JPH04143681A - 自励発振型デジタルｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
自励発振型デジタルｓｑｕｉｄ磁束計Info
- Publication number
- JPH04143681A JPH04143681A JP2268634A JP26863490A JPH04143681A JP H04143681 A JPH04143681 A JP H04143681A JP 2268634 A JP2268634 A JP 2268634A JP 26863490 A JP26863490 A JP 26863490A JP H04143681 A JPH04143681 A JP H04143681A
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- Japan
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- squid
- ring
- magnetic flux
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- Pending
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は例えば生体磁気、地磁気等の微小磁気を検出す
るためのＳＱＵＩＤ磁束計に関する。
るためのＳＱＵＩＤ磁束計に関する。
〈従来の技術〉
微小磁気を検出する方法としては、従来、ＤＣ−３ＱＵ
ＩＤとＦ Ｌ Ｌ （Ｆｌａｘ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏ
ｐ）回路を組み合わせたアナログ回路方式が主流であっ
た。
ＩＤとＦ Ｌ Ｌ （Ｆｌａｘ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏ
ｐ）回路を組み合わせたアナログ回路方式が主流であっ
た。
このようなアナログ回路方式では、例えば「中西正和他
、“Ａｌｌ ｈａｒｄ ＤＣ−ＳＱＵＩＤ″ＳＣＥ ８
６−２Ｊに示されているように、ＤＣ−３ＱＵＩＤに一
定電流を流しておき、周波数ｆ、の変調磁束をＳＱＵＩ
Ｄに与えると、ＳＱＵＩＤの出力は入力磁束φ８に比例
した振幅を持つ周波数ｆ、の交流成分となる。これを後
続の位相検波器で検出し、積分した結果を電流に変換し
、入力磁束をキャンセルするようにＳＱＵＩＤにフィー
ドバックする。こうすることで回路系の１／ｆノイズを
除去でき、かつ、ＳＱＵＩＤの非線型を補正し、線型化
することを可能としている。
、“Ａｌｌ ｈａｒｄ ＤＣ−ＳＱＵＩＤ″ＳＣＥ ８
６−２Ｊに示されているように、ＤＣ−３ＱＵＩＤに一
定電流を流しておき、周波数ｆ、の変調磁束をＳＱＵＩ
Ｄに与えると、ＳＱＵＩＤの出力は入力磁束φ８に比例
した振幅を持つ周波数ｆ、の交流成分となる。これを後
続の位相検波器で検出し、積分した結果を電流に変換し
、入力磁束をキャンセルするようにＳＱＵＩＤにフィー
ドバックする。こうすることで回路系の１／ｆノイズを
除去でき、かつ、ＳＱＵＩＤの非線型を補正し、線型化
することを可能としている。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、アナログ方式は高感度ではあるが、そうする
ためにはノイズマツチングトランスが必要であり、また
、ＦＬＬ回路も複雑な構成となる。
ためにはノイズマツチングトランスが必要であり、また
、ＦＬＬ回路も複雑な構成となる。
更に、本質的にアナログ信号を出力するものであるから
、外来ノイズに弱いという欠点がある。
、外来ノイズに弱いという欠点がある。
この点を解決するため、従来、ＳＱＵＩＤの出力をデジ
タル化する試みか成されているか（例えばＮｏｒｉｏ
Ｆｕｊｉｍａｋｉ ｅｔ ａｌ、、 “Ａ ｓｉｎｇ
ｌｅ−Ｃｈｉｐ ＳＱＵＩＤＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ
” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ、、 ｖｏｌ、 ３５ ＮＯ
，１２、あるいは藤巻朗他、 「パルス密度変調型ＳＱ
ＵＩＤの試作」、−高度生体磁場計測システムに関する
調査研究報告、財団法人機械システム振興協会、１−Ｒ
−３，平成２年３月）、これらはいずれも、アナログ方
式と同様に外部からクロック信号を与える必要かあり、
回路構成が依然として複雑である。
タル化する試みか成されているか（例えばＮｏｒｉｏ
Ｆｕｊｉｍａｋｉ ｅｔ ａｌ、、 “Ａ ｓｉｎｇ
ｌｅ−Ｃｈｉｐ ＳＱＵＩＤＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ
” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ、、 ｖｏｌ、 ３５ ＮＯ
，１２、あるいは藤巻朗他、 「パルス密度変調型ＳＱ
ＵＩＤの試作」、−高度生体磁場計測システムに関する
調査研究報告、財団法人機械システム振興協会、１−Ｒ
−３，平成２年３月）、これらはいずれも、アナログ方
式と同様に外部からクロック信号を与える必要かあり、
回路構成が依然として複雑である。
本発明の目的は、ＳＱＵＩＤの出力をデジタル化して外
来ノイズに強くするとともに、従来のデジタル化したＳ
ＱＵＩＤに比してより回路構成か簡単なＳＱＵＩＤ磁束
計を提供することにある。
来ノイズに強くするとともに、従来のデジタル化したＳ
ＱＵＩＤに比してより回路構成か簡単なＳＱＵＩＤ磁束
計を提供することにある。
く課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するため、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計
では、互いに直列の抵抗要素とインダクタンス要素とが
並列に接続されたＳＱＵＩＤリングと、そのＳＱＵＩＤ
リングにバイアス電流を供給する電流源と、このＳＱＵ
ＩＤリングからの出力信号のフィードバック回路手段を
有し、ＳＱＵＩＤリングの出力を外部磁束の大きさに応
じて自励発振させ、その発振周波数から外部磁束を計測
するよう構成している。
では、互いに直列の抵抗要素とインダクタンス要素とが
並列に接続されたＳＱＵＩＤリングと、そのＳＱＵＩＤ
リングにバイアス電流を供給する電流源と、このＳＱＵ
ＩＤリングからの出力信号のフィードバック回路手段を
有し、ＳＱＵＩＤリングの出力を外部磁束の大きさに応
じて自励発振させ、その発振周波数から外部磁束を計測
するよう構成している。
く作用〉
ＳＱＵＩＤリングに抵抗要素とインダクタンス要素を並
列に接続し、外部からバイアス電流を印加するとともに
、ＳＱＵＩＤからの出力を帰還させることにより、ＳＱ
ＵＩＤは自励発振し、かつ、磁束検出比較機能を備える
ことから、その発振周波数はＳＱＵＩＤリングに加わる
磁束に応じたものとなり、外部からクロック信号を供給
する必要がない。
列に接続し、外部からバイアス電流を印加するとともに
、ＳＱＵＩＤからの出力を帰還させることにより、ＳＱ
ＵＩＤは自励発振し、かつ、磁束検出比較機能を備える
ことから、その発振周波数はＳＱＵＩＤリングに加わる
磁束に応じたものとなり、外部からクロック信号を供給
する必要がない。
〈実施例〉
第１図は本発明実施例の回路構成を示すブロック図であ
る。
る。
ＳＱＵＩＤリング１は超電導ループ内に２つのジョセフ
ソン接合部を有するＤＣ−３ＱＵＩＤリングであって、
このＳＱＵＩＤリング１には、ピックアップコイル２ａ
とインプットコイル２ｂからなる入力回路の、インプッ
トコイル２ｂが磁気的に結合されている。これにより、
ピックアップコイル２ａで拾った外部磁束かＳＱＵＩＤ
リング１に伝達される。
ソン接合部を有するＤＣ−３ＱＵＩＤリングであって、
このＳＱＵＩＤリング１には、ピックアップコイル２ａ
とインプットコイル２ｂからなる入力回路の、インプッ
トコイル２ｂが磁気的に結合されている。これにより、
ピックアップコイル２ａで拾った外部磁束かＳＱＵＩＤ
リング１に伝達される。
ＳＱＵＩＤリング１には、抵抗ＲとインダクタンスＬが
並列に接続されているとともに、直流電流源３からバイ
アス電流■ゎが供給されるように回路構成されている。
並列に接続されているとともに、直流電流源３からバイ
アス電流■ゎが供給されるように回路構成されている。
ＳＱＵＩＤリング１の出力は後述するようにパルス信号
となり、その信号は増幅器４を介してパルスカウンタ５
に導入されている。このパルスカウンタ５にはプリセッ
ト値Ｃ０を設定することができ、カウンタ５は増幅器４
からのパルスカウント値Ｃからこのプリセット値Ｃ０を
減じた値をパルス積分器６に出力する。
となり、その信号は増幅器４を介してパルスカウンタ５
に導入されている。このパルスカウンタ５にはプリセッ
ト値Ｃ０を設定することができ、カウンタ５は増幅器４
からのパルスカウント値Ｃからこのプリセット値Ｃ０を
減じた値をパルス積分器６に出力する。
パルス積分器６の出力は、参照電圧Ｖ ｒ ＊ ｒが重
畳された後、Ｖ−Ｉ変換器７に導入されて電流信号に変
換され、フィードバックコイル８を介してＳＱＵＩＤリ
ング１に戻される。すなわち、ＳＱＵＩＤリング１には
、フィードバックコイル８を通じて、インプットコイル
２ｂからの外部磁束φ、か零の状態においても参照電圧
Ｖ１．．相当の磁束φ７＠、か印加されるようになって
いる。
畳された後、Ｖ−Ｉ変換器７に導入されて電流信号に変
換され、フィードバックコイル８を介してＳＱＵＩＤリ
ング１に戻される。すなわち、ＳＱＵＩＤリング１には
、フィードバックコイル８を通じて、インプットコイル
２ｂからの外部磁束φ、か零の状態においても参照電圧
Ｖ１．．相当の磁束φ７＠、か印加されるようになって
いる。
以上の回路構成において、ＳＱＵＩＤリング１の閾値曲
線（入力磁束φ−臨界電流■。特性）を第２図に示すよ
うにしておく。また、バイアス電流値Ｉ、−φ１．．の
交点か閾値曲線上にくるように調整しておく。
線（入力磁束φ−臨界電流■。特性）を第２図に示すよ
うにしておく。また、バイアス電流値Ｉ、−φ１．．の
交点か閾値曲線上にくるように調整しておく。
次に、以上の本発明実施例の作用を述べる。
第３図はＳＱＵＩＤリング１のＩ−Ｖ特性と負荷曲線を
示すグラフである。
示すグラフである。
入力回路２を介してＳＱＵＩＤリング１に外部磁束φ８
か入ると、正ならＳＱＵＩＤリング１に流れるバイアス
電流は閾値を越えるので、ＳＱＵＩＤリング１は電圧状
態に移る。また、負なら電圧状態には移らない。ＳＱＵ
ＩＤリング１には抵抗Ｒとインダクタンスしか挿入され
ているので、ＳＱＵＩＤリング１が電圧状態に移った瞬
間はＬの存在によって急激に電流か流れず、ある時間は
電圧状態を維持する。これが第３図にＶ。で示す電圧、
つまりＳＱＵＩＤのギャップ電圧である。
か入ると、正ならＳＱＵＩＤリング１に流れるバイアス
電流は閾値を越えるので、ＳＱＵＩＤリング１は電圧状
態に移る。また、負なら電圧状態には移らない。ＳＱＵ
ＩＤリング１には抵抗Ｒとインダクタンスしか挿入され
ているので、ＳＱＵＩＤリング１が電圧状態に移った瞬
間はＬの存在によって急激に電流か流れず、ある時間は
電圧状態を維持する。これが第３図にＶ。で示す電圧、
つまりＳＱＵＩＤのギャップ電圧である。
その後、時間が経過すると第３図の負荷曲線に落ち着く
。このときにＳＱＵＩＤリング１に流れる電流がＩ ｍ
１１１となるので、ＳＱＵＩＤリング１は再び零電圧状
態に戻る。この復帰に要する時間は約Ｌ／Ｒである。
。このときにＳＱＵＩＤリング１に流れる電流がＩ ｍ
１１１となるので、ＳＱＵＩＤリング１は再び零電圧状
態に戻る。この復帰に要する時間は約Ｌ／Ｒである。
ＳＱＵＩＤリング１に入力する磁束φ工が常に正なら、
再び上述の過程を繰り返すため、ＳＱＵＩＤリング１の
出力は周期Ｌ／Ｒのパルス列となる。実際には、熱雑音
により閾値曲線にゆらぎがあるため、第２図のように■
、を閾値曲線上に設定しても、ＳＱＵＩＤリング１への
外部入力磁束φ８が零の状態でパルス列が発生する。Ｓ
ＱＵＩＤリング１に入力する磁束φ工が零の場合におい
て発生するパルス列のパルスカウンタ５によるカウント
数を００とすると、測定カウント数Ｃが、Ｃ＞ＣＯなら
ＳＱＵＩＤリング１への入力磁束が正、Ｃ＜ Ｃｏなら
負であることがわかる。この関係を第４図に示す。この
第４図は、フィードバックかないときのＳＱＵＩＤリン
グ１への外部入力磁束φアとＳＱＵＩＤ出力の関係を示
している。
再び上述の過程を繰り返すため、ＳＱＵＩＤリング１の
出力は周期Ｌ／Ｒのパルス列となる。実際には、熱雑音
により閾値曲線にゆらぎがあるため、第２図のように■
、を閾値曲線上に設定しても、ＳＱＵＩＤリング１への
外部入力磁束φ８が零の状態でパルス列が発生する。Ｓ
ＱＵＩＤリング１に入力する磁束φ工が零の場合におい
て発生するパルス列のパルスカウンタ５によるカウント
数を００とすると、測定カウント数Ｃが、Ｃ＞ＣＯなら
ＳＱＵＩＤリング１への入力磁束が正、Ｃ＜ Ｃｏなら
負であることがわかる。この関係を第４図に示す。この
第４図は、フィードバックかないときのＳＱＵＩＤリン
グ１への外部入力磁束φアとＳＱＵＩＤ出力の関係を示
している。
以上のことから、Ｃ−Ｃ，に比例し、かつ、外部入力磁
束φ８を零に戻す方向にフィードバック磁束φ、をφ１
．ＩとともにＳＱＵＩＤリング１に加える。これにより
、定常状態においては、ＳＱＵＩＤリング１に加えられ
る磁束の合計φニーφ、＋φ１．．は、φ、→φ工とな
るためにφ１１．に落ち着く。
束φ８を零に戻す方向にフィードバック磁束φ、をφ１
．ＩとともにＳＱＵＩＤリング１に加える。これにより
、定常状態においては、ＳＱＵＩＤリング１に加えられ
る磁束の合計φニーφ、＋φ１．．は、φ、→φ工とな
るためにφ１１．に落ち着く。
従って、φ、を形成する基になっているＣ−Ｃ。
を計測すれば、ＳＱＵＩＤリング１への外部入力磁束φ
８がわかることになる。
８がわかることになる。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、ＳＱＵＩＤ出力
をデジタル化しているので外来ノイズに強く、しかも、
ＳＱＵＩＤに自励発振機能を持たせることにより外部ク
ロック信号を不要としているので、従来のデジタル方式
に比して全体の回路構成が簡単になる。
をデジタル化しているので外来ノイズに強く、しかも、
ＳＱＵＩＤに自励発振機能を持たせることにより外部ク
ロック信号を不要としているので、従来のデジタル方式
に比して全体の回路構成が簡単になる。
外部の高周波クロックを不要としたことは、同様なＳＱ
ＵＩＤを多数個並べてマルチチャンネル化した場合に、
回路系が簡単となり、クロストークが無くなることを意
味し、より低雑音化をはかれるということにも繋がる。
ＵＩＤを多数個並べてマルチチャンネル化した場合に、
回路系が簡単となり、クロストークが無くなることを意
味し、より低雑音化をはかれるということにも繋がる。
第１図は本発明実施例の回路構成を示すブロック図、
第２図はそのＳＱＵＩＤリング１の閾値曲線を示すグラ
フ、 第３図は同じ＜ＳＱＵＩＤリング１のＩ−Ｖ特性と負荷
曲線を示すグラフ、 第４図はフィードバックを行わない状態でのＳＱＵＩＤ
リング１への外部入力磁束φ８とＳＱＵＩＤ出力との関
係を示すタイムチャートである。 １・・・・ＳＱＵＩＤリング ２・・・・入力回路 ２ａ・・・・ピックアップコイル ２ｂ・・・・インプットコイル ３・・・・直流電流源 ４・・・・増幅器 ５・・・・パルスカウンタ ６・・・・パルス積分器 ７・・・・ｖ−ｒ変換器 ８・・・・フィードバックコイル Ｒ・・・・抵抗 Ｌ・・・・インダクタンス
フ、 第３図は同じ＜ＳＱＵＩＤリング１のＩ−Ｖ特性と負荷
曲線を示すグラフ、 第４図はフィードバックを行わない状態でのＳＱＵＩＤ
リング１への外部入力磁束φ８とＳＱＵＩＤ出力との関
係を示すタイムチャートである。 １・・・・ＳＱＵＩＤリング ２・・・・入力回路 ２ａ・・・・ピックアップコイル ２ｂ・・・・インプットコイル ３・・・・直流電流源 ４・・・・増幅器 ５・・・・パルスカウンタ ６・・・・パルス積分器 ７・・・・ｖ−ｒ変換器 ８・・・・フィードバックコイル Ｒ・・・・抵抗 Ｌ・・・・インダクタンス
Claims (1)
- 互いに直列の抵抗要素とインダクタンス要素とが並列
に接続されたＳＱＵＩＤリングと、そのＳＱＵＩＤリン
グにバイアス電流を供給する電流源と、上記ＳＱＵＩＤ
リングからの出力信号のフィードバック回路手段を有し
、上記ＳＱＵＩＤリングの出力を外部磁束の大きさに応
じて自励発振させ、その発振周波数から外部磁束を計測
するよう構成された、自励発振型デジタルＳＱＵＩＤ磁
束計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268634A JPH04143681A (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 自励発振型デジタルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268634A JPH04143681A (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 自励発振型デジタルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04143681A true JPH04143681A (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=17461273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268634A Pending JPH04143681A (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 自励発振型デジタルｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04143681A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05323004A (ja) * | 1992-05-22 | 1993-12-07 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| JP2006284518A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Satoru Hirano | 磁気センサ |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP2268634A patent/JPH04143681A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05323004A (ja) * | 1992-05-22 | 1993-12-07 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
| JP2006284518A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Satoru Hirano | 磁気センサ |
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