JPH11118894A - Squid fluxmeter - Google Patents

Squid fluxmeter

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JPH11118894A
JPH11118894A JP9284160A JP28416097A JPH11118894A JP H11118894 A JPH11118894 A JP H11118894A JP 9284160 A JP9284160 A JP 9284160A JP 28416097 A JP28416097 A JP 28416097A JP H11118894 A JPH11118894 A JP H11118894A
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JP
Japan
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signal
squid
output
current
magnetic flux
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JP9284160A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Miyahara
精一郎 宮原
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the constitution of a SQUID(superconducting quantum interference device) fluxmeter designed to drive a SQUID by AC bias method without magnetic flux modulation and to decrease the number of parts requiring adjustments. SOLUTION: A SQUID fluxmeter has a differential amplifier 8 comparing a SQUID output signal output as an AC signal as the result of an AC bias current with signal amplitude at a flux fixing point output from an amplitude regulator 10, to calculate the difference between them, and has a lock-in amplifier 9 obtaining a detection signal through the lock-in detection of the calculated difference at the same frequency as the AC bias current, the obtained signal being integrated by an integrator 11, so that a feedback signal to be fed back to a SQUID 6 is output by a voltage-to-current converter 12.

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】この発明はSQUID磁束計
に関し、さらに詳細にいえば、交流バイアス法を用いて
SQUIDを駆動するSQUID磁束計に関する。
The present invention relates to a SQUID magnetometer, and more particularly, to a SQUID magnetometer for driving a SQUID using an AC bias method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、SQUID磁束計において、
SQUIDが持つ固有の1/fノイズを除去するため
に、SQUIDのバイアス電流として交流電流を採用す
る方法(Bias Current Reversa
l)が知られている。特に、高温超伝導材料により作製
されるSQUIDは、接合における臨界電流の揺らぎ
が、Nbなどで作製されるSQUIDと比べて大きく、
交流バイアスによるSQUIDの駆動が必須とされてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, in SQUID magnetometers,
A method of using an alternating current as a bias current of a SQUID to remove a unique 1 / f noise of the SQUID (Bias Current Reversa)
l) is known. In particular, the SQUID made of a high-temperature superconducting material has a larger critical current fluctuation at the junction than a SQUID made of Nb or the like,
The driving of the SQUID by an AC bias is required.

【0003】また、交流バイアス法と磁束変調法とを組
合せた方法によるSQUIDの駆動は、回路構成が著し
く複雑になって信頼性が低下してしまう可能性があるの
で、交流バイアス法を用いてSQUIDを駆動する場合
には、磁束変調を行わない方が好ましい。磁束変調を行
うことなく、交流バイアス法によりSQUIDを駆動す
るようにした従来のSQUID磁束計の構成は図5に示
すとおりであり、各部の電圧のタイムチャートは図6に
示すとおりである。
[0003] In addition, the driving of the SQUID by a method combining the AC bias method and the magnetic flux modulation method may significantly complicate the circuit configuration and reduce the reliability. When driving the SQUID, it is preferable not to perform magnetic flux modulation. FIG. 5 shows a configuration of a conventional SQUID magnetometer in which the SQUID is driven by the AC bias method without performing the magnetic flux modulation, and the time chart of the voltage of each part is as shown in FIG.

【0004】このSQUID磁束計は、発振器31から
の出力信号を、交流バイアス電流の位相を他の回路部の
電流の位相と180度ずらすべく、反転バッファ32に
供給し、反転バッファ32からの出力信号を振幅調整器
33に供給して信号振幅を調整し、振幅が調整された信
号を電圧−電流変換器34に供給することにより交流バ
イアス電流を得、SQUID36のSQUIDリング3
6aに供給している。なお、上下の波形を互いに対称に
するためのオフセット調整器35からの出力信号をも電
圧−電流変換器34に供給している。
The SQUID magnetometer supplies an output signal from an oscillator 31 to an inversion buffer 32 so as to shift the phase of the AC bias current by 180 degrees from the phase of the current in other circuit units. The signal is supplied to the amplitude adjuster 33 to adjust the signal amplitude, and the signal whose amplitude is adjusted is supplied to the voltage-current converter 34 to obtain an AC bias current, and the SQUID ring 3 of the SQUID 36
6a. The output signal from the offset adjuster 35 for making the upper and lower waveforms symmetrical to each other is also supplied to the voltage-current converter 34.

【0005】また、SQUIDリング36aからのSQ
UID出力信号をプリアンプ37により増幅し、さらに
アンプ38により増幅して電圧加算器39に供給してい
る。さらに、発振器31からの出力信号を振幅調整器4
0に供給して信号振幅を調整し、振幅が調整された信号
をも電圧加算器39に供給している。そして、電圧加算
器39からの出力を積分器41に供給して位相ロックル
ープ(FLL)回路出力を得る。
[0005] The SQ from the SQUID ring 36a
The UID output signal is amplified by a preamplifier 37, further amplified by an amplifier 38, and supplied to a voltage adder 39. Further, the output signal from the oscillator 31 is output to the amplitude adjuster 4.
0 to adjust the signal amplitude, and the signal whose amplitude has been adjusted is also supplied to the voltage adder 39. Then, the output from the voltage adder 39 is supplied to the integrator 41 to obtain the output of a phase locked loop (FLL) circuit.

【0006】また、積分器41からの出力を電圧加算器
42に供給するとともに、発振器31からの出力信号を
振幅調整器43に供給して信号振幅を調整し、振幅が調
整された信号をも電圧加算器42に供給している。さら
に、電圧加算器42からの出力を電圧−電流変換器44
に供給してフィードバック電流を得、SQUID36の
フィードバックコイル36bに供給している。
In addition, the output from the integrator 41 is supplied to a voltage adder 42, and the output signal from the oscillator 31 is supplied to an amplitude adjuster 43 to adjust the signal amplitude. The voltage is supplied to the voltage adder 42. Further, the output from the voltage adder 42 is converted to a voltage-current converter 44.
To obtain a feedback current and supply it to the feedback coil 36b of the SQUID 36.

【0007】上記の構成のSQUID磁束計の作用は次
のとおりである。発振器31からの出力が図6中(A)
に示すように与えられた場合には、図6中(B)に示す
ように、反転バッファ32からの出力信号は発振器31
からの出力に対して位相が反転されている。また、図6
中(F)(G)は、それぞれSQUID36の正負のΦ
/V特性を示している。ここで、バイアス変調の周期に
合わせてフィードバックコイル36bから振幅Φ0/2
の交流磁束をかけることにより、正負のΦ/V特性周期
の位相を互いに合わせてある。そして、図6中(H)に
示す入力磁束Φ1が与えられている。
The operation of the SQUID magnetometer having the above configuration is as follows. The output from the oscillator 31 is shown in FIG.
6, the output signal from the inverting buffer 32 is supplied to the oscillator 31 as shown in FIG.
Are inverted in phase with respect to the output from. FIG.
The middle (F) and (G) are the positive and negative Φ of SQUID 36, respectively.
/ V characteristic is shown. Here, the amplitude Φ0 / 2 is output from the feedback coil 36b in accordance with the cycle of the bias modulation.
, The phases of the positive and negative Φ / V characteristic periods are matched with each other. Then, an input magnetic flux Φ1 shown in (H) in FIG. 6 is given.

【0008】したがって、入力磁束Φ1に対応する正負
のΦ/V特性上の点に基づいてSQUID出力信号が定
まり、プリアンプ37で増幅されることにより、図6中
(C)に示す信号波形が得られる。また、発振器31か
らの出力信号を振幅調整器40に供給して信号振幅を調
整することにより、図6中(D)に示す信号波形が得ら
れる。そして、図6中(C)に示す信号波形と図6中
(D)に示す信号波形とを電圧加算器39に供給するこ
とにより、交流バイアスに起因する交流波形が除去さ
れ、SQUID36への入力磁束Φ1に比例した信号が
検出される{図6中(E)参照}。
Therefore, the SQUID output signal is determined based on the point on the positive / negative Φ / V characteristic corresponding to the input magnetic flux Φ1, and is amplified by the preamplifier 37 to obtain the signal waveform shown in FIG. Can be In addition, by supplying the output signal from the oscillator 31 to the amplitude adjuster 40 to adjust the signal amplitude, a signal waveform shown in FIG. 6D is obtained. Then, by supplying the signal waveform shown in FIG. 6C and the signal waveform shown in FIG. 6D to the voltage adder 39, the AC waveform caused by the AC bias is removed, and the signal is input to the SQUID 36. A signal proportional to the magnetic flux Φ1 is detected (see (E) in FIG. 6).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】図5に示す構成のSQ
UID磁束計を採用する場合には、磁束変調を行う直流
バイアス法によりSQUIDを駆動するSQUID磁束
計と比較して、調整箇所が多くなってしまうという不都
合がある。ここで、調整は、作業者が目で見て調整作業
を行うことが一般的であり、手動による調整が微妙で難
しいほど調整を自動化することが困難である。したがっ
て、デジタル機器などによる制御に置換することが困難
になってしまう。
The SQ having the configuration shown in FIG.
When the UID magnetometer is used, there is a disadvantage that the number of adjustment points is increased as compared with the SQUID magnetometer that drives the SQUID by the DC bias method for performing the magnetic flux modulation. Here, the adjustment is generally performed by an operator visually, and the more subtle and difficult the manual adjustment, the more difficult it is to automate the adjustment. Therefore, it is difficult to substitute control by digital equipment or the like.

【0010】このような点、および多チャンネル化を考
慮すれば、調整箇所を少しでも減少させることが強く要
望されている。
[0010] In consideration of such points and the increase in the number of channels, there is a strong demand for reducing the number of adjustment points as much as possible.

【0011】[0011]

【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、磁束変調を行うことなく、交流バイアス
法によりSQUIDを駆動するようにしたSQUID磁
束計の構成を簡単化するとともに、調整箇所を減少させ
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and simplifies the configuration of a SQUID magnetometer which drives a SQUID by an AC bias method without performing magnetic flux modulation. The purpose is to reduce the number of adjustments.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1のSQUID磁
束計は、SQUIDに対して交流電流をバイアス電流と
して供給し、かつ磁束変調を行うことなくSQUIDを
駆動するものであって、交流バイアス電流に起因して交
流信号として出力されるSQUID出力信号から交流バ
イアスに起因する交流成分およびオフセット電圧を除去
してSQUIDの入力磁束に比例した信号を得る信号処
理手段と、得られた信号を積分して、SQUIDにフィ
ードバックされるべきフィードバック信号を算出するフ
ィードバック信号算出手段とを含むものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a SQUID magnetometer for supplying an AC current to a SQUID as a bias current and driving the SQUID without performing flux modulation. A signal processing means for removing an AC component and an offset voltage caused by an AC bias from a SQUID output signal output as an AC signal due to the above, to obtain a signal proportional to the input magnetic flux of the SQUID; and integrating the obtained signal. And a feedback signal calculating means for calculating a feedback signal to be fed back to the SQUID.

【0013】請求項2のSQUID磁束計は、前記信号
処理手段として、交流バイアス電流に起因して交流信号
として出力されるSQUID出力信号を磁束固定点にお
ける信号振幅と比較して差を算出する比較手段と、算出
された差を交流バイアス電流と同じ周波数でロックイン
検波して検波信号を得る検波手段とを含むものを採用す
るものである。
According to a second aspect of the present invention, in the SQUID magnetometer, the signal processing means compares a SQUID output signal output as an AC signal due to an AC bias current with a signal amplitude at a fixed magnetic flux point to calculate a difference. And a detecting means for obtaining a detection signal by lock-in detecting the calculated difference at the same frequency as the AC bias current.

【0014】請求項3のSQUID磁束計は、前記信号
処理手段として、交流バイアス電流に起因して交流信号
として出力されるSQUID出力信号を交流バイアス電
流と同じ周波数でロックイン検波して検波信号を得る検
波手段と、検波信号を磁束固定点における信号振幅と比
較して差を算出する比較手段とを含むものを採用するも
のである。
According to a third aspect of the present invention, as the signal processing means, the SQUID output signal, which is output as an AC signal due to the AC bias current, is lock-in detected at the same frequency as the AC bias current, and the detection signal is output. The present invention employs a device that includes a detection unit that obtains the signal and a comparison unit that calculates a difference by comparing the detected signal with a signal amplitude at a fixed magnetic flux point.

【0015】[0015]

【作用】請求項1のSQUID磁束計であれば、SQU
IDに対して交流電流をバイアス電流として供給し、か
つ磁束変調を行うことなくSQUIDを駆動するに当っ
て、信号処理手段によって、交流バイアス電流に起因し
て交流信号として出力されるSQUID出力信号から交
流バイアスに起因する交流成分およびオフセット電圧を
除去してSQUIDの入力磁束に比例した信号を得、フ
ィードバック信号算出手段によって、得られた信号を積
分して、SQUIDにフィードバックされるべきフィー
ドバック信号を算出することができる。
According to the SQUID magnetometer of the first aspect, the SQUID magnetometer
In supplying the AC current as a bias current to the ID and driving the SQUID without performing the magnetic flux modulation, the signal processing means converts the SQUID output signal output as an AC signal due to the AC bias current from the SQUID output signal. A signal proportional to the input magnetic flux of the SQUID is obtained by removing an AC component and an offset voltage caused by the AC bias, and the obtained signal is integrated by a feedback signal calculating means to calculate a feedback signal to be fed back to the SQUID. can do.

【0016】したがって、フィードバックコイルに交流
電流を供給するための構成、および交流バイアスの符号
を反転するための構成を省略して、全体としての構成を
簡単化できるとともに、調整箇所を少なくすることがで
きる。請求項2のSQUID磁束計であれば、比較手段
によって、交流バイアス電流に起因して交流信号として
出力されるSQUID出力信号を磁束固定点における信
号振幅と比較して差を算出し、検波手段によって、算出
された差を交流バイアス電流と同じ周波数でロックイン
検波して検波信号を得、フィードバック信号算出手段に
よって、検波信号を積分して、SQUIDにフィードバ
ックされるべきフィードバック信号を算出することがで
きる。
Therefore, the configuration for supplying the AC current to the feedback coil and the configuration for inverting the sign of the AC bias can be omitted, thereby simplifying the overall configuration and reducing the number of adjustment points. it can. In the case of the SQUID magnetometer of claim 2, the comparing means compares the SQUID output signal output as the AC signal due to the AC bias current with the signal amplitude at the fixed magnetic flux point to calculate the difference, and the detecting means The calculated difference is lock-in detected at the same frequency as the AC bias current to obtain a detection signal, and the feedback signal calculation means can calculate the feedback signal to be fed back to the SQUID by integrating the detection signal. .

【0017】したがって、フィードバックコイルに交流
電流を供給するための構成、および交流バイアスの符号
を反転するための構成を省略して、全体としての構成を
簡単化できるとともに、調整箇所を少なくすることがで
きる。請求項3のSQUID磁束計であれば、検波手段
によって、交流バイアス電流に起因して交流信号として
出力されるSQUID出力信号を交流バイアス電流と同
じ周波数でロックイン検波して検波信号を得、比較手段
によって、検波信号を磁束固定点における信号振幅と比
較して差を算出し、フィードバック信号算出手段によっ
て、算出された差を積分して、SQUIDにフィードバ
ックされるべきフィードバック信号を算出することがで
きる。
Therefore, the configuration for supplying the AC current to the feedback coil and the configuration for inverting the sign of the AC bias can be omitted to simplify the overall configuration and reduce the number of adjustment points. it can. In the case of the SQUID magnetometer according to claim 3, the detection means performs lock-in detection on the SQUID output signal output as an AC signal due to the AC bias current at the same frequency as the AC bias current to obtain a detection signal. Means for comparing the detected signal with the signal amplitude at the magnetic flux fixed point to calculate a difference, and integrating the calculated difference by the feedback signal calculating means to calculate a feedback signal to be fed back to the SQUID. .

【0018】したがって、フィードバックコイルに交流
電流を供給するための構成、および交流バイアスの符号
を反転するための構成を省略して、全体としての構成を
簡単化できるとともに、調整箇所を少なくすることがで
きる。
Therefore, the configuration for supplying the AC current to the feedback coil and the configuration for inverting the sign of the AC bias can be omitted, so that the overall configuration can be simplified and the number of adjustment points can be reduced. it can.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明のSQUID磁束計の実施の態様を詳細に説明す
る。図1はこの発明のSQUID磁束計の一実施態様を
示すブロック図である。このSQUID磁束計は、発振
器1の発振出力電圧を振幅調整器2に供給して信号振幅
を調整し、振幅が調整された信号を電圧−電流変換器4
に供給することにより交流バイアス電流を得、SQUI
D6のSQUIDリング6aに供給している。なお、上
下の波形を互いに対称にするためのオフセット調整器5
からの出力信号をも電圧−電流変換器4に供給してい
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the SQUID magnetometer according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the SQUID magnetometer of the present invention. The SQUID magnetometer supplies an oscillation output voltage of an oscillator 1 to an amplitude adjuster 2 to adjust a signal amplitude, and outputs a signal whose amplitude has been adjusted to a voltage-current converter 4.
AC bias current is obtained by supplying
It supplies to the SQUID ring 6a of D6. An offset adjuster 5 for making the upper and lower waveforms symmetrical to each other.
Is also supplied to the voltage-current converter 4.

【0020】また、SQUIDリング6aからのSQU
ID出力信号をプリアンプ7により増幅して差動アンプ
8の非反転入力端子に供給している。さらに、発振器1
からの出力信号を振幅調整器10に供給して信号振幅を
調整し、振幅が調整された信号を差動アンプ8の反転入
力端子に供給している。そして、差動アンプ8からプリ
アンプ7からの出力信号と振幅調整器10により振幅が
調整された信号との差信号(オフセット電圧が除去され
た信号)を出力する。この差信号は、発振器1の発振出
力電圧が一方の入力端子に供給されているロックインア
ンプ9の他方の入力端子に供給されることにより検波さ
れ、交流バイアスに起因する交流成分が除去され、SQ
UIDリング6aへの入力磁束Φ1に比例した信号が得
られる。そして、ロックインアンプ9からの出力を積分
器11に供給して位相ロックループ(FLL)回路出力
を得る。
The SQUID from the SQUID ring 6a
The ID output signal is amplified by the preamplifier 7 and supplied to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 8. Furthermore, oscillator 1
Is supplied to the amplitude adjuster 10 to adjust the signal amplitude, and the signal whose amplitude has been adjusted is supplied to the inverting input terminal of the differential amplifier 8. Then, the differential amplifier 8 outputs a difference signal (a signal from which the offset voltage has been removed) between the output signal from the preamplifier 7 and the signal whose amplitude has been adjusted by the amplitude adjuster 10. This difference signal is detected by the oscillation output voltage of the oscillator 1 being supplied to the other input terminal of the lock-in amplifier 9 being supplied to one input terminal, thereby detecting the difference signal and removing the AC component caused by the AC bias. SQ
A signal proportional to the input magnetic flux Φ1 to the UID ring 6a is obtained. Then, the output from the lock-in amplifier 9 is supplied to the integrator 11 to obtain the output of a phase lock loop (FLL) circuit.

【0021】また、積分器11からの出力を電圧−電流
変換器12に供給してフィードバック電流を得、SQU
ID6のフィードバックコイル6bに供給している。次
いで、図2に示す各部の波形を参照しながら、上記の構
成のSQUID磁束計の作用を説明する。発振器1の発
振出力電圧{図2中(A)参照}を振幅調整器2に供給
して信号振幅を調整し、振幅が調整された信号およびオ
フセット調整器5からの出力信号を電圧−電流変換器4
に供給することにより交流バイアス電流を得、SQUI
D6のSQUIDリング6aに供給しているので、図2
中(F)(G)に示すように、互いに対称な正負のΦ/
V特性が得られる。
The output from the integrator 11 is supplied to the voltage-current converter 12 to obtain a feedback current,
It is supplied to the feedback coil 6b of ID6. Next, the operation of the SQUID magnetometer having the above-described configuration will be described with reference to the waveforms of the respective sections shown in FIG. The oscillation output voltage of the oscillator 1 (see FIG. 2A) is supplied to the amplitude adjuster 2 to adjust the signal amplitude, and the signal whose amplitude has been adjusted and the output signal from the offset adjuster 5 are subjected to voltage-current conversion. Vessel 4
AC bias current is obtained by supplying
Since the power is supplied to the SQUID ring 6a of D6, FIG.
As shown in the middle (F) and (G), positive and negative Φ /
V characteristics are obtained.

【0022】この状態において、図2中(H)に示すよ
うに、入力磁束Φ1がSQUIDリング6aに供給され
れば、入力磁束Φ1に対応する正負のΦ/V特性上の点
に基づいてSQUID出力信号が定まり、プリアンプ7
で増幅されることにより、図2中(B)に示す信号波形
が得られる。また、発振器1からの出力信号を振幅調整
器10に供給して信号振幅を調整することにより、図2
中(C)に示す信号波形が得られる。そして、図2中
(B)に示す信号波形と図2中(C)に示す信号波形と
を差動アンプ8に供給することにより、ロック点におけ
るオフセット電圧が除去される{図2中(D)参照}。
さらに、オフセット電圧が除去された信号をロックイン
アンプ9に供給することにより、交流バイアスに起因す
る交流波形が除去され、SQUID6への入力磁束Φ1
に比例した信号が検出される{図2中(E)参照}。そ
して、この信号は積分器11に供給されてFLL回路出
力を得ることができる。また、FLL回路出力は電圧−
電流変換器12によりフィードバック電流に変換され、
SQUID6のフィードバックコイル6bに供給され
る。したがって、SQUIDリング6aに供給される入
力磁束Φ1がフィードバック電流に起因してフィードバ
ックコイル6bから発生する磁束によりキャンセルされ
る。
In this state, if the input magnetic flux Φ1 is supplied to the SQUID ring 6a as shown in FIG. 2H, the SQUID is determined based on the positive and negative Φ / V characteristic points corresponding to the input magnetic flux Φ1. The output signal is determined and the preamplifier 7
, A signal waveform shown in FIG. 2B is obtained. In addition, by supplying the output signal from the oscillator 1 to the amplitude adjuster 10 to adjust the signal amplitude, FIG.
The signal waveform shown in the middle (C) is obtained. Then, by supplying the signal waveform shown in FIG. 2B and the signal waveform shown in FIG. 2C to the differential amplifier 8, the offset voltage at the lock point is removed. )reference}.
Further, by supplying the signal from which the offset voltage has been removed to the lock-in amplifier 9, the AC waveform caused by the AC bias is removed, and the input magnetic flux Φ1 to the SQUID 6 is removed.
(See (E) in FIG. 2). Then, this signal is supplied to the integrator 11 to obtain an FLL circuit output. Further, the output of the FLL circuit is a voltage −
The current is converted into a feedback current by the current converter 12,
It is supplied to the feedback coil 6b of the SQUID 6. Therefore, the input magnetic flux Φ1 supplied to the SQUID ring 6a is canceled by the magnetic flux generated from the feedback coil 6b due to the feedback current.

【0023】以上の作用を反復することにより、入力磁
束Φ1の計測を行うことができる。上記の構成のSQU
ID磁束計は、振幅調整を行う箇所を従来のSQUID
磁束計の3箇所から2箇所に減少させることができ、ま
た、従来のSQUID磁束計と比較して、ロックインア
ンプを設ける必要があるものの、反転バッファ、フィー
ドバックコイルに交流電流を供給するための構成部分を
省略できるので、SQUID磁束計全体としての構成を
簡単化できる。
By repeating the above operation, the input magnetic flux Φ1 can be measured. SKU with the above configuration
The ID magnetometer uses a conventional SQUID
The number of magnetometers can be reduced from three to two. Compared with a conventional SQUID magnetometer, although a lock-in amplifier needs to be provided, it is necessary to supply an AC current to an inversion buffer and a feedback coil. Since the components can be omitted, the configuration of the entire SQUID magnetometer can be simplified.

【0024】図3はこの発明のSQUID磁束計の他の
実施態様を示すブロック図である。このSQUID磁束
計は、発振器1の発振出力電圧を振幅調整器2に供給し
て信号振幅を調整し、振幅が調整された信号を電圧−電
流変換器4に供給することにより交流バイアス電流を
得、SQUID6のSQUIDリング6aに供給してい
る。なお、上下の波形を互いに対称にするためのオフセ
ット調整器5からの出力信号をも電圧−電流変換器4に
供給している。
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the SQUID magnetometer of the present invention. The SQUID magnetometer supplies the oscillation output voltage of the oscillator 1 to the amplitude adjuster 2 to adjust the signal amplitude, and supplies the amplitude-adjusted signal to the voltage-current converter 4 to obtain an AC bias current. , SQUID 6 to the SQUID ring 6a. The output signal from the offset adjuster 5 for making the upper and lower waveforms symmetrical to each other is also supplied to the voltage-current converter 4.

【0025】また、SQUIDリング6aからのSQU
ID出力信号をプリアンプ7により増幅して、発振器1
の発振出力電圧が一方の入力端子に供給されているロッ
クインアンプ9の他方の入力端子に供給することにより
検波して検波信号を出力する。そして、検波信号を電圧
加算器13の一方の入力端子に供給している。また、オ
フセット調整器14からの出力信号(ロック点において
出力されてくる直流電圧の符号を反転させた信号)を電
圧加算器13の他方の入力端子に供給している。さら
に、電圧加算器13からの出力信号を積分器11に供給
して位相ロックループ(FLL)回路出力を得る。
The SQUID from the SQUID ring 6a
The ID output signal is amplified by the preamplifier 7 and the oscillator 1
Is supplied to the other input terminal of the lock-in amplifier 9 which is supplied to one input terminal, thereby detecting and outputting a detection signal. Then, the detection signal is supplied to one input terminal of the voltage adder 13. The output signal from the offset adjuster 14 (a signal obtained by inverting the sign of the DC voltage output at the lock point) is supplied to the other input terminal of the voltage adder 13. Further, an output signal from the voltage adder 13 is supplied to the integrator 11 to obtain a phase locked loop (FLL) circuit output.

【0026】また、積分器11からの出力を電圧−電流
変換器12に供給してフィードバック電流を得、SQU
ID6のフィードバックコイル6bに供給している。次
いで、図4に示す各部の波形を参照しながら、上記の構
成のSQUID磁束計の作用を説明する。発振器1の発
振出力電圧{図4中(A)参照}を振幅調整器2に供給
して信号振幅を調整し、振幅が調整された信号およびオ
フセット調整器5からの出力信号を電圧−電流変換器4
に供給することにより交流バイアス電流を得、SQUI
D6のSQUIDリング6aに供給しているので、図4
中(F)(G)に示すように、互いに対称な正負のΦ/
V特性が得られる。
The output from the integrator 11 is supplied to the voltage-current converter 12 to obtain a feedback current,
It is supplied to the feedback coil 6b of ID6. Next, the operation of the SQUID magnetometer having the above-described configuration will be described with reference to the waveforms of the respective sections shown in FIG. The oscillation output voltage of the oscillator 1 (see FIG. 4A) is supplied to the amplitude adjuster 2 to adjust the signal amplitude, and the signal whose amplitude has been adjusted and the output signal from the offset adjuster 5 are subjected to voltage-current conversion. Vessel 4
AC bias current is obtained by supplying
Since the power is supplied to the SQUID ring 6a of D6, FIG.
As shown in the middle (F) and (G), positive and negative Φ /
V characteristics are obtained.

【0027】この状態において、図4中(H)に示すよ
うに、入力磁束Φ1がSQUIDリング6aに供給され
れば、入力磁束Φ1に対応する正負のΦ/V特性上の点
に基づいてSQUID出力信号が定まり、プリアンプ7
で増幅されることにより、図4中(B)に示す信号波形
が得られる。プリアンプ7からの出力信号はロックイン
アンプ9に供給されて検波が行われ、交流バイアスに起
因する交流成分が除去される{図4中(C)参照}。
In this state, if the input magnetic flux Φ1 is supplied to the SQUID ring 6a as shown in FIG. 4H, the SQUID is determined based on the positive and negative Φ / V characteristic points corresponding to the input magnetic flux Φ1. The output signal is determined and the preamplifier 7
, A signal waveform shown in FIG. 4B is obtained. The output signal from the preamplifier 7 is supplied to the lock-in amplifier 9 to be detected, and an AC component caused by an AC bias is removed (see (C) in FIG. 4).

【0028】その後、オフセット調整器14により、予
め動作点において出力されてくる直流電圧の符号を反転
させた信号{図2中(D)参照}を出力し、電圧加算器
13により、ロックインアンプ9からの出力信号とオフ
セット調整器14からの出力信号とを加算することによ
り、ロック点におけるオフセット電圧を除去し、SQU
ID6への入力磁束Φ1に比例した信号を検出する{図
4中(E)参照}。そして、この信号は積分器11に供
給されてFLL回路出力を得ることができる。また、F
LL回路出力は電圧−電流変換器12によりフィードバ
ック電流に変換され、SQUID6のフィードバックコ
イル6bに供給される。したがって、SQUIDリング
6aに供給される入力磁束Φ1がフィードバック電流に
起因してフィードバックコイル6bから発生する磁束に
よりキャンセルされる。
Thereafter, the offset adjuster 14 outputs a signal obtained by inverting the sign of the DC voltage previously output at the operating point {see FIG. 2D}, and the voltage adder 13 9 and the output signal from the offset adjuster 14 to remove the offset voltage at the lock point,
A signal proportional to the input magnetic flux Φ1 to ID6 is detected {see FIG. 4 (E)}. Then, this signal is supplied to the integrator 11 to obtain an FLL circuit output. Also, F
The output of the LL circuit is converted into a feedback current by the voltage-current converter 12 and supplied to the feedback coil 6b of the SQUID 6. Therefore, the input magnetic flux Φ1 supplied to the SQUID ring 6a is canceled by the magnetic flux generated from the feedback coil 6b due to the feedback current.

【0029】以上の作用を反復することにより、入力磁
束Φ1の計測を行うことができる。上記の構成のSQU
ID磁束計は、振幅調整を行う箇所を従来のSQUID
磁束計の3箇所から2箇所に減少させることができ、ま
た、従来のSQUID磁束計と比較して、ロックインア
ンプを設ける必要があるものの、反転バッファ、フィー
ドバックコイルに交流電流を供給するための構成部分を
省略できるので、SQUID磁束計全体としての構成を
簡単化できる。
By repeating the above operation, the input magnetic flux Φ1 can be measured. SKU with the above configuration
The ID magnetometer uses a conventional SQUID
The number of magnetometers can be reduced from three to two. Compared with a conventional SQUID magnetometer, although a lock-in amplifier needs to be provided, it is necessary to supply an AC current to an inversion buffer and a feedback coil. Since the components can be omitted, the configuration of the entire SQUID magnetometer can be simplified.

【0030】[0030]

【発明の効果】請求項1の発明は、フィードバックコイ
ルに交流電流を供給するための構成、および交流バイア
スの符号を反転するための構成を省略して、全体として
の構成を簡単化できるとともに、調整箇所を少なくする
ことができるという特有の効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention, the configuration for supplying an AC current to the feedback coil and the configuration for inverting the sign of the AC bias can be omitted, and the overall configuration can be simplified. This has a specific effect that the number of adjustment points can be reduced.

【0031】請求項2の発明は、請求項1と同様の効果
を奏する。請求項3の発明は、請求項1と同様の効果を
奏する。
The second aspect of the invention has the same effect as the first aspect. The third aspect of the invention has the same effect as the first aspect.

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

【図1】この発明のSQUID磁束計の一実施態様を示
すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a SQUID magnetometer of the present invention.

【図2】図1のSQUID磁束計の各部の波形を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing waveforms at various parts of the SQUID magnetometer of FIG. 1;

【図3】この発明のSQUID磁束計の他の実施態様を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the SQUID magnetometer of the present invention.

【図4】図3のSQUID磁束計の各部の波形を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing waveforms at various parts of the SQUID magnetometer of FIG. 3;

【図5】従来のSQUID磁束計の構成を示すブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional SQUID magnetometer.

【図6】図5のSQUID磁束計の各部の波形を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing waveforms at various parts of the SQUID magnetometer of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 SQUID 8 差動アンプ 9 ロックインアンプ 10 振幅調整器 13 電圧加算器 14 オフセット調整器 6 SQUID 8 Differential amplifier 9 Lock-in amplifier 10 Amplitude adjuster 13 Voltage adder 14 Offset adjuster

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SQUID(6)に対して交流電流をバ
イアス電流として供給し、かつ磁束変調を行うことなく
SQUID(6)を駆動するSQUID磁束計におい
て、交流バイアス電流に起因して交流信号として出力さ
れるSQUID出力信号から交流バイアスに起因する交
流成分およびオフセット電圧を除去してSQUID
(6)の入力磁束に比例した信号を得る信号処理手段
(8)(9)(10)(13)(14)と、得られた信
号を積分して、SQUIDにフィードバックされるべき
フィードバック信号を算出するフィードバック信号算出
手段(11)(12)とを含むことを特徴とするSQU
ID磁束計。
An SQUID magnetometer that supplies an AC current as a bias current to a SQUID (6) and drives the SQUID (6) without performing magnetic flux modulation, as an AC signal due to the AC bias current. Removing the AC component and the offset voltage caused by the AC bias from the output SQUID output signal,
(6) signal processing means (8) (9) (10) (13) (14) for obtaining a signal proportional to the input magnetic flux, and a feedback signal to be fed back to the SQUID by integrating the obtained signal. SCU including feedback signal calculating means (11) and (12) for calculating
ID magnetometer.
【請求項2】 前記信号処理手段(8)(9)(10)
は、交流バイアス電流に起因して交流信号として出力さ
れるSQUID出力信号を磁束固定点における信号振幅
と比較して差を算出する比較手段(8)(10)と、算
出された差を交流バイアス電流と同じ周波数でロックイ
ン検波して検波信号を得る検波手段(9)とを含んでい
る請求項1に記載のSQUID磁束計。
2. The signal processing means (8), (9) and (10).
Means for comparing a SQUID output signal output as an AC signal due to an AC bias current with a signal amplitude at a fixed magnetic flux point to calculate a difference; 2. The SQUID magnetometer according to claim 1, further comprising a detection means (9) for obtaining a detection signal by performing lock-in detection at the same frequency as the current.
【請求項3】 前記信号処理手段(9)(13)(1
4)は、交流バイアス電流に起因して交流信号として出
力されるSQUID出力信号を交流バイアス電流と同じ
周波数でロックイン検波して検波信号を得る検波手段
(9)と、検波信号を磁束固定点における信号振幅と比
較して差を算出する比較手段(13)(14)とを含ん
でいる請求項1に記載のSQUID磁束計。
3. The signal processing means (9), (13) and (1)
4) a detecting means (9) for lock-in detecting a SQUID output signal output as an AC signal due to the AC bias current at the same frequency as the AC bias current to obtain a detection signal; 2. The SQUID magnetometer according to claim 1, further comprising comparison means (13) and (14) for calculating a difference by comparing with the signal amplitude in (1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103792500A (en) * 2012-11-01 2014-05-14 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 SBC structure based flux quantum counting direct reading circuit and method
CN104422903A (en) * 2013-08-23 2015-03-18 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 Debugging system and method for sensor using superconducting quantum interference device
CN116338535A (en) * 2023-03-21 2023-06-27 中国计量科学研究院 Superconducting quantum interferometer readout circuit and system adopting self-feedback differential amplifier

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