KR19980032603A - 자기 센서 구동 회로 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서 회로 및 평가 회로를 내장하는 동시에 양 회로가 상호 교류 신호 노이즈의 악영향을 받지 않도록 한 소형 SQUID 구동 회로 장치에 관한 것이다.
본 발명의 SQUID 구동 회로 장치는 SQUID를 자기 센서로서 구동하기 위해서 자속 변조형 자속 로크 방식으로 교류 신호로 동작하는 센서 회로(1A), SQUID 소자 평가용 특성을 얻기 위해서 교류 신호로 동작하는 소자 평가 회로(1B) 및 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능의 어느 하나를 선택하기 위한 선택 수단(1C)을 구비한다. 선택 수단(1C)은 어느 하나의 기능 선택에 따라서 센서 회로 또는 상기 평가 회로의 어느 하나에만 전원 공급하여 이것을 동작 상태로 하기 때문에, SQUID를 자기 센서로서 사용할 뿐만 아니라 소자 자체의 특성을 평가할 수 있으며, 더욱이, 센서 구동 기능과 특성 평가 기능이 선택적으로 확실하게 행해진다.

Description

자기 센서 구동 회로 장치
본 발명은 자기 센서 구동 회로 장치와, 보다 상세하게는 자기 센서로서 사용되는 SQUID(Superconducting Quantum Interference Device 초전도 양자 간섭 디바이스)를 위한 구동 회로 장치에 관한 것이다.
SQUID은 대단히 미약한 자장을 계측할 수 있는 초고감도 자기 센서이고, 이것을 자기 센서로서 구동하기 위해서는 자속 로크 회로(「FLL (Flux Locked Loop 회로」라고 약칭한다)가 사용된다. 이 FLL 회로는 영위법(零位法)의 기술을 이용하여, 검출 신호를 SQUID 측에 피드백하고, SQUID의 동작점이 자장(Φ)-전압(V) 특성 곡선의 골짜기 (또는 산)의 위치에 로크되도록 자동 평형시키는 것으로, 피드백 신호로부터 자장 계측 출력을 얻을 수 있다.
이것과는 달리, SQUID 소자 자체에 관해서는 일반적으로, 해당 SQUID 소자의 전류(I)-전압(V) 특성이라든지 상기한 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 기초적인 동작 특성이 있으며, 이러한 특성에 의해 소자를 검증하거나, 평가한다.
한편, 이러한 SQUID에 산화물계의 고온 초전도체를 사용하면, 염가로 취급이 간단한 액체 질소 온도(섭씨-196도)에서 동작할 수 있으므로, 고가이며 취급이 어려웠던 액체 헬륨(섭씨-269도)을 사용하는 시스템과 비교하여 대폭 취급이 간단해졌고, 의료 진단, 비파괴 검사, 식품 검사, 지질 검사 등의 여러가지 응용적인 전개·실용화가 크게 기대되어, 응용적인 연구 개발이 활발하게 행해지고 있다. 그런데, 연구 개발을 하기 위해서, 연구자에게 이러한 고온 초전도 SQUID의 입수가 곤란하여, 간단히 이용할 수 있는 실험적인 고온 초전도 SQUID의 실현이 요망된다.
SQUID를 자기 계측용 센서로서 구동할 수 있을 뿐만 아니라, 이 센서에 사용되는 SQUID 소자의 기초 특성도 적절히 평가할 수 있는 장치가 있다면, 이러한 연구 개발을 위한 기초적인 SQUID 특성 교육도 더불어 행할 수 있다. 또한, 이러한 장치를 소형이며 간편하고 신뢰성이 있는 키트로 하면, 광범위하게 걸친 연구 개발자에게 제공할 수 있으므로, SQUID를 자기적 계측에 응용하는 연구 개발에 상당히 공헌할 수 있을 것이다. 본 발명은 이러한 견지에서 출발하여, 평가용의 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 소자 특성을 얻기 위해서 SQUID 조사로의 자장 인가 수단으로서, FLL에 사용되는 피드백 코일을 잘 이용할 수 있는 식견에 근거하여, 이러한 여러 가지 요구를 만족할 수 있는 SQUID 구동 회로를 제공하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명의 주된 목적은 SQUID를 자기 계측용 센서로서 구동할 수 있을 뿐만 아니라, 센서로서 사용되는 SQUID 소자 자체의 특성도 적절히 평가할 수 있고, 또한, 이러한 센서 구동 기능과 특성 평가 기능을 선택적이고 확실하게 행할 수 있는 소형화된 실용적 회로 장치를 제공하는 것에 있다.
보다 자세하게 말하면, 본 발명은, 센서로서 구동하기 위한 회로부와 특성을 평가하기 위한 회로부를 독립적으로 동작 상태로 할 수 있으며, 양 회로부에서 서로 악영향을 주지 않고, 양 회로부 사이에 전자적인 차폐를 행하기 위한 전자 실드를 시행할 필요를 없앤 소형 구성의 회로 장치를 제공한다.
본 발명은 또한, SQUID 소자 자체의 동작 특성을 실제 육안으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 소자 특성을 얻기 위해서 평가용 자장을 SQUID 소자에 인가하는데 FLL에 사용되는 피드백 코일을 겸용할 수 있는 구성의 회로 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 즉, 세트에서 사용되는 소형 SQUID 프로브의 사용과 함께, 간단한 구조 장치를 사용하여, 물리 계측, 비파괴 검사, 생체 자장 등의 자기적 계측의 응용 연구 개발에 필요한 기초적 특성 파악을 명쾌하고 확실하게 행할 수 있다.
상술한 과제는 본 발명에 따라 SQUID를 자기 센서로서 구동하기 위한 자속 변조형 자속 로크 방식의 센서 회로, SQUID의 특성을 평가하기 위한 평가 회로 및 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능 중 어느 하나를 선택하기 위한 선택 수단을 구비하는 SQUID 구동 회로 장치에 있어서, 상기 센서 회로에는 SQUID 소자와 신호를 송수신하기 위한 제 1 입출력 단자와, 이 SQUID 소자 또는 센서 회로를 구동하는 교류 신호를 발생하기 위한 교류 신호원 및 상기 제 1 입출력 단자로부터의 신호에 근거하여 자장 계측 신호를 출력하기 위한 계측 출력 단자가 설치되고, 상기 평가 회로에는 SQUID 소자와 신호를 송수신하기 위한 제 2 입출력 단자와, 이 SQUID 소자 또는 평가 회로를 구동하는 교류 신호를 발생하기 위한 교류 신호원 및 상기 제 2 입출력 단자로부터의 신호에 근거하여 특성 평가 신호를 출력하기 위한 평가 출력 단자가 설치되고, 상기 선택 수단에 의해서, 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능의 선택에 따라, 상기 센서 회로 또는 상기 평가 회로의 어느 하나만을 동작 상태로 함에 따라 해결된다.
자기 센서 기능 및 소자 평가 기능을 행해서 갖는 SQUID 구동회로 장치를 실현하기 위해서는 설계의 용이성이라든지 회로의 신뢰성 등의 면에서, 각 기능을 실행하는 자속 변조형 센서 회로 및 소자 특성 평가 회로가, 일부의 회로를 공용하고 회로적으로 독립하여 설치되는 것이 좋다. 결국, 각 회로는 예를 들면, 2매의 기판상에 분할하여 각각 놓여져서 물리적으로 격리 설치해도 되지만, 중요한 것은 1매의 회로 기판상에서도, 회로로서 분리하여 동작하도록 하면 된다.
일반적으로, SQUID 소자 특성을 평가하는 평가 회로에서는 예를 들면, 10헬쯔 정도의 저주파 교류 신호를 이용하여, 해당 SQUID 소자의 전류(I)-전압(V) 특성이라든지 상기한 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 동작 특성을 검증하거나 평가한다. 한편, 자속 변조형 자속 로크 방식의 센서 회로에서는 예를 들면, 수~수십킬로헬쯔 정도의 고주파 교류 신호를 사용하여, SQUID를 구동하여 자장 측정 신호를 얻는다. 이러한 평가 회로 및 센서 회로가 서로 격리된 장소에 설치될 경우에는 문제는 없다.
그러나, 이들의 회로를 그대로 1개의 장치로 합치면, 이 장치내에 상호 다른 주파수의 여러 종류의 교류 신호가 존재하여, 양 회로간에 상호 노이즈원으로 되어 서로 악영향을 준다. 이러한 악영향을 없애기 위해서 양 회로간에 전자적인 차폐수단을 설치하는 것이 고려되지만, 이러한 수단을 채용하면 장치가 대형화된다.
그래서, 본 발명에서는 선택 수단에 의해, 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능의 선택에 따라서 센서 회로 또는 평가 회로 중 어느 하나만을 동작 상태로 함으로써, 선택한 기능에 필요한 교류 신호만이 발생되고, 선택되지 않는 기능에 사용되어 노이즈가 되는 교류 신호를 발생하지 않도록 하여, 간단하면서 공간을 차지하지 않는 간단한 구조로 상효 교류 신호에 의한 악영향을 받지 않도록 하고 있다.
본 발명에 의한 어느 한쪽 회로의 동작 상태는 전형적으로 선택된 한쪽 회로의 전원 공급에 의해서 실현되고, 이때, 선택되지 않은 다른 쪽의 회로에는 전원 공급되지 않는다. 따라서, 한쪽 회로가 동작 상태가 되어 한쪽 기능이 실행되고 있는 동안, 선택되지 않는 다른 쪽 회로에서는 이 한쪽 회로에 악영향을 주는 교류 신호 발생이 확실하게 방지된다. 이 방지 기능을 더욱 확실하게 하기 위해서, 선택되지 않는 다른 쪽 회로는 단지 전원 공급 단자에 전원 공급하지 않을 뿐만 아니라, 강제적으로 그라운드(접지) 레벨로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 또한, 양 회로와 SQUID 소자 사이의 신호의 주고 받음을 행하는 제 1 및 제 2 입출력 단자 중, 자장 생성 코일에 여자 신호를 공급하기 위한 송신 단자가 구비되어 있다. 이 자장 생성 코일은 자기 센서 기능 선택시에는 잘 알려져 있는 바와 같이, 주로, 피드백 코일로서 동작하지만, 본 발명에서는 소자 평가 기능 선택시에, 자장-전압 특성 등 원하는 특성을 얻기 위해 여자 신호가 공급된다. 따라서, 이러한 특성을 얻기 위한 특별한 자장 인가 수단을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 제 1 및 제 2 입출력 단자가 커넥터 단자로서 SQUID 프로브를 선택적으로 확실하게 접속할 수 있고, 또한, 평가 출력 단자는 그래프 곡선 표시기에 접속되는 케이블 단자를 받기 위한 커넥터 단자로, 소자 평가 기능이 선택되었을 때에는 소자 동작 파라미터의 평가라든지 교육 실험용에 알맞은 소자의 전류-전압 특성 혹은 자장-전압 특성을 오실로스코프와 같은 그래프 곡선 표시기에 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 SQUID 구동 회로 장치의 외관 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 SQUID 구동 회로 장치의 개략적 회로 블럭도.
도 3은 본 발명에 의한 SQUID 구동 회로 장치에 의해 얻어지는 특성 곡선례를 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: SQUID 구동 회로 장치2: SQUID 프로브
2A: SQUID 센서2B: SQUID 소자
2C: 자장 생성 코일3: 신호 케이블
1A: 자장 센서 회로1B: 소자 평가 회로
1C: 선택 회로1D: 전원 스위치 회로
4: 직류 전원 회로11: 전원 스위치
12: 전원 표시 램프13: 기능 선택용 전환 조작 부재
14: 계측 출력 단자15: 전류 바이어스 회로
16: 승압 증폭 회로17: 위상 검파 회로
18: 피드백 증폭 회로19: 변조용 고주파수 발진 회로
20: 저주파수원21: 구동 전류 공급 회로
22: 여자 전류 공급 회로23: 전압 증폭 회로
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 의한 SQUID 구동 회로 장치(1)의 외관 사시도가 세트로서 사용되는 SQUID 프로브(2)와 같이 도시되어 있다. 이 SQUID 구동 회로 장치(1)는 예를 들면, 200mm(폭)×160mm(안쪽 길이)×60mm(높이)의 크기를 갖고, 그 내부에는 후술하는 자장 센서 회로, 소자 평가 회로 및 선택 회로가 소형으로 수납되어 있다.
구동 회로 장치(1)의 전면판에는 전원 스위치(11), 전원 표시 램프(12), 2위치형 누름 버턴 스위치와 같은 기능 선택용 전환 조작 부재(13), 및, 자장 계측 신호를 도출하기 위해서 커넥터 단자로 구성된 계측 출력 단자(14) 등이 설치된다. 그리고, 자장 검출 신호는 계측 출력 단자(14)로부터 신호 케이블(도시하지 않음)을 통해 자속계와 같은 계측 결과 표시 수단(도시하지 않음)으로 전달되고, 계측 결과를 지시하는데 사용된다.
이 전면판에는 전환 조작 부재(13)의 조작에 의해서, 센서 기능이 선택되어 구동 회로 장치(1)내의 자장 센서 회로를 동작시키는 경우에 주로 사용되는 센서 기능 설정 영역(a), 및, 평가 기능이 선택되어 소자 평가 회로를 동작시키는 경우에 주로 사용되는 평가 기능 설정 영역(b)이 설정되어 있다.
센서 기능 설정 영역(a)에는 예를 들면, 자기 센서 회로의 자속 로크 루프(FLL)를 로크/리세트하기 위한 2위치형 누름 버턴 스위치와 같은 로크/리세트 전환용 조작 부재(Sf11)가 설치되고, 또한, 자장 및 전압 검출 신호를 꺼내어 관찰하기 위한 검출 출력 단자라든지, 자장 센서 회로 동작시의 전류라든지 자장을 조정하기 위한 노브(nob, 손잡이)도 설치되어 있다.
평가 기능 설정 영역(b)에는 예를 들면, 전류(I)-전압(V) 특성, 혹은 자장(Φ)-전압(V) 특성을 표시하는데 필요한 특성 평가 신호로서, 전류 신호(I) 또는 자장 신호(Φ)를 도출하기 위해서 전류/자장 출력 단자(Ti/ψ)가, 전압 신호(V)를 도출하기 위해서 전압 출력 단자(Tv)가, 각각 커넥터 단자로 구성되어 설치된다. 이 영역(b)에는 또한, 이 특성을 전환하기 위한 2위치형 누름 버턴 스위치와 같은 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)가 설치되고, 소자 평가 회로 동작시의 전류라든지 자장을 조정하기 위한 노브도 설치되어 있다. 그리고, 이 특성 평가 신호(I, Φ, V)는 출력 단자(Ti/ψ), Tv에서 신호 케이블(도시하지 않음)을 통해 오실로스코프와 같은 그래프 곡선 표시 수단(도시하지 않음)에 전달되고, 전류(I)-전압(V) 특성이라든지 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 기초 특성을 그래프 곡선으로 시각적으로 표시하는데 사용된다.
또한, 이 SQUID 구동 회로 장치(1)의 이면판에는 예를 들면, 신호 케이블(3)을 수용하기 위한 커넥터 단자로 각각 구성된 제 1 및 제 2 입출력 단자 및, 예를 들면, ±15볼트의 직류 전원을 받기 위한 전원 단자가 설치된다. SQUID 프로브(2)가 신호 케이블(3)을 통해 이 입출력 단자에 선택적으로 접속할 수 있게 되어 있다.
이 SQUID 프로브(2)는 도시하는 바와 같이 긴 원통형의 형상을 나타내고, 신호 케이블(3)이 접속되는 측과는 반대측 선단부에는 SQUID 센서(2A)가 착탈 가능하게 설치된다. 이 SQUID 센서(2A)는 SQUID 소자와 이 소자에 부착된 자장 생성 코일을 주요소로 하고, 예를 들면, 직경 17mm의 칩 매체상에 SQUID 소자 및 자장 생성 코일이 등재되어 수지 몰드되며, 그 상부를 캡으로 덮도록 구성할 수 있다. 이 수지 몰드에 의해서, SQUID 소자를 간단히 취급할 수 있고, 예를 들면, 수백회와 같이 매우 많은 회수의 사용에도 견딜 수 있다.
이 SQUID 소자는 예를 들면, 레이저 증착법에 의해서 SrTiO3제의 기판상에 HoBaCuO 박막을 형성한 산화물계의 고온 초전도 SQUID이며, 이 심장부인 초전도 접합은 예를 들면, 기판의 표면에 0.22 미크론의 단차를 설정하고, 그 위에 초전도 막을 성장시켜서 형성한 것이다. 이러한 SQUID 소자의 성능은 예를 들면, 지자기의 오천만분의 1정도라는 높은 분해능을 가진다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 의한 SQUID 구동 회로 장치(1)의 개략적 블록 회로도가, 세트로서 사용되는 SQUID 프로브(2)의 개략적 회로도와 동시에 도시되어 있다. 이 SQUID 구동 회로 장치(1)는 도시하는 바와 같이, 자기 센서 회로(1A), 소자 평가 회로(1B), 선택 회로(1C) 및 전원 스위치 회로(1D)를 구비한 전자 회로이다.
자기 센서 회로(1A)는 「FLL 방식」이라고 약칭되는 자속 변조형 자속 로크 방식의 센서 회로를 형성하기 위해서, 예를 들면, 1k 헤르츠의 비교적 높은 주파수(f1)를 갖는 SQUID 공급용 교류전류 바이어스를 발생하는 전류 바이어스 회로(15), SQUID에서의 전압 검출 신호를 증대시켜서 증폭하는 승압하는 증폭 회로(16), 위상 검파 회로(17), 로크/리세트 전환용 조작 부재(Sf11)에 의해 조작되는 리세트 스위치(18s)를 가지며 계측 출력 단자(Tψ)에 자장 검출 신호를 송출하는 피드백 증폭 회로(18), 및, 예를 들면, 40k 헤르츠의 높은 주파수(f2)를 갖는 변조용 교류 신호를 발생하는 발진 회로(19)를 구비하고 있다. 또, 전류 바이어스 회로(15)는 직류 전류 바이어스를 발생하는 것이라도 좋고, 도면 중의 기호 「18f」는 피드백 저항을 나타낸다.
소자 평가 회로(1B)는 예를 들면, 15 헬쯔의 낮은 주사용 주파수(f3)의 교류 신호를 발생하는 주파수원(20), 구동 전류 공급 회로(21), 여자 전류 공급 회로(22) 및 전압 증폭 회로(23)를 구비하고 있고, 전압 증폭 회로(22)는 SQUID에서의 전압 신호를 증폭하여, 이것을 전압 신호(V)로서 전압 출력 단자(Tv)에 송출한다. 또한, 구동 전류 공급 회로(21) 및 여자 전류 공급 회로(22)는 기능 선택에 따라서 출력 신호가 주파수(f3)의 교류 성분을 가지는 것으로 하는지 일정값으로 하는지를 바뀌는 점에서, 같은 기능을 가지고 있지만, 전환 동작이 반대로 되어 있다.
결국, 소자의 평가 회로(1B)가 동작 상태에 있을 때, 구동 전류 공급 회로(21)는 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)의 조작 위치에 따라서, SQUID 소자로의 공급 전류를, 주파수원(20)으로부터의 교류 신호에 근거하는 주파수(f3)로써 변화시키는 동시에 대응하는 전류 신호를 전류/자장 출력 단자(Ti/ψ)에 송출하든지, 혹은 이 공급 전류를 소정의 일정값으로 하도록 제어한다. 이것에 대하여, 여자 전류 공급 회로(22)는 전류 바이어스 회로(20)와는 반대로, 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)의 조작 위치에 따라서, SQUID 센서내의 자장 생성 코일로의 여자 전류를 소정의 일정값으로 하든지, 혹은 이 여자 전류를 상기 주파수(f3)로써 변화시키는 동시에 대응하는 자장 신호(Φ)를 전류/자장 출력 단자(Ti/ψ)에 송출하도록 제어된다.
선택 회로(1C)는 기능 선택용 전환 조작 부재(13)의 조작에 따라서 전원 공급의 전환을 행하는 스위치 회로이고, 전원 스위치 회로(1D)를 통해 주어지는 외부의 직유 전원 회로(4)로부터의 직류 전원 전압(예를 들면, ±15볼트)을 자장 센서 회로(1A) 혹은 소자 평가 회로(1B)로 공급하는 한편, 전원 공급되지 않는 소자 평가 회로(1B) 혹은 자장 센서 회로(1A)의 전원 공급 단자를 그라운드(접지) 레벨로 강제한다.
전원 스위치 회로(1D)는 전원 스위치(11)의 조작에 따라서, 직류 전원 회로(4)로부터의 직류 전원 전압을 온·오프하여 이것을 선택 회로(1C)에 전달하거나 혹은 차단하는 동시에, 전원 표시 램프(12)를 점등 혹은 소등한다.
자장 센서 회로(1A) 및 소자 평가 회로(1B)는 신호 케이블(3)의 일측 단부을 수용할 수 있는 제 1 및 제 2 입출력 단자(Ta, Tb)를 각각 구비하고, 이 단자는 상술한 바와 같이, SQUID 구동 회로 장치(1)의 이면판에 설치되어 있다. 이 신호 케이블(3)의 타측 단부에 접속되는 SQUID 프로브(2)는 상술한 바와 같이 선단부의 착탈 가능한 SQUID 센서(2A)내에 SQUID 소자(2B) 및 자장 생성 코일(2C)을 구비하고 있다. 그리고, SQUID 센서(2A)는 제 1 입출력 단자(Ta) 혹은 제 2 입출력 단자(Tb)를 통해 자장 센서 회로(1A) 혹은 소자 평가 회로(1B)와 신호를 송수신한다.
도시한 예에서는 특정한 SQUID 센서를 자장 센서 회로(1A) 혹은 소자 평가 회로(1B)에 선택적으로 접속하기 위해서는 신호 케이블(3)의 일측 단부를 각 회로(1A, 1B)의 입출력 단자(Ta, Tb)에 수동으로 선택적으로 연결되지만, 신호 케이블(3)의 일측 단부를 수용하는 공통 입출력 단자를 설치하고, 이 공통 입출력 단자와 각 회로(1A, 1B)의 입출력 단자의 사이에, 기능 선택용 전환 조작 부재(13)의 조작에 따라서 접속의 전환을 행하는 스위치 회로를 설치해도 된다.
그리고, 직류 전원 회로(4)는 상용 AC 전원(5)으로부터의 교류 전압을 각 회로의 동작에 알맞은 직류 전압으로 변환하는 것으로, 도시한 예에서는 전원 회로의 스위칭 동작의 영향을 피하기 위해서 SQUID 회로 장치(1)의 외부에 설치하고 있지만, 이러한 영향을 고려하지 않아도 되는 경우에는 SQUI.D 회로 장치(1)내에 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 SQUID 구동 회로 장치(1)는 아래와 같이 동작한다.
전원 스위치(11)가 투입되어 있고 기능 선택용 전환 조작 부재(13)가 센서 기능 선택 위치에 있는 경우, 선택 회로(1C)에 의해, 소자 평가 회로(1B)에는 전원 공급이 이루어지지 않고 주파수원(20)을 포함하는 모든 요소 회로가 부동작 상태로 되어 있다. 이때, 이 회로(1B)는 전원 공급이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 전원 공급 단자가 그라운드 레벨로 강제되기 때문에 확실한 부동작 상태가 초래된다. 따라서, 동작상태에 있는 자장 센서 회로(1A)는 소자 평가 회로(1B)의 주파수(f3)의 교류 신호에 의한 노이즈의 악영향을 받지 않고, 자장 생성 코일(2C)을 소위 「피드백 코일」로서, 자속 변조형 자속 로크 방식으로 주지한 바와 같이 동작한다. 이때, SQUID 소자(2B)는 전류 바이어스 회로(15)로부터의 주파수(f1)의 교류 바이어스 전류에 의해 구동되기 때문에, SQUID 특유의 저주파수 노이즈도 저감한다. 그러므로, 계측 출력 단자(14)로부터 SQUID 프로브(2)로 검출한 자장에 정확하게 응답한 자장 계측 신호를 꺼낼 수 있으며, 고성능의 자기 센서로서 기능한다.
기능 선택용 전환 조작 부재(13)가 평가 기능 선택 위치에 있는 경우, 선택 회로(1C)에 의해서, 자장 센서 회로(1A)에는 전원 공급이 이루어지지 않고 전류 바이어스 회로(15) 및 발진 회로(19)를 포함하는 모든 요소 회로가 부동작 상태가 된다. 이때, 이 회로(1A)는 전원 공급이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 전원 공급 단자가 그라운드 레벨로 강제되기 때문에 확실한 부동작 상태가 초래된다. 따라서, 동작상태에 있는 소자 평가 회로(1B)는 자장 센서 회로(1A)의 주파수(f1, f2)의 교류 신호에 의한 노이즈의 악영향을 받지 않고, 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)의 선택 위치에 따라서 정확한 평가 동작을 행할 수 있다.
소자 평가 회로(1B)에 있어서는 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)가 「i」위치에 있는 경우에는 여자 전류 공급 회로(22)에 의해 SQUID 센서(2A)내의 자장 생성 코일(2C)에 소정의 일정 여자 전류가 공급되어 소정값의 자장이 SQUID 소자(2B)에 인가된 상태에서, 전류 주사를 위해, 구동 전류 공급 회로(21)로부터 SQUID 소자(2B)로 공급되는 전류가 주파수(f3)로 변화되는 동시에, 이 공급 전류에 대응하는 주사용 전류 신호*(I)가 전류/자장 출력 단자(Ti/ψ)에 송출된다. 그리하여, 이 주사용 전류 신호(I) 및 전압 증폭 회로(22)로부터 전압 출력 단자(Tv)에 송출되는 전압 신호(V)를 오실로스코프(도시하지 않음)에 송신하면, 이 오실로스코프로써, 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시되는 바와 같은 전압(V)-전류(I) 특성을 시각적으로 관찰할 수 있다.
한편, 특성 선택용 전환 조작 부재(Si/ψ)가 「i」위치에 있는 경우에는 구동 전류 공급 회로(21)에 의해 SQUID 소자(2B)에 소정의 일정 전류가 공급된 상태에서, 자속 주사를 위해, 여자 전류 공급 회로(22)로부터 주파수(f3)로 변화하는 여자 전류가 자장 생성 코일(2C)로 공급되는 것에 의해, SQUID 소자(2B)에 인가되는 자장이 주파수(f3)로써 변화되는 동시에, 이 인가 자장에 대응하는 주사용 자장 신호(Φ)가 전류/자장 출력 단자(Ti/ψ)에 송출된다. 그래서, 이 주사용 자장 신호(Φ) 및 전압 증폭 회로(22)로부터 전압 출력 단자(Tv)에 송출되는 전압 신호(V)를 오실로스코프(도시하지 않음)에 송신하면, 이 오실로스코프로써, 예를 들면, 도면 3의 (b)에 도시되는 바와 같은 자장(Φ)-전압(V) 특성을 시각적으로 관찰할 수 있다.
본 발명에 의한 SQUID 구동 회로 장치는 이러한 소자 평가 회로(1B)를 내장하고 있고, 오실로스코프에 의해서, SQUID 센서(2A) 내지 SQUID 소자(2B)의 전류(I)-전압(V) 특성이라든지 자장(Φ)-전압(V) 특성 등의 소자 특성을 표시할 수 있기 때문에, SQUID의 동작 파라미터[임계 전류치라든지 SQUID 출력 전압, 도 3(a), (b)]를 모니터할 수 있는 동시에, SQUID의 동작을 논증하는 대학의 수업이라든지 학생 실험 방향에 알맞은 SQUID 키트를 제공할 수 있다. 그리고, 이 SQUID 키트에 의해, 고온 초전도체의 에레크틀로닉스로의 응용에 관한 관심이 높아지고, 또한 새로운 고온 초전도체 SQUID 응용 기기의 연구 촉진이 기대된다.
내용 없음

Claims (4)

  1. SQUID를 자기 센서로서 구동하기 위한 자속 변조형 자속 로크 방식의 센서 회로와, SQUID의 특성을 평가하기 위한 평가 회로와, 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능 중 어느 하나를 선택하기 위한 선택 수단을 구비하는 자기 센서 구동 회로 장치에 있어서,
    상기 센서 회로는 SQUID 소자와 신호를 송수신하기 위한 제 1 입출력 단자와, 이 SQUID 소자 또는 센서 회로를 구동하는 교류 신호를 발생하기 위한 교류 신호원 및 상기 제 1 입출력 단자로부터의 검출 신호에 근거하여 자장 계측 신호를 출력하기 위한 계측 출력 단자를 구비하며,
    상기 평가 회로는 SQUID 소자와 신호를 송수신하기 위한 제 2 입출력 단자와, 이 SQUID 소자 또는 평가 회로를 구동하는 교류 신호를 발생하기 위한 교류 신호원 및 상기 제 2 입출력 단자로부터의 신호에 근거하여 특성 평가 신호를 출력하기 위한 평가 출력 단자를 구비하며,
    상기 선택 수단은 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능의 선택에 따라서, 상기 센서 회로 또는 상기 평가 회로 중 어느 하나만이 동작 상태가 되도록 기능하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 구동 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 선택 수단은 자기 센서 기능 또는 소자 평가 기능 중 어느 하나의 선택에 따라서, 상기 센서 회로 또는 상기 평가 회로의 어느 하나에만 선택적으로 전원 공급하는 것을 특징으로 하는 자기 센서 구동 회로 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 각 입출력 단자에는 SQUID 소자에 부착된 자장 생성 코일에 여자하기 위한 송신 단자가 포함되고, 자기 센서 기능 선택시에는 해당 자장 생성 코일을, SQUID 소자에 소정의 여자를 부여하는 동시에 검출 신호를 SQUID 소자에 피드백하는 피드백 코일로서 동작시키고, 소자 평가 기능 선택시에는 해당 자장 생성 코일을, 평가용 특성을 취득하기 위한 자장 인가 코일로서 동작시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서 구동 회로 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 입출력 단자는 SQUID 프로브에 접속되는 케이블의 단자를 받기 위한 커넥터 단자이고,
    상기 평가 출력 단자는 그래프 곡선 표시기에 접속되는 케이블의 단자를 받기 위한 커넥터 단자이고, 소자 평가 기능이 선택되었을 때에는 이 그래프 곡선 표시 수단에 적어도 전류-전압 특성 혹은 자장-전압 특성을 표시시키기 위한 신호를 송출 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 센서 구동 회로 장치.
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