JPH08327713A - Superconducting magnetic sensor - Google Patents

Superconducting magnetic sensor

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Publication number
JPH08327713A
JPH08327713A JP7138221A JP13822195A JPH08327713A JP H08327713 A JPH08327713 A JP H08327713A JP 7138221 A JP7138221 A JP 7138221A JP 13822195 A JP13822195 A JP 13822195A JP H08327713 A JPH08327713 A JP H08327713A
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JP
Japan
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circuit
coil
squid
ros
magnetic flux
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Pending
Application number
JP7138221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Shimizu
信宏 清水
Toshimitsu Morooka
利光 師岡
Tatsuji Ishikawa
達次 石川
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE: To realize the more highly sensitive magnetic sensor, because the more larger output can be obtained for an input magnetic flux and the positive and negative states of the input magnetic flux can be detected by the oscillating states of two ROS circuits. CONSTITUTION: A first relaxation-oscillating type SQUID circuit (first ROS circuit) 3 and a second ROS circuit 6 are connected in series, thereby making the constitution where circuits independently oscillate in accordance with the positive and negative states of the input magnetic flux. Outputs 11 and 12 are taken out of the respective ROS circuits 3 and 6. The bias currents of SQUIDs 1 and 4 of the respective ROS circuits 3 and 6 are supplied to a superconducting coil in the assymetrical pattern, and the threshold-value characteristics become assymetrical.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はジョセフソン素子を使
った超伝導発振回路による高感度磁気センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-sensitivity magnetic sensor using a superconducting oscillation circuit using Josephson elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2(a)に、従来の緩和発振型SQU
ID回路 (RELAXATION OSCILLATORSQUID 回路、以下
ROS回路と称す)を用いた磁気センサの回路図を示
す。回路は一つのROS回路からなっている。回路構成
は直列接続されたシャントコイル14とシャント抵抗1
5からなるシャント回路と並列にDC SQUID16
が接続されている。回路動作は、シャント抵抗15をD
C SQUID16の常伝導抵抗値に比べ十分小さく
し、DC SQUID16の両端に臨界電流値よりも十
分大きなバイアス電流(Ib)を印加することにより、
常時発振状態になる。
2. Description of the Related Art FIG. 2A shows a conventional relaxation oscillation type SQU.
A circuit diagram of a magnetic sensor using an ID circuit (RELAXATION OSCILLATORSQUID circuit, hereinafter referred to as ROS circuit) is shown. The circuit consists of one ROS circuit. The circuit configuration is shunt coil 14 and shunt resistor 1 connected in series.
DC SQUID16 in parallel with shunt circuit consisting of 5
Is connected. For circuit operation, set the shunt resistor 15 to D
By making it sufficiently smaller than the normal resistance value of C SQUID16 and applying a bias current (Ib) sufficiently larger than the critical current value to both ends of DC SQUID16,
Always oscillates.

【0003】入力コイル8や帰還コイル7から入るΦo
周期の磁束によりDC SQUID16の臨界電流値が
周期的に変わり、それに応じて発振周波数も変化する。
また発振周波数はバイアス電流(Ib)の大きさと、シ
ャント抵抗15(Rs )とシャントコイル14(Ls )
の比(Rs /Ls )でも変化する。発振波形は、DC
SQUID16の両端の電圧変化として検出される。
Φo entered from the input coil 8 and the feedback coil 7
The critical current value of the DC SQUID 16 changes periodically due to the magnetic flux of the cycle, and the oscillation frequency also changes accordingly.
The oscillation frequency is the magnitude of the bias current (Ib), the shunt resistance 15 (Rs) and the shunt coil 14 (Ls).
The ratio (Rs / Ls) also changes. Oscillation waveform is DC
It is detected as a voltage change across the SQUID 16.

【0004】磁気センサとして使用する際は、動作点1
7として図2(b)に示すSQUIDのしきい値特性
で、線形な領域であるA,B点を使用する。動作点17
の設定は、オフセットコイル13に直流電流を流して行
なう。入力磁束は、SQUIDに一定バイアス電流Ib
を印加して常に発振させた状態で、周波数の変化分とし
て検出する。
Operating point 1 when used as a magnetic sensor
In the threshold characteristic of the SQUID shown in FIG. 2B, points A and B, which are linear regions, are used as 7. Operating point 17
The setting is performed by applying a direct current to the offset coil 13. The input magnetic flux has a constant bias current Ib in the SQUID.
Is applied and is constantly oscillated, and is detected as a change in frequency.

【0005】図2(b)のA点、B点で動作させた場合
の周波数スペクトルの例を図2(c)に示す。入力磁束
0の時は、中心周波数fo で発振をする。入力磁束が入
り、動作点がA+、B+に変化をすると、周波数はf+
に変化をする。また動作点がA−、B−に変化をする
と、周波数は逆にf- に変化をする。この結果、入力磁
束の大きさを周波数の変化として検出することができ
る。
FIG. 2 (c) shows an example of the frequency spectrum when operated at points A and B in FIG. 2 (b). When the input magnetic flux is 0, it oscillates at the center frequency fo. When the input magnetic flux enters and the operating point changes to A + and B +, the frequency becomes f +
Change to. When the operating point changes to A- and B-, the frequency reversely changes to f-. As a result, the magnitude of the input magnetic flux can be detected as a change in frequency.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のROSは常に発
振状態で動作させ、入力磁束の大きさを周波数の変化と
して検出していた。しかし通常の設計では外部磁束に対
して周波数の変化は3倍程度であり、磁気センサとして
十分な感度が得られない。また動作点を設定するのにオ
フセットコイル13が必要であった。
The conventional ROS always operates in an oscillating state and detects the magnitude of the input magnetic flux as a change in frequency. However, in a normal design, the frequency change is about three times that of the external magnetic flux, and sufficient sensitivity cannot be obtained as a magnetic sensor. Further, the offset coil 13 was required to set the operating point.

【0007】本発明の目的は、入力磁束に対して大きな
出力が得られ、感度の向上した高感度磁気センサを得る
ことにある。
An object of the present invention is to obtain a high-sensitivity magnetic sensor which has a large output with respect to an input magnetic flux and has improved sensitivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明はROS回路を二つ直列に接続し、入力磁束
の正負に応じて別々に発振する回路構成にし、出力を各
々のROS回路から取り出す方式にした。また各SQU
IDのバイアス電流を超伝導コイルである第1コイルに
非対称に供給し、しきい値特性が非対称になるようにし
た。
In order to solve the above problems, the present invention has a circuit configuration in which two ROS circuits are connected in series and oscillate separately depending on whether the input magnetic flux is positive or negative. It was taken out of the circuit. In addition, each SQU
The bias current of the ID is asymmetrically supplied to the first coil, which is a superconducting coil, so that the threshold characteristic becomes asymmetric.

【0009】[0009]

【作用】上記のように構成された回路は、入力磁束の正
負に応じて別々のROS回路が発振し、パルス状の出力
が得られるため、入力磁束の正負を感度良く検出でき
る。SQUIDのしきい値特性が非対称になるため、動
作点が自動的に決まり、オフセットコイルが不用とな
る。
In the circuit configured as described above, different ROS circuits oscillate according to the positive and negative of the input magnetic flux and a pulsed output is obtained, so the positive and negative of the input magnetic flux can be detected with high sensitivity. Since the threshold characteristic of the SQUID is asymmetrical, the operating point is automatically determined and the offset coil becomes unnecessary.

【0010】[0010]

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面で説明する。
図1に本発明の第1実施例の回路図を示す。図2の従来
回路がROS回路一つであったの対して、本発明では第
1ROS回路3と第2ROS回路6を二つ直列に接続し
ている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of the present invention. While the conventional circuit of FIG. 2 has only one ROS circuit, in the present invention, two first ROS circuits 3 and two second ROS circuits 6 are connected in series.

【0011】動作は二つのROS回路の接続部を共通電
位のグランドとし、各ROS回路に各々第1バイアス電
流9(Ib1)と第2バイアス電流10(Ib2)を印
加する。各ROS回路の第1SQUID1と第2SQU
ID4には、各々入力コイル7、帰還コイル8が磁気結
合している。バイアス電流とSQUIDの動作点を適当
な値に設定すると、入力磁束が0の時はROS回路は発
振せず、入力に磁束が入ると入力磁束の正負に応じて各
ROS回路が発振する。各ROS回路の発振出力から入
力磁束の大きさを知ることができる。
In operation, the connection portion of the two ROS circuits is set to the ground of a common potential, and the first bias current 9 (Ib1) and the second bias current 10 (Ib2) are applied to each ROS circuit. First SQUID1 and second SQUID of each ROS circuit
The input coil 7 and the feedback coil 8 are magnetically coupled to the ID 4, respectively. When the operating points of the bias current and SQUID are set to appropriate values, the ROS circuit does not oscillate when the input magnetic flux is 0, and when the magnetic flux enters the input, each ROS circuit oscillates according to the positive or negative of the input magnetic flux. The magnitude of the input magnetic flux can be known from the oscillation output of each ROS circuit.

【0012】動作モードにはいくつかの種類があり、R
OS回路を構成するSQUID、シャント回路とバイア
ス電流、出力の検出方法で異なり、多くの組合せが可能
である。各回路構成と動作方法について説明する。まず
SQUIDの構成について説明する。図3(a)は特性
のほぼ同じ2つのジョセフソン素子20からなるSQU
IDでバイアス電流を超伝導コイルである第1コイル1
8の間から流しており、外部磁束に対してほぼ対称な特
性を示す。第1コイル18とジョセフソン素子20によ
る共振を防ぐために、第1コイル18と並列にダンピン
グ用の第1抵抗19を接続している。特に共振の問題が
なければ第1抵抗19はなくてもよい。
There are several types of operation modes, R
The SQUID that constitutes the OS circuit, the shunt circuit and the bias current, and the method of detecting the output differ, and many combinations are possible. Each circuit configuration and operation method will be described. First, the structure of the SQUID will be described. FIG. 3A is an SQU composed of two Josephson devices 20 having almost the same characteristics.
Bias current with ID is the first coil 1 which is a superconducting coil
It flows from between 8 and shows a characteristic that is almost symmetrical with respect to the external magnetic flux. In order to prevent resonance caused by the first coil 18 and the Josephson element 20, a first damping resistor 19 is connected in parallel with the first coil 18. The first resistor 19 may be omitted if there is no particular problem of resonance.

【0013】図3(b)は図3(a)と同じ回路構成の
SQUIDでバイアス電流を第1コイル18の端の部分
から流すようにしている。このSQUIDのしきい値特
性は非対称になる。図3(c)はSQUID特性の非対
称性を可変するために、第1コイル18の両端に第2抵
抗21を接続して、両端の抵抗値によりバイアス電流を
分割している。
FIG. 3B is an SQUID having the same circuit configuration as that of FIG. 3A, and a bias current is made to flow from the end portion of the first coil 18. The threshold characteristic of this SQUID becomes asymmetric. In FIG. 3C, in order to change the asymmetry of the SQUID characteristic, the second resistor 21 is connected to both ends of the first coil 18, and the bias current is divided by the resistance value of both ends.

【0014】図3(d)は3つのジョセフソン素子から
なる3接合SQUIDでジョセフソン素子20の臨界電
流値を左から1:2:1にし、バイアス電流を第1コイ
ル18の中心付近から印加すると対称な特性になる。こ
の3接合SQUIDは図3(a)の2つのジョセフソン
素子のSQUIDに比べ、入力磁束に対する臨界電流値
の変化が大きくなるので、SQUIDの磁場分解能が向
上する。また図3(b)、(c)と同様にバイアス電流
の印加を第1コイルに対して非対称にすると非対称な特
性になる。
FIG. 3D shows a three-junction SQUID composed of three Josephson devices, the critical current value of which is set to 1: 2: 1 from the left and the bias current is applied from the vicinity of the center of the first coil 18. Then, the characteristics become symmetrical. Since the three-junction SQUID has a larger change in the critical current value with respect to the input magnetic flux than the SQUID of the two Josephson elements in FIG. 3A, the magnetic field resolution of the SQUID is improved. Further, similarly to FIGS. 3B and 3C, when the bias current application is made asymmetric with respect to the first coil, an asymmetric characteristic is obtained.

【0015】図3(b)、(c)は入力磁束0の点で動
作点を設定できるため、オフセットコイル13が不用と
なり、動作を設定するのが容易となる。図3(a)、
(d)はしきい値特性が入力磁束に対して対称となるた
め、動作点設定のためには、各SQUIDにオフセット
コイル13を図2のように設ける必要がある。
In FIGS. 3B and 3C, since the operating point can be set at the point where the input magnetic flux is 0, the offset coil 13 is unnecessary and the operation can be set easily. FIG. 3 (a),
In (d), the threshold characteristic is symmetric with respect to the input magnetic flux, so that it is necessary to provide the offset coil 13 in each SQUID as shown in FIG. 2 in order to set the operating point.

【0016】次にシャント回路部(図1に示した第1シ
ャント回路2および第2シャント回路5)について説明
する。シャント回路の基本構成は図4(a)で、シャン
トコイル14とシャント抵抗15が直列に接続されてい
る。発振周波数はシャントコイル14のインダクタンス
(Ls)とシャント抵抗15の抵抗値(Rs)でほぼ決
まる。
Next, the shunt circuit section (the first shunt circuit 2 and the second shunt circuit 5 shown in FIG. 1) will be described. The basic configuration of the shunt circuit is shown in FIG. 4A, and the shunt coil 14 and the shunt resistor 15 are connected in series. The oscillation frequency is substantially determined by the inductance (Ls) of the shunt coil 14 and the resistance value (Rs) of the shunt resistor 15.

【0017】シャントコイル14は回路中の浮遊容量
や、SQUIDのジョセフソン素子の容量成分により、
共振をおこす可能性がある。共振により発振周波数が不
安定になる場合には、図4(b)に示すように第3抵抗
22をシャントコイル14と並列に接続して共振を抑え
る。
The shunt coil 14 depends on the stray capacitance in the circuit and the capacitance component of the SQUID Josephson element.
May cause resonance. When the oscillation frequency becomes unstable due to resonance, the third resistor 22 is connected in parallel with the shunt coil 14 to suppress the resonance, as shown in FIG.

【0018】またLsの値を大きくしたい場合は、図4
(c)に示すようにシャントコイル14を他のコイルと
結合させる方法がある。シャントコイルに第2コイル2
3を結合させ、第2コイル23の共振を防ぐために、第
4抵抗24を第2コイル23と並列に接続する。
When it is desired to increase the value of Ls, the value shown in FIG.
There is a method of coupling the shunt coil 14 to another coil as shown in (c). Second coil 2 for shunt coil
The fourth resistor 24 is connected in parallel with the second coil 23 in order to couple the third coil 3 and prevent resonance of the second coil 23.

【0019】以上回路構成について説明したが、本発明
に使用できるSQUIDにはいくつかの種類があり、設
計に応じていろいろな組合せが可能である。代表的なし
きい値特性を図5(a)、(b)、(c)、図6
(a)、(b)、(c)に、また各特性における各動作
点をAからLで示す。
Although the circuit configuration has been described above, there are several types of SQUIDs that can be used in the present invention, and various combinations are possible depending on the design. Typical threshold characteristics are shown in FIGS. 5 (a), (b), (c), and FIG.
(A), (b), (c), and each operating point in each characteristic is shown from A to L.

【0020】次に各種動作モードについてSQUIDの
しきい値特性と動作点を使い説明する。動作モードはバ
イアス電流の向き、第1SQUID1と第2SQUID
4のしきい値特性の組合せ、入力コイルの向き、動作点
の設定、出力の検出方法の7種類のパラメータで変わ
り、多くの組合せがある。主な組合せについて図5、6
と図9、10で説明する。第1ROS回路3、第2RO
S回路6に異なる向きのバイアス電流を流した場合は、
各ROSの出力の和が入力磁束となり、図5(a)、
(b)、(c)のしきい値特性が対応する。
Next, various operation modes will be described using the threshold characteristics of SQUID and operating points. The operation mode is the direction of the bias current, the first SQUID1 and the second SQUID
There are many combinations depending on the seven types of parameters such as the combination of the threshold characteristics of No. 4, the direction of the input coil, the setting of the operating point, and the output detection method. Main combinations Figure 5 and 6
This will be described with reference to FIGS. First ROS circuit 3, second RO
When bias currents of different directions are applied to the S circuit 6,
The sum of the outputs of the ROSs becomes the input magnetic flux, and as shown in FIG.
The threshold characteristics of (b) and (c) correspond.

【0021】例えば図5(a)では、第1SQUID
1、第2SQUID2の動作点17を各々A1、A2と
すると、正の磁束では実線の矢印に動作点が移動し、負
の磁束では点線の矢印の方向に動作点が移動する。この
結果、第1ROS回路3の第1出力11と第2ROS回
路6の第2出力12の和により入力磁束の大きさを検出
できる。
For example, in FIG. 5A, the first SQUID
Assuming that the operating points 17 of the first and second SQUIDs 2 are A1 and A2, respectively, the operating points move to the solid arrow for positive magnetic flux and the operating points move to the direction of dotted arrow for negative magnetic flux. As a result, the magnitude of the input magnetic flux can be detected by the sum of the first output 11 of the first ROS circuit 3 and the second output 12 of the second ROS circuit 6.

【0022】またバイアス電流を同じ向きに流した時の
しきい値特性を、図6(a)、(b)、(c)に示す。
この場合は図5と異なり、入力磁束は第1出力11と第
2出力12との差によって検出できる。図6は、しきい
値特性を一つづつしか示していないが、実際には図5と
同じように、Φo の周期で次のしきい値が重なってい
る。
The threshold characteristics when the bias currents are passed in the same direction are shown in FIGS. 6 (a), 6 (b) and 6 (c).
In this case, unlike FIG. 5, the input magnetic flux can be detected by the difference between the first output 11 and the second output 12. Although FIG. 6 shows only one threshold characteristic at a time, actually, as in FIG. 5, the next thresholds overlap in the cycle of Φ o.

【0023】次に図7で代表的な図5(a)のA点を使
って詳細な動作について説明する。出力は第1ROS回
路、第2ROS回路の各出力である第1出力11、第2
出力12を加算して磁場を検出する。最初に第1バイア
ス電流9、第2バイアス電流10を各々第1SQUID
1、第2SQUID4のしきい値付近のA1、A2に設
定する。入力コイルに正負の電流が流れると第1SQU
ID、第2SQUID4の動作点A1、A2がしきい値
特性上を変化する。
Next, the detailed operation will be described with reference to the representative point A of FIG. 5A in FIG. The outputs are the first output 11 and the second output, which are the outputs of the first ROS circuit and the second ROS circuit, respectively.
The output 12 is added to detect the magnetic field. First, the first bias current 9 and the second bias current 10 are respectively applied to the first SQUID.
1 and 2 are set to A1 and A2 near the threshold of SQUID4. When positive and negative currents flow through the input coil, the first SQUA
The operating points A1 and A2 of the ID and the second SQUID 4 change on the threshold characteristic.

【0024】入力コイル7に正の電流が流れた場合は動
作点がA1+、A2+(実線矢印)に移り、第1SQU
ID1は電圧状態、第2SQUID4は超伝導状態とな
る。その結果、第1ROS回路3が発振状態になり、正
の発振波形が出力される。入力コイル7に負の電流が流
れた場合は動作点がA1−、A2−に移り、第1SQU
ID1は超伝導状態、第2SQUID4は電圧状態とな
る。その結果、第2ROS回路6が発振状態になり、負
の発振波形が出力される。入力の大きさに応じて発振周
波数が大きくなる。従って入力コイルに流れる電流を発
振の正負と周波数で検出できることになる。
When a positive current flows through the input coil 7, the operating point moves to A1 +, A2 + (solid line arrow) and the first SQU
ID1 is in the voltage state, and the second SQUID 4 is in the superconducting state. As a result, the first ROS circuit 3 enters an oscillating state and a positive oscillating waveform is output. When a negative current flows through the input coil 7, the operating point moves to A1- and A2-, and the first SQUA
ID1 is in a superconducting state, and the second SQUID 4 is in a voltage state. As a result, the second ROS circuit 6 enters an oscillating state, and a negative oscillating waveform is output. The oscillation frequency increases with the magnitude of the input. Therefore, the current flowing in the input coil can be detected by the positive and negative of oscillation and the frequency.

【0025】図5、6の各動作モードとしきい値特性の
関係を図9、10に示す。いろいろな組合せがあるが、
入力の正負に対して一方が電圧状態で、他方が超伝導状
態になることに動作上の特徴がある。AからLまでの動
作点での矢印は、実線と点線で各々正負の入力における
動作点の変化を示している。
9 and 10 show the relationship between the operation modes of FIGS. 5 and 6 and the threshold characteristics. There are various combinations,
One of the operating characteristics is that one is in the voltage state and the other is in the superconducting state with respect to the positive / negative of the input. The arrows at the operating points from A to L show the changes in the operating points for positive and negative inputs, respectively, with a solid line and a dotted line.

【0026】図9、10でオフセットが必要となってい
る動作モードでは、必要に応じて図2と同様に各SQU
IDにオフセットコイル13を設ける必要がある。ここ
で入力の正負に対応する出力が逆になっても、増幅器、
帰還回路等で反転させれば問題なく使える。またここで
示したしきい値特性はインダクタンスを非対称にした例
であるが、さらにSQUIDの臨界電流値を非対称にす
ることでもしきい値特性を非対称に変えることができ、
本発明に適したしきい値特性を得ることができる。
In the operation mode where the offset is required in FIGS. 9 and 10, each SQU is required as in the case of FIG.
It is necessary to provide the offset coil 13 on the ID. Here, even if the output corresponding to the positive and negative of the input is reversed, the amplifier,
It can be used without problems if it is inverted by a feedback circuit. Further, the threshold characteristic shown here is an example in which the inductance is made asymmetric, but the threshold characteristic can be changed asymmetrically by further making the critical current value of the SQUID asymmetric.
A threshold characteristic suitable for the present invention can be obtained.

【0027】実際の磁束計として使用する場合の構成
と、動作について図8で説明する。ダイナミックレンジ
を大きくするために、第1、第2ROS回路の出力を増
幅器25に入力し、D/A変換器26、帰還回路27を
通して、入力に帰還を掛ける必要がある。増幅器25
は、各ROS回路の出力を増幅する機能と、動作モード
に応じて加算または、差分をとる機能をもつ。増幅器2
5の出力は入力に対応した、正負ののこぎり波状の発振
信号が出力される。
The configuration and operation when used as an actual magnetometer will be described with reference to FIG. In order to increase the dynamic range, it is necessary to input the outputs of the first and second ROS circuits to the amplifier 25 and feed them back through the D / A converter 26 and the feedback circuit 27. Amplifier 25
Has a function of amplifying the output of each ROS circuit and a function of adding or subtracting depending on the operation mode. Amplifier 2
As the output of 5, a positive and negative sawtooth wave oscillation signal corresponding to the input is output.

【0028】ここで出力をパルス密度で検出したい場合
は、コンパレータとパルス発生回路を付加して、周波数
に応じたパルスをディジタル出力28から取り出す。こ
の回路は通常のオペアンプ等の汎用アナログICを使っ
て構成可能である。次にD/A変換器26は、増幅器2
5からのパルス状のディジタル信号を連続的なアナログ
信号に変換する機能をする。回路はロジック回路用のD
/A変換器や、オペアンプを使った積分器等で構成す
る。D/A変換器の出力はアナログ出力として検出で
き、さらに帰還回路27に入力される。
If it is desired to detect the output by the pulse density, a comparator and a pulse generating circuit are added and a pulse corresponding to the frequency is taken out from the digital output 28. This circuit can be configured by using a general-purpose analog IC such as a normal operational amplifier. Next, the D / A converter 26 uses the amplifier 2
It functions to convert the pulsed digital signal from 5 into a continuous analog signal. Circuit is D for logic circuit
The A / A converter and an integrator using an operational amplifier are used. The output of the D / A converter can be detected as an analog output and is further input to the feedback circuit 27.

【0029】帰還回路27は入力に応じた信号を出力
し、アナログ出力29として取り出すと同時に、帰還抵
抗を通して帰還コイル8に電流を流す。この帰還により
SQUIDの動作点17を固定することができる。帰還
回路27はオペアンプを使った積分回路で、容易に構成
可能である。
The feedback circuit 27 outputs a signal corresponding to the input and takes it out as an analog output 29, and at the same time, causes a current to flow through the feedback coil 8 through the feedback resistor. By this feedback, the operating point 17 of the SQUID can be fixed. The feedback circuit 27 is an integrating circuit using an operational amplifier and can be easily constructed.

【0030】この磁気センサによる入力磁束の検出は、
パルス密度をカウントするディジタル的な出力測定と、
帰還量を検出するアナログ的な方法の両方が可能であ
る。
The detection of the input magnetic flux by this magnetic sensor is
Digital output measurement that counts pulse density,
Both analog methods of detecting the feedback amount are possible.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は以上説明したように、ROS回
路を2個使い、入力磁束によってどちらか一方のROS
回路が発振状態になり、入力磁束の正負に応じて、正負
のパルス状の出力が得られる。そのため、従来の常時発
振させて小さい周波数変化を入力磁束の変化としてとら
えていた動作方法と異なり、大きな出力が得られ、感度
の向上が期待できる。
As described above, according to the present invention, two ROS circuits are used, and one of the ROS circuits is used depending on the input magnetic flux.
The circuit enters an oscillating state, and positive and negative pulsed outputs are obtained according to the positive and negative of the input magnetic flux. Therefore, unlike the conventional operation method in which a small frequency change is constantly oscillated and a small frequency change is regarded as a change in the input magnetic flux, a large output can be obtained and an improvement in sensitivity can be expected.

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

【図1】本発明の第1実施例の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は従来のROS回路の構成図、(b)、
(c)はその動作を説明する図である。
2A is a block diagram of a conventional ROS circuit, FIG.
(C) is a figure explaining the operation.

【図3】(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれS
QUIDの回路例を示す図である。
3 (a), (b), (c) and (d) are S respectively.
It is a figure which shows the circuit example of QUID.

【図4】(a)、(b)、(c)はそれぞれシャント回
路の例を示す図である。
4A, 4B, and 4C are diagrams showing examples of shunt circuits.

【図5】(a)、(b)、(c)はバイアス電流の極性
が異なる場合のしきい値特性の例を示す図である。
5A, 5B, and 5C are diagrams showing examples of threshold characteristics when the polarities of bias currents are different.

【図6】(a)、(b)、(c)はバイアス電流の極性
が同じ場合のしきい値特性の例を示す図である。
6A, 6B, and 6C are diagrams showing examples of threshold characteristics when the polarities of bias currents are the same.

【図7】本発明の磁気センサの動作を説明する図であ
る。
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the magnetic sensor of the present invention.

【図8】本発明の磁気センサを駆動する回路例を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a circuit for driving the magnetic sensor of the present invention.

【図9】図5のしきい値特性に対応する動作モードを示
す図表である。
FIG. 9 is a chart showing operation modes corresponding to the threshold characteristics of FIG.

【図10】図6のしきい値特性に対応する動作モードを
示す図表である。
10 is a table showing operation modes corresponding to the threshold characteristics of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1SQUID 2 第1シャント回路 3 第1ROS回路 4 第2SQUID 5 第2シャント回路 6 第2ROS回路 7 入力コイル 8 帰還コイル 9 第1バイアス電流 10 第2バイアス電流 11 第1出力 12 第2出力 13 オフセットコイル 14 シャントコイル 15 シャント抵抗 16 DC SQUID 17 動作点 18 第1コイル 19 第1抵抗 20 ジョセフソン素子 21 第2抵抗 22 第3抵抗 23 第2コイル 24 第4抵抗 25 増幅器 26 D/A変換器 27 帰還回路 28 ディジタル出力 29 アナログ出力 1 1st SQUID 2 1st shunt circuit 3 1st ROS circuit 4 2nd SQUID 5 2nd shunt circuit 6 2nd ROS circuit 7 Input coil 8 Feedback coil 9 1st bias current 10 2nd bias current 11 1st output 12 2nd output 13 Offset Coil 14 Shunt Coil 15 Shunt resistor 16 DC SQUID 17 Operating point 18 First coil 19 First resistor 20 Josephson element 21 Second resistor 22 Third resistor 23 Second coil 24 Fourth resistor 25 Amplifier 26 D / A converter 27 Feedback circuit 28 Digital output 29 Analog output

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも2つのジョセフソン素子と超
伝導コイルにより超伝導ループを構成するSQUID
と、前記SQUIDに各々磁気結合する入力コイル、帰
還コイルと、少なくとも1つのコイルと1つの抵抗が直
列に接続されたシャント回路と、前記SQUIDと前記
シャント回路を並列に接続した第1の緩和発振型SQU
ID回路と、前記第1の緩和発振型SQUID回路と同
様に構成され前記第1の緩和発振型SQUID回路と直
列に接続された第2の緩和発振型SQUID回路を有す
ることを特徴とする超伝導磁気センサ。
1. A SQUID that forms a superconducting loop by at least two Josephson elements and a superconducting coil.
An input coil and a feedback coil each magnetically coupled to the SQUID, a shunt circuit in which at least one coil and one resistor are connected in series, and a first relaxation oscillation in which the SQUID and the shunt circuit are connected in parallel. Type SQU
A superconducting device, comprising: an ID circuit; and a second relaxation oscillation type SQUID circuit configured in the same manner as the first relaxation oscillation type SQUID circuit and connected in series with the first relaxation oscillation type SQUID circuit. Magnetic sensor.
【請求項2】 前記SQUIDのバイアス電流が前記超
伝導コイルに対して非対称に供給された請求項1記載の
超伝導磁気センサ。
2. The superconducting magnetic sensor according to claim 1, wherein the bias current of the SQUID is supplied asymmetrically to the superconducting coil.
JP7138221A 1995-06-05 1995-06-05 Superconducting magnetic sensor Pending JPH08327713A (en)

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