JPH04357482A - Squid駆動回路 - Google Patents

Squid駆動回路

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JPH04357482A
JPH04357482A JP3033392A JP3339291A JPH04357482A JP H04357482 A JPH04357482 A JP H04357482A JP 3033392 A JP3033392 A JP 3033392A JP 3339291 A JP3339291 A JP 3339291A JP H04357482 A JPH04357482 A JP H04357482A
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Japan
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bias
coil
squid
dcsquid
current
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Yasushi Kondo
泰志 近藤
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CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
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CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超伝導量子干渉計(dc
SQUID)の駆動回路に関し、特にパルス動作SQU
ID磁束計の検出感度およびSN比を向上させるSQU
ID駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、肺臓、心臓、脳、筋肉などの生体
から生じる微弱な磁界を検出するために超伝導状態で動
作するSQUID磁束計が用いられてきた。図3は、”
IEEE’88 International Sol
id−State Circuit Conferen
ce Digest of Technical Pa
per ”の40ー41頁、または  ”IEEE T
ransactionon Electron Dev
ices ”の第5巻第12号(1988年12月号)
の2412ー2418 頁に示された従来のパルス動作
SQUID磁束計の原理図である。
【0003】通常、トンネル接合型SQUIDはI−Φ
特性にヒステリシスを持つために、これを磁束計として
用いるためにはSQUIDのジョセフソン接合を抵抗で
シャントしてヒステリシス特性をなくすことが必要であ
る。しかし、パルス動作型のSQUID磁束計ではスイ
ッチング素子として動作し、パルス出力を得るためにヒ
ステリシス特性が必要になる。したがって、図3のSQ
UID磁束計の2個のトンネル接合型ジョセフソン接合
はI−V特性のヒステリシス特性を持たすためにシャン
ト抵抗を有しない構造になっている。この2個のジョセ
フソン接合の臨界電流値を等しくし、バイアス電流の注
入点をインダクタンスの一端に選ぶと図3(a)に示す
ような非対称な閾値特性がえられる。なお、バイアス電
流の注入点をインダクタンスの中点、すなわち、SQU
IDリングの中点に接続するとI−Φ特性は左右対称に
なり、入力磁束に対応した正負のパルスは得られなくな
る。
【0004】SQUID磁束計にパルス波形の交流バイ
アス(ACバイアス)を加え、そのバイアス振幅値は図
3(a)のI−Φ特性の閾値曲線の縦軸(I軸)上の閾
値近くに選ばれる。バイアス電流が閾値曲線を内側から
外側へ横切るとき、SQUID磁束計のdcSQUID
は超伝導状態から有限電圧状態にスイッチし、dcSQ
UIDの出力としてI−Φ特性の閾値曲線の縦軸(I軸
)上の正の軸上では正のパルス、負の軸上では負のパル
ス列が得られる。すなわち、このパルス列の出力は図3
(b)に示すように、入力磁束Φが負の場合は、閾値曲
線の動作点が横軸中央点(O点)から(A点)に移動し
て負のパルス列となり、正の磁束の場合は、閾値曲線の
動作点が横軸中央点(O点)から(B点)に移動して正
のパルス列となる。図3(b )に示すように、この正
または負のパルスを検出することによって入力磁束が正
であるか負であるかを知ることができる。
【0005】入力磁束の大きさの計測について次に説明
する。図4は従来のSQUID磁束計の回路構成を示す
図である。図4では、dcSQUID3とこのdcSQ
UID3に電流を供給するバイアス電流源6と、dcS
QUID3のパルス列出力を積分するカウンタ7と、こ
のカウンタ7の出力を電流値に変換するD/A変換器8
と、フィードバック抵抗9とフィードバックコイル5と
から成るフィードバック回路によって構成される。図4
において外部磁界の大きさの検出は入力磁束を打ち消す
ようにフィードバックコイル5に電流を流す零点検出法
によって行う。すなわち、外部磁界が変化したときこの
外部磁界を打ち消す方向のフィードバックループ電流を
フィードバックコイル5に流すことによって、外部磁束
の変化δΦと反対向きの磁束をdcSQUIDに作り、
dcSQUIDの動作点が常にO点付近になるようにす
る。この状態のときに正のパルス数(N+)と負のパル
ス数(N−)の出現確率が同じになるので、この時の入
力磁束を打ち消すフィードバック磁束量すなわちD/A
変換器8の出力を計測することにより入力磁束の大きさ
の測定ができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SQU
ID磁束計の磁束感度は閾値曲線の傾き(dI/dΦ)
に比例するが、従来のSQUID磁束計は図3(a)の
閾値曲線の傾きのゆるやかな側の動作点を使っているた
め、磁束感度が悪くなりSN比が低下するという問題点
があった。本発明は、パルス動作SQUID磁束計の磁
束感度およびSN比を向上させることを目的とするもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のSQUID駆動
回路は、外部磁界を検出する検出コイルと、外部磁界の
変化に対応してパルスを発生させるdcSQUIDと、
前記検出コイルによって検出された外部磁界を前記dc
SQUIDと結合するための入力コイルと、前記dcS
QUIDに電流を供給するバイアス電流源と、前記dc
SQUIDと結合するフィードバックコイルとを有し、
前記フィードバックコイルにフィードバックループ電流
を流し、外部磁束の変化と反対向きの磁束をSQUID
に作ることによって、入力磁束の測定を行うSQUID
駆動回路において、前記dcSQUIDと結合したバイ
アスコイルを備え、このバイアスコイルに、前記dcS
QUIDに流れるバイアス電流と同期したバイアス電流
を供給するように構成される。
【0008】
【作用】本発明は、バイアス電流によって駆動されるバ
イアスコイルをdcSQUIDと結合させ、ACバイア
ス電流に同期したACバイアス磁束をバイアスコイルに
よってdcSQUIDに誘導することによって、dcS
QUIDの動作点が閾値曲線の傾きの急な側になるよう
にして、SQUID磁束計の感度およびSN比を向上さ
せるようにしたものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明する
。図1は本発明の第1の実施例を示すブロック図である
。図1において本発明の特徴であるバイアスコイル4を
除いては従来の回路(図4)と同一である。図1でバイ
アス電流源6から出力されるACバイアス電流は、バイ
アスコイル4を経由してdcSQUID3に供給される
。この時ACバイアス磁束はdcSQUID3に発生す
る磁束と同期している。バイアスコイル4のインダクタ
ンスを適当な値に選ぶとdcSQUIDの動作点を閾値
曲線の傾きの急な側にすることができる。これについて
以下詳細に説明する。
【0010】図2は本発明の一実施例のパルス動作SQ
UID磁束計の動作原理図である。図2においてACバ
イアス磁束はdcSQUID3に発生する磁束と同期し
ている。このため動作曲線はI−Φ座標軸上で破線のよ
うに右下がりの斜線になる。したがって、この斜線と閾
値曲線とが交差する点は閾値曲線上の傾斜が急な部分に
なる。これを以下に詳しく説明する。図1において、バ
イアスコイル4に対抗するdcSQUID3中のコイル
はSQUIDリングを等価的に表したものであり、その
巻き数は通常1である。dcSQUIDに誘導される磁
束Φは次のように表される。 Φ=MI=k×square root(L1×L2)
ただし  、M  :バイアスコイル4とdcSQUI
Dリングとの相互インダクタンス I  :バイアスコイル4を流れる電流L1:dcSQ
UIDリングの自己インダクタンスL2:バイアスコイ
ル4の自己インダクタンスここでdcSQUIDリング
のインダクタンスはその形状と面積によって一義的に決
まってしまう。したがって、バイアスコイルのインダク
タンスを適当に選べば、dcSQUID3に誘導される
磁束の大きさΦを閾値曲線の傾斜が急な部分に持ってく
ることができる。すなわち、従来のバイアスコイル4が
なかった回路と比べると、本発明では閾値曲線の傾斜が
急になったためにdI/dΦの値が大きくなり、小さい
外部磁界の変化で、電圧状態から超伝導状態に遷移が起
こるようになる。したがって、測定磁束感度が向上する
ことになる。
【0011】dcSQUIDの出力パルスは、従来技術
と同様にカウンタ7によってディジタル積分され、この
カウンタ7の出力はD/A変換器8でアナログ信号に変
換される。その後、D/A変換器8の出力によってフィ
ードバック抵抗9とフィードバックコイル5からなるフ
ィードバック回路に電流が供給され、dcSQUIDに
入力する入力磁束を打ち消す。従来の回路で説明したよ
うに、前記のフィードバック回路は、いわゆる零点検出
回路である。したがって、入力磁束を打ち消すフィード
バック磁束量、すなわちD/A変換器8の出力を計測す
ることにより入力磁束の測定がおこなえる。なお、AC
バイアス電流の波形は図1のような三角波のほか、方形
波、正弦波のような波形であってもよい。
【0012】図5は本発明の第2の実施例を示すブロッ
ク図である。図5においてはバイアスコイル4に電流を
供給するバイアス電流源12をdcSQUID3に電流
を供給するバイアス電流源6とは別に設け、バイアス電
流源6とバイアス電流源12とを同期回路13によって
同期させている。図5でバイアス電流源6から出力され
るバイアス電流は、dcSQUID3に供給される。バ
イアス電流源12から出力されるバイアス電流はバイア
スコイル4に供給される。この時バイアスコイルにより
発生するバイアス磁束はバイアス電流源6によってdc
SQUID3に発生する磁束と同期するように同期回路
13によって設定されるので、バイアスコイル4のイン
ダクタンスを適当な値に選ぶとdcSQUIDの動作点
を閾値曲線の傾きの急な側にすることができる。第2の
実施例においても、第1の実施例で述べたように、従来
のバイアスコイル4がなかった回路と比べると動作点が
閾値曲線の傾斜が急な点にくるために(dI/dΦ)の
値が大きくなり、小さい外部磁界の変化で、超伝導状態
から電圧状態に遷移が起こる。したがって、計測磁束感
度が向上することになる。動作原理は、第1の実施例で
説明したことと同じであるので説明を省略する。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルス動作dcSQUIDにおいて、動作点を閾値曲線
の傾きの急な側にすることによって、磁束感度を向上さ
せ、したがって、SN比を向上できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のパルス動作SQUID磁束
計の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例のパルス動作SQUID磁束
計の動作原理図である。
【図3】従来のSQUID磁束計の動作原理図である。
【図4】従来のSQUID磁束計のブロック図である。
【図5】本発明の他の実施例のパルス動作SQUID磁
束計の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1    検出コイル 2    入力コイル 3    dcSQUID 4    バイアスコイル 5    フィードバックコイル 6    バイアス電流源 7    カウンタ 8    D/A変換器 9    フィードバック抵抗 10    ディジタル出力 11    アナログ出力 12    バイアス電流源 13    同期回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外部磁界を検出する検出コイルと、前記外
    部磁界の変化に対応してパルスを発生させる超伝導量子
    干渉計(dcSQUID)と、前記検出コイルによって
    検出された外部磁界を前記dcSQUIDと結合するた
    めの入力コイルと、前記したdcSQUIDに電流を供
    給するバイアス電流源と、前記dcSQUIDと結合す
    るフィードバックコイルとを有し、前記フィードバック
    コイルにフィードバックループ電流を流し、外部磁束の
    変化と反対向きの磁束をSQUIDに作ることにより入
    力磁束の測定を行うSQUID駆動回路において、前記
    dcSQUIDと結合したバイアスコイルを備え、この
    バイアスコイルに、前記dcSQUIDに流れるバイア
    ス電流と同期したバイアス電流を供給することを特徴と
    するSQUID駆動回路。
  2. 【請求項2】前記バイアスコイルに電流を供給する独立
    したバイアス電流源と、前記バイアスコイルに電流を供
    給するバイアス電流源の電流をdcSQUIDに電流を
    供給するバイアス電流源の電流と同期させる同期回路と
    、を備えたことを特徴とする請求項1のSQUID駆動
    回路。
JP3033392A 1991-02-04 1991-02-04 Squid駆動回路 Expired - Lifetime JPH0778527B2 (ja)

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JPH04357482A true JPH04357482A (ja) 1992-12-10
JPH0778527B2 JPH0778527B2 (ja) 1995-08-23

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0792247A (ja) * 1993-09-22 1995-04-07 Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk Squidマグネトメータ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63290979A (ja) * 1987-05-22 1988-11-28 Fujitsu Ltd 超伝導量子干渉素子

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JPH0778527B2 (ja) 1995-08-23

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