JPH10170618A - 磁気センサ素子動作回路 - Google Patents
磁気センサ素子動作回路Info
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- JPH10170618A JPH10170618A JP34280596A JP34280596A JPH10170618A JP H10170618 A JPH10170618 A JP H10170618A JP 34280596 A JP34280596 A JP 34280596A JP 34280596 A JP34280596 A JP 34280596A JP H10170618 A JPH10170618 A JP H10170618A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ素子
との信号授受を２端子で行うことにより、配線数及び冷
却媒体蒸発量を低減した動作回路の提供。 【解決手段】 本発明の磁気センサ素子動作回路（２）
では、バイアス電流源（２２）に電気的に接続された２
つの端子（ｔ1 ，ｔ0 ）には、磁気センサ素子として用
いられるＳＱＵＩＤ素子（１１）両端に電気的に接続さ
れるようになっており、バイアス電流がＳＱＵＩＤ素子
（１１）に与えられる。この２つの端子（ｔ1 ，ｔ0 ）
の間には、さらに、直列抵抗（２２Ｒ）を介して昇圧ト
ランス（２２Ｔ）が接続される。昇圧トランス（２２
Ｔ）は、この直列抵抗（２２Ｒ）により通流電流が磁芯
が飽和しないように制限されるので、ＳＱＵＩＤ素子
（１１）から出力される電圧を有効に増幅する。
との信号授受を２端子で行うことにより、配線数及び冷
却媒体蒸発量を低減した動作回路の提供。 【解決手段】 本発明の磁気センサ素子動作回路（２）
では、バイアス電流源（２２）に電気的に接続された２
つの端子（ｔ1 ，ｔ0 ）には、磁気センサ素子として用
いられるＳＱＵＩＤ素子（１１）両端に電気的に接続さ
れるようになっており、バイアス電流がＳＱＵＩＤ素子
（１１）に与えられる。この２つの端子（ｔ1 ，ｔ0 ）
の間には、さらに、直列抵抗（２２Ｒ）を介して昇圧ト
ランス（２２Ｔ）が接続される。昇圧トランス（２２
Ｔ）は、この直列抵抗（２２Ｒ）により通流電流が磁芯
が飽和しないように制限されるので、ＳＱＵＩＤ素子
（１１）から出力される電圧を有効に増幅する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサ素子動
作回路、より詳細には、磁気検出素子として、ＳＱＵＩ
Ｄ（Superconducting Quantum Interference Device 超
電導量子干渉デバイス）、特に、所謂「高温超電導体」
で形成された酸化物系のＳＱＵＩＤを用いる磁気センサ
のための動作回路に関する。
作回路、より詳細には、磁気検出素子として、ＳＱＵＩ
Ｄ（Superconducting Quantum Interference Device 超
電導量子干渉デバイス）、特に、所謂「高温超電導体」
で形成された酸化物系のＳＱＵＩＤを用いる磁気センサ
のための動作回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＱＵＩＤは、きわめて微弱な磁場を計
測することができる超高感度磁気センサとして知られて
いる。このようなＳＱＵＩＤに酸化物系の高温超電導体
を用いると、安価で取扱いが簡単な液体窒素温度（−１
９６℃）で動作することができるので、高価で取扱いが
難しかった液体ヘリウム（−２６９℃）を使用するシス
テムに比べて取扱いが大幅に簡単になり、医療診断、非
破壊検査、食品検査、地質検査等の種々の応用的な展開
・実用化が大いに期待されており、応用的な研究開発が
盛んに行われようとしている。このような研究開発に寄
与するため、本発明者らは、磁場測定及び素子特性評価
の両機能を兼備した「磁気センサ駆動回路装置」を創案
し、平成８年１０月１７日付けで既に特許出願（Ａ）し
た。
測することができる超高感度磁気センサとして知られて
いる。このようなＳＱＵＩＤに酸化物系の高温超電導体
を用いると、安価で取扱いが簡単な液体窒素温度（−１
９６℃）で動作することができるので、高価で取扱いが
難しかった液体ヘリウム（−２６９℃）を使用するシス
テムに比べて取扱いが大幅に簡単になり、医療診断、非
破壊検査、食品検査、地質検査等の種々の応用的な展開
・実用化が大いに期待されており、応用的な研究開発が
盛んに行われようとしている。このような研究開発に寄
与するため、本発明者らは、磁場測定及び素子特性評価
の両機能を兼備した「磁気センサ駆動回路装置」を創案
し、平成８年１０月１７日付けで既に特許出願（Ａ）し
た。
【０００３】ところで、ＳＱＵＩＤを上述のようにきわ
めて微弱な磁場を計測するのに使用する場合、従来技術
においては、例えば、図１に示すような構成が採用され
る。つまり、液体ヘリウム若しくは液体窒素が充填され
たＳＱＵＩＤセンサＳ内には、ＳＱＵＩＤ素子Ｅ、フィ
ードバックコイルＦＣ、及び、「超電導トランス」と呼
ばれる第１トランスＴ１が設けられる。これに対して、
駆動処理回路ＤＰ側には、バイアス電流源Ｂ、第２トラ
ンスＴ２、増幅器Ａ、位相検波器ＰＤ、フィードバック
増幅器ＦＡ、変調周波数発振器Ｍ等が設けられ、第１及
び第２トランスＴ１，Ｔ２並びに増幅器Ａから成る増幅
回路ＳＡで所要値にされたＳＱＵＩＤ出力電圧を処理
し、フィードバック増幅器ＦＡの出力から外部磁場を表
す所望の磁束計測信号Ｖφを得るようになっている。
めて微弱な磁場を計測するのに使用する場合、従来技術
においては、例えば、図１に示すような構成が採用され
る。つまり、液体ヘリウム若しくは液体窒素が充填され
たＳＱＵＩＤセンサＳ内には、ＳＱＵＩＤ素子Ｅ、フィ
ードバックコイルＦＣ、及び、「超電導トランス」と呼
ばれる第１トランスＴ１が設けられる。これに対して、
駆動処理回路ＤＰ側には、バイアス電流源Ｂ、第２トラ
ンスＴ２、増幅器Ａ、位相検波器ＰＤ、フィードバック
増幅器ＦＡ、変調周波数発振器Ｍ等が設けられ、第１及
び第２トランスＴ１，Ｔ２並びに増幅器Ａから成る増幅
回路ＳＡで所要値にされたＳＱＵＩＤ出力電圧を処理
し、フィードバック増幅器ＦＡの出力から外部磁場を表
す所望の磁束計測信号Ｖφを得るようになっている。
【０００４】ここで、バイアス電流源Ｂからのバイアス
電流信号は、バイアス電流入力端子ｔb1，ｔb2を介して
ＳＱＵＩＤ素子Ｅに供給される。このＳＱＵＩＤ素子Ｅ
からは検出されるべき外部磁場に応答して微小な出力電
圧Ｖｄが発生され、このＳＱＵＩＤ出力電圧Ｖｄは、第
１トランスＴ１を経て一旦所要値に昇圧される。そし
て、昇圧された電圧信号は、検出電圧出力端子ｔd1，ｔ
d2を介して取り出され、第２トランスに与えられて絶縁
され且つ所望値に調整された後、増幅器Ａに供給され
る。つまり、ＳＱＵＩＤ素子Ｅに対して４つの信号入出
力端子ｔb1，ｔb2；ｔd1，ｔd2を介して信号授受が行わ
れる。また、フィードバック増幅器ＦＡからのフィード
バック信号に発振器Ｍの変調周波数信号を重畳したフィ
ードバック励磁信号は、フィードバック励磁入力端子ｔ
f1，ｔf2を介してフィードバックコイルＦＣに供給され
るから、センサＳ全体に対しては、さらに、２つの端子
ｔf1，ｔf2が必要とされて、合計６つの信号入出力端子
を備えることになる。
電流信号は、バイアス電流入力端子ｔb1，ｔb2を介して
ＳＱＵＩＤ素子Ｅに供給される。このＳＱＵＩＤ素子Ｅ
からは検出されるべき外部磁場に応答して微小な出力電
圧Ｖｄが発生され、このＳＱＵＩＤ出力電圧Ｖｄは、第
１トランスＴ１を経て一旦所要値に昇圧される。そし
て、昇圧された電圧信号は、検出電圧出力端子ｔd1，ｔ
d2を介して取り出され、第２トランスに与えられて絶縁
され且つ所望値に調整された後、増幅器Ａに供給され
る。つまり、ＳＱＵＩＤ素子Ｅに対して４つの信号入出
力端子ｔb1，ｔb2；ｔd1，ｔd2を介して信号授受が行わ
れる。また、フィードバック増幅器ＦＡからのフィード
バック信号に発振器Ｍの変調周波数信号を重畳したフィ
ードバック励磁信号は、フィードバック励磁入力端子ｔ
f1，ｔf2を介してフィードバックコイルＦＣに供給され
るから、センサＳ全体に対しては、さらに、２つの端子
ｔf1，ｔf2が必要とされて、合計６つの信号入出力端子
を備えることになる。
【０００５】一方、上記従来技術のようにセンサＳ内に
第１トランスＴ１を組込む構造を採用した場合の種々の
不都合に対処するために、本発明者らは、さらに、ＳＱ
ＵＩＤ出力電圧の増幅手段を改良した「磁気センサ用電
圧増幅回路」を本願と同日付けの特許出願（Ｂ）で提案
している。ここで提案されている技術によると、図２に
概略的に示されるように昇圧増幅回路２２の昇圧要素と
して１つの昇圧トランス２２Ｔが室温下で用いられるの
で、センサ構造を簡単化することができる。しかしなが
ら、この先行技術によっても、やはり、ＳＱＵＩＤ素子
Ｅについては４つの端子が必要とされ、センサＳ全体で
は合計６つの信号入出力端子ｔb1，ｔb2；ｔd1，ｔd2；
ｔf1，ｔf2が備えられる。
第１トランスＴ１を組込む構造を採用した場合の種々の
不都合に対処するために、本発明者らは、さらに、ＳＱ
ＵＩＤ出力電圧の増幅手段を改良した「磁気センサ用電
圧増幅回路」を本願と同日付けの特許出願（Ｂ）で提案
している。ここで提案されている技術によると、図２に
概略的に示されるように昇圧増幅回路２２の昇圧要素と
して１つの昇圧トランス２２Ｔが室温下で用いられるの
で、センサ構造を簡単化することができる。しかしなが
ら、この先行技術によっても、やはり、ＳＱＵＩＤ素子
Ｅについては４つの端子が必要とされ、センサＳ全体で
は合計６つの信号入出力端子ｔb1，ｔb2；ｔd1，ｔd2；
ｔf1，ｔf2が備えられる。
【０００６】このように、従来技術及び先行技術におい
ては、何れも、ＳＱＵＩＤ素子に対して４つの信号入出
力端子が必要とされ、バイアス電流をＳＱＵＩＤ素子１
１に供給するために供される２つの端子ｔb1，ｔb2及び
ＳＱＵＩＤ素子からの検出電圧を駆動処理回路にに供給
するための２つの端子ｔd1，ｔd2の４つの端子が、夫
々、個別になった「４端子法」とも言うべき回路構成が
採られている。これに、フィードバック励磁端子ｔf1，
ｔf2を含めると、ＳＱＵＩＤセンサ全体で、６つもの信
号入出力端子が必要とされる。従って、ＳＱＵＩＤ素子
乃至ＳＱＵＩＤセンサと駆動処理回路との間の信号授受
動作を遂行するための配線の数が多く、また、これに対
応してＳＱＵＩＤセンサＳに充填された液体ヘリウム若
しくは液体窒素の蒸発量も多いという欠点がある。
ては、何れも、ＳＱＵＩＤ素子に対して４つの信号入出
力端子が必要とされ、バイアス電流をＳＱＵＩＤ素子１
１に供給するために供される２つの端子ｔb1，ｔb2及び
ＳＱＵＩＤ素子からの検出電圧を駆動処理回路にに供給
するための２つの端子ｔd1，ｔd2の４つの端子が、夫
々、個別になった「４端子法」とも言うべき回路構成が
採られている。これに、フィードバック励磁端子ｔf1，
ｔf2を含めると、ＳＱＵＩＤセンサ全体で、６つもの信
号入出力端子が必要とされる。従って、ＳＱＵＩＤ素子
乃至ＳＱＵＩＤセンサと駆動処理回路との間の信号授受
動作を遂行するための配線の数が多く、また、これに対
応してＳＱＵＩＤセンサＳに充填された液体ヘリウム若
しくは液体窒素の蒸発量も多いという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、上記した欠点を解消することができる磁気センサ素
子動作回路を提供することにある。すなわち、本発明
は、磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ素子にバイ
アス電流を与えこのＳＱＵＩＤ素子から出力される電圧
を受けるための動作回路を改良することによって、電流
電圧信号授受のための配線数を減少すると共に、ＳＱＵ
ＩＤ素子を冷却する液体ヘリウム若しくは液体窒素のよ
うな冷却媒体の蒸発量を減らすようにしようとするもの
である。
は、上記した欠点を解消することができる磁気センサ素
子動作回路を提供することにある。すなわち、本発明
は、磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ素子にバイ
アス電流を与えこのＳＱＵＩＤ素子から出力される電圧
を受けるための動作回路を改良することによって、電流
電圧信号授受のための配線数を減少すると共に、ＳＱＵ
ＩＤ素子を冷却する液体ヘリウム若しくは液体窒素のよ
うな冷却媒体の蒸発量を減らすようにしようとするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した課題は、本発明
に従い、磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ素子に
バイアス電流を供給するためのバイアス電流源及びこの
ＳＱＵＩＤ素子から出力される電圧を増幅するための昇
圧トランスを備えた磁気センサ素子動作回路において、
前記バイアス電流源は、ＳＱＵＩＤ素子の両端に夫々接
続される２つの端子に電気的に接続され、前記昇圧トラ
ンスは、前記２つの端子の間に直列抵抗を介して電気的
に接続され、前記直列抵抗は該昇圧トランスの磁芯が飽
和しないような値に選定されることによって解決され
る。
に従い、磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ素子に
バイアス電流を供給するためのバイアス電流源及びこの
ＳＱＵＩＤ素子から出力される電圧を増幅するための昇
圧トランスを備えた磁気センサ素子動作回路において、
前記バイアス電流源は、ＳＱＵＩＤ素子の両端に夫々接
続される２つの端子に電気的に接続され、前記昇圧トラ
ンスは、前記２つの端子の間に直列抵抗を介して電気的
に接続され、前記直列抵抗は該昇圧トランスの磁芯が飽
和しないような値に選定されることによって解決され
る。
【０００９】本発明に従うと、駆動回路側に１つの昇圧
トランスを設けると共に、この昇圧トランスに抵抗を直
列接続することによって、昇圧トランスの磁芯飽和を回
避して有効に増幅された所望のＳＱＵＩＤ出力電圧を得
ることができる。そして、このような簡便な回路的手法
によって、ＳＱＵＩＤ素子への配線の数が半減し、従っ
て、このような配線数低減に相応して、ＳＱＵＩＤ素子
を冷却する液体ヘリウム若しくは液体窒素のような冷却
媒体の蒸発量を低減させ且つ冷却効率を高めるという大
きな利点が得られる。
トランスを設けると共に、この昇圧トランスに抵抗を直
列接続することによって、昇圧トランスの磁芯飽和を回
避して有効に増幅された所望のＳＱＵＩＤ出力電圧を得
ることができる。そして、このような簡便な回路的手法
によって、ＳＱＵＩＤ素子への配線の数が半減し、従っ
て、このような配線数低減に相応して、ＳＱＵＩＤ素子
を冷却する液体ヘリウム若しくは液体窒素のような冷却
媒体の蒸発量を低減させ且つ冷却効率を高めるという大
きな利点が得られる。
【００１０】ＳＱＵＩＤ素子から成るセンサを用いて極
めて微弱な磁場の分布状態を計測する実用化段階では、
数十〜数百、或いは、用途によっては、数千に及ぶＳＱ
ＵＩＤセンサを狭い被測定領域内に配置し、これらの多
数のセンサからの出力をマルチチャネル化して処理する
ことになる。このような場合、本発明によれば、これら
の多数のＳＱＵＩＤ磁気センサに昇圧トランスを内蔵せ
ず、しかも配線数を低減するので、前記先行技術と同様
にセンサ構造の簡単化等の諸効果を奏することができる
上、マルチチャネル化されたシステムを更に容易に実現
するのに貢献する。
めて微弱な磁場の分布状態を計測する実用化段階では、
数十〜数百、或いは、用途によっては、数千に及ぶＳＱ
ＵＩＤセンサを狭い被測定領域内に配置し、これらの多
数のセンサからの出力をマルチチャネル化して処理する
ことになる。このような場合、本発明によれば、これら
の多数のＳＱＵＩＤ磁気センサに昇圧トランスを内蔵せ
ず、しかも配線数を低減するので、前記先行技術と同様
にセンサ構造の簡単化等の諸効果を奏することができる
上、マルチチャネル化されたシステムを更に容易に実現
するのに貢献する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図３には、本発明の一実施例によ
る磁気センサ素子動作回路の概略的ブロック図が示され
ている。磁気センサ１には、ＳＱＵＩＤ素子１１及びフ
ィードバックコイル１２が設けられ、駆動処理回路２に
は、電流バイアス回路２１、昇圧トランス（ステップア
ップトランス）２２Ｔを備えた昇圧増幅回路２２及び信
号処理回路２３が設けられる。この駆動処理回路２は、
磁気センサ１と信号授受を行うために、信号入出力端子
ｔ1 、基準電位端子ｔ0 及びフィードバック励磁端子ｔ
2 を有している。基準電位端子ｔ0 は、少なくとも、電
流バイアス回路２１の電流出力端、昇圧トランス２２Ｔ
の１次電圧入力端及び信号処理回路２３のフィードバッ
ク段の出力端の各一方端に電気的に共通接続され、これ
ら各一方端には、共通の基準電位（接地電位乃至基板電
位）が与えられるようになっている（回路２１，２３に
ついては、図３に詳記されていない。）。
る磁気センサ素子動作回路の概略的ブロック図が示され
ている。磁気センサ１には、ＳＱＵＩＤ素子１１及びフ
ィードバックコイル１２が設けられ、駆動処理回路２に
は、電流バイアス回路２１、昇圧トランス（ステップア
ップトランス）２２Ｔを備えた昇圧増幅回路２２及び信
号処理回路２３が設けられる。この駆動処理回路２は、
磁気センサ１と信号授受を行うために、信号入出力端子
ｔ1 、基準電位端子ｔ0 及びフィードバック励磁端子ｔ
2 を有している。基準電位端子ｔ0 は、少なくとも、電
流バイアス回路２１の電流出力端、昇圧トランス２２Ｔ
の１次電圧入力端及び信号処理回路２３のフィードバッ
ク段の出力端の各一方端に電気的に共通接続され、これ
ら各一方端には、共通の基準電位（接地電位乃至基板電
位）が与えられるようになっている（回路２１，２３に
ついては、図３に詳記されていない。）。
【００１２】ＳＱＵＩＤ素子１１は、例えば、レーザ蒸
着法によってＳr Ｔi Ｏ3 製の基板上にＨo Ｂa Ｃu Ｏ
の薄膜を形成した酸化物系の高温超電導ＳＱＵＩＤであ
る。ＳＱＵＩＤ素子の心臓部である超電導接合は、例え
ば、基板の表面に 0.2ミクロンの段差を設け、その上に
超電導膜を成長させて形成したものである。このような
ＳＱＵＩＤ素子１１の性能は、例えば、地磁気の五千万
分の一程度という高い分解能をもっている。そして、こ
のＳＱＵＩＤ素子１１は、信号ケーブル等の配線導体を
介して信号入出力端子ｔ1 と基準電位端子ｔ0 との間に
電気的に接続される。
着法によってＳr Ｔi Ｏ3 製の基板上にＨo Ｂa Ｃu Ｏ
の薄膜を形成した酸化物系の高温超電導ＳＱＵＩＤであ
る。ＳＱＵＩＤ素子の心臓部である超電導接合は、例え
ば、基板の表面に 0.2ミクロンの段差を設け、その上に
超電導膜を成長させて形成したものである。このような
ＳＱＵＩＤ素子１１の性能は、例えば、地磁気の五千万
分の一程度という高い分解能をもっている。そして、こ
のＳＱＵＩＤ素子１１は、信号ケーブル等の配線導体を
介して信号入出力端子ｔ1 と基準電位端子ｔ0 との間に
電気的に接続される。
【００１３】このようなＳＱＵＩＤ素子１１は、磁気検
出素子として使用される場合、例えば、冷却媒体である
液体窒素中に置かれて−１９６℃、即ち、７７Ｋの温度
環境で動作するようになされ、これにフィードバックコ
イル１２が作動的に付設される。このフィードバックコ
イルは、例えば、ＳＱＵＩＤ素子１１を取り囲むたった
１ターンの導体薄層からなり、センサ構造の簡単化に寄
与しており、その一端は、図示の例の場合、ＳＱＵＩＤ
素子１１の一端と電気的に接続されて共通の電位が与え
られるようになっている。フィードバックコイル１２
は、磁気検出素子と信号ケーブル等の配線導体を介して
フィードバック励磁端子ｔ2 と基準電位端子ｔ0 との間
に電気的に接続される。そして、両端子ｔ2 ，ｔ0 間に
信号処理回路２３のフィードバック段から励磁信号が与
えられ、この励磁信号に対応する磁場がＳＱＵＩＤ素子
１１に与られるようになっている。
出素子として使用される場合、例えば、冷却媒体である
液体窒素中に置かれて−１９６℃、即ち、７７Ｋの温度
環境で動作するようになされ、これにフィードバックコ
イル１２が作動的に付設される。このフィードバックコ
イルは、例えば、ＳＱＵＩＤ素子１１を取り囲むたった
１ターンの導体薄層からなり、センサ構造の簡単化に寄
与しており、その一端は、図示の例の場合、ＳＱＵＩＤ
素子１１の一端と電気的に接続されて共通の電位が与え
られるようになっている。フィードバックコイル１２
は、磁気検出素子と信号ケーブル等の配線導体を介して
フィードバック励磁端子ｔ2 と基準電位端子ｔ0 との間
に電気的に接続される。そして、両端子ｔ2 ，ｔ0 間に
信号処理回路２３のフィードバック段から励磁信号が与
えられ、この励磁信号に対応する磁場がＳＱＵＩＤ素子
１１に与られるようになっている。
【００１４】磁気センサ１を駆動すると共にＳＱＵＩＤ
素子出力電圧Ｖｄを表す電圧検出信号を処理するための
駆動処理回路２は、前述の回路２１〜２３によって「Ｆ
ＬＬ方式」と通称される磁束変調型磁束ロック方式のセ
ンサ回路を形成する電子回路である。
素子出力電圧Ｖｄを表す電圧検出信号を処理するための
駆動処理回路２は、前述の回路２１〜２３によって「Ｆ
ＬＬ方式」と通称される磁束変調型磁束ロック方式のセ
ンサ回路を形成する電子回路である。
【００１５】電流バイアス回路２１は、２つの電流出力
端（１つは図示せず）が信号入出力端子ｔ1 及び基準電
位端子ｔ0 に電気的に接続される。この回路２１は、例
えば、１ｋヘルツの比較的低い周波数ｆ1 をもつ交流バ
イアス電流、或いは、所定の直流バイアス電流を発生
し、両端子ｔ1 ，ｔ0 を介してＳＱＵＩＤ素子１１に供
給する。
端（１つは図示せず）が信号入出力端子ｔ1 及び基準電
位端子ｔ0 に電気的に接続される。この回路２１は、例
えば、１ｋヘルツの比較的低い周波数ｆ1 をもつ交流バ
イアス電流、或いは、所定の直流バイアス電流を発生
し、両端子ｔ1 ，ｔ0 を介してＳＱＵＩＤ素子１１に供
給する。
【００１６】また、昇圧増幅回路２２は、昇圧トランス
２２Ｔ並びに電子的な増幅器回路２２Ａを備えている。
この昇圧トランス２２Ｔの１次電圧入力端には、ＳＱＵ
ＩＤ素子１１側の内部抵抗もしくは配線のケーブル抵抗
に相応し、トランス通流電流が磁芯を飽和しないように
選定された比較的低い値、例えば、１Ω程度の抵抗値を
有する直列抵抗２２Ｒを介して、これ又、信号入出力端
子ｔ1 及び基準電位端子ｔ0 に電気的に接続される。こ
の回路２２は、両端子ｔ1 ，ｔ0 から抵抗２２Ｒを介し
て与えられるＳＱＵＩＤ素子１１からの電圧検出信号
（Ｖｄ）を昇圧トランス２２Ｔによって所定倍に増大さ
せ、そして、増大された電圧信号を増幅器回路２２Ａに
よって更に電子的に増幅して所要の処理用信号を得るよ
うになっている。
２２Ｔ並びに電子的な増幅器回路２２Ａを備えている。
この昇圧トランス２２Ｔの１次電圧入力端には、ＳＱＵ
ＩＤ素子１１側の内部抵抗もしくは配線のケーブル抵抗
に相応し、トランス通流電流が磁芯を飽和しないように
選定された比較的低い値、例えば、１Ω程度の抵抗値を
有する直列抵抗２２Ｒを介して、これ又、信号入出力端
子ｔ1 及び基準電位端子ｔ0 に電気的に接続される。こ
の回路２２は、両端子ｔ1 ，ｔ0 から抵抗２２Ｒを介し
て与えられるＳＱＵＩＤ素子１１からの電圧検出信号
（Ｖｄ）を昇圧トランス２２Ｔによって所定倍に増大さ
せ、そして、増大された電圧信号を増幅器回路２２Ａに
よって更に電子的に増幅して所要の処理用信号を得るよ
うになっている。
【００１７】昇圧増幅回路２２からの増幅信号を処理す
る信号処理回路２３は、変調信号用発振回路２３Ｍ、位
相検波回路２３Ｄ、フィードバック積分増幅回路２３Ｆ
等を備えており、フィードバック段の２つの出力端（１
つは図示せず）がフィードバック励磁端子ｔ2 及び基準
電位端子ｔ0 に電気的に接続される。そして、このフィ
ードバック段は、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧Ｖｄの検出結
果に基づくフィードバック量に依存し且つ変調された励
磁信号を両端子ｔ2 ，ｔ0 間に供給する。
る信号処理回路２３は、変調信号用発振回路２３Ｍ、位
相検波回路２３Ｄ、フィードバック積分増幅回路２３Ｆ
等を備えており、フィードバック段の２つの出力端（１
つは図示せず）がフィードバック励磁端子ｔ2 及び基準
電位端子ｔ0 に電気的に接続される。そして、このフィ
ードバック段は、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧Ｖｄの検出結
果に基づくフィードバック量に依存し且つ変調された励
磁信号を両端子ｔ2 ，ｔ0 間に供給する。
【００１８】信号処理回路２３においては、信号変調信
号用発振回路２３Ｍが、例えば、４０ｋヘルツの比較的
高い周波数ｆ0 をもつ変調信号を発生し、フィードバッ
ク励磁端子ｔ2 及び基準電位端子ｔ0 を介してこの変調
信号に応じてフィードバックコイル１２を励磁し、ＳＱ
ＵＩＤ素子１１に変調された所定の磁場を与える。位相
検波回路２３Ｄはこの変調信号に基づいて位相検波を行
う。そして、積分機能を有しリセットスイッチ２３fsに
よりロック或いはリセットされるフィードバック積分増
幅回路２３Ｆは、フィードバック抵抗２３fr及び両端子
ｔ2 ，ｔ0 を介し、出力電圧Ｖｄの検出結果に基づくフ
ィードバック量でフィードバックコイル１２を励磁し、
ＳＱＵＩＤ素子１１に与える磁場をこのフィードバック
量に依存的にする。
号用発振回路２３Ｍが、例えば、４０ｋヘルツの比較的
高い周波数ｆ0 をもつ変調信号を発生し、フィードバッ
ク励磁端子ｔ2 及び基準電位端子ｔ0 を介してこの変調
信号に応じてフィードバックコイル１２を励磁し、ＳＱ
ＵＩＤ素子１１に変調された所定の磁場を与える。位相
検波回路２３Ｄはこの変調信号に基づいて位相検波を行
う。そして、積分機能を有しリセットスイッチ２３fsに
よりロック或いはリセットされるフィードバック積分増
幅回路２３Ｆは、フィードバック抵抗２３fr及び両端子
ｔ2 ，ｔ0 を介し、出力電圧Ｖｄの検出結果に基づくフ
ィードバック量でフィードバックコイル１２を励磁し、
ＳＱＵＩＤ素子１１に与える磁場をこのフィードバック
量に依存的にする。
【００１９】このＦＬＬ方式の電子回路２は、よく知ら
れているように、零位法の技術を用いたものである。つ
まり、フィードバック積分増幅回路２３Ｆから電圧検出
信号（Ｖｄ）に応じた励磁信号をフィードバックコイル
１２にフィードバックすることによって、ＳＱＵＩＤ素
子１１に外部から印加される磁場を相殺するような磁場
をＳＱＵＩＤ素子１１にフィードバックし、ＳＱＵＩＤ
素子１１の動作点が磁場（Φ）−電圧（Ｖ）特性曲線の
谷（又は、山）の位置にロックされるように自動平衡さ
せる。それ故、フィードバック積分増幅回路２３Ｆから
出力される励磁信号はＳＱＵＩＤ素子１１に外部から印
加される磁場を表し、従って、このＦＬＬ回路の作用に
よって、駆動処理回路２の出力計測端子２４に所望とす
る磁場計測信号Ｖφを得ることができる。
れているように、零位法の技術を用いたものである。つ
まり、フィードバック積分増幅回路２３Ｆから電圧検出
信号（Ｖｄ）に応じた励磁信号をフィードバックコイル
１２にフィードバックすることによって、ＳＱＵＩＤ素
子１１に外部から印加される磁場を相殺するような磁場
をＳＱＵＩＤ素子１１にフィードバックし、ＳＱＵＩＤ
素子１１の動作点が磁場（Φ）−電圧（Ｖ）特性曲線の
谷（又は、山）の位置にロックされるように自動平衡さ
せる。それ故、フィードバック積分増幅回路２３Ｆから
出力される励磁信号はＳＱＵＩＤ素子１１に外部から印
加される磁場を表し、従って、このＦＬＬ回路の作用に
よって、駆動処理回路２の出力計測端子２４に所望とす
る磁場計測信号Ｖφを得ることができる。
【００２０】なお、昇圧トランス２２Ｔは、例えば、フ
ェライト磁芯に所定の巻数比で１次及び２次コイルを巻
いて構成され、この巻数比は、ＳＱＵＩＤ素子１１や後
段の増幅器回路の仕様に対応して、例えば、数〜数百と
いう値に選定される。この昇圧トランス２２Ｔは、本発
明者らによって、ＳＱＵＩＤ素子から離れたところにし
かも変動する常温下に置かれているにも拘わらず、トラ
ンス出力電圧の変動率乃至ノイズ含有率は無視できる程
度に小さく実用上全く問題がないことが確認されている
が、昇圧トランス２２Ｔの採用による種々の詳細な機能
については、前記特許出願（Ｂ）を参照されたい。
ェライト磁芯に所定の巻数比で１次及び２次コイルを巻
いて構成され、この巻数比は、ＳＱＵＩＤ素子１１や後
段の増幅器回路の仕様に対応して、例えば、数〜数百と
いう値に選定される。この昇圧トランス２２Ｔは、本発
明者らによって、ＳＱＵＩＤ素子から離れたところにし
かも変動する常温下に置かれているにも拘わらず、トラ
ンス出力電圧の変動率乃至ノイズ含有率は無視できる程
度に小さく実用上全く問題がないことが確認されている
が、昇圧トランス２２Ｔの採用による種々の詳細な機能
については、前記特許出願（Ｂ）を参照されたい。
【００２１】本発明による動作回路では、上述したよう
に、電流バイアス回路２１の電流出力端が、信号入出力
端子ｔ1 及び基準電位端子ｔ0 を介して、ＳＱＵＩＤ素
子１１の両端に電気的に接続され、両端子ｔ1 ，ｔ0 に
は、抵抗２２Ｒを介して昇圧トランス２２Ｔの１次電圧
入力端が電気的に接続される。つまり、電流バイアス回
路２１からのバイアス電流をＳＱＵＩＤ素子１１に供給
するために供される２つの端子ｔ1 ，ｔ0 が、ＳＱＵＩ
Ｄ素子１１から発生される出力電圧を昇圧トランス２２
Ｔに供給するための端子として共用される「２端子法」
とも言うべき回路構成が採られる。
に、電流バイアス回路２１の電流出力端が、信号入出力
端子ｔ1 及び基準電位端子ｔ0 を介して、ＳＱＵＩＤ素
子１１の両端に電気的に接続され、両端子ｔ1 ，ｔ0 に
は、抵抗２２Ｒを介して昇圧トランス２２Ｔの１次電圧
入力端が電気的に接続される。つまり、電流バイアス回
路２１からのバイアス電流をＳＱＵＩＤ素子１１に供給
するために供される２つの端子ｔ1 ，ｔ0 が、ＳＱＵＩ
Ｄ素子１１から発生される出力電圧を昇圧トランス２２
Ｔに供給するための端子として共用される「２端子法」
とも言うべき回路構成が採られる。
【００２２】図４は、本発明による２端子法で構成した
動作回路によって、電流バイアス回路２１から所望の電
流バイアスをＳＱＵＩＤ素子２１に有効に与え、しか
も、トランス２２Ｔからは、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を
有効に増幅した所望の電圧成分が有効に採り出されるこ
とができることを説明するための図である。
動作回路によって、電流バイアス回路２１から所望の電
流バイアスをＳＱＵＩＤ素子２１に有効に与え、しか
も、トランス２２Ｔからは、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を
有効に増幅した所望の電圧成分が有効に採り出されるこ
とができることを説明するための図である。
【００２３】図４（ａ）には、前記先行技術の回路（図
２）において、ＳＱＵＩＤ素子Ｅに対するバイアス電流
入力端子ｔb1，ｔb2及び検出電圧出力端子ｔd1，ｔ
d2を、夫々、共通に対応する入出力端子ｔ'1，ｔ'0とし
て纏め、単純に４端子から２端子に変換した場合の等価
回路が示されている。ここで、Ｒｂは、入出力端子
ｔ'1，ｔ'0間の電流バイアス回路２１の内部抵抗値及び
配線導体回路抵抗値を合計したバイアス側回路抵抗（例
えば、１ｋΩ程度）を示し、Ｒｓは、同入出力端子
ｔ'1，ｔ'0間の配線導体（信号ケーブル）の内部抵抗値
（例えば、１〜５Ω程度）であるセンサ側回路抵抗を示
し、そして、Ｒｔは、同入出力端子ｔ'1，ｔ'0間の昇圧
トランス２２Ｔの内部抵抗値及び配線回路抵抗値を合計
したトランス側回路抵抗（殆ど零に近い）を示す。な
お、トランス側回路抵抗Ｒｔは、内部抵抗値Ｒｓに比べ
て十分に小さい。
２）において、ＳＱＵＩＤ素子Ｅに対するバイアス電流
入力端子ｔb1，ｔb2及び検出電圧出力端子ｔd1，ｔ
d2を、夫々、共通に対応する入出力端子ｔ'1，ｔ'0とし
て纏め、単純に４端子から２端子に変換した場合の等価
回路が示されている。ここで、Ｒｂは、入出力端子
ｔ'1，ｔ'0間の電流バイアス回路２１の内部抵抗値及び
配線導体回路抵抗値を合計したバイアス側回路抵抗（例
えば、１ｋΩ程度）を示し、Ｒｓは、同入出力端子
ｔ'1，ｔ'0間の配線導体（信号ケーブル）の内部抵抗値
（例えば、１〜５Ω程度）であるセンサ側回路抵抗を示
し、そして、Ｒｔは、同入出力端子ｔ'1，ｔ'0間の昇圧
トランス２２Ｔの内部抵抗値及び配線回路抵抗値を合計
したトランス側回路抵抗（殆ど零に近い）を示す。な
お、トランス側回路抵抗Ｒｔは、内部抵抗値Ｒｓに比べ
て十分に小さい。
【００２４】図４（ａ）の等価回路において、トランス
側内部抵抗値Ｒｔはセンサ側内部抵抗値Ｒｓに比べて十
分に小さいので、バイアス電流回路２１からの電流は、
殆ど昇圧トランス２２Ｔ側に通流する。その結果とし
て、昇圧トランス２２Ｔは、磁芯材の磁化特性曲線の飽
和領域に入ってしまい、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を有効
に増幅することができない。
側内部抵抗値Ｒｔはセンサ側内部抵抗値Ｒｓに比べて十
分に小さいので、バイアス電流回路２１からの電流は、
殆ど昇圧トランス２２Ｔ側に通流する。その結果とし
て、昇圧トランス２２Ｔは、磁芯材の磁化特性曲線の飽
和領域に入ってしまい、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を有効
に増幅することができない。
【００２５】これに対し、図４（ｂ）には、本発明によ
る動作回路（図３）の等価回路が示されている。ここ
で、Ｒｂ，Ｒｓ，Ｒｔは、図４（ａ）と同様、入出力端
子ｔ1及び基準電位端子ｔ0 から、夫々、電流バイアス
回路２１側、ＳＱＵＩＤ素子１１側及び昇圧トランス２
２Ｔ側をみたバイアス側、センサ側及びトランス側の各
回路抵抗を示し、Ｒｒは、昇圧トランス２２Ｔの１次回
路に介挿された直列抵抗２２Ｒの抵抗値を表す制限抵抗
を示す。
る動作回路（図３）の等価回路が示されている。ここ
で、Ｒｂ，Ｒｓ，Ｒｔは、図４（ａ）と同様、入出力端
子ｔ1及び基準電位端子ｔ0 から、夫々、電流バイアス
回路２１側、ＳＱＵＩＤ素子１１側及び昇圧トランス２
２Ｔ側をみたバイアス側、センサ側及びトランス側の各
回路抵抗を示し、Ｒｒは、昇圧トランス２２Ｔの１次回
路に介挿された直列抵抗２２Ｒの抵抗値を表す制限抵抗
を示す。
【００２６】図４（ｂ）の等価回路においては、昇圧ト
ランス２２Ｔの回路に、センサ側回路抵抗Ｒｂに対応し
てトランス磁芯を飽和させないような値に選定された制
限抵抗Ｒｒが介挿されることになるので、バイアス電流
回路２１からの電流は、ＳＱＵＩＤ素子１１及び昇圧ト
ランス２２Ｔに適度に分流され、昇圧トランス２２に
は、トランス磁芯を飽和させるような過大な電流が流れ
ない。従って、バイアス電流はＳＱＵＩＤ素子１１に効
果的に供給されると共に、昇圧トランス２２Ｔは、磁芯
が飽和することがなく、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を有効
に増幅することができる。
ランス２２Ｔの回路に、センサ側回路抵抗Ｒｂに対応し
てトランス磁芯を飽和させないような値に選定された制
限抵抗Ｒｒが介挿されることになるので、バイアス電流
回路２１からの電流は、ＳＱＵＩＤ素子１１及び昇圧ト
ランス２２Ｔに適度に分流され、昇圧トランス２２に
は、トランス磁芯を飽和させるような過大な電流が流れ
ない。従って、バイアス電流はＳＱＵＩＤ素子１１に効
果的に供給されると共に、昇圧トランス２２Ｔは、磁芯
が飽和することがなく、ＳＱＵＩＤ素子出力電圧を有効
に増幅することができる。
【００２７】フィードバックコイル１２への励磁信号に
ついては、技術上の理由から、基準電位端子ｔ0 とは独
立した図２の端子ｔf1，ｔf2のような２つの独立端子か
ら供給するようにすることもできる。しかしながら、フ
ィードバックコイル１２に励磁信号を供給するのに、図
３に例示されるように、基準電位端子ｔ0 を共用として
１つフィードバック励磁端子Ｔ2 を追加する構成にした
場合は、ＳＱＵＩＤセンサＳ全体でもたった３つの端子
をそなえるだけで、励磁信号供給機能を付加することが
できる。従って、この場合には、さらに配線数及び冷却
媒体蒸発量の低減効果を高めたＦＬＬ方式のセンサ動作
回路を実現することができる。
ついては、技術上の理由から、基準電位端子ｔ0 とは独
立した図２の端子ｔf1，ｔf2のような２つの独立端子か
ら供給するようにすることもできる。しかしながら、フ
ィードバックコイル１２に励磁信号を供給するのに、図
３に例示されるように、基準電位端子ｔ0 を共用として
１つフィードバック励磁端子Ｔ2 を追加する構成にした
場合は、ＳＱＵＩＤセンサＳ全体でもたった３つの端子
をそなえるだけで、励磁信号供給機能を付加することが
できる。従って、この場合には、さらに配線数及び冷却
媒体蒸発量の低減効果を高めたＦＬＬ方式のセンサ動作
回路を実現することができる。
【図１】従来技術におけるＳＱＵＩＤ素子動作回路を示
す図。
す図。
【図２】本発明に先行する技術によるＳＱＵＩＤ素子動
作回路を示す図。
作回路を示す図。
【図３】本発明の一実施例によるＳＱＵＩＤ素子動作回
路の概略的回路ブロック図を示す図。
路の概略的回路ブロック図を示す図。
【図４】本発明による動作を説明するための等価回路を
示す図。
示す図。
Ｓ，１ ＳＱＵＩＤセンサ、 Ｅ，１１ ＳＱＵＩＤ素子、 ＦＣ，１２ フィードバックコイル、 ＳＡ 第１のトランスＴ１、第２のトランスＴ２及び増
幅器Ａより成る増幅手段、 ＤＰ 電流バイアス源Ｂ、位相検波器ＰＤ、変調周波数
発振器Ｍ、フィードバッ ク増幅器ＦＡ等を備えた駆動処理回路、 ２ 駆動処理回路 ２１ 電流バイアス回路、 ２２ 昇圧増幅回路、 ２２Ｒ 直列抵抗、 ２２Ｔ ＳＱＵＩＤ素子出力電圧Ｖｄを増幅するための
昇圧トランス、 ２２Ａ 電子的な増幅器回路、 ２３ 信号処理回路。 ２３Ｄ 位相検波回路、 ２３Ｍ 変調信号用発振回路、 ２３Ｆ フィードバック積分増幅回路、 ２３fs リセットスイッチ、 ２３fr フィードバック抵抗。
幅器Ａより成る増幅手段、 ＤＰ 電流バイアス源Ｂ、位相検波器ＰＤ、変調周波数
発振器Ｍ、フィードバッ ク増幅器ＦＡ等を備えた駆動処理回路、 ２ 駆動処理回路 ２１ 電流バイアス回路、 ２２ 昇圧増幅回路、 ２２Ｒ 直列抵抗、 ２２Ｔ ＳＱＵＩＤ素子出力電圧Ｖｄを増幅するための
昇圧トランス、 ２２Ａ 電子的な増幅器回路、 ２３ 信号処理回路。 ２３Ｄ 位相検波回路、 ２３Ｍ 変調信号用発振回路、 ２３Ｆ フィードバック積分増幅回路、 ２３fs リセットスイッチ、 ２３fr フィードバック抵抗。
Claims (4)
- 【請求項１】 磁気センサとして用いられるＳＱＵＩＤ
素子にバイアス電流を供給するためのバイアス電流源及
びこのＳＱＵＩＤ素子から出力される電圧を増幅するた
めの昇圧トランスを備えた磁気センサ素子動作回路にお
いて、 前記バイアス電流源は、ＳＱＵＩＤ素子の両端に夫々接
続される２つの端子に電気的に接続され、 前記昇圧トランスは、前記２つの端子の間に直列抵抗を
介して電気的に接続され、 前記直列抵抗は該昇圧トランスの磁芯が飽和しないよう
な値に選定されることを特徴とする磁気センサ素子動作
回路。 - 【請求項２】 前記ＳＱＵＩＤ素子は、高温超電導体の
酸化物系ＳＱＵＩＤ素子であることを特徴とする請求項
１に記載の磁気センサ素子動作回路。 - 【請求項３】 さらに、第３の端子を備え、前記２つの
端子の内の一方とこの第３の端子との間に、前記ＳＱＵ
ＩＤ素子に所定の磁場を与えるフィードバックコイルに
励磁信号を供給するようになっていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の磁気センサ素子動作回路。 - 【請求項４】 前記バイアス電流は交流乃至直流バイア
ス電流であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか
１項に記載の磁気センサ素子動作回路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342805A JP3063655B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 磁気センサ素子動作回路 |
| CA002223767A CA2223767A1 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-04 | Voltage step up circuit for magnetometric sensor |
| US08/986,566 US6043649A (en) | 1996-12-06 | 1997-12-05 | Magnetometric sensor using a voltage step up circuit and a SQUID element to measure a magnetic field |
| EP97402956A EP0846958A3 (en) | 1996-12-06 | 1997-12-05 | Voltage step up circuit for magnetometric sensor |
| KR1019970066493A KR100514421B1 (ko) | 1996-12-06 | 1997-12-06 | 자기센서용전압증폭회로및자기센서동작회로 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342805A JP3063655B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 磁気センサ素子動作回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170618A true JPH10170618A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3063655B2 JP3063655B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=18356640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8342805A Expired - Fee Related JP3063655B2 (ja) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | 磁気センサ素子動作回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063655B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100400755B1 (ko) * | 2001-11-08 | 2003-10-08 | 엘지전자 주식회사 | 보조센서에 의한 ｓｑｕｉｄ 센서 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200490177Y1 (ko) * | 2018-01-19 | 2019-10-07 | 박인국 | 자동차 핸들용 논슬립 패드 구조체 |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP8342805A patent/JP3063655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100400755B1 (ko) * | 2001-11-08 | 2003-10-08 | 엘지전자 주식회사 | 보조센서에 의한 ｓｑｕｉｄ 센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3063655B2 (ja) | 2000-07-12 |
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