JPH09222469A - Multi-channel squid fluxmeter - Google Patents

Multi-channel squid fluxmeter

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JPH09222469A
JPH09222469A JP5368496A JP5368496A JPH09222469A JP H09222469 A JPH09222469 A JP H09222469A JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP 5368496 A JP5368496 A JP 5368496A JP H09222469 A JPH09222469 A JP H09222469A
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squid
bias
current
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magnetic flux
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Kunio Kazami
邦夫 風見
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CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-channel SQUID fluxmeter which achieves signifi cant minimization of the circuitry while reducing the number of connection wires for connection of a sensor SQUIDs and an electronic circuits. SOLUTION: A bias current to be supplied to a plurality of sensor SQUIDs/is switched by a multiplexer 4 to take out an output current in a time sharing manner while the output current is applied to an input coil 6 of a plurality of SQUIDs 5 and moreover, the bias current supplied to the SQUID 5 is switched by a multiplexer 9 to take out the output current in a time sharing manner. At the same time, the output current is applied to an input coil 19 of a SQUID array 20 to obtain an output signal from the SQUID array 20.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ジョセフソン効果
を利用したSQUID磁束計に関するものであり、更に
詳しくは、複数個のSQUIDから得られる電気信号を
簡略な電子回路で受けるための回路構成に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an SQUID magnetometer utilizing the Josephson effect, and more particularly to a circuit structure for receiving an electric signal obtained from a plurality of SQUIDs with a simple electronic circuit. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、公知の SQUID磁束計は、液
体ヘリウムを貯留しておくデュワー(またはクライオス
タット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロ
ーブと、室温動作のアンプ及びコントローラとで構成さ
れ、液体ヘリウム中のSQUIDプローブと室温アンプ
を同軸ケーブルで接続している。
2. Description of the Related Art Conventionally known SQUID magnetometers are composed of a dewar (or cryostat) that stores liquid helium, an SQUID probe that operates in liquid helium, and an amplifier and controller that operate at room temperature. The SQUID probe in helium and the room temperature amplifier are connected with a coaxial cable.

【0003】通常、この室温アンプを介してFLL(磁
束ロックループ:Flux Lock Loop)と呼ばれる線形動作
のためのフィードバックを構成することによりゼロ位法
が成り立つように制御される。生体磁気計測など多数点
の磁気計測を同時に行なう場合、デュワー内には数十個
〜数百個のSQUIDをアレイ状に配置して磁場の空間
分布をとる。
Normally, a zero-order method is controlled to be valid by forming feedback for linear operation called FLL (flux lock loop) through the room temperature amplifier. When performing magnetic measurement at a large number of points such as biomagnetic measurement at the same time, several tens to several hundreds of SQUIDs are arranged in an array in the dewar to obtain the spatial distribution of the magnetic field.

【0004】この際、FLLを構成するために各SQU
IDに同数のFLL回路が接続される。これは、磁束ロ
ックが、入力磁束に対する出力電圧の線形性と同時にそ
の線形性が時間に対しても保証するのに必要なためであ
る。すなわち、センサと同数のFLL回路が無いと磁場
の空間分布の経時変化は計測できない。
At this time, in order to configure the FLL, each SQU
The same number of FLL circuits are connected to the ID. This is because the flux lock is necessary to guarantee the linearity of the output voltage with respect to the input flux as well as its linearity with respect to time. That is, the temporal change of the spatial distribution of the magnetic field cannot be measured without the same number of FLL circuits as the sensors.

【0005】このように、センサと電子回路が1:1に
対応していると、1チャンネルの磁束計についてバイア
ス電流供給線、信号電圧出力線、フィードバック信号線
の計6本がSQUIDとFLL回路の間に必要である。
As described above, when the sensor and the electronic circuit correspond to each other in a one-to-one relationship, a total of six bias current supply lines, signal voltage output lines, and feedback signal lines for the one-channel magnetometer are SQUID and FLL circuits. Needed during.

【0006】そして、線の本数が多いとデュワー内への
熱侵入が多くなるため、チャンネル数の多いSQUID
磁束計では、ヘリウムなどの冷媒の蒸発量が増加しラン
ニングコストが増えるという問題が生じていた。(25
6チャンネルSQUID磁束計では6×256本の配線
が必要)
When the number of wires is large, heat invasion into the dewar increases, so that the SQUID having a large number of channels is used.
In the magnetometer, there has been a problem that the running cost is increased due to an increase in the evaporation amount of the refrigerant such as helium. (25
A 6-channel SQUID magnetometer requires 6 x 256 wires)

【0007】また、結線本数の増加により接続点数も増
えるため布線コストや信頼性の面でも好ましくはない。
更に、FLL回路が増えると、重量増、消費電力の点で
も負担が増えるため、チャンネル数の多い磁束計では、
これらが大きな問題となっていた。
Further, since the number of connection lines increases as the number of connection lines increases, it is not preferable in terms of wiring cost and reliability.
Furthermore, as the number of FLL circuits increases, the load also increases in terms of weight and power consumption.
These were big problems.

【0008】例えば、256チャンネルのSQUID磁
束計ではFLL回路の消費電流は数アンペアにもなり、
微小な生体電流を起源とする生体磁気計測を行なうため
の磁気シールドルーム内にはFLL回路を設置できな
い。
For example, in a 256-channel SQUID magnetometer, the current consumption of the FLL circuit is several amperes,
The FLL circuit cannot be installed in the magnetically shielded room for performing biomagnetic measurement originating from a minute biocurrent.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従って、数十μVとい
う微小なSQUIDの出力電圧をS/N比よく磁気シー
ルドルーム外のFLL回路まで導出しなければならず、
配線系の電磁シールドに負担がかかると共に、RFノイ
ズが混入しやすくなるという問題が新たに生じていた。
Therefore, it is necessary to derive a small SQUID output voltage of several tens of μV to the FLL circuit outside the magnetic shield room with a good S / N ratio.
There is a new problem that the electromagnetic shield of the wiring system is burdened and RF noise is easily mixed.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
技術の問題点に鑑みてなされたもので、複数個のdc−
SQUID(以下SQUID)を磁場検出用のセンサと
するマルチチャンネルSQUID磁束計において、これ
ら各センサSQUIDのバイアス電流をオンオフするた
めの第一のスイッチ手段と、上記各センサSQUIDの
電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗と、該
第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第一のコ
イルと、該第一のコイルと磁気的に結合したSQUID
か若しくはSQUIDアレイからなる複数の第一の加算
器と、該第一の加算器をオンオフするための第二のスイ
ッチ手段と、上記第一の加算器の電圧出力をを電流とし
て取り出す第二の結合用抵抗と、該第二の結合用抵抗と
電気的に直列に接続された第二のコイルと、該第二のコ
イルに磁気的に結合したSQUIDか若しくはSQUI
Dアレイからなる第二の加算器とから構成されたマルチ
チャンネルSQUID磁束計を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and a plurality of dc-
In a multi-channel SQUID magnetometer using SQUID (hereinafter SQUID) as a sensor for magnetic field detection, first switch means for turning on / off the bias current of each of these sensors SQUID and the voltage output of each sensor SQUID are taken out as a current. A first coupling resistor, a first coil electrically connected in series with the first coupling resistor, and a SQUID magnetically coupled to the first coil.
Alternatively, a plurality of first adders composed of SQUID arrays, second switch means for turning on and off the first adders, and a second voltage output of the first adder as a current A coupling resistor, a second coil electrically connected in series with the second coupling resistor, and an SQUID or SQUID magnetically coupled to the second coil.
The present invention provides a multi-channel SQUID magnetometer including a second adder including a D array.

【0011】本発明は、磁束電圧変換率dV/dΦのSQU
IDか若しくはSQUIDアレイに抵抗Rnと結合コイル
Mnから構成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧1となる
ような負帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−
V曲線の斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス
回路を設けたマルチチャンネルSQUID磁束計を提供
するものである。
The present invention is an SQU having a magnetic flux voltage conversion rate dV / dΦ.
Resistor Rn and coupling coil in ID or SQUID array
A negative feedback circuit that is composed of Mn and has a feedback ratio β = (dV / dΦ) × Mn / Rn ≧ 1 and has a linear operating point Φ−
The present invention provides a multi-channel SQUID magnetometer provided with a magnetic flux bias circuit for locating the magnetic flux bias circuit at approximately the midpoint of the slope of the V curve.

【0012】本発明は、磁束バイアス及び電流バイアス
を上記第一及び第二のスイッチ手段に同期させて各SQ
UIDに応じたバイアス点を設定するように構成したマ
ルチチャンネルSQUID磁束計を提供するものであ
る。
According to the present invention, the magnetic flux bias and the current bias are synchronized with the first and second switch means, and each SQ is synchronized.
A multi-channel SQUID magnetometer configured to set a bias point according to a UID.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明を詳
細に説明する。図1は本発明の一実施形態を示す回路図
である。図において1は磁場を検知するためのセンサS
QUIDであり、ピックアップコイルやシャント抵抗は
省略して記載してある。また、図2で説明する負帰還回
路も省略してあるが、負帰還回路は必ずしも付属してな
くてもよい。尚、センサSQUID1は検知すべき信号
に対して、異なる場所に複数個設置されるものとする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a sensor S for detecting a magnetic field.
It is a QUID, and the pickup coil and the shunt resistor are omitted. Although the negative feedback circuit described with reference to FIG. 2 is also omitted, the negative feedback circuit may not necessarily be attached. It should be noted that a plurality of sensors SQUID1 are installed at different locations for signals to be detected.

【0014】2は各センサSQUID1にバイアス電流
を供給するための制限抵抗で、それぞれアナログマルチ
プレクサ4の各分配端子に接続される。マルチプレクサ
4の各スイッチは各SQUIDに順次バイアス電流を供
給するように排他的にオンオフ制御される。尚、マルチ
プレクサ4は他のアナログスイッチやメカニカルスイッ
チで代用されてもよい。
Reference numeral 2 denotes a limiting resistor for supplying a bias current to each sensor SQUID 1, which is connected to each distribution terminal of the analog multiplexer 4. Each switch of the multiplexer 4 is exclusively on / off controlled so as to sequentially supply a bias current to each SQUID. The multiplexer 4 may be replaced with another analog switch or mechanical switch.

【0015】マルチプレクサ4によってスイッチがオン
されたセンサSQUID1は、バイアス電流が供給され
るため電圧状態に転移する。従って、入力磁束に応じた
出力電圧を発生する。一方、オフ状態にあるセンサSQ
UID1は超伝導状態にあるため、電圧は発生しない。
このようにしてセンサSQUID1で発生した電圧は結
合用抵抗3で制限された値だけ次段のSQUID5にイ
ンプットコイル6を通じて伝達される。
The sensor SQUID1, which is switched on by the multiplexer 4, is transferred to the voltage state because the bias current is supplied. Therefore, the output voltage corresponding to the input magnetic flux is generated. On the other hand, the sensor SQ in the off state
Since UID1 is in the superconducting state, no voltage is generated.
In this way, the voltage generated by the sensor SQUID1 is transmitted to the SQUID5 at the next stage by the value limited by the coupling resistor 3 through the input coil 6.

【0016】このとき、各結合用抵抗3はインプットコ
イル6に電流を供給するための配線抵抗よりも通常十分
大きく、電流加算は成り立つため、センサSQUID1
で発生した電圧の変動は全てインプットコイル6に電流
として流れ込む。従って、磁場の強さに応じてSQUI
D5の両端に電圧が発生する。すなわち、バイアス電流
のオン状態にあるセンサセンサSQUID1のみが選択
的に信号を次段のSQUID5に出力を伝達することが
できる。
At this time, each coupling resistor 3 is usually sufficiently larger than the wiring resistance for supplying a current to the input coil 6, and the current addition is established. Therefore, the sensor SQUID1
All the fluctuations in the voltage generated in 1 flow into the input coil 6 as a current. Therefore, depending on the strength of the magnetic field, SQUI
A voltage is generated across D5. That is, only the sensor sensor SQUID1 in the ON state of the bias current can selectively transmit the signal to the SQUID5 of the next stage.

【0017】ここで、(図示していない)ピックアップ
コイルを含んだセンサSQUID1の磁場感度(ピック
アップコイルで磁場に比例した遮蔽電流をSQUIDリ
ング内の磁束として転送したときの磁場−磁束変換係
数)をη、センサSQUID1、及びSQUID5の磁
束電圧変換率を各々dV/dΦ1、dV/dΦ2、結合用抵抗3の
抵抗値をR1 、インプットコイル6とSQUID5のカ
ップリングをM1 とすると、入力磁場変動ΔBに対する
SQUID5の出力電圧変動ΔVo1は下記に示す数式1
で与えられる。
Here, the magnetic field sensitivity of the sensor SQUID1 including a pickup coil (not shown) (the magnetic field-magnetic flux conversion coefficient when the shielding current proportional to the magnetic field is transferred as the magnetic flux in the SQUID ring by the pickup coil) is given. Letting η, the magnetic flux voltage conversion rates of the sensors SQUID1 and SQUID5 be dV / dΦ1 and dV / dΦ2, the resistance value of the coupling resistor 3 be R1, and the coupling of the input coil 6 and SQUID5 be M1, the input magnetic field fluctuation ΔB The output voltage fluctuation ΔVo1 of SQUID5 is expressed by the following equation 1
Given in.

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】また、7はSQUID5にバイアス電流を
供給するための電流制限抵抗であり、別のマルチプレク
サ9の端子の一つに接続される。このSQUID5もマ
ルチプレクサ9がオンのときのみ電圧状態に転移するこ
とで選択され、結合用抵抗8で3段目のSQUIDか若
しくはSQUIDアレイ20にインプットコイル19で
磁気的に結合される。
Reference numeral 7 is a current limiting resistor for supplying a bias current to the SQUID 5, which is connected to one of the terminals of another multiplexer 9. This SQUID 5 is also selected by shifting to the voltage state only when the multiplexer 9 is turned on, and is magnetically coupled to the SQUID of the third stage by the coupling resistor 8 or the SQUID array 20 by the input coil 19.

【0020】この際、結合用抵抗8の抵抗値をR2 、イ
ンプットコイル19とSQUIDか若しくはSQUID
アレイ20のカップリングをM2 とし、SQUIDアレ
イ20の磁束電圧変換率dV/dΦ3とすると、出力電圧変
動ΔVo2は下記に示す数式2で与えられる。
At this time, the resistance value of the coupling resistor 8 is R2, the input coil 19 and the SQUID, or the SQUID.
When the coupling of the array 20 is M2 and the magnetic flux voltage conversion rate of the SQUID array 20 is dV / dΦ3, the output voltage fluctuation ΔVo2 is given by Equation 2 below.

【0021】[0021]

【数2】 [Equation 2]

【0022】また、10、11及び13、12はそれぞ
れセンサSQUID1、SQUID5の動作点を設定す
るためのバイアス磁束を与える磁束入力コイル及び電流
制限抵抗であり、電圧設定用電源14、15と共にそれ
ぞれのSQUIDのΦ−V曲線の斜面の中点付近に動作
点がくるように調整される。
Further, reference numerals 10, 11 and 13, 12 denote a magnetic flux input coil and a current limiting resistor for giving a bias magnetic flux for setting the operating points of the sensors SQUID1, SQUID5, respectively, together with the voltage setting power supplies 14, 15, respectively. It is adjusted so that the operating point is near the midpoint of the slope of the SQUID Φ-V curve.

【0023】同様に、SQUIDアレイ20の動作点を
設定するためにバイアス磁束設定用回路である磁束入力
コイル21、電圧設定用電源22及び電流制限抵抗23
を設ける。
Similarly, in order to set the operating point of the SQUID array 20, a magnetic flux input coil 21, which is a bias magnetic flux setting circuit, a voltage setting power source 22, and a current limiting resistor 23.
Is provided.

【0024】以上の構成で17で示すブロックが複数あ
るものとするとき、各ブロックのセンサセンサSQUI
D1と加算用のSQUID5は2つのマルチプレクサ
4、9で1つのセンサSQUID1を選択することがで
きる。例えばマルチプレクサ4のスイッチ4aがオン
で、しかもマルチプレクサ9のスイッチ9aがオンであ
れば図示1のセンサSQUID1が選択される。
When there are a plurality of blocks indicated by 17 in the above configuration, the sensor sensor SQUI of each block
As for D1 and SQUID5 for addition, one sensor SQUID1 can be selected by the two multiplexers 4 and 9. For example, if the switch 4a of the multiplexer 4 is on and the switch 9a of the multiplexer 9 is on, the sensor SQUID1 shown in FIG. 1 is selected.

【0025】このようにして、マルチプレクサの接点数
m×nだけの数のセンサSQUID1が選択される。2
4はSQUIDアレイ20のバイアス電流を設定するた
めの抵抗で、バイアス設定電源16と併せて臨界電流値
付近に設定される。同様に、各SQUIDアレイ20に
も同一のバイアス設定電源16でバイアス電流を設定す
るように接続されているが、これらは別々の電源で設定
されてもよい。
In this way, as many sensor SQUIDs 1 as the number of contacts m × n of the multiplexer are selected. 2
Reference numeral 4 denotes a resistor for setting the bias current of the SQUID array 20, which is set near the critical current value together with the bias setting power supply 16. Similarly, although each SQUID array 20 is also connected so that the bias current is set by the same bias setting power supply 16, these may be set by different power supplies.

【0026】SQUIDアレイ20の出力は、室温動作
の電圧増幅器25、26で増幅され、最適なバイアス電
圧をバイアス設定電源29で印加した上で、サンプルホ
ールド回路27で各スイッチと同期的に信号を保持す
る。
The output of the SQUID array 20 is amplified by the voltage amplifiers 25 and 26 operating at room temperature, the optimum bias voltage is applied by the bias setting power supply 29, and then the sample hold circuit 27 outputs a signal synchronously with each switch. Hold.

【0027】尚、28はマルチプレクサ4、9とサンプ
ルホールド回路27を同期的に動作させるためのシーケ
ンス制御回路である。該シーケンス制御回路28の制御
シーケンスは、センサSQUID1、SQUID5の選
択と選択されたSQUIDの出力のホールドのみである
ため省略する。また、ホールドした出力電圧は図では示
していないAD変換器などの読み取り回路に出力される。
Reference numeral 28 is a sequence control circuit for synchronously operating the multiplexers 4 and 9 and the sample hold circuit 27. The control sequence of the sequence control circuit 28 is omitted since it is only for selecting the sensors SQUID1 and SQUID5 and holding the output of the selected SQUID. The held output voltage is output to a reading circuit such as an AD converter (not shown).

【0028】一方、SQUIDの動作点等やバイアス電
流値は各SQUID毎で異なることがあるため、この際
はバイアス設定電源14、15、16、22、29等は
DA変換器などで置き換えて、スイッチシーケンスに伴っ
て出力電圧値を各SQUIDに最適な値とすればよい。
On the other hand, since the operating point of the SQUID and the bias current value may differ for each SQUID, in this case, the bias setting power sources 14, 15, 16, 22, 29, etc.
It may be replaced with a DA converter or the like, and the output voltage value may be set to an optimum value for each SQUID according to the switch sequence.

【0029】更に、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられる。例えば、
図1において結合用抵抗3の電流性雑音をInとすると、
m個のセンサSQUID1が結合される場合In×√mの
雑音電流が次段のSQUID5に転送される。
Further, in this embodiment, the influence of the current noise of the coupling resistor can be suppressed to a small level. For example,
In FIG. 1, assuming that the current noise of the coupling resistor 3 is In,
When m sensors SQUID1 are combined, In × √m noise current is transferred to SQUID5 of the next stage.

【0030】従って、2段のみの構成であるとチャンネ
ル数が多い場合S/N比が低下する。しかし、この実施
形態のように、3段構成であると、mやnの値はチャン
ネル数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点
でも有利である。
Therefore, if the number of channels is large, the S / N ratio is low if the configuration has only two stages. However, the three-stage configuration as in this embodiment allows the values of m and n to be kept small even if the number of channels is large, which is also advantageous in terms of the S / N ratio.

【0031】図2、図3及び図4は以上の構成を更に詳
細に説明するものである。SQUIDの出力は図4の細
線で示すように、入力磁束に対して出力電圧は正弦波状
に変化する。従って、通常はFLL回路とよばれる磁束
ロック回路を用いて、入力磁束の変化に対して出力電圧
が直線的になるようにぜロ位法が成り立つようなフィー
ドバック補正がなされる。
2, 3 and 4 explain the above construction in more detail. As for the output of the SQUID, as shown by the thin line in FIG. 4, the output voltage changes sinusoidally with respect to the input magnetic flux. Therefore, a magnetic flux lock circuit, which is usually called a FLL circuit, is used to perform feedback correction such that the zero position method is established so that the output voltage becomes linear with respect to the change in the input magnetic flux.

【0032】しかしながら、このような補正は従来技術
で述べたようにロック飛という問題点がある。そこで、
図2に示すような負帰還抵抗30とコイル31とから構
成される負帰還回路を設けることで出力電圧の線形化を
図る。この際、抵抗30の抵抗値をRn、コイル31とS
QUID32の相互結合インダクタンスをMn、SQUI
D32の磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは下
記に示す数式3で与えられる。
However, such correction has a problem that the lock is skipped as described in the prior art. Therefore,
By providing a negative feedback circuit composed of the negative feedback resistor 30 and the coil 31 as shown in FIG. 2, the output voltage is linearized. At this time, the resistance value of the resistor 30 is Rn, and the coil 31 and S
Mutual coupling inductance of QUID32 is Mn, SQUI
Assuming that the magnetic flux voltage conversion rate of D32 is dV / dΦ, the feedback rate β is given by Equation 3 below.

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】ここで、β≧0とすると、図4で示す太線
のように(βが大きくなるに従って)Φ−V曲線は斜面
の傾きが緩やかになるように変形する。このときの帰還
後の磁束電圧変換率は下記に示す数式4で与えられる。
Here, when β ≧ 0, the Φ-V curve is deformed so that the slope of the slope becomes gentle as shown by the thick line in FIG. 4 (as β increases). The magnetic flux voltage conversion rate after the feedback at this time is given by Equation 4 below.

【0035】[0035]

【数4】 (Equation 4)

【0036】そして、βが1から3の範囲においては、
正弦波状のΦ−V曲線は鋸波状となり、図4に示す太線
の斜面は線形性が増加する。また、帰還のないとき線形
範囲はΦ1がΦo/2以下であるのに対し、Φ2で示す範囲
のように線形部がβの値に応じて(βが2付近で)Φo
付近まで拡大される。このとき、(図4に示す)線形部
の中央に磁束バイアスを加えることで、外部から加わる
磁場はこの点を中心に変動することになる。
Then, in the range of β from 1 to 3,
The sinusoidal Φ-V curve has a sawtooth shape, and the slope of the thick line shown in FIG. 4 has increased linearity. In the absence of feedback, the linear range is Φ1 is Φo / 2 or less, whereas the linear part is Φo depending on the value of β (in the vicinity of 2) such as Φ2.
It is enlarged to the vicinity. At this time, by applying a magnetic flux bias to the center of the linear portion (shown in FIG. 4), the magnetic field applied from the outside fluctuates around this point.

【0037】通常、計測する磁場の大きさは生体磁気計
測の場合数10pT程度であるが、磁場感度ηはピックア
ップコイルからSQUIDまでの伝達効率を含めて数nT
/Φo程度であるため、信号のダイナミックレンジはΦo/
10以下である。一方、直流的な磁場変動は地磁気の日変
化で50nT/Φo程度であり、磁気シールドルーム内の環
境下では1/100程度であるためバイアス点の変動は
Φoに比較して小さい。
Normally, the magnitude of the magnetic field to be measured is about several 10 pT in the case of biomagnetism measurement, but the magnetic field sensitivity η is several nT including the transfer efficiency from the pickup coil to the SQUID.
/ Φo, the signal dynamic range is Φo /
10 or less. On the other hand, the direct-current magnetic field fluctuation is about 50 nT / Φo due to the diurnal variation of the earth's magnetism, and is about 1/100 in the environment in the magnetic shield room, so the fluctuation of the bias point is smaller than Φo.

【0038】従って、線形性さえ得られれば開ループで
も計測に支障は生じないことがわかる。このような負帰
還による線形化を図1のセンサSQUID1及びSQU
ID5に対して施すことで線形性を保ったまま磁場−電
圧変換と電圧転送ができる。
Therefore, it can be seen that even if the linearity is obtained, no problem occurs in the measurement even in the open loop. The linearization by such negative feedback is performed by the sensors SQUID1 and SQUI of FIG.
By applying to ID5, magnetic field-voltage conversion and voltage transfer can be performed while maintaining linearity.

【0039】図3はSQUIDアレイにおいても同様な
負帰還を設けることで出力電圧の線形化を図るものであ
る。すなわち、負帰還抵抗33とコイル34とから構成
される負帰還回路を設けるものである。この際、抵抗3
3の抵抗値をRn、コイル34とSQUIDアレイ35の
相互結合インダクタンスをMn、SQUIDアレイ35の
磁束電圧変換率をdV/dΦとすると帰還率βは上記した数
式3で与えられる。
In FIG. 3, the output voltage is linearized by providing the same negative feedback also in the SQUID array. That is, a negative feedback circuit including the negative feedback resistor 33 and the coil 34 is provided. At this time, the resistance 3
When the resistance value of 3 is Rn, the mutual coupling inductance of the coil 34 and the SQUID array 35 is Mn, and the magnetic flux voltage conversion rate of the SQUID array 35 is dV / dΦ, the feedback rate β is given by the above-described Equation 3.

【0040】以上のように、本発明の実施形態を説明し
てきたが、本発明はここで示した実施形態に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載された構成を変更
しない限り、適宜に実施できる。例えば、本発明の実施
の形態においては、電流バイアスを上記第一及び第二の
スイッチ手段に同期して各SQUIDに応じたバイアス
点を設定するように構成したが、磁束バイアスを同様に
上記第一及び第二のスイッチ手段に同期して各SQUI
Dに応じたバイアス点を設定するように構成しても良
い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the embodiments shown here, and is not limited to the modifications described in the claims. It can be implemented appropriately. For example, in the embodiment of the present invention, the current bias is set in synchronization with the first and second switch means to set the bias point according to each SQUID, but the magnetic flux bias is similarly set to the above first. Each SQUI in synchronization with the first and second switch means
The bias point may be set according to D.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマルチチ
ャンネルSQUID磁束計は、センサSQUIDをマル
チプレクサで選択して別のSQUIDで一旦、加算的に
受け、この加算用SQUIDを他のマルチプレクサで選
択し、更に、後段のSQUIDアレイで加算的に増幅
し、室温増幅器で時分割的に電圧出力を増幅するもので
あるから、複数個のセンサを単一の増幅器で高S/N比
にて増幅することができるので、配線本数はセンサの数
だけFLL回路を設ける場合よりも極めて少なくするこ
とが可能である。
As described above, in the multi-channel SQUID magnetometer of the present invention, the sensor SQUID is selected by the multiplexer and is temporarily received by another SQUID, and this addition SQUID is selected by another multiplexer. In addition, since the SQUID array in the subsequent stage performs additional amplification and the room-temperature amplifier amplifies the voltage output in a time-division manner, multiple sensors are amplified with a single amplifier at a high S / N ratio. Therefore, the number of wirings can be made extremely smaller than the case where FLL circuits are provided by the number of sensors.

【0042】また、マルチプレクサをSQUIDと同様
にクライオスタット内に設置すればさらに配線本数は減
少する。よって、クライオスットの熱侵入は減少するた
めヘリウムのランニングコストが減少し、更に、回路規
模が少なくてすむ。
Further, if the multiplexer is installed in the cryostat like the SQUID, the number of wires is further reduced. Therefore, the heat invasion of the cryostat is reduced, so that the running cost of helium is reduced, and further, the circuit scale can be reduced.

【0043】一方、この実施形態においては、結合用抵
抗の電流性雑音の影響が小さく押さえられ、チャンネル
数が多くても小さく保つことができ、S/N比の点でも
有利である。
On the other hand, in this embodiment, the influence of the current noise of the coupling resistor can be suppressed to a small level, and can be kept small even if the number of channels is large, which is also advantageous in terms of the S / N ratio.

【0044】更に、開ループで計測するため、過大入力
や電源雑音などで計測が一時的に阻害されても、継続し
て計測を続けることが出きる等、多大な効果を奏する。
Furthermore, since the measurement is performed in an open loop, even if the measurement is temporarily hindered by an excessive input or power source noise, it is possible to continue the measurement, which is a great effect.

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

【図1】本発明の一実施形態におけるマルチチャンネル
SQUID磁束計の要部回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of a multi-channel SQUID magnetometer according to an embodiment of the present invention.

【図2】SQUIDの負帰還回路の構成を示す回路図で
ある。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a negative feedback circuit of SQUID.

【図3】SQUIDアレイの負帰還回路の構成を示す回
路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a negative feedback circuit of the SQUID array.

【図4】SQUIDの入出力特性を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing input / output characteristics of SQUIDs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサSQUID 2、7、12、13、23、24 電流制限抵抗 3、8 結合用抵抗 4、9 マルチプレクサ 5 次段SQUID 6、19、31、33 インプットコイル 10、11、21 磁束入力コイル 14、15、22 電圧設定用電源 16 バイアス電流供給
用電圧源 17、18 ブロック 20、35 SQUIDアレイ 25、26 電圧増幅器 27 サンプルホールド
回路 28 タイミング制御回
路 29 バイアス用電源 30、33 負帰還抵抗
1 Sensor SQUID 2, 7, 12, 13, 23, 24 Current limiting resistor 3, 8 Coupling resistor 4, 9 Multiplexer 5 Next stage SQUID 6, 19, 31, 33 Input coil 10, 11, 21 Flux input coil 14, 15, 22 Voltage setting power supply 16 Bias current supply voltage source 17, 18 Block 20, 35 SQUID array 25, 26 Voltage amplifier 27 Sample hold circuit 28 Timing control circuit 29 Bias power supply 30, 33 Negative feedback resistance

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数個のdc−SQUID(以下SQU
ID)を磁場検出用のセンサとするマルチチャンネルS
QUID磁束計において、 これら各センサSQUIDのバイアス電流をオンオフす
るための第一のスイッチ手段と、上記各センサSQUI
Dの電圧出力を電流として取り出す第一の結合用抵抗
と、該第一の結合用抵抗と電気的に直列に接続された第
一のコイルと、該第一のコイルと磁気的に結合したSQ
UIDか若しくはSQUIDアレイからなる複数の第一
の加算器と、該第一の加算器をオンオフするための第二
のスイッチ手段と、上記第一の加算器の電圧出力をを電
流として取り出す第二の結合用抵抗と、該第二の結合用
抵抗と電気的に直列に接続された第二のコイルと、該第
二のコイルに磁気的に結合したSQUIDか若しくはS
QUIDアレイからなる第二の加算器とから構成された
ことを特徴とするマルチチャンネルSQUID磁束計。
1. A plurality of dc-SQUIDs (hereinafter referred to as SQUs).
ID) as a sensor for magnetic field detection
In the QUID magnetometer, first switch means for turning on / off the bias current of each of the sensors SQUID, and each of the sensors SQUI.
A first coupling resistor for extracting the voltage output of D as a current, a first coil electrically connected in series with the first coupling resistor, and an SQ magnetically coupled to the first coil.
A plurality of first adders each consisting of a UID or SQUID array, a second switch means for turning the first adder on and off, and a second voltage output of the first adder as a current Coupling resistor, a second coil electrically connected in series with the second coupling resistor, and a SQUID magnetically coupled to the second coil or S
A multi-channel SQUID magnetometer comprising a second adder composed of a QUID array.
【請求項2】 磁束電圧変換率dV/dΦのSQUIDか若
しくはSQUIDアレイに抵抗Rnと結合コイルMnから構
成され、帰還率β=(dV/dΦ)×Mn/Rn≧1となるような負
帰還回路を設け、かつ動作点を線形化したΦ−V曲線の
斜面の略中点に位置させるための磁束バイアス回路を設
けたことを特徴とする請求項1に記載のマルチチャンネ
ルSQUID磁束計。
2. Negative feedback such that the feedback ratio β = (dV / dΦ) × Mn / Rn ≧ 1 is constituted by a SQUID having a magnetic flux voltage conversion ratio dV / dΦ or a SQUID array which is composed of a resistor Rn and a coupling coil Mn. The multi-channel SQUID magnetometer according to claim 1, further comprising a circuit, and a magnetic flux bias circuit for locating the operating point at a substantially middle point of a slope of a linearized Φ-V curve.
【請求項3】 磁束バイアスか若しくは電流バイアスの
少なくとも何れか一方を上記第一及び第二のスイッチ手
段に同期させて各SQUIDに応じたバイアス点を設定
するように構成したことを特徴とする請求項1乃至請求
項2の何れかに記載のマルチチャンネルSQUID磁束
計。
3. A bias point according to each SQUID is set by synchronizing at least one of a magnetic flux bias and a current bias with the first and second switch means. The multi-channel SQUID magnetometer according to any one of claims 1 and 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194292A (en) * 2006-01-17 2007-08-02 Seiko Instruments Inc Multiple signal reading circuit
CN112826511A (en) * 2019-11-25 2021-05-25 株式会社理光 Magnetic field measuring device

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