KR20040108497A - Operating Method for Multichannel Double Relaxation Oscillation SQUID Sensors - Google Patents

Operating Method for Multichannel Double Relaxation Oscillation SQUID Sensors Download PDF

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KR20040108497A
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Abstract

PURPOSE: An FLL(Flux Locked Loop) driving method of a multi-channel squid sensor system and a method for obtaining an optimum bias current are provided to acquire rapidly a signal in comparison with a manual method by automating an operation of a squid sensor. CONSTITUTION: The external magnetic field is increased in a constant interval Φ0/4. A maximum value and a minimum value of output voltages are obtained by reading output voltages at four points. A voltage change width and a mean voltage are calculated thereby. A mean voltage value is inputted into an offset bias voltage value in order to set the mean voltage value as a reference point of an integrator. The external magnetic field is finely increased in a constant interval Φ0/16 in order to detect a flux point where voltage is increased from minimum. A flux bias generation voltage value is set by adding a predetermined difference to the rising flux point and an FFL is operated.

Description

다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 FLL 구동방법 및 최적 바이어스 전류를 구하는 방법{Operating Method for Multichannel Double Relaxation Oscillation SQUID Sensors}Operating method for multichannel double relaxation oscillation squid sensors

본 발명은 생체자기 측정용 고감도 다채널 스퀴드 센서의 최적 동작상태 자동제어에 관한 것으로, 특히 센서 구동회로와 컴퓨터 사이의 직렬통신에 의해서 많은 수의 이중이완발진 스퀴드 방식의 센서를 조정하는데 있어서, 필요한 명령열의 갯수를 줄이도록 함으로써 짧은 시간에 센서의 바이어스 전류값 조정과 FLL 동작 조정을 완료하는 것을 특징으로 하는 다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 FLL 구동방법 및 최적 바이어스 전류를 구하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the automatic control of the optimum operating state of a high sensitivity multi-channel squid sensor for biomagnetic measurement. In particular, it is necessary to adjust a large number of double-relaxed squid type sensors by serial communication between the sensor drive circuit and the computer. The present invention relates to an FLL driving method and a method of obtaining an optimum bias current of a multi-channel double relaxed oscillation squid sensor, characterized by completing the adjustment of the bias current value of the sensor and the FLL operation adjustment in a short time by reducing the number of command strings.

직류 스퀴드 방식의 고감도 스퀴드 센서의 동작에 있어서의 핵심기술은 출력 노이즈가 가장 작은 최적 바이어스 전류값의 탐색, 삼각함수형의 주기적으로 변환하는 자속-전압 변환비가 최대가 되는 바이어스 자속값의 탐색, 그리고 탐색된 값들에서 자속을 고정하는 되먹임회로(FLL: Flux Locked Loop)를 동작시켜 자장-전압 변화를 선형화하는 기술로 이루어져 있고, 이 일련의 기술에 의해서 자속의 변화를 연속된 전압으로써 측정하며, 이 기술들은 다채널 센서 시스템을 위해서 자동화되어 있다.The core technology in the operation of DC squid type high sensitivity squid sensor is search for optimum bias current value with the smallest output noise, search for bias magnetic flux value that maximizes triangular function-converting flux-to-voltage conversion ratio, and search It consists of a technique to linearize the magnetic field-voltage change by operating a flux-locked loop (FLL) that locks the magnetic flux at the set values, and this series of techniques measure the change in magnetic flux as a continuous voltage. Are automated for multichannel sensor systems.

한편, 차세대 스퀴드 센서로서 개발된 이중이완발진 스퀴드 센서는 자장-전압 변환비가 직류 스퀴드 센서에 비해 10배 이상 커서 센서구동 및 전단증폭기 회로가 간단해지므로 많은 채널 수를 갖는 시스템에 적당하다.On the other hand, the dual-relaxed squid sensor developed as the next generation squid sensor is more than 10 times the magnetic field-to-voltage conversion ratio compared to the DC squid sensor, which simplifies the sensor driving and shear amplifier circuits, which is suitable for a system having a large number of channels.

하지만, 그 특성이 직류 스퀴드와는 상이하여 직류 스퀴드의 동작 자동화 기술의 적용이 불가능한 문제점이 있다.However, there is a problem in that the operation automation technology of the DC squid is impossible because its characteristics are different from the DC squid.

즉, 외부자속 입력에 대해서 전압출력이 삼각함수파 형태로 변화하는 직류 스퀴드에 비해서 자장-전압 변환비가 훨씬 큰 이중이완발진 스퀴드 센서는 입력에 대한 전압출력이 사각파 형태로 변화하는 등 여러가지 다른 특성이 있으므로, 기존의 직류 스퀴드 제어방법으로는 조정이 불가능하거나 비효율적이며, 이 때문에 센서의 바이어스 전류 탐색 및 FLL 동작을 사람이 수동으로 저장해야 한다.In other words, the dual-relaxed squid sensor, which has a much higher magnetic field-to-voltage conversion ratio than the DC squid whose voltage output changes to triangular wave form for the external magnetic flux input, has various characteristics such as the voltage output to the input changes to square wave form. As a result, the conventional DC squid control method cannot be adjusted or is inefficient. Therefore, the bias current search and the FLL operation of the sensor must be manually stored by a human.

한편, 단말기로부터 스퀴드 센서 제어기로 바이어스 전류값을 비롯한 FLL 동작에 관한 값들을 써넣어주는 용도로 개발한 직렬 통신 규약이 있으나, 자동화되어 있지 않으므로 결국 사람이 조정하여 값을 결정한다.On the other hand, there is a serial communication protocol developed for the purpose of writing values related to the FLL operation including the bias current value from the terminal to the squid sensor controller. However, since it is not automated, humans adjust and determine the value.

따라서, 현재 이중이완발진방식 스퀴드 센서의 동작은, 그 특성에 관한 전문적 지식이 있는 사람이 별도의 코일을 사용하여 발생시킨 입력자속을 이용하여 센서출력을 측정하면서, 수동으로 센서 하나하나에 대해서 동작값들을 탐색, 결정하여 조정해야 하는 불편함이 있다.Therefore, the operation of the dual-relaxed type squid sensor is operated manually for each sensor while measuring the sensor output using an input flux generated by a person having expertise in the characteristics using a separate coil. There is the inconvenience of having to search for, determine and adjust the values.

결국, 상기와 같이 이중이완발진 스퀴드 센서는 전문적 지식이 있는 사람이 조작해야 하는바, 뇌자도 측정에 사용되는 의료용 다채널 스퀴드 시스템의 경우 센서의 갯수가 수십개에서 수백개에 달하는 관계로 상기 수동 조정법을 신속, 간편한 조정을 요하는 병원의 환자용 시스템에 적용하는 것은 무리가 있는 실정이다.As a result, as described above, the double-relaxed squid sensor should be manipulated by an expert person, and in the case of the medical multi-channel squid system used for measuring brain mass, the number of sensors ranges from tens to hundreds, so the manual adjustment method It is unreasonable to apply the system to a patient system of a hospital requiring quick and easy adjustment.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 이중이완발진방식 스퀴드 센서의 동작조정을 외부입력자속 인가용 코일 등의 외부장치 및 수동조작의 필요없이 자동화하여, 다채널 스퀴드 센서 시스템의 동작 조정을 신속 간편하게 하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and the operation adjustment of the dual-slack oscillation type squid sensor is automated without the need for an external device such as an external input flux applying coil and manual operation, the operation adjustment of the multi-channel squid sensor system Its purpose is to make it quick and easy.

또한, 본 발명은 센서의 자동 조정을 위한 제어는 센서 제어기와 단말기간의 직렬통신을 이용하고, 직렬통신의 단점인 느린 속도를 보완하기 위해서 가능한 적은 수의 제어신호를 전송하여 센서의 동작에 필요한 조정을 완료할 수 있도록 일련의 제어방법을 제공한다.In addition, the present invention is to control the automatic adjustment of the sensor using the serial communication between the sensor controller and the terminal, and to compensate for the slow speed that is a disadvantage of the serial communication by transmitting as few control signals as possible to adjust the operation required for the sensor It provides a set of control methods to complete the process.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,As a means for achieving the above object,

먼저, 다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 FLL 구동방법은 외부자장을의 등간격으로 증가시키며 네 점에서의 출력전압을 읽어 출력전압 변화의 최대(Vmax), 최소(Vmin)를 구하는 단계와; 이로부터 전압 변화폭(스윙)과 중간전압(자장-전압 변환 기울기 최대, V center)을 계산하는 단계와; 중간 전압값을 적분기의 기준점으로 하기 위해 오프셋 바이어스 전압값(9)에 중간전압값(V center)을 입력하는 단계와; 이 상태에서 외부자속간격을로 세밀하게 증가시키면서(16), 전압값이 최소에서 증가하기 시작하는 상승 자속점(17, Vf)을 찾는 단계와; 상승 자속점(17)에 {(Vcenter-Vf)/(Vf - Vmin)} ×만큼의 차이(18)를 더한 값을 자속 바이어스 생성 전압값(12)으로 써주고 FLL을 작동시키는 단계로 이루어짐이 특징이다.First, the FLL driving method of the multi-channel double-relaxed squid sensor generates an external magnetic field. Reading the output voltage at four points at equal intervals to obtain the maximum (Vmax) and minimum (Vmin) of the output voltage change; Calculating a voltage change range (swing) and an intermediate voltage (field-to-voltage conversion slope maximum, V center) therefrom; Inputting an intermediate voltage value (V center) into the offset bias voltage value (9) to make the intermediate voltage value a reference point of the integrator; In this state, the external magnetic flux interval Finding a rising magnetic flux point (17, Vf) at which the voltage value begins to increase at a minimum while increasing (16) finely; {(Vcenter-Vf) / (Vf-Vmin)} × at rising flux point 17 It is characterized by the step of writing the difference (18) as much as the magnetic flux bias generation voltage value 12 and operating the FLL.

또한, 다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 최적 바이어스 전류를 구하는 방법은, 전압폭이 처음 노이즈 레벨을 넘어서는 점(19)과 선형증가 후에 사라지는 점(20)을 찾는 단계와; 처음 전압폭이 생기는 바이어스 전류값(19; Ib, min)과 최대 전압폭의 약 70%되는 바이어스 전류값(Ib, max)의 사이를 관심영역으로 지정하는 단계와; 상기에서 범위가 정해지면 바이어스 전류를 Ib, max 에서부터 Ib, min 까지 세밀한 간격으로 감소시키며 백색잡음의 정도를 측정하는 단계와; Ib, max 근처에서 출력이 오버로드(21)되면 바이어스 전류를 줄여 FLL을 동작시키고 백색 잡음을 측정하는 단계와; 이후, 바이어스 전류가 Ib, min 근방에서 스윙이 너무 작아 출력이 오버로드(21)되면, 이 시점에서 과정을 종료하는 단계로 이루어지는 것이 특징이다.In addition, a method for obtaining an optimum bias current of a multi-channel double-relaxed squid sensor includes finding a point 19 where the voltage width exceeds the initial noise level and disappears after the linear increase; Designating a region of interest between the bias current value 19 (Ib, min) at which the initial voltage width occurs and the bias current value Ib, max being about 70% of the maximum voltage width; Determining a degree of white noise while reducing the bias current at minute intervals from Ib, max to Ib, min when the range is determined; Reducing the bias current to operate the FLL and measuring white noise if the output is overloaded 21 near Ib, max; Subsequently, when the output current is overloaded because the bias current is too small in the vicinity of Ib and min, the process is terminated at this point.

도 1은 본 발명에 적용되는 이중이완발진 스퀴드 센서와 FLL 회로의 등가회로도.1 is an equivalent circuit diagram of a double-relaxed squid sensor and an FLL circuit applied to the present invention.

도 2는 각종 스퀴드 파라메터의 직렬 전송규약 예시도.2 is an exemplary diagram illustrating a serial transmission protocol of various squid parameters.

도 3a, 3b는 본 발명에 적용하기 위해 FLL 동작을 위한 바이어스 전압값 및 바이어스 자속값 결정 방법을 설명하기 위한 개념도.3A and 3B are conceptual views for explaining a bias voltage value and a bias magnetic flux value determining method for an FLL operation for application to the present invention.

도 4a, 4b는 본 발명에 적용하기 위해 센서의 최적 바이어스 전류값 결정을 설명하기 위한 개념도.4A and 4B are conceptual views for explaining determination of an optimum bias current value of a sensor for application to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1: 검출코일 2: 입력코일1: detection coil 2: input coil

3: 신호 스퀴드 4: 기준접합3: signal squid 4: reference junction

5: 듀아 6: 직류인가 전류5: Dua 6: DC applied current

7: 직류 전단 증폭기 8: 적분기7: DC shear amplifier 8: integrator

9: 오프셋 바이어스 전압값 10: 출력라인9: offset bias voltage value 10: output line

11: 스위치 12: 자속바이어스 생성 전압값11: switch 12: magnetic flux bias generation voltage value

13: 귀환코일13: Return coil

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명에 적용되는 이중이완발진 스퀴드 센서를 위해 개발된 FLL 동작회로는 도 1과 같고, 단말기와 제어기간의 직렬통신 규약은 도 2와 같다.First, the FLL operation circuit developed for the dual-relaxed squid sensor applied to the present invention is shown in FIG. 1, and the serial communication protocol between the terminal and the controller is shown in FIG.

도 1에 도시한 바와 같이 상기 이중이완발진 스퀴드 센서는 신호스퀴드(3)와, 기준접합(4)과, 자속귀환코일(13)과, 입력코일(2)과, 검출코일(1)로 이루어지고, 신호처리용 회로부는 바이어스용 직류전류인가부(6)와, 직류전단 증폭기(7)와, 적분기(8) 등으로 이루어진다. 상기 입력코일(2)과 검출코일(1)을 합쳐 자속 변환기로도 표기한다.As shown in FIG. 1, the double-relaxed squid sensor comprises a signal squid 3, a reference junction 4, a magnetic flux feedback coil 13, an input coil 2, and a detection coil 1. The circuit for signal processing is composed of a bias DC current applying unit 6, a DC shear amplifier 7, an integrator 8 and the like. The input coil 2 and the detection coil 1 are also referred to as a flux converter.

상기와 같이 구성되는 이중이완발진 스퀴드 센서 및 신호처리용 회로부의 동작을 살펴보면, 먼저 측정하고자 하는 자속신호가 검출코일(1)에 가해지고 입력코일(2)을 통해서 스퀴드 센서에 전달된다.Referring to the operation of the double-relaxed squid sensor and the signal processing circuit unit configured as described above, first, the magnetic flux signal to be measured is applied to the detection coil 1 and transmitted to the squid sensor through the input coil 2.

이때 본 발명에 적용되는 상기 스퀴드 센서는 구동회로를 간단히 하기 위하여 자속-전압 변환계수가 직류 스퀴드에 비해 10배 이상 큰 이중이완발진 스퀴드를 사용하였다.In this case, the squid sensor applied to the present invention uses a double-relaxed squid having a magnetic flux-to-voltage conversion factor 10 times larger than a DC squid in order to simplify the driving circuit.

상기 이중이완발진 스퀴드는 신호 스퀴드(3)와 기준접합(4)이 직렬로 연결되어 있는데, 신호 스퀴드(3) 및 기준접합(4)은 저온에서의 초전도 현상에 의해 동작하므로, 4K의 액체헬륨 듀아(5)에 담겨있다.The double-relaxed squid has a signal squid (3) and a reference junction (4) connected in series. The signal squid (3) and the reference junction (4) are operated by superconducting at low temperature, and thus, 4K liquid helium It is contained in the dua (5).

센서구동에는 바이어스용 직류전류인가부(6)를 이용하며, 스퀴드 출력은 기준접합(4) 양단에서 직류전단증폭기(7)를 사용하여 직접 검출한다.A bias DC current applying unit 6 is used for driving the sensor, and the squid output is directly detected by using a DC shear amplifier 7 across the reference junction 4.

상기에서 검출된 전압은 자기장에 대해서 비선형적으로 변화하므로, 선형응답을 얻기 위해서, 자속변환기(1, 2)에 흐르는 전류를 일정하게 만들어서, 신호 스퀴드(3)에 가해지는 자속이 일정하도록 한다.Since the detected voltage varies nonlinearly with respect to the magnetic field, in order to obtain a linear response, the current flowing through the magnetic flux converters 1 and 2 is made constant so that the magnetic flux applied to the signal squid 3 is made constant.

상기와 같이 자속변환기(1, 2)에 흐르는 전류를 일정하게 만들기 위해서, 적분기(8)에 축적된 전압값에 비례하는 전류를 귀환코일(13)을 통해 자속변환기(1, 2)에 전달하여 일정 자속을 유지하고, 적분기(8)의 축적 전압을 출력라인(10)을 통해 읽음으로써 신호자속의 크기를 알 수 있다.In order to make the current flowing through the flux converters 1 and 2 constant as described above, a current proportional to the voltage value accumulated in the integrator 8 is transmitted to the flux converters 1 and 2 through the feedback coil 13. The magnitude of the signal magnetic flux can be known by maintaining a constant magnetic flux and reading the accumulated voltage of the integrator 8 through the output line 10.

한편, 스퀴드 구동회로 콘트롤에 사용된 직렬전송 규약은 도 2와 같이 3개의 전송선으로 이루어져 있는바, 직렬전송선을 통해 한번에 총 32비트로 구성된 명령 데이터열 하나를 전송하고, 각 데이터열은 스위칭 기능을 행하거나 네 개중 하나의 동작 값을 변경할 수 있다.On the other hand, the serial transmission protocol used to control the squid driving circuit is composed of three transmission lines as shown in FIG. 2, and transmits one command data string consisting of a total of 32 bits at a time through the serial transmission line, and each data string performs a switching function. You can change the operation value of one of four.

특히 스위치 비트중 가장 마지막 비트(LSB)는 적분기 출력의 자속변환기(1, 2) 입력으로의 귀환동작을 시작, 종료하는 스위치(11)를 온-오프하므로써 FLL을 작동 및 정지할 수 있다.In particular, the last bit LSB of the switch bits can operate and stop the FLL by turning on and off the switch 11 which starts and ends the feedback operation of the integrator output to the flux converters 1 and 2 inputs.

센서 자동 조정을 위해서, 직렬 통신에 의해 변경하는 센서 동작 값은 바이어스 전류값(6), 오프셋 바이어스 전압값(9), 바이어스 자속 생성 전압값(12) 등이다.For automatic sensor adjustment, the sensor operating values changed by the serial communication are the bias current value 6, the offset bias voltage value 9, the bias magnetic flux generating voltage value 12, and the like.

상기 바이어스 전류값(6)은 스퀴드의 동작을 위해 가해지는 직류 전류값이고, 오프셋 바이어스 전압값(9)은 직류전단 증폭기(7)의 직류출력전압 레벨을 조정하기 위한 것이며, 자속 바이어스 생성 전압값(12)은 자속 변환기(1, 2)에 가해지는 자속을 조정한다.The bias current value 6 is a DC current value applied for the operation of the squid, and the offset bias voltage value 9 is for adjusting the DC output voltage level of the DC shear amplifier 7, and the magnetic flux bias generation voltage value Reference numeral 12 adjusts the magnetic flux applied to the magnetic flux transducers 1 and 2.

결국, 스퀴드 센서에 대한 자동 동작 조정은 FLL의 구동 과정과 최적 바이어스 전류값을 찾는 과정으로 나눌 수 있다.As a result, the automatic operation adjustment for the squid sensor can be divided into the process of driving the FLL and the process of finding the optimum bias current value.

이하에서 FLL의 구동방법에 대한 본 발명의 기술을 설명토록 한다.Hereinafter will be described the technology of the present invention for the method of driving the FLL.

이중이완발진식 스퀴드 센서는 외부 자속에 대해서 출력전압이 자속양자()를 주기로 사각파 형태로 변화하는 특징이 있기 때문에 외부자장에 대한 출력전압의 민감한 변화와 동일한 신호극성을 위해서는 자장에 대해 출력전압이 급격히 증가하는 사각파의 상승 모서리에 해당하는 외부 자장에서 FLL 작동을 시작해 주어야 한다.In the double-relaxed type squid sensor, the output voltage of the magnetic flux quantum FLL operation in the external magnetic field corresponding to the rising edge of the square wave, which has a sharp increase in output voltage to the magnetic field, for the same signal polarity as the sensitive change in the output voltage to the external magnetic field. Should start.

FLL의 작동은 도 1에서와 같은 아날로그 회로에 있어서의 오프셋 바이어스 전압값(9)를 기준점으로 하는 적분출력의 입력에의 귀환이어서, 적분시작점이 기준점과 차이가 많을 경우에는 적분기 내부의 축전기가 포화되어 FLL 작동이 실패할 수 있으므로, 가능한 한 기준점에 근접하여 FLL 작동을 시작해야 한다.The operation of the FLL is a feedback to the input of the integral output having the offset bias voltage value 9 as a reference point in the analog circuit as shown in Fig. 1, so that the capacitor inside the integrator is saturated when the starting point of integration is largely different from the reference point. Because the FLL operation can fail, you should start the FLL operation as close to the reference point as possible.

따라서, 본 발명에서는 가능한 적은 신호 열로 최대한 기준점에 가까운 지점에서 FLL을 작동하기 위해서, 외부 자기장을 증가시키면서 출력전압이 처음 상승하는 점을 찾는다.Therefore, the present invention finds the point where the output voltage first rises while increasing the external magnetic field in order to operate the FLL as close to the reference point as possible with as few signal strings as possible.

센서의 출력전압은 주기적으로 변화하기 때문에, 도 3a와 같이 임의의 자장에서 시작하여(14), 외부자장을의 등간격으로 증가시키며 네 점에서의 출력전압을 읽으면, 항상 출력전압 변화의 최대, 최소를 구할 수 있고, 이로부터 전압 변화폭(스윙)과 중간전압(자장-전압 변환 기울기 최대지점)을 계산한다.Since the output voltage of the sensor changes periodically, starting with an arbitrary magnetic field (14), as shown in FIG. By reading the output voltage at four points and increasing them at equal intervals, you can always find the maximum and minimum of the output voltage change, and calculate the voltage change range (swing) and the intermediate voltage (the maximum point of the magnetic field-to-voltage conversion slope). .

이후, 중간 전압값을 적분기의 기준점으로 하기 위해 오프셋 바이어스 전압값(9)에 중간전압값(V center)을 써준다(15).Subsequently, an intermediate voltage value V center is written to the offset bias voltage value 9 to set the intermediate voltage value as a reference point of the integrator (15).

이 상태에서 도 3b와 같이 외부자속간격을로 세밀하게 증가시키면서(16), 전압값이 최소에서 증가하기 시작하는 상승 자속점(17)을 찾는다.In this state, as shown in FIG. While increasing finely (16), find the rising magnetic flux point (17) at which the voltage value begins to increase at the minimum.

이 점의 전압을 Vf라고 하면, 적분시작 자속점은 앞서 구한 중간전압과 최소전압(Vmin)으로부터 외삽하여 근사할 수 있다.If the voltage at this point is Vf, the integral starting magnetic flux point can be approximated by extrapolating from the intermediate voltage and the minimum voltage Vmin previously obtained.

즉, 상승 자속점(17)에 {(Vcenter-Vf)/(Vf - Vmin)} ×만큼의 차이(18)를 더한 값을 자속 바이어스 생성 전압값(12)으로 써주고 FLL을 작동한다(11).That is, {(Vcenter-Vf) / (Vf-Vmin)} × at the rising magnetic flux point 17 × The difference (18) plus the value of the magnetic flux bias generation voltage (12) and write the FLL (11).

참고로, FLL 작동시점에서의 외부자속값과 기준과의 차이가 적분되어 출력의 직류 오프셋으로 나타나는데, 이것은 FLL 작동후의 자속 바이어스 생성 전압값(12)으로 보정 가능하다.For reference, the difference between the external magnetic flux value and the reference at the time of FLL operation is integrated and appears as a DC offset of the output, which can be corrected by the magnetic flux bias generation voltage value 12 after the FLL operation.

한편, 스퀴드 센서는 보통 동작 바이어스 전류(6)에 따라 다른 잡음 특성을 갖는데, 이것은 제조공정 상에서 결정되는 특성이므로 한 센서에 대해서 바이어스 전류에 따른 잡음레벨의 정도는 대개 변하지 않고 특징적이며, 생체신호 등 미약한 자기장을 측정하기 위해서 잡음이 가장 작은 바이어스 전류에서 센서를 동작시킨다.On the other hand, squid sensors usually have different noise characteristics according to the operating bias current (6). This is a characteristic determined in the manufacturing process, and thus the level of the noise level according to the bias current for one sensor is usually unchanged and is characteristic. To measure the weak magnetic field, the sensor is operated at the bias current with the lowest noise.

즉, 바이어스 전류값을 변화시키며 센서출력의 백색잡음(100Hz 이상 출력의 RMS값)을 구해 비교한다.That is, the bias current value is changed and the white noise of the sensor output (RMS value of the output over 100 Hz) is obtained and compared.

하지만, 한 바이어스 전류값에서의 백색 잡음의 측정은 앞의 FLL의 동작(도 3a, 3b)을 포함하므로, 이러한 과정을 모든 바이어스 전류값에 대해 직렬 통신에 의해 구하는 것은 시간적으로 무리가 있으므로, 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 단시간에 최적 바이어스 전류값을 구하기 위해서 바이어스 전류값의 범위를 제한하였다.However, since the measurement of white noise at one bias current value involves the operation of the previous FLL (FIGS. 3A, 3B), it is time consuming to obtain this process by serial communication for all bias current values. In order to solve the problem, in the present invention, in order to obtain an optimum bias current value in a short time, the range of the bias current value is limited.

즉, 일반적인 이중이완발진 스퀴드의 경우 바이어스 전류가 증가하면서 최대, 최소 전압폭(스윙)이 선형 증가하다가 갑자기 사라지는 특징이 있는 바(도 4a), 본 발명에서는 유한한 스윙이 있는 바이어스 전류의 범위 측정을 위해서 바이어스 전류값을 비교적 큰 간격으로 증가시키며 도 3a, 3b의 과정을 이용하여 전압폭이 처음 노이즈 레벨을 넘어서는 점(19)과 선형증가 후에 사라지는 점(20)을 찾는다.That is, in the case of a general double-relaxed squid, as the bias current increases, the maximum and minimum voltage widths (swings) linearly increase and then disappear suddenly (FIG. 4A). In the present invention, the measurement of the bias current with a finite swing is performed. To increase the bias current value at relatively large intervals, find the point 19 where the voltage width exceeds the initial noise level and disappears after the linear increase using the processes of FIGS. 3A and 3B.

이때, 스윙이 큰 경우(20) 자속전압 변환비가 너무 커서 적분기가 오작동하여 FLL 동작이 실패하기 때문에, 처음 전압폭이 생기는 바이어스 전류값(19; Ib, min)과 최대 전압폭의 약 70%되는 바이어스 전류값(Ib, max)의 사이만을 관심영역으로 정한다.At this time, when the swing is large (20), since the flux voltage conversion ratio is so large that the integrator malfunctions and the FLL operation fails, the bias current value (19; Ib, min) that generates the initial voltage width is about 70% of the maximum voltage width. Only between the bias current values Ib and max is defined as the region of interest.

그리고, 범위가 정해지면 바이어스 전류를 Ib, max 에서부터 Ib, min까지 세밀한 간격으로 감소시키며 백색잡음의 정도를 측정한다(도 4b).Then, when the range is determined, the bias current is reduced at minute intervals from Ib, max to Ib, min, and the degree of white noise is measured (FIG. 4B).

이때, 처음 Ib, max 근처에서는 자속전압변환비가 커서 FLL이 실패하므로 출력이 오버로드(21)되다가 바이어스 전류를 줄여줌에 따라서 FLL이 동작하고 백색 잡음의 측정이 가능하다.At this time, since the FLL fails because the magnetic flux voltage conversion ratio is large in the vicinity of Ib and max for the first time, the output is overloaded (21) and the FLL operates as the bias current is reduced, so that the white noise can be measured.

이후, 바이어스 전류가 Ib, min 근방에서 스윙이 너무 작아 FLL 동작에 실패하여 출력이 오버로드(21)되면, 이 시점에서 과정을 종료한다.Subsequently, if the bias current is too small in the vicinity of Ib and min, the FLL operation fails and the output is overloaded (21), the process ends at this point.

이렇게 구한 최저 잡음을 주는 바이어스 전류값 Ib, optimun은 변화하지 않으므로 한번 결정한 후 파일로 저장하고, 다음 실험부터는 저장된 최적 바이어스 전류값을 이용하여 FLL 과정만을 수행하면 센서의 동작조정을 신속히 완료 가능하다.Since the bias current values Ib and optimun that give the lowest noise do not change, they are determined once and stored in a file, and from the next experiment, the FLL process can be completed quickly by using the stored optimal bias current value.

상기와 같이 최적 바이어스 전류 결정 방법에 의해서 구한 센서파일에 저장된 각 센서들의 바이어스 전류값을 이용하여, FLL 동작값 결정 과정(직렬신호 전송용 클럭 주파수; 500Hz)을 자기차폐실(자기 차폐율; 250@0.01Hz, 1000@1Hz, > 10000@10Hz)에 설치한 반구형 37채널 자력계 센서 시스템에 대해 적용한 결과, 2분 8초만에 모든 신호채널의 동작 조정을 완료하였다.By using the bias current values of the sensors stored in the sensor file obtained by the optimum bias current determination method as described above, the FLL operation value determination process (clock frequency for serial signal transmission; 500 Hz) is performed in a magnetic shield room (magnetic shielding rate; 250). @ 0.01Hz, 1000 @ 1Hz,> 10000 @ 10Hz) The hemispherical 37-channel magnetometer sensor system was applied to complete the operation adjustment of all signal channels in 2 minutes and 8 seconds.

같은 조건에서 외부 자속인가를 위한 코일 설치후 기존의 수동조정으로 FLL을 동작시킬 경우, 소요시간은 30분 이상이었다.Under the same conditions, it took more than 30 minutes to operate FLL by manual adjustment after installing coil for external magnetic flux.

간단한 실험장치 변경 혹은 환자 자세 변경 지시 등을 위해 자기 차폐실 문을 열어야 할 경우, 큰 자기 잡음의 유입으로 인해 FLL의 동작을 정지시켜야만 하므로, 차폐실 문을 닫고 다시 FLL 동작값을 결정하여 FLL을 동작시켜야 한다.If it is necessary to open the magnetic shield door for simple experimental device change or patient posture change indication, the operation of FLL must be stopped due to the influx of large magnetic noise, so close the shield door and determine the FLL operation value again. It should work.

하지만, 센서 주변의 자기장 변화가 심각하지 않을 경우, 결정된 FLL 동작값들을 사용하여, 동작값의 재결정 과정없이 센서 제어기의 FLL을 동작시켜도 대부분의 센서가 정상적으로 동작하였다.However, when the magnetic field change around the sensor is not serious, most of the sensors operate normally even if the FLL of the sensor controller is operated without re-determination of the operating values using the determined FLL operating values.

이 경우 37채널의 FLL을 동작시키는데 소요된 시간은 불과 9초 정도였다.In this case, it took only 9 seconds to operate the 37-channel FLL.

한편, 본 발명에 제시된 방법은 정상 동작하는 이중이완발진방식 스퀴드 센서의 특성을 이용한 것이므로, 제조상의 문제 혹은 정전기적 파손으로 정상 동작하지 않는 센서의 경우, 최적 바이어스 전류값 결정 과정이 실패한다.On the other hand, since the method proposed in the present invention utilizes the characteristics of the normally operated double relaxation oscillation type squid sensor, the process of determining the optimum bias current value fails in case of a sensor which does not operate normally due to manufacturing problems or electrostatic damage.

따라서, 이 결정 과정의 성공여부로 제조된 센서의 정상, 불량 판단 및 동작 안정성의 정규화가 가능하다.Thus, the success or failure of this determination process enables normalization of normal, poor judgment and operational stability of the manufactured sensor.

즉, 상기의 방법은 박막 제조공정에 의해 대량 생산된 스퀴드 센서의 정상, 불량 동작 체크 자동화에 응용 가능하다.That is, the above method can be applied to automating normal and bad operation check of the squid sensor mass produced by the thin film manufacturing process.

실시예로서 안정한 동작을 요구하는 이중이완발진 스퀴드 전류 증폭기의 소자 선별에 본 방법을 응용하여 만족스러운 선별결과를 얻었다.As an example, satisfactory screening results were obtained by applying this method to device screening of a double-relaxed squid current amplifier requiring stable operation.

상술한 바와 같이 본 발명을 이용하게 되면, 센서의 동작 조정을 자동화 함으로써, 종래의 수동방식에 비해, 다채널 생체자기 측정장치에서 신속하고 간편하게 신호를 획득하는 것이 가능한 효과가 있다.Using the present invention as described above, by automating the operation adjustment of the sensor, there is an effect that it is possible to obtain a signal quickly and simply in the multi-channel biomagnetic measuring apparatus, compared to the conventional manual method.

또한, 조정 방법은 직렬 통신 방식에 의하므로, 다채널 시스템에 대해서도 장치가 간단하고, 최적화된 센서 파라메터 결정과정에 의해서, 신속한 스퀴드 센서 동작 조정의 완료가 가능하며, 특히, 외부 자속 발생 코일 등, 조정을 위한 부가 장치가 필요없으므로 간편하다.In addition, since the adjustment method is based on the serial communication method, the device is simple even for a multi-channel system, and the optimized sensor parameter determination process enables quick completion of the squid sensor operation adjustment. It is simple because no additional device is required for adjustment.

또한, 이 방법은 뇌자도나 심자도 등의 스퀴드 센서를 이용한 의료용 생체자기 측정 시스템을 환자 진료용으로 개발할 경우 효용성이 매우 높다.In addition, this method is very useful when developing a medical biomagnetic measuring system using a squid sensor such as brain map or core map for patient care.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 설명과 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형은 포함한 것으로 판단할 수 있다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred description, various other modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims may be determined to include such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.

Claims (2)

외부자장을의 등간격으로 증가시키며 네 점에서의 출력전압을 읽어 출력전압 변화의 최대(Vmax), 최소(Vmin)를 구하는 단계와;External magnetic field Reading the output voltage at four points at equal intervals to obtain the maximum (Vmax) and minimum (Vmin) of the output voltage change; 이로부터 전압 변화폭(스윙)과 중간전압(자장-전압 변환 기울기 최대, V center)을 계산하는 단계와;Calculating a voltage change range (swing) and an intermediate voltage (field-to-voltage conversion slope maximum, V center) therefrom; 중간 전압값을 적분기의 기준점으로 하기 위해 오프셋 바이어스 전압값(9)에 중간전압값(V center)을 입력하는 단계와;Inputting an intermediate voltage value (V center) into the offset bias voltage value (9) to make the intermediate voltage value a reference point of the integrator; 이 상태에서 외부자속간격을로 세밀하게 증가시키면서(16), 전압값이 최소에서 증가하기 시작하는 상승 자속점(17, Vf)을 찾는 단계와;In this state, the external magnetic flux interval Finding a rising magnetic flux point (17, Vf) at which the voltage value begins to increase at a minimum while increasing (16) finely; 상승 자속점(17)에 {(Vcenter-Vf)/(Vf - Vmin)} ×만큼의 차이(18)를 더한 값을 자속 바이어스 생성 전압값(12)으로 써주고 FLL을 작동시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 FLL 구동방법.{(Vcenter-Vf) / (Vf-Vmin)} × at rising flux point 17 And writing the difference (18) as much as the magnetic flux bias generation voltage (12) and operating the FLL. 전압폭이 처음 노이즈 레벨을 넘어서는 점(19)과 선형 증가후에 사라지는 점(20)을 찾는 단계와;Finding a point 19 where the voltage amplitude exceeds the initial noise level and disappearing after linear increase; 처음 전압폭이 생기는 바이어스 전류값(19; Ib, min)과 최대 전압폭의 약 70%되는 바이어스 전류값(Ib, max)의 사이를 관심영역으로 지정하는 단계와;Designating a region of interest between the bias current value 19 (Ib, min) at which the initial voltage width occurs and the bias current value Ib, max being about 70% of the maximum voltage width; 상기에서 범위가 정해지면 바이어스 전류를 Ib, max 에서부터 Ib, min까지 세밀한 간격으로 감소시키며 백색잡음의 정도를 측정하는 단계와;Determining a degree of white noise while reducing the bias current at minute intervals from Ib, max to Ib, min when the range is determined; Ib, max 근처에서 출력이 오버로드(21)되면 바이어스 전류를 줄여 FLL을 동작시키고 백색 잡음을 측정하는 단계와;Reducing the bias current to operate the FLL and measuring white noise if the output is overloaded 21 near Ib, max; 이후, 바이어스 전류가 Ib, min 근방에서 스윙이 너무 작아 출력이 오버로드(21)되면, 이 시점에서 과정을 종료하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다채널 이중이완발진 스퀴드 센서의 최적 바이어스 전류를 구하는 방법.Thereafter, when the output is overloaded because the bias current is too small in the vicinity of Ib and min, the process is terminated at this point. The optimum bias current of the multi-channel double relaxation oscillation squid sensor is obtained. Way.
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