem to be Solved by the Invention> SQUID has been applied in various fields, focusing on the characteristic that magnetic flux can be detected with extremely high sensitivity. In addition, Josephson junction (hereinafter J
There is an rf-SQUID having only one J) and a dc-SQUID having two JJs. Conventionally, the rf-SQUID was generally used, but recently thin film manufacturing technology has advanced. Since two JJs with the same characteristics have come to be obtained,
Dc-SQUID, which has high magnetic flux detection sensitivity, has been widely used.

第5図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気回路図
であり、超伝導ループ(71)の所定箇所に2つのJJ(7
2)が形成されているとともに、定電流源(70)により
2つのJJ(72)を挾んで超伝導ループ(71)にバイアス
電流を供給している。そして、測定対象の磁束を検出す
るためのピックアップ・コイル(74)と接続された入力
コイル(73)を超伝導ループ(71)に近接させて設けて
いる。さらに、2つのJJ(72)を挾んで超伝導ループ
(71)の出力電圧を変圧する電圧変圧トランス(75)の
出力電圧を増幅器(76)により増幅し、発振器(77)か
ら出力される被変調信号に基づいて同期検波器(78)に
より復調し、積分器(79)により復調信号を積分し、外
部磁束に比例した電圧として外部に出力している。ま
た、積分器(79)からの出力信号と発振器(77)からの
被変調信号とを加算器(80)により加算し、電圧−電流
交換器(81)によりフィードバック電流に変換してモジ
ュレーション・コイル(82)に供給し、ピックアップ・
コイル(74)で検出した外部磁束を打ち消すようにして
いる。
Fig. 5 is an electric circuit diagram for explaining the principle of the dc-SQUID magnetometer. Two JJ (7
2) is formed and a constant current source (70) sandwiches two JJs (72) to supply a bias current to the superconducting loop (71). An input coil (73) connected to the pickup coil (74) for detecting the magnetic flux to be measured is provided close to the superconducting loop (71). Further, the output voltage of the voltage transformer (75) that transforms the output voltage of the superconducting loop (71) by sandwiching the two JJs (72) is amplified by the amplifier (76) and output from the oscillator (77). The synchronous detector (78) demodulates based on the modulation signal, the integrator (79) integrates the demodulated signal, and outputs it as a voltage proportional to the external magnetic flux. In addition, the output signal from the integrator (79) and the modulated signal from the oscillator (77) are added by the adder (80) and converted into a feedback current by the voltage-current exchanger (81), and the modulation coil (82) supply, pickup
The external magnetic flux detected by the coil (74) is canceled.

このように磁束ロック・ループ(以下、FLLと略称す
る)にdc−SQUIDを組み込めば、第6図に示すように、
磁束−電圧変換係数が鎖交磁束の大きさによって周期的
に変化することに起因してそのままでは超伝導ループの
鎖交磁束を計測できないという不都合を解消でき、交換
率が最大の点に磁束を保持し続けることにより鎖交磁束
の計測を可能にすることができる。即ち、ピックアップ
・コイル(74)および入力コイル(73)を介して超伝導
ループ(71)に外部から加えられる磁束と同じ大きさで
かつ逆向きの磁束をモジュレーション・コイル(82)を
介してフィードバックすることにより外部磁束をキャン
セルし、モジュレーション・コイル(82)に供給される
フィードバック電流をモニタすることにより外部磁束を
計測できる。
If the dc-SQUID is incorporated into the magnetic flux lock loop (hereinafter abbreviated as FLL) in this way, as shown in FIG.
The inconvenience that the interlinkage magnetic flux of the superconducting loop cannot be measured as it is because the flux-voltage conversion coefficient changes periodically depending on the magnitude of the interlinkage flux, the flux can be applied to the point where the exchange rate is maximum. By continuing to hold it, it is possible to measure the interlinkage magnetic flux. That is, a magnetic flux having the same magnitude as the magnetic flux externally applied to the superconducting loop (71) via the pickup coil (74) and the input coil (73) but in the opposite direction is fed back via the modulation coil (82). The external magnetic flux can be canceled by doing so, and the external magnetic flux can be measured by monitoring the feedback current supplied to the modulation coil (82).

また、一般的には、FLLを有するSQUID磁束計を得ようと
すれば、FLL回路の設計が必要であり、FLL回路の開発、
試作したFLL回路の動作試験等を行なう場合には、SQUID
を実際に接続しなければならないので、種々の不都合を
生じてしまうことになるという不都合がある。即ち、SQ
UIDを動作させるために4K程度の極超低温の環境を得る
ことが必要になり、SQUIDの接続等を含めてSQUIDの取り
扱いが困難であるとともにSQUID自体の寿命が短いとい
う不都合および経年変化が比較的大きく磁束−電圧変換
係数の再現性が乏しいという不都合があり、さらに、SQ
UIDがデュワの中に収容されるのであるから全体として
著しく嵩張るという不都合がある。また、SQUIDは著し
く高感度であるから、環境雑音と測定信号とを共に検出
してしまうという不都合もある。さらに、SQUIDへの入
力として既知量の磁束を与える必要があるが、著しく微
弱な基準磁束を得ることが殆ど不可能であり、FLL回路
の完全な性能評価を行なうことができないという不都合
がある。また、信号検出回路をも含めて動作させた結
果、何らかの不都合が生じた場合には、SQUID側に不都
合が生じているのか、信号検出回路側に不都合が生じて
いるのかを特定することができないという不都合があ
る。
Further, generally, in order to obtain a SQUID magnetometer having a FLL, it is necessary to design a FLL circuit.
When performing an operation test of the prototype FLL circuit, SQUID
Has to be actually connected, which causes various inconveniences. That is, SQ
In order to operate the UID, it is necessary to obtain an ultra-low temperature environment of about 4K, which makes it difficult to handle the SQUID including the connection of the SQUID, and the SQUID itself has a short lifespan. There is a disadvantage that the reproducibility of the magnetic flux-voltage conversion coefficient is large and the SQ
Since the UID is stored in the dewar, there is a disadvantage that it is extremely bulky as a whole. In addition, since SQUID has a remarkably high sensitivity, there is a disadvantage that both environmental noise and the measurement signal are detected. Further, it is necessary to give a known amount of magnetic flux as an input to the SQUID, but it is almost impossible to obtain a remarkably weak reference magnetic flux, and there is a disadvantage that a complete performance evaluation of the FLL circuit cannot be performed. Also, if any inconvenience occurs as a result of the operation including the signal detection circuit, it is not possible to identify whether the SQUID side is inconvenient or the signal detection circuit side is inconvenient. There is an inconvenience.

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
取り扱いが容易で、寿命が長く、しかも全体として小形
化できるとともに、環境雑音の影響を排除できる新規な
ダミーSQUIDを提供することを目的としている。
<Object of Invention> The present invention has been made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a new dummy SQUID that is easy to handle, has a long life, can be downsized as a whole, and can eliminate the influence of environmental noise.

〈課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明のダミーSQUID
は、磁束ロック・ループのモジュレーション信号および
外部磁束発生器からの出力信号を入力として差信号を生
成する減算手段と、減算手段からの出力信号を入力とし
て絶対値信号を得る絶対値手段とを含んでいる。
<Means for Solving the Problems> The dummy SQUID of the present invention for achieving the above object
Includes subtraction means for receiving a modulation signal of the magnetic flux lock loop and an output signal from an external magnetic flux generator to generate a difference signal, and absolute value means for receiving an output signal from the subtraction means to obtain an absolute value signal. I'm out.

〈作用〉 以上の構成のダミーSQUIDであれば、磁束ロック・ルー
プのモジュレーション信号および外部磁束発生器からの
出力信号を入力として減算手段により差信号を生成し、
減算手段からの出力信号を入力として絶対値手段により
絶対値信号を得るのであるから、外部磁束発生器からの
出力信号を変化させることにより、簡単に外部磁束が変
化したのと同等に状態を出現させることができる。ま
た、超伝導体を全く使用していないので、常温で動作さ
せることができ、取り扱いが容易であるとともに、寿命
が著しく長くなり、さらに、全体として小形化できる。
また、ダミーSQUIDは実際には磁束検出動作を行なわな
いので、環境雑音の影響を排除できる。
<Operation> With the dummy SQUID having the above configuration, the difference signal is generated by the subtracting means using the modulation signal of the magnetic flux lock loop and the output signal from the external magnetic flux generator as inputs,
Since the absolute value signal is obtained by the absolute value means using the output signal from the subtraction means as an input, by changing the output signal from the external magnetic flux generator, the state appears as if the external magnetic flux changed easily. Can be made. Further, since no superconductor is used at all, it can be operated at room temperature, is easy to handle, has a significantly long life, and can be made compact as a whole.
Moreover, since the dummy SQUID does not actually perform the magnetic flux detection operation, the influence of environmental noise can be eliminated.

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Examples> Hereinafter, detailed description will be given with reference to the accompanying drawings illustrating examples.

第1図はこの発明のダミーSQUIDの一実施例を示すブロ
ック図であり、FLL回路(1)の電圧−電流変換器(1
f)から出力されるフィードバック電流としてのモジュ
レーション電流を入力として対応する電圧信号に変換す
る電流−電圧変換部(2)と、外部磁束に対応する電圧
信号を出力する外部磁束発生器(3)からの電圧信号と
上記変換された電圧信号との差電圧を得る減算部(4)
と、差電圧を入力として絶対値信号を得る絶対値変換部
(5)と、絶対値変換部(5)から出力される絶対値信
号のレベルを、FLL回路(1)のプリアンプ(1a)のゲ
インに適合させるべく、変換するレベル変換部(6)と
を有している。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the dummy SQUID of the present invention, in which the voltage-current converter (1
From the current-voltage converter (2) that converts the modulation current as the feedback current output from f) into the corresponding voltage signal as an input, and the external magnetic flux generator (3) that outputs the voltage signal corresponding to the external magnetic flux. Subtraction unit (4) for obtaining a voltage difference between the voltage signal of the above and the converted voltage signal
And an absolute value conversion unit (5) for obtaining an absolute value signal with the difference voltage as an input, and an absolute value signal level output from the absolute value conversion unit (5) for the preamplifier (1a) of the FLL circuit (1). It has a level converter (6) for converting to match the gain.

第2図はSQUIDに接続されるべきFLLの構成の一例を示す
ブロック図であり、SQUIDから出力される電圧信号を増
幅するプリアンプ(1a)と、被変調信号を発生する発振
器(1b)と、プリアンプ(1a)から出力される電圧信号
および被変調信号を入力として復調を行なう復調器(1
c)と、復調器(1c)からの出力信号を積分して外部磁
束に比例する電圧信号を生成する積分器(1d)と、積分
器(1d)から出力される電圧信号と発振器(1b)から出
力される被変調信号とを加算する加算器(1e)と、加算
器(1e)から出力される電圧信号を電流信号に変換して
モジュレーション電流として出力する電圧−電流変換器
(1f)とを有している。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the FLL to be connected to the SQUID, including a preamplifier (1a) that amplifies the voltage signal output from the SQUID, an oscillator (1b) that generates a modulated signal, A demodulator (1 that performs demodulation using the voltage signal and the modulated signal output from the preamplifier (1a) as input
c), an integrator (1d) that integrates the output signal from the demodulator (1c) to generate a voltage signal proportional to the external magnetic flux, a voltage signal output from the integrator (1d), and an oscillator (1b) An adder (1e) that adds the modulated signal output from the adder (1e), and a voltage-current converter (1f) that converts the voltage signal output from the adder (1e) into a current signal and outputs the current signal as a modulation current, have.

上記の構成のダミーSQUIDとFLLとを接続してFLLの動作
試験を行なう場合には、外部磁束発生器(3)を操作し
て電圧信号のレベルを変動させることにより、外部磁束
が変動したのと等価な状態を出現させることができる。
外部磁束発生器(3)が動作して所定の電圧信号を出力
した当初においては、FLL(1)からはモジュレーショ
ン電流が出力されないのであるから、所定の電圧信号が
そのまま差電圧として減算部(4)から出力され、必要
に応じて絶対値変換部(5)において絶対値信号に変換
された後、レベル変換部(6)においてFLL(1)のプ
リアンプ(1a)のゲインに適合するレベルの信号に変換
される。
In the case of connecting the dummy SQUID and FLL having the above-mentioned configuration and performing an operation test of the FLL, the external magnetic flux was changed by operating the external magnetic flux generator (3) to change the level of the voltage signal. A state equivalent to can appear.
Since the modulation current is not output from the FLL (1) at the beginning when the external magnetic flux generator (3) operates and outputs a predetermined voltage signal, the predetermined voltage signal is directly output as a difference voltage to the subtraction unit (4). ), And if necessary, after being converted into an absolute value signal in the absolute value conversion unit (5), the level conversion unit (6) outputs a signal of a level compatible with the gain of the preamplifier (1a) of the FLL (1). Is converted to.

したがって、FLL(1)においては、この変換された信
号をプリアンプ(1a)により増幅し、発振器(1b)から
出力される被変調信号に基づいて復調部(1c)により復
調され、積分器(1d)により積分される。そして、積分
器(1d)から出力される電圧信号と被変調信号とが加算
器(1e)により加算され、電圧−電流交換器(1f)によ
り電流信号に変換されて、モジュレーション信号として
出力される。
Therefore, in the FLL (1), the converted signal is amplified by the preamplifier (1a), demodulated by the demodulation unit (1c) based on the modulated signal output from the oscillator (1b), and then the integrator (1d) is generated. ) Is integrated. The voltage signal output from the integrator (1d) and the modulated signal are added by the adder (1e), converted into a current signal by the voltage-current exchanger (1f), and output as a modulation signal. .

次いで、モジュレーション信号が電流−電圧変換部
(2)により電圧信号に変換されて減算部(4)に供給
されるので、減算部(4)から出力される差電圧が小さ
くなる。そして、小さくなった差電圧に基づいてFLLが
動作するので、モジュレーション信号をより大きくでき
る。以下、この動作を反復することにより、外部磁束発
生器(3)から出力される電圧信号と電流−電圧変換部
(2)から出力される電圧信号とが等しくなり、減算部
(4)から出力される差電圧が0になることにより全体
としての動作が安定する。即ち、第3図に示すV字状の
SQUID特性部(磁束−電圧特性部)の谷に磁束がロック
された状態になる。したがって、この状態において積分
器(1d)から出力される電圧信号が外部磁束検出信号と
して取り扱われる。但し、ダミーSQUIDを接続している
場合には、何ら外部磁束の測定を行なっているわけでは
ないから、安定状態において積分器(1d)から出力され
る電圧信号は何ら意味を有していない。すなわち外部磁
束発生器(3)の出力信号に同期した信号が出力される
だけである。しかし、以上の一連の動作を行なわせるこ
とにより、系全体が正常に動作するか否かを判別でき
る。そして、正常に動作しないと判別された場合には、
ダミーSQUIDが正常であるか否かを、外部磁束発生器
(3)から出力される電圧信号のレベルを変化させ、こ
の状態におけるレベル変換部(6)からの出力信号をモ
ニタすることにより判別できるので、FLL(1)に異常
があるか否かを簡単に判別できる。逆に、正常に動作す
ると判別された場合には、FLLのノイズ・レベル、周波
数特性、直線性、最大スルー・レート、ダイナミック・
レンジ等を測定でき、これら測定結果に基づいてFLL
(1)の評価を行なうことができる。
Next, since the modulation signal is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion unit (2) and supplied to the subtraction unit (4), the difference voltage output from the subtraction unit (4) becomes small. Then, since the FLL operates based on the reduced difference voltage, the modulation signal can be increased. Hereinafter, by repeating this operation, the voltage signal output from the external magnetic flux generator (3) becomes equal to the voltage signal output from the current-voltage converter (2), and the voltage signal output from the subtractor (4) is output. When the difference voltage is zero, the overall operation is stable. That is, the V-shape shown in FIG.
The magnetic flux is locked in the valley of the SQUID characteristic part (magnetic flux-voltage characteristic part). Therefore, in this state, the voltage signal output from the integrator (1d) is treated as the external magnetic flux detection signal. However, when the dummy SQUID is connected, the external magnetic flux is not measured at all, so the voltage signal output from the integrator (1d) in the stable state has no meaning. That is, only a signal synchronized with the output signal of the external magnetic flux generator (3) is output. However, by performing the above series of operations, it is possible to determine whether or not the entire system operates normally. Then, if it is determined that it does not operate normally,
Whether or not the dummy SQUID is normal can be determined by changing the level of the voltage signal output from the external magnetic flux generator (3) and monitoring the output signal from the level conversion unit (6) in this state. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the FLL (1) has an abnormality. Conversely, if it is determined that the FLL operates normally, the FLL noise level, frequency characteristics, linearity, maximum slew rate, and dynamic
The range etc. can be measured, and the FLL is based on these measurement results.
The evaluation of (1) can be performed.

以上の説明から明らかなように、上記の構成のダミーSQ
UIDによっては周期的に変化する磁束−電圧変換係数
(第6図参照)を得ることができないが、1周期に含ま
れるV字状の磁束−電圧変換係数を得ることができるの
であるから、FLL(1)の性能評価は何ら不都合なく行
なうことができる。また、SQUID磁束計に予め組み込ん
でおくことも可能であり、多チャンネルのSQUID磁束計
の性能評価を行なう場合には、ダミーSQUIDの入出力特
性を基準として各FLL(1)の特性のばらつきを検出で
きるのであるから、検出された特性のばらつきに基づい
て必要な補正を施すことによりSQUIDの特性のばらつき
を吸収すべくFLL(1)の特性を調整することができ
る。
As is clear from the above description, the dummy SQ with the above configuration is
Depending on the UID, it is not possible to obtain the magnetic flux-voltage conversion coefficient that changes periodically (see Fig. 6), but since the V-shaped magnetic flux-voltage conversion coefficient included in one cycle can be obtained, the FLL The performance evaluation of (1) can be performed without any inconvenience. It is also possible to incorporate it in the SQUID magnetometer in advance, and when evaluating the performance of a multi-channel SQUID magnetometer, the variations in the characteristics of each FLL (1) are referenced based on the input / output characteristics of the dummy SQUID. Since it can be detected, the characteristic of the FLL (1) can be adjusted to absorb the characteristic variation of the SQUID by performing necessary correction based on the detected characteristic variation.

第4図はダミーSQUIDの具体的構成例を示す電気回路図
であり、電流−電圧変換部(2)としての抵抗(2a)、
レベル変換部(3)である減衰器としてのオペアンプ
(3a)、減算部(4)としてのオペアンプ(4a)、絶対
値変換部(5)としての全波整流器(5a)およびレベル
変換部(6)である減衰器としての2段のオペアンプ
(6a)(6b)を有している。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a specific configuration example of the dummy SQUID, which includes a resistor (2a) as a current-voltage converter (2),
An operational amplifier (3a) as an attenuator that is a level conversion unit (3), an operational amplifier (4a) as a subtraction unit (4), a full-wave rectifier (5a) as an absolute value conversion unit (5), and a level conversion unit (6). ) Are two-stage operational amplifiers (6a) (6b) as attenuators.

したがって、この構成例の場合には、何ら特殊な電子部
品を用いることなくダミーSQUIDを得ることができる。
Therefore, in the case of this configuration example, the dummy SQUID can be obtained without using any special electronic component.

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、簡単な構成でSQUIDと同様の
入出力信号特性を有するダミーSQUIDを得ることがで
き、このダミーSQUIDを用いてFLLの開発、特性試験を行
なうことにより、SQUIDと比較して著しく取り扱いが容
易であるとともに経年変化が少なく、しかも寿命が長い
という特有の効果を奏するとともに、高精度の性能評価
を達成できるという特有の効果を奏する。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, a dummy SQUID having an input / output signal characteristic similar to that of the SQUID can be obtained with a simple structure, and the FLL development and characteristic test can be performed using the dummy SQUID. The advantages of SQUID are that it is significantly easier to handle than SQUID, has little change over time, and has a long service life, and that it can achieve highly accurate performance evaluation.

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

第1図はこの発明のダミーSQUIDの一実施例を示すブロ
ック図、 第2図はSQUIDに接続されるべきFLLの構成の一例を示す
ブロック図、 第3図はダミーSQUIDの磁束−電圧変換係数を示す図、 第4図はダミーSQUIDの具体的構成例を示す電気回路
図、 第5図はdc−SQUID磁束計の原理を説明する電気回路
図、 第6図はSQUIDの磁束−電圧変換係数を示す図。 (1)…FLL、(3)…外部磁束発生器、(4)…減算
部、(5)…絶対値変換部
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a dummy SQUID of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of a FLL to be connected to the SQUID, and FIG. 3 is a magnetic flux-voltage conversion coefficient of the dummy SQUID. FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a concrete configuration example of the dummy SQUID, FIG. 5 is an electric circuit diagram explaining the principle of the dc-SQUID magnetometer, and FIG. 6 is a magnetic flux-voltage conversion coefficient of the SQUID. FIG. (1) ... FLL, (3) ... External magnetic flux generator, (4) ... Subtraction unit, (5) ... Absolute value conversion unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁束ロック・ループ(1)のモジュレーシ
ョン信号および外部磁束発生器(3)からの出力信号を
入力として差信号を生成する減算手段(4)と、減算手
段(4)からの出力信号を入力として絶対値信号を得る
絶対値手段(5)とを含むことを特徴とするダミーSQUI
D。
1. A subtraction means (4) for generating a difference signal by using a modulation signal of a magnetic flux lock loop (1) and an output signal from an external magnetic flux generator (3) as inputs, and an output from the subtraction means (4). A dummy SQUI including an absolute value means (5) for inputting a signal and obtaining an absolute value signal.
D.
JP2237960A 1990-09-07 1990-09-07 Dummy-SQUID Expired - Lifetime JPH0743418B2 (en)

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JPH04116476A JPH04116476A (en) 1992-04-16
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
「ジョセフソン効果基礎と応用」pp.42−43電気学会昭和53年5月20日発行

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JPH04116476A (en) 1992-04-16

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