JPH075233A - 狭帯域fll回路 - Google Patents

狭帯域fll回路

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JPH075233A
JPH075233A JP5165882A JP16588293A JPH075233A JP H075233 A JPH075233 A JP H075233A JP 5165882 A JP5165882 A JP 5165882A JP 16588293 A JP16588293 A JP 16588293A JP H075233 A JPH075233 A JP H075233A
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loop
coil
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amplifier
feedback
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JP5165882A
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Hisashi Kado
久 賀戸
Takanori Komuro
貴紀 小室
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CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SQUIDセンサから遠く離れた信号源から
の信号も検出することができるFLL回路を提供する。 【構成】 SQUIDループ2と増幅器13と第1帰還
コイル8等を備えた超伝導量子干渉デバイスにおける増
幅器13の出力を第1帰還コイル8等によりSQUID
ループ2に負帰還し磁束ロックループを監視することに
より磁気値を測定するFLL回路と、増幅器13の出力
の周波数帯域を狭帯域化しSQUIDループ2に帰還す
る狭帯域化回路15等を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、心磁波、脳磁波、眼筋
磁場等の生体磁気計測、または、地磁気計測、あるいは
物質の帯磁率計測、さらには磁気的信号伝送用のインタ
ーフェイス等に適したSQUID(Superconducting Qu
antum Interference Device :超伝導量子干渉デバイ
ス)磁束計等に用いるFLL回路(Flux Locked Loop:
磁束ロックループ)に関する。ここに、SQUIDと
は、低温状態に維持され、ループ内にジョセフソン接合
を含む超伝導ループであるSQUIDループ内に、ピッ
クアップコイルや入力コイル等を介して外部からの磁束
が結合されて印加されると、SQUIDループに周回電
流が誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量
子的な干渉効果により、印加された外部磁束の微小な変
化が周回電流の大きな変化となって現れることを利用し
て、微小磁束変化を測定するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、SQUID磁束計等に用いるFL
L回路としては、図4に示すような回路が用いられてい
た。このFLL回路21は、2つのジョセフソン接合2
5,26を含む超伝導ループ(SQUIDループ)22
にバイアス電流源31及び増幅器33を設けた構成にな
っている。FLL回路21の出力は、スペクトラムアナ
ライザ35に入力される。SQUIDとは、超伝導ルー
プ内に外部から磁束が印加されると、ループに周回電流
が誘起され、ループ内のジョセフソン接合における量子
的な干渉効果により、印加された外部磁束の微小な変化
が周回電流の大きな変化となって現れることを利用し
て、微小磁束変化を測定するものである。SQUIDル
ープ22は、通常大きくないため、計測すべき磁場を直
接ループ内に入れるには効率が悪い。そこで、測定すべ
き磁場は、ピックアップコイル23によって検出され、
入力コイル24を通じて入力磁束φinとしてSQUID
ループ22に結合される。SQUIDループ22に隣接
するコイル28は変調帰還コイルである。また、33は
増幅器であり、RfCは帰還抵抗である。この増幅器13
Aの出力は、図4に示すように帰還抵抗RfCを介して変
調帰還コイル28に帰還磁束φfbとして印加される。ま
た、増幅器33に入力される前の段階の出力(前置増幅
器の出力)が図示しない発振器等でドライブされ変調磁
束にされて変調帰還コイル28に印加され、SQUID
ループ22に加えられる。この場合、SQUIDループ
22,入力コイル24,及び変調帰還コイル28は、超
低温格納容器等の内部に格納され、超低温状態(約4
K)に維持されている。SQUID22の出力電圧は、
上記の増幅器33に出力される前に図示しないインピー
ダンス整合回路や前置増幅器を経て図示しないPSD
(Phase Sensitive Detector:位相弁別器)においてロ
ックイン検波され、Φ−V曲線の1次微分を得る。この
出力を上記の変調帰還コイル28に加算してネガティブ
フィードバックすると、Φ−V曲線の1次微分が零にな
る点(山あるいは谷)に安定し、測定すべき磁場は、上
記のフィードバック量を出力値でモニターすることによ
り得ることができる。この状態を「ロックされた」と表
現する。上記の方法は、FLL(Flux Locked Loop:磁
束ロックループ)法と呼ばれ、いわゆる「零位法」の一
種であり、入出力の関係が線形になるのが特徴である。
上記において、インピーダンス整合回路は、超低温状態
(約4K)のSQUID2と室温状態にある前置増幅器
とのインピーダンスマッチングをとるためのものであ
り、LC回路、超伝導トランス等が用いられることが多
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の図4の
系に、外部から、図5に示すように目的信号の磁気レベ
ルSに比べ遥かにレベルが高く周波数帯域も広い環境ノ
イズ(雑音)Nを含む信号が入力されると、目的信号S
を検出する前に、環境ノイズNにより飽和してしまう。
従って、上記のFLL回路21の出力側にスペクトラム
アナライザ35などを接続しても目的信号Sは検出でき
ない。従来は、この外来ノイズ対策として、SQUID
センサと信号源(通常は生体)を磁気遮蔽した磁気シー
ルドルーム内に入れて測定を行っていた。あるいは、図
6に示すように、ピックアップコイルとして図に示すよ
うな上下2つのループ43U,43Lとからなる微分型
コイル43を用い、SQUIDセンサから遠い信号源か
らのノイズを打ち消してしまう方式も採用されていた。
ここに、φsigは近くの信号源からの磁場を、φnoise
は遠くの信号源からの磁場を示している。この場合、下
側のループ43Lには(φsig +φnoise )の磁場が、
上側のループ43Uにはφnoise の磁場が、SQUID
22にはその差分であるφsig の磁場が、それぞれ加え
られる。しかしながら、上記従来の対策では、SQUI
Dセンサから遠く離れた信号源からの信号を検出するこ
とができず、通信等の用途に応用することは非常に困難
であった。本発明は、上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、SQUIDセンサから遠く離れた信
号源からの信号も検出することができるFLL回路を提
供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る狭帯域FLL回路は、SQUIDルー
プと増幅器と帰還手段とを備えた超伝導量子干渉デバイ
スにおける当該増幅器の出力を当該帰還手段により当該
SQUIDループに負帰還し磁束ロックループを監視す
ることにより磁気値を測定するFLL回路と、前記増幅
器の出力の周波数帯域を狭帯域化し前記SQUIDルー
プに帰還する狭帯域化回路と、を備えて構成される。
【0005】
【作用】上記構成を有する本発明によれば、特定周波数
の磁気信号にのみ感度を有し、他の周波数帯域の信号は
効果的に減衰させるので、信号源の遠近に関係なく磁気
信号を検出することができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明
する。まず、本発明の第1実施例を図1及び図2に示
す。本実施例は、従来型のFLL回路に帯域除去型の伝
達特性を持った狭帯域化回路15Aを付加して構成され
ている。
【0007】すなわち、図1に示すように、この狭帯域
FLL回路1Aは、2つのジョセフソン接合5A,6A
を含む超伝導ループ(SQUIDループ)2Aにバイア
ス電流源11A及び増幅器13Aを設けた構成になって
いる。測定すべき磁場は、ピックアップコイル3Aによ
って検出され、入力コイル4Aを通じて入力磁束φin
してSQUIDループ2Aに結合される。SQUIDル
ープ2Aに隣接するコイル8Aは第1変調帰還コイルで
ある。増幅器13Aの出力は、帰還抵抗RfAを介して第
1変調帰還コイル8Aに帰還磁束φfbとして印加され
る。また、増幅器13Aの出力は、狭帯域化回路15A
及び第2変調帰還コイル9を介してSQUIDループ2
Aに帰還磁束として印加される。
【0008】本実施例においては、図1に示すように、
狭帯域化回路をFLL回路の通常の帰還系とは別個に設
けた点に特徴がある。このように狭帯域化回路を用いる
と、目的信号の周波数帯域の信号は帰還されないのでそ
のままであるが、それ以外の帯域の信号は帰還されるの
で、このFLL回路の入力側で打ち消されることにな
り、目的信号以外の帯域の信号は出力Vout 側には現れ
ない。従って、目的信号以外の外来ノイズにより系が飽
和することもない。
【0009】図2は、上記の狭帯域化回路15Aの一例
であるTwin−T型帯域除去フィルタの構成を示した回路
図である。この回路においては位相の回転を生じるが、
この位相回転は、帰還系を構成する場合でも問題にはな
らない。
【0010】次に、本発明の第2実施例を図3に示す。
本実施例は、従来型のFLL回路に帯域除去型の伝達特
性を持った狭帯域化回路15Bを付加して構成されてい
る点では上記第1実施例と共通するが、狭帯域化回路1
5Bの帰還系をFLL回路の通常の帰還系と共用させた
点で第1実施例と異なる。すなわち、変調帰還コイル8
Bが、通常の帰還系の帰還用コイルと狭帯域化回路の帰
還用コイルを兼用している。狭帯域化回路15Bとして
は、上記第1実施例と同様に、Twin−T型帯域除去フィ
ルタ等を使用することができる。
【0011】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0012】例えば、上記実施例における狭帯域化回路
に用いるフィルタ等としては、上記のTwin−T型帯域除
去フィルタのほか、ディジタルフィルタ等を使用しても
かまわない。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、特定周波数の磁気信号にのみ感度を有
し、他の周波数帯域の信号は効果的に減衰させるので、
信号源の遠近に関係なく磁気信号を検出することができ
る。従って、磁気シールドルームなどを用いずに劣悪な
磁場環境下でも精度の高い磁気測定が可能になる、とい
う利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例である狭帯域FLL回路の
構成を示す回路図である。
【図2】図1における狭帯域化回路の一例であるTwin−
T型帯域除去フィルタの構成を示す回路図である。
【図3】本発明の第2実施例である狭帯域FLL回路の
構成を示す回路図である。
【図4】従来のFLL回路の構成を示す回路図である。
【図5】従来のFLL回路に外部から磁束ノイズが浸入
した場合の動作を説明する図である。
【図6】従来のFLL回路において外来ノイズ対策とし
て用いられる微分型コイルの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
1A,1B 狭帯域FLL回路 2A,2B SQUIDループ 3A,3B ピックアップコイル 4A,4B 入力コイル 5A,5B ジョセフソン接合 6A,6B ジョセフソン接合 8A 第1変調帰還コイル 8B 変調帰還コイル 9 第2変調帰還コイル 11A,11B バイアス電流源 13A,13B 増幅器 15A,15B 狭帯域化回路 21 FLL回路 22 SQUIDループ 23 ピックアップコイル 24 入力コイル 25,26 ジョセフソン接合 28 変調帰還コイル 31 バイアス電流源 33 増幅器 35 スペクトラムアナライザ 43 微分型コイル 43L 下側ループ 43U 上側ループ 44 入力コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賀戸 久 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 小室 貴紀 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SQUIDループと増幅器と帰還手段と
    を備えた超伝導量子干渉デバイスにおける当該増幅器の
    出力を当該帰還手段により当該SQUIDループに負帰
    還し磁束ロックループを監視することにより磁気値を測
    定するFLL回路と、 前記増幅器の出力の周波数帯域を狭帯域化し前記SQU
    IDループに帰還する狭帯域化回路と、を備えたことを
    特徴とする狭帯域FLL回路。
JP5165882A 1993-06-14 1993-06-14 狭帯域fll回路 Expired - Lifetime JP2537129B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1637714A2 (en) 2004-09-16 2006-03-22 Komatsu Zenoah Co. Operation unit of engine
US7152563B2 (en) 2004-09-16 2006-12-26 Komatsu Zenoah Co. Operation unit of engine
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US11464260B2 (en) 2011-03-31 2022-10-11 Irit TURBOVICH Garment

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US10551446B2 (en) 2014-07-18 2020-02-04 Shanghai Institute Of Microsystem And Information Technology, Chinese Academy Of Sciences Magnetic sensor for superconducting quantum interference device using single operational amplifier

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JP2537129B2 (ja) 1996-09-25

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