JPS59196480A - 磁気検出装置 - Google Patents
磁気検出装置Info
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- JPS59196480A JPS59196480A JP58071712A JP7171283A JPS59196480A JP S59196480 A JPS59196480 A JP S59196480A JP 58071712 A JP58071712 A JP 58071712A JP 7171283 A JP7171283 A JP 7171283A JP S59196480 A JPS59196480 A JP S59196480A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は直流ベクトル（ＤＣ５ＱＵＩＤ）χ用いた磁
気検出回路に係り、特にその出力の取出し方式の改良に
より磁界のベクトル計測および多入力磁気信号の同時計
測？可能にするベクトル磁気検出装置に関するものであ
る。
気検出回路に係り、特にその出力の取出し方式の改良に
より磁界のベクトル計測および多入力磁気信号の同時計
測？可能にするベクトル磁気検出装置に関するものであ
る。
従来の直流ベクトル乞用いた磁気検出器は第１図に示す
ような構成になっている。図において、１はジョセフソ
ン接合、２は超伝導ループで両者によって直流ベクトル
が構成される。１のジョセフソン接合は、第２図に示す
ような等価回路で表 ・わされるものとする。ここで、
８は接合容量ＣＪ、９は両端の超伝導体の位相差θに伴
って電流■。圃θ娶流すことのできる電流源であり、７
は接合容量Ｃに伴って発生するジョセフソン接合の電流
−電圧特性上のヒステリシスを消すために取付けられた
短絡抵抗で、ヒステリシスパラメータ東量子である。
ような構成になっている。図において、１はジョセフソ
ン接合、２は超伝導ループで両者によって直流ベクトル
が構成される。１のジョセフソン接合は、第２図に示す
ような等価回路で表 ・わされるものとする。ここで、
８は接合容量ＣＪ、９は両端の超伝導体の位相差θに伴
って電流■。圃θ娶流すことのできる電流源であり、７
は接合容量Ｃに伴って発生するジョセフソン接合の電流
−電圧特性上のヒステリシスを消すために取付けられた
短絡抵抗で、ヒステリシスパラメータ東量子である。
外部磁気検出コイルで検出した磁束は磁束伝達回路によ
って入力コイル６に伝達される。入力コイル６は相互イ
ンダクタンスＭでベクトルループ２と磁気的に結合して
おり、ベクトルルーズに磁束乞伝達する。ベクトルルー
ズ内に磁束φが入るとベクトルの両端に電圧の発生せず
に流れることのできる超伝導電流ＩｍＯ値が変化し、そ
の結果ベクトルの電流−電圧特性が変化する。第３図は
ベクトルの電流−雷、圧特性乞示したもので、曲線１ （ａ）はφ＝ｎφｏ（ｎ ：整数）、曲線（ｂ）はφ＝
（ｎ ＋２ ）φ。
って入力コイル６に伝達される。入力コイル６は相互イ
ンダクタンスＭでベクトルループ２と磁気的に結合して
おり、ベクトルルーズに磁束乞伝達する。ベクトルルー
ズ内に磁束φが入るとベクトルの両端に電圧の発生せず
に流れることのできる超伝導電流ＩｍＯ値が変化し、そ
の結果ベクトルの電流−電圧特性が変化する。第３図は
ベクトルの電流−雷、圧特性乞示したもので、曲線１ （ａ）はφ＝ｎφｏ（ｎ ：整数）、曲線（ｂ）はφ＝
（ｎ ＋２ ）φ。
の磁束がループ内に入った場合の電流−電圧特性である
。いま、端子５に電流■Ｂ乞流しておきベクトルルーズ
内の磁束φを変化させると、超伝導電流の大きさの変化
につれて端子６に現われる電圧が変化する。第４図にル
ープ内磁束φと出力電圧ΔＶの関係２示す。こうして、
外部磁気信号の変化乞直流ベクトルの電圧変化として取
り出す方法が直流ベクトル磁気検出器の検出原理である
。
。いま、端子５に電流■Ｂ乞流しておきベクトルルーズ
内の磁束φを変化させると、超伝導電流の大きさの変化
につれて端子６に現われる電圧が変化する。第４図にル
ープ内磁束φと出力電圧ΔＶの関係２示す。こうして、
外部磁気信号の変化乞直流ベクトルの電圧変化として取
り出す方法が直流ベクトル磁気検出器の検出原理である
。
実際の直流ベクトル磁気検出器では変調コイル４奮用い
てフィードバックループを構成する。第５図は直流ベク
トルとフラックス−ロックドループと呼ばれるフィード
バックルーズ？用いた磁気検出器の概念図である。第５
図において直流ベクトルにある一定電流ＩＢＶ流してお
き、変調コイルＬＭにサイン型の交流電流乞流丁ことに
より、振幅が〜φ０／４程度の変調された磁束￥直流ベ
クトルに印加してお（。このときプリアンプＰＭ。
てフィードバックループを構成する。第５図は直流ベク
トルとフラックス−ロックドループと呼ばれるフィード
バックルーズ？用いた磁気検出器の概念図である。第５
図において直流ベクトルにある一定電流ＩＢＶ流してお
き、変調コイルＬＭにサイン型の交流電流乞流丁ことに
より、振幅が〜φ０／４程度の変調された磁束￥直流ベ
クトルに印加してお（。このときプリアンプＰＭ。
ロックインアンプＬＭで増幅された出力電圧は一定であ
る。ここで磁気信号？コイルＬｉに加えるとロックイン
アップＬＭの出力は変化する。この出力の変化分を打消
すようにスイッチ８１宛閉じ、フィードバック抵抗ＲＰ
Ｂχ通して変調コイルに電流を流す。そしてこの時フィ
ードバック抵抗Ｒ０の両端に発生する電圧が入力コイル
によってベクトルに印加された磁束に比例し、したがっ
て磁気信号に比例することになる。以上が直流ベクトル
乞用いた磁気検出器の動作原理である。
る。ここで磁気信号？コイルＬｉに加えるとロックイン
アップＬＭの出力は変化する。この出力の変化分を打消
すようにスイッチ８１宛閉じ、フィードバック抵抗ＲＰ
Ｂχ通して変調コイルに電流を流す。そしてこの時フィ
ードバック抵抗Ｒ０の両端に発生する電圧が入力コイル
によってベクトルに印加された磁束に比例し、したがっ
て磁気信号に比例することになる。以上が直流ベクトル
乞用いた磁気検出器の動作原理である。
磁界は一般にベクトル量であるため磁気検出器としては
互い直交する３方向の磁界χそれぞれ独立に、同時に検
出する必要がある。又心磁図等の空間分布？リアルタイ
ムに表示する場合、多入力磁気信号を瞬時に検出する必
要がある。従来の直流ベクトルを用いた磁気検出器では
１組の入力コイルと直流ベクトルに対して１つのフィー
ドバックループを構成しなければならず、極低温から室
温へ出力？取り出す端子やフィードバック電流を□ 流すための電流端子が入力磁気信号のチャネル数に比例
して増加する。リード線の増加はリード線を伝わって室
温から侵入する熱量が増加し、液体ヘリウムの蒸発を早
めたり、はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超え
てしまい直流ベクトルの正常な動作ができなくなる。そ
のため、従来の方法では入力チャネル数を多くすること
が非常にむずかしいという欠点があった。
互い直交する３方向の磁界χそれぞれ独立に、同時に検
出する必要がある。又心磁図等の空間分布？リアルタイ
ムに表示する場合、多入力磁気信号を瞬時に検出する必
要がある。従来の直流ベクトルを用いた磁気検出器では
１組の入力コイルと直流ベクトルに対して１つのフィー
ドバックループを構成しなければならず、極低温から室
温へ出力？取り出す端子やフィードバック電流を□ 流すための電流端子が入力磁気信号のチャネル数に比例
して増加する。リード線の増加はリード線を伝わって室
温から侵入する熱量が増加し、液体ヘリウムの蒸発を早
めたり、はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超え
てしまい直流ベクトルの正常な動作ができなくなる。そ
のため、従来の方法では入力チャネル数を多くすること
が非常にむずかしいという欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、磁気入力チャネルの数に関係なく
１つとし、それぞれのチャネルの磁気入力をそれぞれ分
離・判別し検出するベクトル磁気検出装置を提供するこ
とを目的としている。
めになされたもので、磁気入力チャネルの数に関係なく
１つとし、それぞれのチャネルの磁気入力をそれぞれ分
離・判別し検出するベクトル磁気検出装置を提供するこ
とを目的としている。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第６
図に示すように、３つの抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒｚとこれら
にそれぞれ直列に接続した検出ベクトルＳＤの１つの入
力コイルＬｉＤとを３つの直流ベク）・ルｓｘ、ｓｙ、
ｓｚ をそれぞれに対して並列になるように接続する。
図に示すように、３つの抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒｚとこれら
にそれぞれ直列に接続した検出ベクトルＳＤの１つの入
力コイルＬｉＤとを３つの直流ベク）・ルｓｘ、ｓｙ、
ｓｚ をそれぞれに対して並列になるように接続する。
直流ベクトルｓｘ、ｓｙ、ｓｚ にそれぞれ電流’Ｂ
Ｘ”ＢＹＩＩＢ□を流しておき、３つの独立な磁気信号
を入力コイルＬｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚにそれぞれ入力す
ると、それぞれの直流ベクトルループ内の磁束の変化に
伴い直流ベクトルｓｘ、ｓｙ、 ｓｚ の電流−電圧特
性が変化し、第３図の負荷曲線Ｃに沿ったような電流Δ
Ｉｘ、ΔＩＹ、ΔＩｚがそれぞれ抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒ。
Ｘ”ＢＹＩＩＢ□を流しておき、３つの独立な磁気信号
を入力コイルＬｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚにそれぞれ入力す
ると、それぞれの直流ベクトルループ内の磁束の変化に
伴い直流ベクトルｓｘ、ｓｙ、 ｓｚ の電流−電圧特
性が変化し、第３図の負荷曲線Ｃに沿ったような電流Δ
Ｉｘ、ΔＩＹ、ΔＩｚがそれぞれ抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒ。
に分流され、それらの加わった電流（ΔＴｘ＋Δ）ｙ＋
ΔＩｚ）が検出ベクトルＳＤの入力コイルＬｉＤに流れ
込む。
ΔＩｚ）が検出ベクトルＳＤの入力コイルＬｉＤに流れ
込む。
入力コイルＬｉＤに電流が流れることにより検出ベクト
ルＳＤのループ内に磁束が発生し、この磁束の変化によ
りその検出ベクトルＳＤの両端の電圧が変化する。この
電圧の変化を取り出すわけであるが、このままでは、３
つの入力信号を分離することができない。そこで、３つ
の直流ベクトルＳＸ。
ルＳＤのループ内に磁束が発生し、この磁束の変化によ
りその検出ベクトルＳＤの両端の電圧が変化する。この
電圧の変化を取り出すわけであるが、このままでは、３
つの入力信号を分離することができない。そこで、３つ
の直流ベクトルＳＸ。
ｓｙ 、ｓｚのそれぞれに変調コイルＬＭＸ Ｉ ”Ｍ
Ｙ ’ ＬＭＺを設け、これらに角周波数ω工、ω７．
ω２ のサン型の電流をそれぞれ流して各直流ベクトル
を変調された磁束で駆動しておく。こうすることにより
、検出直流ベクトルの出力には、角周波数ω工、ω工、
ω、で変調を受けた信号が混在している。この出力信号
を増幅した後ロックイン検波し、角周波数ω工、ωア、
ω２の角周波数成分に分解して取り出し、各チャネルに
入力信号が入力されない場合からのそれぞれの変化分を
打消すようにフィードバック抵抗ＲＦＢＸ’ＲＦ Ｂ
Ｙ ９ ＲＰ Ｂ Ｚを通してフィードバック電流を変
調コイルＬＭＸ 、 ＬＭＹ 、 ＬＭＺそれぞれに流
す。このととフィードバック抵抗ＲアＢ’Ｘ、ＲＰＢＹ
、ＲＦＨ□ の両端に発生する電圧（判別器）が、入力
コイ／ｌ／ Ｌｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚ （１）それぞれ
に入る磁気信号の大きさに比例することになり、３チャ
ネル磁気信号の同時計測が可能となる。
Ｙ ’ ＬＭＺを設け、これらに角周波数ω工、ω７．
ω２ のサン型の電流をそれぞれ流して各直流ベクトル
を変調された磁束で駆動しておく。こうすることにより
、検出直流ベクトルの出力には、角周波数ω工、ω工、
ω、で変調を受けた信号が混在している。この出力信号
を増幅した後ロックイン検波し、角周波数ω工、ωア、
ω２の角周波数成分に分解して取り出し、各チャネルに
入力信号が入力されない場合からのそれぞれの変化分を
打消すようにフィードバック抵抗ＲＦＢＸ’ＲＦ Ｂ
Ｙ ９ ＲＰ Ｂ Ｚを通してフィードバック電流を変
調コイルＬＭＸ 、 ＬＭＹ 、 ＬＭＺそれぞれに流
す。このととフィードバック抵抗ＲアＢ’Ｘ、ＲＰＢＹ
、ＲＦＨ□ の両端に発生する電圧（判別器）が、入力
コイ／ｌ／ Ｌｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚ （１）それぞれ
に入る磁気信号の大きさに比例することになり、３チャ
ネル磁気信号の同時計測が可能となる。
なお上記実施例では３次元ベクトル型の磁気検出を念頭
において、磁気信号入力コイルと検出直流ベクトルの組
合せを３個に限定したが、これに限定することなく、こ
れらの組合せの個数は何個でも良い。
において、磁気信号入力コイルと検出直流ベクトルの組
合せを３個に限定したが、これに限定することなく、こ
れらの組合せの個数は何個でも良い。
以上のように、この発明によれば、従来の直流ベクトル
にｎ個並列抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒ７・・・を接続し、これ
らの抵抗を分流する電流の相の電流により発生する磁束
を検出ベクトルで検出するように構成したので、ベクト
ルを用いた従来のｎ人力チャネル磁気検出器がｎ本の出
力端子を必要としたのに対し、わずか１本で済み液体ヘ
リウムの蒸発を小さくおさえることができ、又冷却能力
の大きな冷却器を使う必要もなく非常に経済的になる効
果がある。
にｎ個並列抵抗ｒｘ、ｒＹ、ｒ７・・・を接続し、これ
らの抵抗を分流する電流の相の電流により発生する磁束
を検出ベクトルで検出するように構成したので、ベクト
ルを用いた従来のｎ人力チャネル磁気検出器がｎ本の出
力端子を必要としたのに対し、わずか１本で済み液体ヘ
リウムの蒸発を小さくおさえることができ、又冷却能力
の大きな冷却器を使う必要もなく非常に経済的になる効
果がある。
第１図は直流ベクトルを用いた磁気検出装置の概念図、
第２図は直流ベクトルを構成するジョセフソン接合の等
価回路を示した等価回路図、第３図は直流ベクトルの電
流−電圧特性図、第４図は直流ベクトルループ内の磁束
と出力電圧の関係を示した特性図、第５図は直流ベクト
ルを用いた従来の１人カチャネル磁気検出器の構成を示
した構成図、第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示
した構成図である。 図において１・・・ジョセフソン接合、２・・・超伝導
インダクタンスループ、６・・・磁気信号入力コイル、
４・・・変調コイル、５−・・電流バイアス端子、６・
・・出力端子、７・・・短絡抵抗、８・・・接合容量、
９・・・ジョセフソン電流源。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第４図 特許庁長官殿 １．事件の表示 特願昭５８−７１７１２号２、発
明の名称 磁気検出装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ５６ 補正の対象 （１、発明の名称 （２）明細書全文 ６、補正の内容 （１、発明の名称「ベクトル磁気検出装置」を「磁気検
出装置」と補正する。 （２）別紙の通り明細書全文を補正する。 ７、 添付書類の目録 補正後の明細書全文を記載した書面 １通明
細 書 １、発明の名称 磁気検出装置 ２、特許請求の範囲 バイアス電流が流れる直流超伝導量子干渉計を交流電流
で励磁変調し、該直流超伝導量子干渉計端より出力を検
出する超伝導量子干渉計の磁気検出装置において、複数
の独立した上記超伝導量子干渉計の磁気検出装置の出力
を単一の検出ベクトルの入力に供給し、該検出直流超伝
導量子干渉計の出力側で上記複数の独立した超伝導量子
干渉計の磁気検出装置をそれぞれ判別器で判別すること
を特徴とする超伝導量子干渉計の磁気検出装置。 ３、発明の詳細な説明 この発明は直流超伝導量子干渉計（ＤＣ５ＱＵＩＤ）を
用いた磁気検出装置に係り、特にその出力の取出し方式
の改良により磁界のベクトル計測および多入力磁気信号
の同時計測を可能にする超伝導量子干渉計の磁気検出装
置に関するものである。 従来の直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出器は第１
図に示すような構成になっている。図において、１はジ
ョセフソン接合、２は超伝導ループで両者によって直流
超伝導量子干渉計が構成される。１のジョセフソン接合
は、第２図に示すような等何回路で表わされるものとす
る。ここで、８は接合容量ＣＪ、９は両端の超伝導体の
位相差θに伴って電流工。８］ＩＪθを流すことのでき
る電流源であり、７は接合容量Ｃに伴って発生するジョ
セフソン接合の電流−電圧特性上のヒステリシスを消す
ために取付けられた短絡抵抗で、ヒステリシスパラメー
タ 量子である。 外部磁気検出コイルで検出した磁束は磁束伝達回路によ
って入力コイル６に伝達される。入力コイル３は相互イ
ンダクタンスＭで超伝導量子干渉計のループ２と磁気的
に結合しており、超伝導量子干渉計のループに磁束を伝
達する。超伝導量子 “干渉計のループ内に磁束
ψが入ると超伝導量子干渉計の両端に電圧の発生せずに
流れることのできる超伝導電流Ｉｍの値が変化し、その
結果超伝導量子干渉計の電流−電圧特性が変化する。第
３図は超伝導量子干渉計の電流−電圧特性を示したもの
で、曲線（ａ）はψ−ｎψ （ｎ ：整数）、曲線（ｂ
）は電流−電圧特性である。いま、端子５に電流ＩＢを
流しておき超伝導量子干渉計ループ内の磁束ψを変化さ
せると、超伝導電流の大きさの変化につれて端子６に現
われる電圧が変化する。第４図にループ内磁束ψと出力
電圧ΔＶの関係を示す。こうして、外部磁気信号の変化
を直流超伝導量子干渉計の電圧変化として取り出す方法
が直流超伝導量子干渉計の磁気検出器の検出原理である
。 実際の直流超伝導量子干渉計の磁気検出器では変調コイ
ル４を用いてフィードバックループを構成する。第５図
は直流超伝導量子干渉計とフラックス−ロックドループ
と呼ばれるフィードバックルーズを用いた磁気検出器の
概念図である。第５図において直流超伝導量子干渉計に
ある一定電流ＩＢを流しておき、変調コイルＬＭにサイ
ン型の交流電流を流すことにより、振幅が〜ψ０／４程
度の変調された磁束を直流超伝導量子干渉計に印加して
おく。このときプリアンプＰＭ、ロックインアンプＬＭ
で増幅された出力電圧は一定である。 ここで磁気信号をコイルＬｉ に加えるとロックインア
ンプＬＭの出力は変化する。この出力の変化分を打消す
ようにスイッチＳｉを閉じ、フィードバック抵抗ＲＦＢ
を通して変調コイルに電流を流す。 そしてこの時フィードバック抵抗ＲＰＢの両端に発生す
る電圧が入力コイルによって超伝導量子干渉計に印加さ
れた磁束に比例し、したがって磁気信号に比例すること
になる。以上が直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出
器の動作原理である。 磁界は一般にベクトル量であるため磁気検出器としては
互い直交する３方向の磁界をそれぞれ独立に、同時に検
出する必要がある。又心磁図等の空間分布をリアルタイ
ムに表示する場合、多入力磁気信号を瞬時に検出する必
要がある。従来の直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検
出器では１組の入力コイルと直流超伝導量子干渉計に対
して１つのフィードバックループを構成しなげればなら
ず、極低温から室温へ出力を取り出す端子やフィードバ
ック電流を流すための電流端子が入力磁気信号のチャン
ネル数に比例して増加する。リード線の増加はリード線
を伝わって室温から侵入する熱量が増加し、液体ヘリウ
ムの蒸発を早めたり。 はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超えてしまい
直流超伝導量子干渉計の正常な動作ができなくなる。そ
のため、従来の方法では入力チャンネル数を多くするこ
とが非常にむずかしいという欠点があった。 この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、磁気入力チャンネルの数に関係な
く１つとし、それぞれのチャンネルの磁気入力をそれぞ
れ分離・判別し検出する超伝導量子干渉計の磁気検出装
置を提供することを目的としている。 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第６
図に示すように、３つの抵抗ｒＸ＋ｒＹ＋ｒＺとこれら
にそれぞれ直列に接続した検出超伝導量子干渉計ＳＤの
１つの入力コイルＬｉＤとを３つの直流超伝導量子干渉
計ｓｘ 、ｓｙ 、ｓｚ をそれぞれに対して並列に
なるように接続する。直流超伝導量子干渉計ｓｘ、ｓｙ
、ｓｚ にそれぞれ電流ＩＢＸ ｔ ’ＢＹ ＩｒＢ
ｚを流しておき、３つの独立な磁気信号を入力コイルＬ
ｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚにそれぞれ入力すると、それぞれ
の直流超伝導量子干渉計のループ内の磁束の変化に伴い
直流超伝導量子干渉計ｓｘ、ｓｙ、ｓｚ の電流−電
圧特性が変化し、第３図の負荷曲線Ｃに沿ったような電
流ΔＩｘ、ΔＩｙ、ΔＩＺがそれぞれ抵抗ｒ）（、ｒｙ
、ｒｚＫ分流され、それらの加わった電流（Δ）ｘ＋Δ
ｉｙ＋ΔＩｚ）が検出超伝導量子干渉計ＳＤの入力コイ
ルＬｉｐに流れ込む。入力コイルＬｉＤに電流が流れる
ことにより検出超伝導量子干渉計ＳＤのループ内に磁束
が発生し、この磁束の変化によりその検出超伝導量子干
渉計Ｓ Ｉ）の両端の電圧が変化する。この電圧の変化
を取り出すわけであるが、このままでは。 ３つの入力信号を分離することができない。そこで、３
つの直流超伝導量子干渉計ＳＸ、ＳＹ、５Ｚ のそれ
ぞれに変調コイル１ＭＸ ｒ ＬＪＭ ＹνＬＭＺを設
は鷺これらに角周波数ωＸ、ωＹ、ω２のサイン型の電
流をそれぞれ流して各直流超伝導量子干渉計を変調され
た磁束で駆動してお（。こうすることにより、検出直流
超伝導量子干渉計の出力には、角筒波数ωＸ、ωＹ。 ω２ で変調を受けた信号が混在している。この出力信
号を増幅した後ロックイン検波し、角周波数ωＸ、ω丁
、ω２の角周波数成分に分解して取り出し。 各チャンネルに入力信号が入力されない場合からのそれ
ぞれの変化分を打消すようにフィードバック抵抗ＲＰＢ
Ｘ 、 ＲＦＢＹ 、 ＲＰＢＺを通してフィードバッ
ク電流を変調コイルＬＭＸ ） ” ＩＪＹ ｙ ｌ
ＭＺそれぞれ忙流す。 このときフィードバック抵抗ＲＦＲＸ ｒ ＲＦＢＹ
＋ ＲＨＦＺの両端に発生する電圧（判別器）が、入力
コイルＬｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚのそれぞれに入る磁気信
号の大きさに比例することになり、３チャンネル磁侭信
号の同時計測が可能となる。 なお上記実施例では３次元ベクトル型の磁気検出を念頭
において、磁気信号入力コイルと検出直流超伝導量子干
渉計の組合せを３個に限定したが、これに限定すること
なく、これらの組合せの個数は何個でも良い。 以上のように、この発明によれば、従来の直流超伝導量
子干渉計にｎ個並列抵抗ｒｚ、ｒｙ、ｒｚ・・・を接続
し、これらの抵抗を分流する電流の和の電流により発生
する磁束を検出超伝導量子干渉計で検出するように構成
したので、超伝導量子干渉計を用いた従来のｎ人力チャ
ンネル磁気検出器がｎ本の出力端子を必要としたのに対
し、わずか１本で済み液体ヘリウムの蒸発を小さくおさ
えることができ、又冷却能力の大きな冷却器を使う必要
もな（非常に経済的になる効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図は直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出装置の
概念図、第２図は直流超伝導量子干渉計を構成するジョ
セ７ノン接合の等何回路を示した等価回路図、第３図は
直流超伝導量子干渉計の電流−電圧特性図、第４図は直
流超伝導量子干渉計ループ内の磁束と出力電圧の関係を
示した特性図。 第５図は直流超伝導量子干渉計を用いた従来の１入力チ
ャンネル磁気検出器の構成を示した構成図。 第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示した構成図で
ある。 図において１・・・ジョセフソン接合、２・・・超伝導
インダクタンスループ、６−・磁気信号入力コイル、４
・−・変調コイル、５・・・電流バイアス端子、６・・
・出力端子、７・・・短絡抵抗、８・・・接合容量、９
・・・ジョセフソン電流源。 代理人 大岩増雄 ４９９−
第２図は直流ベクトルを構成するジョセフソン接合の等
価回路を示した等価回路図、第３図は直流ベクトルの電
流−電圧特性図、第４図は直流ベクトルループ内の磁束
と出力電圧の関係を示した特性図、第５図は直流ベクト
ルを用いた従来の１人カチャネル磁気検出器の構成を示
した構成図、第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示
した構成図である。 図において１・・・ジョセフソン接合、２・・・超伝導
インダクタンスループ、６・・・磁気信号入力コイル、
４・・・変調コイル、５−・・電流バイアス端子、６・
・・出力端子、７・・・短絡抵抗、８・・・接合容量、
９・・・ジョセフソン電流源。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第４図 特許庁長官殿 １．事件の表示 特願昭５８−７１７１２号２、発
明の名称 磁気検出装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ５６ 補正の対象 （１、発明の名称 （２）明細書全文 ６、補正の内容 （１、発明の名称「ベクトル磁気検出装置」を「磁気検
出装置」と補正する。 （２）別紙の通り明細書全文を補正する。 ７、 添付書類の目録 補正後の明細書全文を記載した書面 １通明
細 書 １、発明の名称 磁気検出装置 ２、特許請求の範囲 バイアス電流が流れる直流超伝導量子干渉計を交流電流
で励磁変調し、該直流超伝導量子干渉計端より出力を検
出する超伝導量子干渉計の磁気検出装置において、複数
の独立した上記超伝導量子干渉計の磁気検出装置の出力
を単一の検出ベクトルの入力に供給し、該検出直流超伝
導量子干渉計の出力側で上記複数の独立した超伝導量子
干渉計の磁気検出装置をそれぞれ判別器で判別すること
を特徴とする超伝導量子干渉計の磁気検出装置。 ３、発明の詳細な説明 この発明は直流超伝導量子干渉計（ＤＣ５ＱＵＩＤ）を
用いた磁気検出装置に係り、特にその出力の取出し方式
の改良により磁界のベクトル計測および多入力磁気信号
の同時計測を可能にする超伝導量子干渉計の磁気検出装
置に関するものである。 従来の直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出器は第１
図に示すような構成になっている。図において、１はジ
ョセフソン接合、２は超伝導ループで両者によって直流
超伝導量子干渉計が構成される。１のジョセフソン接合
は、第２図に示すような等何回路で表わされるものとす
る。ここで、８は接合容量ＣＪ、９は両端の超伝導体の
位相差θに伴って電流工。８］ＩＪθを流すことのでき
る電流源であり、７は接合容量Ｃに伴って発生するジョ
セフソン接合の電流−電圧特性上のヒステリシスを消す
ために取付けられた短絡抵抗で、ヒステリシスパラメー
タ 量子である。 外部磁気検出コイルで検出した磁束は磁束伝達回路によ
って入力コイル６に伝達される。入力コイル３は相互イ
ンダクタンスＭで超伝導量子干渉計のループ２と磁気的
に結合しており、超伝導量子干渉計のループに磁束を伝
達する。超伝導量子 “干渉計のループ内に磁束
ψが入ると超伝導量子干渉計の両端に電圧の発生せずに
流れることのできる超伝導電流Ｉｍの値が変化し、その
結果超伝導量子干渉計の電流−電圧特性が変化する。第
３図は超伝導量子干渉計の電流−電圧特性を示したもの
で、曲線（ａ）はψ−ｎψ （ｎ ：整数）、曲線（ｂ
）は電流−電圧特性である。いま、端子５に電流ＩＢを
流しておき超伝導量子干渉計ループ内の磁束ψを変化さ
せると、超伝導電流の大きさの変化につれて端子６に現
われる電圧が変化する。第４図にループ内磁束ψと出力
電圧ΔＶの関係を示す。こうして、外部磁気信号の変化
を直流超伝導量子干渉計の電圧変化として取り出す方法
が直流超伝導量子干渉計の磁気検出器の検出原理である
。 実際の直流超伝導量子干渉計の磁気検出器では変調コイ
ル４を用いてフィードバックループを構成する。第５図
は直流超伝導量子干渉計とフラックス−ロックドループ
と呼ばれるフィードバックルーズを用いた磁気検出器の
概念図である。第５図において直流超伝導量子干渉計に
ある一定電流ＩＢを流しておき、変調コイルＬＭにサイ
ン型の交流電流を流すことにより、振幅が〜ψ０／４程
度の変調された磁束を直流超伝導量子干渉計に印加して
おく。このときプリアンプＰＭ、ロックインアンプＬＭ
で増幅された出力電圧は一定である。 ここで磁気信号をコイルＬｉ に加えるとロックインア
ンプＬＭの出力は変化する。この出力の変化分を打消す
ようにスイッチＳｉを閉じ、フィードバック抵抗ＲＦＢ
を通して変調コイルに電流を流す。 そしてこの時フィードバック抵抗ＲＰＢの両端に発生す
る電圧が入力コイルによって超伝導量子干渉計に印加さ
れた磁束に比例し、したがって磁気信号に比例すること
になる。以上が直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出
器の動作原理である。 磁界は一般にベクトル量であるため磁気検出器としては
互い直交する３方向の磁界をそれぞれ独立に、同時に検
出する必要がある。又心磁図等の空間分布をリアルタイ
ムに表示する場合、多入力磁気信号を瞬時に検出する必
要がある。従来の直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検
出器では１組の入力コイルと直流超伝導量子干渉計に対
して１つのフィードバックループを構成しなげればなら
ず、極低温から室温へ出力を取り出す端子やフィードバ
ック電流を流すための電流端子が入力磁気信号のチャン
ネル数に比例して増加する。リード線の増加はリード線
を伝わって室温から侵入する熱量が増加し、液体ヘリウ
ムの蒸発を早めたり。 はなはだしい場合には冷却器の冷却能力を超えてしまい
直流超伝導量子干渉計の正常な動作ができなくなる。そ
のため、従来の方法では入力チャンネル数を多くするこ
とが非常にむずかしいという欠点があった。 この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、磁気入力チャンネルの数に関係な
く１つとし、それぞれのチャンネルの磁気入力をそれぞ
れ分離・判別し検出する超伝導量子干渉計の磁気検出装
置を提供することを目的としている。 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第６
図に示すように、３つの抵抗ｒＸ＋ｒＹ＋ｒＺとこれら
にそれぞれ直列に接続した検出超伝導量子干渉計ＳＤの
１つの入力コイルＬｉＤとを３つの直流超伝導量子干渉
計ｓｘ 、ｓｙ 、ｓｚ をそれぞれに対して並列に
なるように接続する。直流超伝導量子干渉計ｓｘ、ｓｙ
、ｓｚ にそれぞれ電流ＩＢＸ ｔ ’ＢＹ ＩｒＢ
ｚを流しておき、３つの独立な磁気信号を入力コイルＬ
ｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚにそれぞれ入力すると、それぞれ
の直流超伝導量子干渉計のループ内の磁束の変化に伴い
直流超伝導量子干渉計ｓｘ、ｓｙ、ｓｚ の電流−電
圧特性が変化し、第３図の負荷曲線Ｃに沿ったような電
流ΔＩｘ、ΔＩｙ、ΔＩＺがそれぞれ抵抗ｒ）（、ｒｙ
、ｒｚＫ分流され、それらの加わった電流（Δ）ｘ＋Δ
ｉｙ＋ΔＩｚ）が検出超伝導量子干渉計ＳＤの入力コイ
ルＬｉｐに流れ込む。入力コイルＬｉＤに電流が流れる
ことにより検出超伝導量子干渉計ＳＤのループ内に磁束
が発生し、この磁束の変化によりその検出超伝導量子干
渉計Ｓ Ｉ）の両端の電圧が変化する。この電圧の変化
を取り出すわけであるが、このままでは。 ３つの入力信号を分離することができない。そこで、３
つの直流超伝導量子干渉計ＳＸ、ＳＹ、５Ｚ のそれ
ぞれに変調コイル１ＭＸ ｒ ＬＪＭ ＹνＬＭＺを設
は鷺これらに角周波数ωＸ、ωＹ、ω２のサイン型の電
流をそれぞれ流して各直流超伝導量子干渉計を変調され
た磁束で駆動してお（。こうすることにより、検出直流
超伝導量子干渉計の出力には、角筒波数ωＸ、ωＹ。 ω２ で変調を受けた信号が混在している。この出力信
号を増幅した後ロックイン検波し、角周波数ωＸ、ω丁
、ω２の角周波数成分に分解して取り出し。 各チャンネルに入力信号が入力されない場合からのそれ
ぞれの変化分を打消すようにフィードバック抵抗ＲＰＢ
Ｘ 、 ＲＦＢＹ 、 ＲＰＢＺを通してフィードバッ
ク電流を変調コイルＬＭＸ ） ” ＩＪＹ ｙ ｌ
ＭＺそれぞれ忙流す。 このときフィードバック抵抗ＲＦＲＸ ｒ ＲＦＢＹ
＋ ＲＨＦＺの両端に発生する電圧（判別器）が、入力
コイルＬｉｘ、Ｌｉｙ、Ｌｉｚのそれぞれに入る磁気信
号の大きさに比例することになり、３チャンネル磁侭信
号の同時計測が可能となる。 なお上記実施例では３次元ベクトル型の磁気検出を念頭
において、磁気信号入力コイルと検出直流超伝導量子干
渉計の組合せを３個に限定したが、これに限定すること
なく、これらの組合せの個数は何個でも良い。 以上のように、この発明によれば、従来の直流超伝導量
子干渉計にｎ個並列抵抗ｒｚ、ｒｙ、ｒｚ・・・を接続
し、これらの抵抗を分流する電流の和の電流により発生
する磁束を検出超伝導量子干渉計で検出するように構成
したので、超伝導量子干渉計を用いた従来のｎ人力チャ
ンネル磁気検出器がｎ本の出力端子を必要としたのに対
し、わずか１本で済み液体ヘリウムの蒸発を小さくおさ
えることができ、又冷却能力の大きな冷却器を使う必要
もな（非常に経済的になる効果がある。 ４、図面の簡単な説明 第１図は直流超伝導量子干渉計を用いた磁気検出装置の
概念図、第２図は直流超伝導量子干渉計を構成するジョ
セ７ノン接合の等何回路を示した等価回路図、第３図は
直流超伝導量子干渉計の電流−電圧特性図、第４図は直
流超伝導量子干渉計ループ内の磁束と出力電圧の関係を
示した特性図。 第５図は直流超伝導量子干渉計を用いた従来の１入力チ
ャンネル磁気検出器の構成を示した構成図。 第６図は本発明の磁気検出装置の原理を示した構成図で
ある。 図において１・・・ジョセフソン接合、２・・・超伝導
インダクタンスループ、６−・磁気信号入力コイル、４
・−・変調コイル、５・・・電流バイアス端子、６・・
・出力端子、７・・・短絡抵抗、８・・・接合容量、９
・・・ジョセフソン電流源。 代理人 大岩増雄 ４９９−
Claims (1)
- バイアス電流が流れる直流ベクトルを交流電流で励磁変
調し、該直流ベクトル端より出力を検出するベクトル磁
気検出装置において、複数の独立した上記ベクトル磁気
検出装置の出力娶単−の検出ベクトルの入力に供給し、
該検出直流ベクトルの出力側で上記複数の独立したベク
トル磁気検出装置をそれぞれ判別器で判別することを特
徴とするベクトル磁気検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071712A JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58071712A JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59196480A true JPS59196480A (ja) | 1984-11-07 |
| JPH0588433B2 JPH0588433B2 (ja) | 1993-12-22 |
Family
ID=13468417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58071712A Granted JPS59196480A (ja) | 1983-04-22 | 1983-04-22 | 磁気検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59196480A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6435285A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-06 | Japan Res Dev Corp | Method for detecting signal of quantum flux parametron |
| US4851776A (en) * | 1986-12-18 | 1989-07-25 | Research Development Corporation | Weak field measuring magnetometer with flux modulated current conducting Josephson junction |
| US4866373A (en) * | 1985-06-07 | 1989-09-12 | Hitachi, Ltd. | Superconducting current detecting circuit employing DC flux parametron circuit |
| JPH0443978A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-13 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出装置 |
| US5194807A (en) * | 1990-09-07 | 1993-03-16 | Daikin Industries, Ltd. | Method and apparatus for compensating for variations in magnetic flux supplied to a squid superconducting loop input coil by applying a modulated signal to a modulation coil thereof |
-
1983
- 1983-04-22 JP JP58071712A patent/JPS59196480A/ja active Granted
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4866373A (en) * | 1985-06-07 | 1989-09-12 | Hitachi, Ltd. | Superconducting current detecting circuit employing DC flux parametron circuit |
| US4851776A (en) * | 1986-12-18 | 1989-07-25 | Research Development Corporation | Weak field measuring magnetometer with flux modulated current conducting Josephson junction |
| JPS6435285A (en) * | 1987-07-30 | 1989-02-06 | Japan Res Dev Corp | Method for detecting signal of quantum flux parametron |
| JPH0443978A (ja) * | 1990-06-11 | 1992-02-13 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出装置 |
| US5194807A (en) * | 1990-09-07 | 1993-03-16 | Daikin Industries, Ltd. | Method and apparatus for compensating for variations in magnetic flux supplied to a squid superconducting loop input coil by applying a modulated signal to a modulation coil thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0588433B2 (ja) | 1993-12-22 |
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