JPH06324129A

JPH06324129A - 磁束変化量測定方法

Info

Publication number: JPH06324129A
Application number: JP5132416A
Authority: JP
Inventors: Takanori Komuro; 貴紀小室
Original assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
Current assignee: CHODENDO SENSOR KENKYUSHO KK
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0812233B2

Abstract

(57)【要約】【目的】回路特性に起因した応答速度の制限や回路内
ノイズによる影響を受ける帰還回路を用いずに、ＳＱＵ
ＩＤによる磁束変化量の測定を可能とする。【構成】外部磁束がＡ−Ｂの第１領域においては略々
線形と看做せるＳＱＵＩＤ１出力を用い、外部磁束がＢ
−Ｃの第２領域においては略々線形と看做せるＳＱＵＩ
Ｄ２出力を用い、外部磁束がＣ−Ｄの第３領域において
は略々線形と看做せるＳＱＵＩＤ１出力を用い、外部磁
束がＤ−Ａ′の第４領域においては略々線形と看做せる
ＳＱＵＩＤ２出力を用いることで、ＳＱＵＩＤ出力の変
化量を磁束変化量に略々比例した値として得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅ
ｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆ
ｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ：超伝導量子干渉デバイ
ス）を用いて生体磁気信号等による微小な磁場の変化
（磁束変化）を測定する磁束変化量測定方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】超伝導リングに２個のジョセフソン接合
を含むｄｃＳＱＵＩＤ（電圧出力型ＳＱＵＩＤ）や超伝
導リングに１個のジョセフソン接合を含むｒｆＳＱＵＩ
Ｄ（周波数出力型ＳＱＵＩＤ）を用いたＳＱＵＩＤ磁束
計によれば、数十ｐＴ程度の微小な磁界を検出できるこ
とから、心磁波や脳磁波といった生体磁気信号の測定に
用いられると共に、高精度の電流計や電圧計等にも応用
されている。斯かる磁気計測に用いられるＳＱＵＩＤ
は、ＳＱＵＩＤリングに外部磁束が作用すると、量子磁
束Φ0 周期毎に一定の波形を繰り返す変化出力が得られ
るという特徴を有し、この変化出力の繰り返し回数ｎを
計数することによって、当該ＳＱＵＩＤリングに作用し
た外部磁束（信号磁束Φs ）を量子磁束Φ0 のｎ倍とし
て測定できるのである。

【０００３】なお、量子磁束Φ0 を基準として外部磁束
の測定を行う場合には、量子磁束Φ0 以上の測定精度が
得られないし、ＳＱＵＩＤの波形にはＳＱＵＩＤ出力と
磁束変化とが略々比例する看做し得る線形部分と比例し
ていない非線形部分とがあるために、信号磁束Φs が非
線形部分で微少振動しているような場合には、信号磁束
Φs に比例した変化出力が得られない。そこで、信号磁
束Φs に比例した出力が得られる（磁束と出力との関係
を線形化する）ものとして、帰還回路を用いたＳＱＵＩ
Ｄ磁束計が用いられている。斯かる帰還型ＳＱＵＩＤ磁
束計の一例として、ＦＬＬ（ＦｌａｘＬｏｃｋｅｄ
Ｌｏｏｐ）方式による電圧出力型ＳＱＵＩＤ駆動回路を
図１４に示す。また、方形波磁場で電圧出力型ＳＱＵＩ
Ｄを変調する場合の出力電圧と外部磁束との関係を図１
５に示す。

【０００４】図１５において、Φs は信号磁束であり、
バイアス磁束Φb と周波数ｆの変調用方形波磁束±Φm
を印加するものとし、磁束の時間変化をｙ軸の負の方向
に、出力電圧の時間変化をｘ軸の性の方向にとってあ
る。先ず、図１５（ａ）は信号磁束Φs が０のときを示
し、Φb をｎΦ0 または（ｎ＋１／２）Φ0 となるよう
に調整されると共に、Φm を最も磁場電圧変換係数が大
きくなるように調整される。なお、ｎは整数である。よ
って、信号磁束Φs が０のときには、Φb ±Φmが（２
ｎ±１）Φ0 ／４にバイアスされ、電圧出力型ＳＱＵＩ
Ｄの両端の出力電圧は時間的に一定となる（図１５
（ａ）においてｔ＝Ｖo ）。そして、信号磁束Φs が加
わると、電圧出力型ＳＱＵＩＤから変調周波数と同じ周
波数の方形波電圧が出力として得られる（図１５（ｂ）
参照）。

【０００５】上記の如く、信号磁束Φs が入力コイル５
１より電圧出力型ＳＱＵＩＤ５２に加わることで、電圧
出力型ＳＱＵＩＤ５２の両端に現れる電圧は、超伝導ト
ランス５３と前置増幅器５４により増幅された後、変調
信号発振器５５の発信周波数に基づいてロックイン検出
器５６にロックイン検出される。なお、上記超伝導トラ
ンス５３は信号増幅と同時に、前置増幅器５４とのイン
ピーダンス整合を図るものである。上記ロックイン検出
器５６よりの出力信号は積分増幅器５７を通じて変調・
帰還コイル５８へ帰還される。すなわち、電圧出力型Ｓ
ＱＵＩＤ５２のリング内のバイアス磁束は、この帰還回
路のために常にΦb に固定されるのである。従って、帰
還回路中に抵抗Ｒを接続し、その両端の電圧を出力電圧
として記録することにより、変調・帰還コイル５８に流
れる電流を求めることができ、この変調・帰還コイル５
８に流れる電流と、該変調・帰還コイル５８よりＳＱＵ
ＩＤリングに印加される磁束とが比例関係にあることに
基づいて、電圧出力型ＳＱＵＩＤの出力が線形化された
こととなる。斯くして、帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計によれ
ば、信号磁束Φs が量子磁束Φ0 の整数倍でなくとも、
外部磁束の変化量に比例したＳＱＵＩＤの変化出力を得
ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した帰還
型ＳＱＵＩＤ磁束計の如く、帰還回路を用いた磁束変化
量測定方法では、帰還回路を用いる必要があるために、
帰還回路に要する配線を、各種電子回路の設置される常
温室からＳＱＵＩＤの蔵される極低温のクライオスタッ
トへ導出しなければならず、必然的に配線長が長くな
り、この配線を介してクライオスタットへ流入する熱量
が増大することで、ＳＱＵＩＤの冷却に要する負担が増
大してしまう。

【０００７】加えて、上記した帰還回路を用いた磁束変
化量測定方法においては、帰還回路等の回路特性に起因
して応答速度が制限されるために、外部磁束の変化が早
い場合には、帰還回路の応答速度が追随できなくなって
しまう。そして、信号磁束と帰還磁束との差がΦ0 ／４
に達すると、ＦＬＬ回路は働かなくなってしまう。ま
た、ＦＬＬ回路への最大許容入力レベルに制限があるた
め、入力レベルに対して回路内ノイズが大きな影響を与
えてしまう可能性もある。

【０００８】そこで、本発明は、外部磁束変化の速さに
十分追随できると共に、ＳＱＵＩＤ出力の持つ非線形性
を良好に補完でき、ＳＱＵＩＤ出力が回路内ノイズによ
る影響を受けず、しかもＳＱＵＩＤの冷却負担を軽減で
きる磁束変化量測定方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】ＳＱＵＩＤリングに作用
する磁束の変化に対応して、線形出力部分と非線形出力
部分とが交互に生ずる変化波形が量子磁束周期毎に繰り
返される主ＳＱＵＩＤ出力と、この主ＳＱＵＩＤ出力と
磁気的動作点を異ならしめることで主ＳＱＵＩＤ出力の
非線形部分において線形出力が得られるようにした副Ｓ
ＱＵＩＤ出力とを用いて、計測基準時に線形出力が得ら
れる主ＳＱＵＩＤ出力または副ＳＱＵＩＤ出力の値たる
計測基準値に対する主ＳＱＵＩＤ出力および副ＳＱＵＩ
Ｄ出力の線形部分における相対的なＳＱＵＩＤ出力変化
量を求め、ＳＱＵＩＤの線形特性に基づいてＳＱＵＩＤ
出力変化量から磁束変化量を得るようにした。

【００１０】

【作用】外部磁束の測定時における主ＳＱＵＩＤ出力が
特性波形の非線形部分に該当する場合には、副ＳＱＵＩ
Ｄ出力が特性波形の線形部分に該当するので、副ＳＱＵ
ＩＤ出力におけるＳＱＵＩＤ出力変化量を得ることがで
き、外部磁束の測定時における副ＳＱＵＩＤ出力が特性
波形の非線形部分に該当する場合には、主ＳＱＵＩＤ出
力が特性波形の線形部分に該当するので、主ＳＱＵＩＤ
出力におけるＳＱＵＩＤ出力変化量を求めることができ
る。そして、計測基準時におけるＳＱＵＩＤ出力に対す
るＳＱＵＩＤ出力変化量を求めることにより、ＳＱＵＩ
Ｄ出力変化量と磁束変化量とが略々比例する線形特性に
基づいて、計測基準時における磁束に対して変化した磁
束変化量を得ることができる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明に係る磁束変化量測定方法の概
要を添付図面に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に示すのは、例えばｄｃＳＱＵＩＤを
用いることで、磁束変化に対応した電圧の変化を得るこ
とが可能な第１ＳＱＵＩＤから得られる変化波形（ＳＱ
ＵＩＤ１出力）と、該ＳＱＵＩＤ１出力と磁気的動作点
をΦ0 ／４だけ異ならしめた第２ＳＱＵＩＤから得られ
る変化波形（ＳＱＵＩＤ２出力）とについて、外部磁束
変化に対する変化状態を示した特性波形図である。本図
において、ＳＱＵＩＤ１出力とＳＱＵＩＤ２出力は、各
ＳＱＵＩＤ出力の変化が外部磁束に略々比例すると看做
し得る線形部分と、其れ以外の非線形部分とに区分可能
であり、線形部分と非線形部分とはΦ0 ／４毎に交互に
生ずる。

【００１３】なお、本来のＳＱＵＩＤ出力は正弦波に近
いため、図１の波形における線形部分においても、厳密
にはＳＱＵＩＤ出力変化量と磁束変化量とが正比例して
いる訳ではないが、ＳＱＵＩＤ出力を用いた磁束変化測
定において実用に供し得る程度の線形特性を確保できる
領域がΦ0 ／４毎に得られるものとした。すなわち、Ｓ
ＱＵＩＤ１出力においては出力電圧がＶth1 およびＶtl
1 を閾値として、この範囲内において線形出力が得られ
る不飽和領域、この範囲を越える部分では非線形出力に
なる飽和領域と設定し、ＳＱＵＩＤ２出力においては出
力電圧がＶth2およびＶtl2 を閾値として、この範囲内
において線形出力が得られる不飽和領域、この範囲を越
える部分では非線形出力になる飽和領域と設定した。従
って、不飽和領域におけるＳＱＵＩＤ１出力およびＳＱ
ＵＩＤ２出力は、各々外部磁束との間に比例関係が成立
する。

【００１４】ここで、ＳＱＵＩＤ１出力のＶth1 ＝α，
Ｖtl1 ＝βと仮定すると、関係式Ｖ＝ｋΦ（ＳＱＵＩＤ
の出力電圧変化量＝ｋ×外部磁束変化量）に対して、α
−β＝ｋ×Φ0 ／４が成立し、ｋ＝４（α−β）／Φ0
が得られる。

【００１５】さらに、同一特性の２つＳＱＵＩＤを、各
々第１ＳＱＵＩＤと第２ＳＱＵＩＤとして用いれば、量
ＳＱＵＩＤ出力の波形特性が一致するので、Ｖth1 ＝Ｖ
th2＝α，Ｖtl1 ＝Ｖtl2 ＝βとなりと、ＳＱＵＩＤ１
において線形出力が得られるＡ−Ｂ間でＳＱＵＩＤ１出
力はα−βだけ増加し、ＳＱＵＩＤ２において線形出力
が得られるＢ−Ｃ間でＳＱＵＩＤ２出力はα−βだけ増
加する。すなわち、外部磁束がＡからＣに変化する間
（Φ0 ／２だけ増加する間）に、ＳＱＵＩＤ１出力とＳ
ＱＵＩＤ２出力は各々（α−β）だけ増加するので、２
（α−β）＝ｋ′×Φ0 ／２の関係式に基づいてｋ′を
求めると、ｋ′＝４（α−β）／Φ0 ＝ｋとなって、Ｓ
ＱＵＩＤ１出力の線形特性のみから得た比例定数ｋと一
致することが分かる。

【００１６】次に、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ′と外部磁束が
変化する場合を考える。ＳＱＵＩＤ１出力が線形出力と
して得られるＡ−Ｂ間の第１領域と、ＳＱＵＩＤ２出力
が線形出力として得られるＢ−Ｃ間の第２領域とは、上
述した如く各々（α−β）だけ増加するが、ＳＱＵＩＤ
１出力が線形出力として得られるＣ−Ｄ間の第３領域
と、ＳＱＵＩＤ２出力が線形出力として得られるＤ−
Ａ′間の第４領域とにおいては、各々（α−β）づつ減
少してる。このため、第３領域または第４領域における
Ｖ＝ｋ″Φから比例定数ｋ″を求めると、ｋ″＝４（β
−α）／Φ0 ＝−４（α−β）／Φ0 となり、ｋ″＝−
ｋが得られる。よって、第３領域と第４領域におけるＳ
ＱＵＩＤ出力の変化量は、極性を変えて反転させれば、
Ｖ＝ｋΦの関係式に当てはめられることが分かる。すな
わち、２（α−β）＋｛−２（β−α）｝＝ｋ×４（Φ
0 ／４）から、ｋ＝４（α−β）／Φ0 が得られる。

【００１７】なお、磁束変化に応じた電圧変化を得られ
るｄｃＳＱＵＩＤにおいては、量子磁束Φ0 毎に同一波
形が繰り返されるので、計測基準時における外部磁束が
Ａ′であっても、Ｂ′，Ｃ′，Ｄ′…であっても、同一
の比例定数ｋを以て磁束変化量を求めることができる。

【００１８】上述したように、主ＳＱＵＩＤ出力として
のＳＱＵＩＤ１出力と、このＳＱＵＩＤ１出力に対して
Φ0 ／４だけ磁気的動作点を異ならしめた副ＳＱＵＩＤ
としてのＳＱＵＩＤ２出力とを用い、例えば計測基準時
におけるＳＱＵＩＤ出力に対する相対的な変化量を求め
ることで、ＳＱＵＩＤの線形特性に基づく既知の比例定
数ｋを用いて、外部磁束の変化量を得ることが可能とな
るのである。

【００１９】したがって、帰還回路を用いる従来の磁束
変化量測定方法の如く、帰還回路用の配線を設ける必要
がないので、各種電子回路の設置される常温室からＳＱ
ＵＩＤの蔵される極低温のクライオスタットへ至る配線
数を減らせると共に、その配線長を短くでき、配線を介
してクライオスタットへ流入する熱量を減少させること
で、ＳＱＵＩＤの冷却に要する負担を軽減できるのであ
る。

【００２０】加えて、従来の帰還回路を用い磁束変化量
測定方法のように、回路特性に起因して応答速度が制限
されることがないので、外部磁束の変化が早い場合に
も、計測時間の間隔を短くすることで（単位時間当たり
の測定回数を増やすことで）十分に対応でき、計測に対
する信頼性を高めることができる。無論、帰還回路を用
いないので、信号磁束と帰還磁束との差がΦ0 ／４に達
してＦＬＬ回路はが働かなくなるような帰還型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計のような欠点もない。また、ＦＬＬ回路への最
大許容入力レベルの制限も無いことから、許容入力を大
きくとれるので、ＳＱＵＩＤを高感度化することにより
回路内ノイズの影響を低減することが可能となる。

【００２１】なお、上記の説明においては、主ＳＱＵＩ
Ｄ出力としてのＳＱＵＩＤ１出力と、副ＳＱＵＩＤ出力
としてのＳＱＵＩＤ出力２のみを用いてＳＱＵＩＤ出力
変化量を求めるものとしたので、Φ−Ｖの比例定数が負
になる第３領域および第４領域においては、各々極性を
反転させて出力変化量を得る必要があったが、例えば、
主ＳＱＵＩＤに対してΦ0 ／４動作点が異なる第１副Ｓ
ＱＵＩＤと、主ＳＱＵＩＤに対してΦ0 ／２動作点が異
なる第２副ＳＱＵＩＤと、主ＳＱＵＩＤに対して３Φ0
／４動作点が異なる第３副ＳＱＵＩＤを用いるものとす
れば、Φ0 ／４毎に各ＳＱＵＩＤ出力の変化量を加算す
るだけの構成にできる。また、各ＳＱＵＩＤには当該素
子固有の特性に起因する誤差が介在し得るので、主ＳＱ
ＵＩＤおよび副ＳＱＵＩＤ毎に、線形・非線形領域の閾
値たるＶth，Ｖtlおよび比例定数ｋを個別に用いて磁束
変化量を求めるようにしても良い。

【００２２】次に、ＳＱＵＩＤ１出力とＳＱＵＩＤ２出
力とから出力変化量を求める具体例に付き説明する。な
お、外部磁束の変化量が各ＳＱＵＩＤ出力の線形出力部
分に対して微小な範囲内であったならば、計測基準時に
線形出力が得られるＳＱＵＩＤ出力を用いて磁束変化量
を求めることができるが、磁束変化量が大きい場合や、
計測基準時におけるＳＱＵＩＤ出力が当該ＳＱＵＩＤの
閾値近傍であった場合には、ＳＱＵＩＤ出力変化量を得
るためのＳＱＵＩＤを適宜に切り換える必要が生ずる。

【００２３】図２は、上記図１のＳＱＵＩＤ１，２出力
の特性波形の一部を拡大したものである。例えば、計測
基準時における外部磁束の値がＡであり、その後に外部
磁束の値がＢに変化する場合を考える。ここで、ＳＱＵ
ＩＤ１出力のＳＱＵＩＤ出力変化量がΔＶ1 に増加する
と、線形領域と非線形領域との閾値たるＶth1 に至るの
で、ＳＱＵＩＤ２出力に切り換える必要がある。このと
き、ＳＱＵＩＤ１出力からＳＱＵＩＤ２出力へ切り換え
る場合、ＳＱＵＩＤ１出力でのＳＱＵＩＤ出力変化量を
ΔＶ1 として記憶することと併せて、切換時のＳＱＵＩ
Ｄ２出力の値Ｖtl2 も記憶する必要がある。そして、外
部磁束の値がＢに到達したとき、ＳＱＵＩＤ出力切換の
際に記憶したＶtl2 と現時点におけるＳＱＵＩＤ２出力
との差がΔＶ2 となる。従って、ΔＶ1 とΔＶ2 との加
算値がＳＱＵＩＤ出力変化量となり、この（ΔＶ1 ＋Δ
Ｖ2 ）からＡ−Ｂ間の磁束変化量を求めることができる
のである。

【００２４】また、外部磁束の値がＢからＣに変化する
場合にも、上記と同様にＳＱＵＩＤ２出力のＳＱＵＩＤ
出力変化量がΔＶ3 に増加してＳＱＵＩＤ１出力に切り
換えるときに、ＳＱＵＩＤ２出力でのＳＱＵＩＤ出力変
化量をΔＶ3 として記憶保持することと併せて、切換時
のＳＱＵＩＤ１出力の値Ｖth1 も記憶する。そして、外
部磁束の値がＣに到達したとき、ＳＱＵＩＤ出力切換の
際に記憶したＶth1 と現時点における出力との差（絶対
値）がΔＶ4 となるので、（ΔＶ3 ＋ΔＶ4 ）からＢ−
Ｃ間の磁束変化量を求めることができるのである。

【００２５】なお、ＳＱＵＩＤ出力変化量を求めるＳＱ
ＵＩＤの切換を行うタイミングは、特に限定されるもの
ではないが、例えば、一定時間毎にＳＱＵＩＤ出力を計
測結果として読み取る定時計測とは別に、第１ＳＱＵＩ
Ｄまたは第２ＳＱＵＩＤの波形特性が飽和領域に到達し
ているか否かを常時計測するようにしておき、飽和領域
到達を検出すると、直ちにＳＱＵＩＤの切換を行うと共
に各計測値を記憶するように構成すれば、飽和領域にお
ける測定値が混在しないので、計測精度を向上させるこ
とができる。しかしながら、外部磁束の変化速度に対し
て十分に短い時間毎に定時計測を行うものとすれば、こ
の混入誤差は無視し得る程度の極く微量に止めることが
できる。

【００２６】図３に示すのは、上記した本発明に係る磁
束変化量測定方法を具現化し得るＳＱＵＩＤ磁束計の第
１の実施例である。

【００２７】このＳＱＵＩＤ磁束計１は、ピックアップ
コイル２によって検出した外部磁束を第１インプットコ
イル３ａおよび第２インプットコイル３ｂを介して、第
１のｄｃＳＱＵＩＤたるＳＱＵＩＤ１と第２のｄｃＳＱ
ＵＩＤたるＳＱＵＩＤ２へ各々供給するものとしてあ
る。なお、第１インプットコイル３ａと第２インプット
コイル３ｂの巻線比は等しく設定してあり、ピックアッ
プコイル２の検出する磁束変化に対して、ＳＱＵＩＤ１
とＳＱＵＩＤ２は等しい磁束変化を検出するものとして
ある。また、ＳＱＵＩＤ１およびＳＱＵＩＤ２には各々
図示を省略したバイアス電流を供給する。さらに、ＳＱ
ＵＩＤ１とＳＱＵＩＤ２は略々同一の特性が得られるも
のを選定しすると共に、ＳＱＵＩＤ２に対してはＳＱＵ
ＩＤ１と磁気的な動作点がΦ0 ／４だけ異なるようにオ
フセット電流で調整してある。

【００２８】而して、ＳＱＵＩＤ１出力は第１飽和判定
手段４に、ＳＱＵＩＤ２出力は第２飽和判定手段５に各
々供給するものとしてあり、各飽和判定手段４，５によ
って、ＳＱＵＩＤ１，２の出力が飽和領域にあることを
検出する。例えば、第１飽和判定手段４は、ＳＱＵＩＤ
１出力がＶth1 を越えた場合に出力が得られる第１コン
パレータ４ａと、ＳＱＵＩＤ１出力がＶtl1 よりも低く
なった場合に出力が得られる第２コンパレータ４ｂとか
ら構成し、第２飽和判定手段５は、ＳＱＵＩＤ２出力が
Ｖth2 を越えた場合に出力が得られる第３コンパレータ
５ａと、ＳＱＵＩＤ２出力がＶtl2 よりも低くなった場
合に出力が得られる第４コンパレータ５ｂとから構成し
てある。

【００２９】また、ＳＱＵＩＤ１およびＳＱＵＩＤ２の
出力と上記第１，第２飽和判定手段の飽和判定出力は、
出力選択手段６に供給するものとしてあり、第１，第２
飽和判定手段４，５の飽和判定出力に基づいて、ＳＱＵ
ＩＤ出力を切り換えるのである。この出力選択手段６
は、例えば、第１スイッチ６ａ、第２スイッチ６ｂ、第
３スイッチ６ｃ、第４スイッチ６ｄよりなる４つの常開
接点を備えるものとしてあり、第１スイッチ６ａは第２
飽和判定手段５の第４コンパレータ５ｂの出力で、第２
スイッチ６ｂは第１飽和判定手段４の第１コンパレータ
４ａの出力で、第３スイッチ６ｃは第２飽和判定手段５
の第３コンパレータ５ａの出力で、第４スイッチ６ｄは
第１飽和判定手段４の第２コンパレータ４ｂの出力で、
各々閉成するものとしてある。

【００３０】上記出力選択手段６の第１スイッチ６ａが
閉成することによって出力されるＳＱＵＩＤ１出力は第
１領域変化量演算手段７ａへ、第２スイッチ６ｂが閉成
することによって出力されるＳＱＵＩＤ２出力は第２領
域変化量演算手段７ｂへ、第３スイッチ６ｃが閉成する
ことによって出力されるＳＱＵＩＤ１出力は第３領域変
化量演算手段７ｃへ、第４スイッチ６ｄが閉成すること
によって出力されるＳＱＵＩＤ２出力は第２領域変化量
演算手段７ｄへ各々供給されると共に、これら第１〜第
４スイッチ６ａ〜６ｄからの出力信号は、本ＳＱＵＩＤ
磁束計１において計測のタイミングを総括的に制御する
計測タイミング制御手段８にも供給するものとしてあ
る。そして、この計測タイミング制御手段８は、出力選
択手段６より出力された選択出力に応じて、第１〜第４
領域変化量演算手段７ａ〜７ｄに対し演算開始の指令等
を行うのである。

【００３１】上記計測タイミング制御手段８からの指令
に基づいてＳＱＵＩＤ出力の変化量を演算する第１〜第
４領域変化量演算手段７ａ〜７ｄは、ＳＱＵＩＤ出力変
化量の演算結果を変化量積算手段９へ出力するものとし
てあり、該変化量積算手段９が第１〜第４変化領域演算
手段７ａ〜７ｄより供給されたＳＱＵＩＤ出力変化量を
積算することで、例えば当該ＳＱＵＩＤ磁束計１での計
測を開始した計測基準時から相対的に変化したＳＱＵＩ
Ｄ出力の変化量を求めるのである。そして、この変化量
積算手段９での積算結果を磁束変化量換算手段１０が磁
束変化量に換算することで、計測基準時に対する磁束変
化量を計測出力として得ることが可能となる。なお、磁
束変化量の計測基準時を随意に変更するために、第１〜
第４領域変化量演算手段７ａ〜７ｄ，計測タイミング制
御手段８，変化量積算手段９，磁束変化量換算手段１０
を初期状態に復帰させるためのリセット手段を設けるよ
うに構成しても良い。

【００３２】次に、上記計測タイミング制御手段８によ
る第１〜第４領域変化量演算手段７ａ〜７ｄの演算制御
について詳述する。なお、第１領域変化量演算手段７ａ
によって演算するのは、ＳＱＵＩＤ１出力がＶtl1 から
Ｖth1 へ変化する間の不飽和領域（例えば図１における
Ａ−Ｂ間の領域）であり、第２領域変化量演算手段７ｂ
によって演算するのは、ＳＱＵＩＤ２出力がＶtl2 から
Ｖth2 へ変化する間の不飽和領域（例えば図１における
Ｂ−Ｃ間の領域）であり、第３領域変化量演算手段７ｃ
によって演算するのは、ＳＱＵＩＤ１出力がＶth1 から
Ｖtl1 へ変化する間の不飽和領域（例えば図１における
Ｃ−Ｄ間の領域）であり、第４領域変化量演算手段７ｄ
によって演算するのは、ＳＱＵＩＤ２出力がＶth2 から
Ｖtl2 へ変化する間の不飽和領域（例えば図１における
Ｄ−Ａ′間の領域）である。

【００３３】本実施例における計測タイミング制御手段
８は計時手段を備えるものとしてあり、出力選択手段６
によって選択されたＳＱＵＩＤ出力が供給されている第
１〜第４領域変化量演算手段７ａ〜７ｄの何れかに対し
て、一定時間毎に演算の実行を指令することで、定時計
測が可能となる。従って、本実施例のＳＱＵＩＤ磁束計
１においては、予め定めた一定時間毎に磁束変化量を計
測出力として得ることができる。なお、定時計測を行う
ための一定時間は、第１，第２インプットコイル３ａ，
３ｂに作用する磁束の標準的な変化速度に対して十分に
短い時間に設定しておけば、飽和判定に基づく選択出力
の切換に追随可能であるが、本実施例においては、出力
選択手段６によるＳＱＵＩＤ出力の切換動作が行われた
場合の各領域変化量演算手段７ａ〜７ｄに対する計測タ
イミング制御も、上記計測タイミング制御手段８が統括
的に行うものとしてある。

【００３４】例えば計測基準時において、第２ＳＱＵＩ
ＤのＳＱＵＩＤ２出力がＶtl2 よりも低いことに基づき
第４コンパレータ５ｂより信号が出力されることで第１
スイッチ６ａが閉成し、第１領域における計測が選択さ
れた場合、ＳＱＵＩＤ１出力が第１領域変化量演算手段
７ａおよび計測タイミング演算制御手段８に供給された
場合を想定する。ここで、先ず第１領域変化量演算手段
７ａはＳＱＵＩＤ出力変化量の演算を行うための基準値
として当該ＳＱＵＩＤ１出力を記憶する。なお、この第
１領域変化量演算手段７ａによる基準値の記憶動作は、
計測タイミング制御手段８からの制御信号によって為さ
れる構成としても、第１領域変化量演算手段７ａが独自
に実行する構成としても良い。

【００３５】上記のようにして、ＳＱＵＩＤ磁束計１に
よる計測が開始されてから定時計測を行う一定時間が経
過すると、計測タイミング制御手段８によって第１領域
変化量演算手段７ａに演算実行指令が発されると、該指
令を受けた第１領域変化量演算手段７ａは、演算指令受
信時のＳＱＵＩＤ１出力から記憶出力値（演算基準値と
して記憶したＳＱＵＩＤ１出力の値）を減算することで
変化量を演算し、該演算結果を変化量積算手段９へ出力
すると共に、上記演算指令受信時のＳＱＵＩＤ１出力を
新たな記憶出力値として記憶する。斯くして、次に計測
タイミング制御手段８より演算指令を受けた場合に、第
１領域変化量演算手段７ａは、この新たな記憶出力値に
基づいて、定時計測が行われる間に相対的に変化したＳ
ＱＵＩＤ出力変化量を演算できるのである。

【００３６】上記のような定時計測を繰り返す間に、Ｓ
ＱＵＩＤ１出力がＶth1 を越えることで飽和領域に到達
した場合、第２飽和判定手段５の第４コンパレータ５ｂ
の出力が停止すると共に、第１飽和判定手段４の第１コ
ンパレータ４ａより出力が行われるようになることで、
第１スイッチ６ａが開成すると共に第３スイッチ６ｂが
閉成する。この出力選択手段６によるＳＱＵＩＤ出力の
切換動作を検出すると、定時計測の時間に到達する前で
あっても、計測タイミング制御手段８は第１領域変化量
演算手段７ａに演算指令を出力し、第１領域変化量演算
手段７ａにＳＱＵＩＤ出力の変化量を演算させる。斯く
して、第１領域変化量演算手段７ａは、前回の定時計測
におけるＳＱＵＩＤ１出力の値からＳＱＵＩＤ１出力が
Ｖth1 に到達するまでに変化したＳＱＵＩＤ出力変化量
を演算し、変化量積算手段９へ出力するのである。

【００３７】なお、第１インプットコイル３ａと第２イ
ンプットコイル３ｂ或いはＳＱＵＩＤ１とＳＱＵＩＤ２
の諸特性を完全に一致させることは困難であるために、
ＳＱＵＩＤ１出力およびＳＱＵＩＤ２出力の変化に伴っ
て出力選択手段６が行う第１スイッチ６ａの開成動作と
第２スイッチ６ｂの閉成動作を、全く同時に行わせるこ
とは非常に困難であるために、出力選択手段６における
スイッチ切換のタイムラグに起因する誤差が介在するこ
ととなるが、斯かる誤差を無視し得る程度に抑えること
は可能である。しかしながら、頻繁に出力選択手段６に
よるスイッチ切換動作が行われた場合には、その度に誤
差が累積して行くこととなるために、測定精度に大きな
影響を及ぼすこととなる。

【００３８】斯かる不具合を防止するために、本実施例
においては、各スイッチ６ａ〜６ｄは、第１，第２飽和
判定手段４，５よりの飽和判定出力を受けて、閉状態か
ら開状態に復帰するまでに若干の遅延時間が生ずるよう
に構成しておくものとした。この構成によれば、ＳＱＵ
ＩＤ１出力が閾値電圧Ｖth1 を越えた状態を第１コンパ
レータ４ａが検出することで第２スイッチ６ｂを閉成す
る前に、ＳＱＵＩＤ２出力が閾値電圧Ｖtl2 を越えたこ
とを第４コンパレータ４ｄが検出していた場合において
も、第１スイッチ６ａが開成されることを防げる。そし
て、第２スイッチ１ｂの開成動作（ＳＱＵＩＤ２出力の
供給開始状態）を計測タイミング制御手段８が検出した
タイミングで、第１領域変化量演算手段７ａによる変化
量の演算動作と、第２領域変化量演算手段７ｂによる記
憶出力値の記憶動作とを同時に行わせるのである。

【００３９】斯くして、第１領域変化量演算手段７ａに
よる飽和領域に到達するまでのＳＱＵＩＤ出力変化量
と、ＳＱＵＩＤ１出力が上部飽和領域に到達することで
第２ＳＱＵＩＤに切り換えられた時点におけるＳＱＵＩ
Ｄ２出力値の記憶を略々同時に行えるので、ＳＱＵＩＤ
１出力に基づくＳＱＵＩＤ出力変化量の測定が行われて
いる間にＳＱＵＩＤ２での計測基準値が設定されること
で、本来のＳＱＵＩＤ出力変化量よりも多くなってしま
ったり、逆にＳＱＵＩＤ１出力に基づくＳＱＵＩＤ出力
変化量の測定が終了した後に時間差をおいてＳＱＵＩＤ
２出力での計測基準値が設定されることで、本来のＳＱ
ＵＩＤ出力変化量よりも少なくなってしまうようなこと
を防げるのである。これにより、第１ＳＱＵＩＤと第２
ＳＱＵＩＤの各出力を切り換える毎に、各領域変化量演
算手段７ａ〜７ｄが行う演算値や計測基準値としての記
憶出力値に誤差が生ずることを極力抑制し、計測精度の
良好な計測出力を得ることが可能となる。

【００４０】なお、ＳＱＵＩＤ１出力が供給されなくな
った第１領域変化量演算手段は、最後の演算値を変化量
積算手段９へ供給した後に初期状態へ復するものとし、
最後の演算に用いたＳＱＵＩＤ出力値を記憶出力値とし
て記憶しないものとする。そして、再びＳＱＵＩＤ出力
変化量の計測を開始する際に計測基準値を改めて記憶す
るのである。これらの記憶動作やリセット制御は、計測
タイミング制御手段８が制御するようにしても良いし、
各領域変化量演算手段７ａ〜７ｄが独自に実行するよう
にしても良い。

【００４１】上記と同様に、第２領域でのＳＱＵＩＤ出
力変化量測定から第３領域でのＳＱＵＩＤ出力変化量測
定に切り換える場合には、ＳＱＵＩＤ２出力が閾値電圧
Ｖth2 を越えたことを第３コンパレータ５ａが検出する
ことにより第３スイッチ６ｃが閉成するタイミングで、
第３領域でのＳＱＵＩＤ出力変化量測定から第４領域で
のＳＱＵＩＤ出力変化量測定に切り換える場合には、Ｓ
ＱＵＩＤ１出力が閾値電圧Ｖtl1 よりも低くなったこと
を第２コンパレータ４ｂが検出することにより第４スイ
ッチ４ｄが閉成するタイミングで、第４領域でのＳＱＵ
ＩＤ出力変化量測定から再び第１領域でのＳＱＵＩＤ出
力変化量測定に切り換える場合には、ＳＱＵＩＤ２出力
が閾値電圧Ｖtl2 よりも低くなったことを第４コンパレ
ータ４ｄが検出することにより第１スイッチ６ａが閉成
するタイミングで、各々の動作が行われる。

【００４２】なお、本実施例においては、第１〜第４領
域変化量演算手段７ａ〜７ｄによるＳＱＵＩＤ出力変化
量の演算方法を、「演算時におけるＳＱＵＩＤ出力値」
から「記憶出力値」を減算するように共通化してあるの
で、記憶出力値が演算時のＳＱＵＩＤ出力値よりも大き
くなる第３領域および第４領域においては、演算値の極
性を反転させて変化量積算手段９へ供給するものとし
た。しかしながら、第３領域変化量演算手段７ｃと第４
領域変化量演算手段７ｄにおける演算方法を「記憶出力
値」から「演算時におけるＳＱＵＩＤ出力値」を減算す
るように変更すれば、極性を変えること無く変化量積算
手段９へ供給するだけでよい。無論、第１〜第４領域変
化量演算手段７ａ〜７ｄよりの変化量を単純に積算する
変化量積算手段９を用いずに、変化量の極性を独自に判
断して加減算を適宜に行い得る演算手段を設けるように
してもよい。

【００４３】上記第１実施例においては、計測タイミン
グ制御手段８を用いることによって、定時計測を行うも
のとしたが、これに限定されるものではない。例えば、
図４に示す第２実施例においては、第１ＳＱＵＩＤのＳ
ＱＵＩＤ１出力をデジタル量に変換する第１アナログ−
デジタル変換器たるＡ／Ｄ１と、第２ＳＱＵＩＤのＳＱ
ＵＩＤ２出力をデジタル量に変換する第２アナログ−デ
ジタル変換器たるＡ／Ｄ２とを設けるものとし、Ａ／Ｄ
１とＡ／Ｄ２の変換タイミングを同期させることによっ
て、定時計測が可能となる。そして、Ａ／Ｄ１より出力
されたデジタル量は第１飽和判定手段４によって、Ａ／
Ｄ２より出力されたデジタル量は第２飽和判定手段５に
よって各々飽和判定され、これら第１，第２飽和判定手
段４，５の判定結果に基づいて、出力選択制御手段１１
が出力切換制御手段１２を制御することにより、第１〜
第４領域の何れかでのＳＱＵＩＤ出力変化量測定を選択
させるのである。

【００４４】また、図５に示す第３実施例のＳＱＵＩＤ
磁束計においては、ＳＱＵＩＤ１，ＳＱＵＩＤ２出力を
各々Ａ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２でデジタル量に変換した後に、
第１，第２飽和判定手段４，５で飽和判定を行ない、こ
れら第１，第２飽和判定手段４，５の判定結果に基づい
て、差分演算制御手段１３が差分演算値出力手段１４の
差分演算動作を制御することにより、該差分演算値出力
手段１４より第１〜第４領域に応じた差分演算値が出力
されるものとしてある。斯くして差分演算値出力手段１
４より出力された差分演算値に基づいて、ＳＱＵＩＤ出
力変化量計出手段１５が計測基準時に対するＳＱＵＩＤ
出力の相対的な変化量を計出し、該ＳＱＵＩＤ出力変化
量計出手段１５より供給されたＳＱＵＩＤ出力変化量か
ら磁束変化量換算手段１０が計測基準時に対する磁束変
化量を求めるのである。

【００４５】而して、この第３実施例に係るＳＱＵＩＤ
磁束計は、校正データ収集・記憶手段１６を備えるもの
としてあり、校正データ収集・記憶手段１６によってＳ
ＱＵＩＤ１出力およびＳＱＵＩＤ２出力の量子磁束周期
における周期特性をサンプリングし、各ＳＱＵＩＤ出力
の周期特性を各々記憶保持すると共に、記憶保持してい
る校正データを磁束変化量換算手段１０へ供給するので
ある。斯くして、各ＳＱＵＩＤ出力の校正データに基づ
き磁束変化量換算手段１０がＳＱＵＩＤ出力変化量から
磁束変化量を計出することにより、ＳＱＵＩＤ出力の非
線形性を補完して誤差の極めて少ない磁束変化量を得る
ことが可能となる。なお、校正データ収集・記憶手段１
６の記憶する校正データを差分演算値出力手段１４へ供
給し（図５においては破線で示す）、ＳＱＵＩＤ出力変
化量を校正することによって、磁束変化量とＳＱＵＩＤ
出力との比例関係が保持されるようにしても良い。

【００４６】上述した磁束変化量測定方法においては、
各ＳＱＵＩＤ出力の定時計測に対して、外部磁束の変化
速度が比較的緩やかな場合について説明したが、定時計
測を行う間に当該ＳＱＵＩＤに作用した磁束変化が大き
い場合には、主ＳＱＵＩＤ出力と副ＳＱＵＩＤ出力のみ
からでは磁束変化に伴うＳＱＵＩＤ出力の変化量を求め
られない場合がある。次に、この様な急激な磁束変化に
も対応可能な磁束変化量測定方法について説明する。

【００４７】図６に示すＳＱＵＩＤ１出力およびＳＱＵ
ＩＤ２出力は、上記と同様にΦ0 ／４だけ動作点を異な
らせてある。ここで、ＳＱＵＩＤ１出力における計測を
行なったＡ点から次の定時計測までに外部磁束がΦ0 ／
２増加してＢ点へ至った場合、ＳＱＵＩＤ１出力からＳ
ＱＵＩＤ２出力を経てＳＱＵＩＤ１出力へ戻った経過が
計測されていないために、Ａ点でのＳＱＵＩＤ１出力と
ＳＱＵＩＤ２出力とが等しかった場合には、Ａ−Ｂ間で
磁束変化が無かったこととなり、適正な磁束変化量の測
定を行えなくなってしまう。しかしながら、ＳＱＵＩＤ
１出力を得た際のＳＱＵＩＤ２出力の状態を用いれば、
ＳＱＵＩＤ１出力の増減を識別することが可能となる。
すなわち、Ａ点においてはＳＱＵＩＤ２出力が下部飽和
領域に有り、Ｂ点においてはＳＱＵＩＤ２出力が上部飽
和領域に有ることで、ＳＱＵＩＤ１出力の値が等しくて
も、磁束変化量がΦ0 ／２増加もしくは減少したことを
判別できるのである。

【００４８】上記のようなＳＱＵＩＤ出力判定を行う第
４実施例のＳＱＵＩＤ磁束計においては、ＳＱＵＩＤ１
出力とＳＱＵＩＤ２出力とが第１飽和判定手段４および
第２飽和判定手段５へ各々供給され、各飽和判定手段
４，５での判定結果が変化状態判定手段１７へ出力され
る。そして、変化状態判定手段１７が各ＳＱＵＩＤの飽
和領域における経時的な変化状態を判定し、判定結果を
差分演算値出力手段１４へ供給するのである。斯くする
ことによって、差分演算値出力手段１４は第１，第２Ｓ
ＱＵＩＤの何れか一方のＳＱＵＩＤ出力を連続して選択
した場合であっても、変化状態判定手段１７から受けた
他方のＳＱＵＩＤ出力の変化状態からΦ0／４を越える
急激な磁束変化を検出可能となるのである。

【００４９】しかしながら、上記のような方法によって
は、定時計測を行う間にΦ0 近い急激な磁束変化が生じ
た場合は検出できない。例えば図６において、Ａ点から
Ａ′点まで変化した場合、ＳＱＵＩＤ２出力によっても
変化状態を知ることができない。そこで、主ＳＱＵＩＤ
出力および副ＳＱＵＩＤ出力とは外部磁束に対する感度
を異ならしめた第３のＳＱＵＩＤを設けておき、このＳ
ＱＵＩＤ３出力の変化状態からＳＱＵＩＤ１出力および
ＳＱＵＩＤ２出力の変化量を適切に判断するのである。
例えば、Ａ点におけるＳＱＵＩＤ３出力がＶ1 であり、
Ｂ点におけるＳＱＵＩＤ３出力がＶ2 であれば、Ｖ1 ＜
Ｖ2 であることに基づいて、外部磁束は増加しているも
のと判定できる。同様に、Ａ点からＡ′点まで変化した
場合も、Ａ′点におけるＳＱＵＩＤ３出力がＶ3 である
ことから、外部磁束の増加を判定できる。

【００５０】上記した磁束変化量測定方法を具現化する
第５実施例のＳＱＵＩＤ磁束計は、図８に示すように、
ピックアップコイル２′で受けた外部磁束を、第１イン
プットコイル３ａ′から主ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩ
Ｄ１へ、第２インプットコイル３ｂ′から第１副ＳＱＵ
ＩＤとしてのＳＱＵＩＤ２へ、第３インプットコイル３
ｃ′から第２副ＳＱＵＩＤとしてのＳＱＵＩＤ３へ各々
入力するものとしてある。ここで、第１，第２インプッ
トコイル３ａ′，３ｂ′は共に巻線比を等しくすると共
に、第３インプットコイル３ｃ′は第１，第２インプッ
トコイル３ａ′，３ｂ′よりも少なくすることで、第３
インプットコイル３ｃ′からＳＱＵＩＤ３へ供給される
磁束を、ＳＱＵＩＤ１，ＳＱＵＩＤ２へ供給される磁束
よりも小ならしめるのである。

【００５１】斯くすることによって、ピックアップコイ
ル２′が感知した磁束変化に対するＳＱＵＩＤ１，２の
出力変化とＳＱＵＩＤ３の出力変化とを異ならしめるこ
とが可能となるのである。そして、ＳＱＵＩＤ３出力は
Ａ／Ｄ３でデジタル量に変換された後に変化状態判定手
段１７′へ供給され、該変化状態判定手段１７′によっ
外部磁束の変化状態を判定するのである。また、上記変
化状態判定手段１７′より供給されたＳＱＵＩＤ３の変
化情報によって、定時計測間における外部磁束の増減状
態に応じたＳＱＵＩＤ出力の差分を差分演算値出力手段
１４が演算するのである。

【００５２】なお、ＳＱＵＩＤ３出力が飽和領域に達し
た場合には、変化状態の判定が困難になることもある
が、例えばＳＱＵＩＤ３出力に対してΦ0 ／４だけ動作
点を異ならしめた第４のＳＱＵＩＤ出力を用いることに
よって、ＳＱＵＩＤ３出力の飽和領域における変化状態
をＳＱＵＩＤ４出力から得るようにすれば、第３，第４
ＳＱＵＩＤの出力によって相互に補完することが可能と
なる。

【００５３】上記した磁束変化計測方法においては、大
きな磁束変化に対応可能なようにＳＱＵＩＤ出力を用い
る場合について説明したが、次に、外部磁束が微小変化
するときのＳＱＵＩＤ出力変化量を良好に取得する場合
を説明する。

【００５４】図９のＳＱＵＩＤ１出力およびＳＱＵＩＤ
２出力は、動作点をΦ0 ／４異ならせてある。ここで、
外部磁束αにおいて、ＳＱＵＩＤ１出力は上部飽和領域
との閾値にあり、ＳＱＵＩＤ２出力は下部飽和領域との
閾値にあるため、このαを中心に外部磁束が微小変化す
るような場合には、ＳＱＵＩＤ１出力とＳＱＵＩＤ２出
力とを頻繁に切り換えなければならなくなる。そこで、
ＳＱＵＩＤ１出力もしくはＳＱＵＩＤ２出力と動作点を
±Φ0 ／８異ならしめたＳＱＵＩＤ３出力およびＳＱＵ
ＩＤ４出力を用いることにより、外部磁束がαを中心に
微小振動するような場合にはＳＱＵＩＤ３出力からＳＱ
ＵＩＤ出力変化量を、外部磁束がβを中心に微小振動す
るような場合にはＳＱＵＩＤ４出力からＳＱＵＩＤ出力
変化量を求めることが可能となる。

【００５５】斯かる磁束変化量測定方法を具現化する第
６実施例のＳＱＵＩＤ磁束計は、図１０に示すように、
動作点がΦ0 ／８づつ異なるように設定した第１〜第４
ＳＱＵＩＤを設け、ピックアップコイル２″に作用した
磁束変化を第１〜第４インプットコイル４ａ″〜４ｄ″
から各ＳＱＵＩＤへ作用させる。そして、各ＳＱＵＩＤ
出力はＡ／Ｄ１〜Ａ／Ｄ４でデジタル量に変換した後に
出力切換制御手段１８および変化範囲判定手段１９へ供
給する。各ＳＱＵＩＤ出力を受けた出力切換制御手段１
８は、例えば各ＳＱＵＩＤ出力の飽和判定も含めて何れ
のＳＱＵＩＤ出力を用いるかを制御するものとし、該出
力切換制御手段１８には変化範囲判定手段１９からの変
化範囲情報も供給される。

【００５６】上記変化範囲判定手段１９は各ＳＱＵＩＤ
出力の変化範囲を判定するもので、例えば、計時手段２
０が計時する所定時間継続して、ＳＱＵＩＤ出力の変化
範囲が予め定めた変化範囲内に収まっているＳＱＵＩＤ
出力の有無を判定し、斯かるＳＱＵＩＤ出力があると判
定した場合には、当該判定結果を出力切換制御手段１８
へ供給するのである。そして、該判定結果を受けた出力
切換制御手段１８は、判定結果に応じたＳＱＵＩＤ出力
を選択出力とするのである。なお、変化範囲判定手段１
９で判定する条件を満たすＳＱＵＩＤ出力が２つあった
場合には、これらＳＱＵＩＤ出力の何れか一方が選択出
力として選定されていれば、敢えて出力切換をさせない
ようにしてもよいし、非飽和領域の中心近傍に振動中心
のあるＳＱＵＩＤ出力を選択させるようにしても良い。

【００５７】なお、上記した磁束変化量測定方法は、動
作点をΦ0 ／４だけ異ならせた二組のＳＱＵＩＤ対を相
対的にΦ0 ／８ずらした場合に相当する。したがって、
各ＳＱＵＩＤ対ごとにＳＱＵＩＤ出力変化量を独立して
収集する上記第１〜第４実施例と同様な構成のＳＱＵＩ
Ｄ磁束計を各ＳＱＵＩＤ対毎に構成しておき、各ＳＱＵ
ＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ出力変化量の総和を求める段階
で、変化範囲判定手段１９が何れのＳＱＵＩＤ出力にお
ける出力変化量を用いるかを判定するようにしてもよ
い。

【００５８】また、上述した各実施例においては、主Ｓ
ＱＵＩＤ出力と副ＳＱＵＩＤ出力とを得るために２つ以
上のＳＱＵＩＤを用いるものとしたが、単一のＳＱＵＩ
Ｄから主・副ＳＱＵＩＤ出力を得るようにしても良い。
図１１に示すのは第７実施例に係るＳＱＵＩＤ磁束計で
あり、単一のＳＱＵＩＤによって主ＳＱＵＩＤ出力と副
ＳＱＵＩＤ出力とを得るものとしてある。

【００５９】本実施例においては、ＳＱＵＩＤ１へのオ
フセット電流を供給する線路中には、切換スイッチ２１
を設けてあり、該切換スイッチ２１によってＳＱＵＩＤ
出力を変化させるのである。この切換スイッチ２１の切
換タイミングを制御するのは計測タイミング制御手段２
２であり、例えばアナログ−デジタル変換器Ａ／Ｄのデ
ジタル量が出力される毎に切換スイッチ２１を動作させ
る。斯くすることで、Ａ／Ｄのデジタル変換タイミング
に同期させた切換スイッチ２１の切換制御が可能とな
り、主ＳＱＵＩＤ出力と副ＳＱＵＩＤ出力とが交互に得
られるのである。したがって、差分演算値出力手段１４
と飽和判定手段２３は、主ＳＱＵＩＤ出力と副ＳＱＵＩ
Ｄ出力を確実に識別でき、各ＳＱＵＩＤ出力ごとに飽和
領域の判定やＳＱＵＩＤ出力変化量の演算を行えるので
ある。

【００６０】なお、この第７実施例においてはＳＱＵＩ
Ｄが単一であるために、主ＳＱＵＩＤ出力と副ＳＱＵＩ
Ｄ出力とが得られる時間が異なってしまうために、外部
磁束の変化が極端に速い場合には、ＳＱＵＩＤ出力の変
化状態を正確に捉えることができなくなるが、アナログ
−デジタル変換器の変換速度が磁束変化に対して十分に
速い範囲においては実用に供し得る。

【００６１】また、上述した各実施例においては、磁束
変化に対応して量子磁束周期で一定波形の電圧出力が得
られるｄｃＳＱＵＩＤを用いる場合についてのみ説明し
たが、本発明に係る磁束変化量測定方法を具現化する上
では、外部磁束の変化に伴って一定周期ごとに同一波計
出力が得られるＳＱＵＩＤであれば良い。例えば、外部
磁束の変化に応じた周波数出力が得られるＲＯＳ（Ｒｅ
ｌａｘａｔｉｏｎＯｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＳＱＵＩ
Ｄ）を用いた場合には、上記各実施例のＳＱＵＩＤ出力
を周波数に置き換えることで対応できる。

【００６２】上記ＲＯＳは、図１２に示す等価回路のよ
うに、抵抗ＲとコイルＬとを並列に接続したものであ
り、ある条件の範囲内でバイアス電流を流すと、ＳＱＵ
ＩＤが発振を始めるのである。そして、このときの発振
周波数はＳＱＵＩＤリングを貫く磁束に対応して周期的
に変化するため、磁束の変化を周波数の変化として出力
させることができるのである（図１３を参照）。このよ
うに、出力が周波数で得られると、デジタル化が容易で
あると共に、周波数性ノイズは電流性・電圧性ノイズに
比べて本質的に小さいことから、高感度のＳＱＵＩＤと
することも可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る磁束
変化量測定方法によれば、外部磁束の測定時における主
ＳＱＵＩＤ出力が特性波形の非線形部分に該当する場合
には副ＳＱＵＩＤ出力を、外部磁束の測定時における副
ＳＱＵＩＤ出力が特性波形の非線形部分に該当する場合
には主ＳＱＵＩＤ出力を各々用いることで、計測基準時
におけるＳＱＵＩＤ出力に対するＳＱＵＩＤ出力変化量
を求めることが可能となるので、ＳＱＵＩＤ出力変化量
と磁束変化量とが略々比例する線形特性に基づいて、計
測基準時における磁束に対して相対的に変化した磁束変
化量を得ることができる。

【００６４】したがって、帰還回路を用いる従来の磁束
変化量測定方法の如く、帰還回路用の配線を設ける必要
がないので、各種電子回路の設置される常温室からＳＱ
ＵＩＤの蔵される極低温のクライオスタットへ至る配線
数を減らせると共に、その配線長を短くでき、配線を介
してクライオスタットへ流入する熱量を減少させること
で、ＳＱＵＩＤの冷却に要する負担を軽減できるのであ
る。

【００６５】加えて、従来の帰還回路を用い磁束変化量
測定方法のように、回路特性に起因して応答速度が制限
されることがないので、外部磁束の変化が早い場合に
も、計測時間の間隔を短くすることで（単位時間当たり
の測定回数を増やすことで）十分に対応でき、計測に対
する信頼性を高めることができる。無論、帰還回路を用
いないので、信号磁束と帰還磁束との差がΦ0 ／４に達
してＦＬＬ回路はが働かなくなるような帰還型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計のような欠点もない。また、ＦＬＬ回路への最
大許容入力レベルの制限も無いことから、許容入力を大
きくとれるので、ＳＱＵＩＤを高感度化することにより
回路内ノイズの影響を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＱＵＩＤ１におけるΦ−Ｖ特性とＳＱＵＩＤ
２におけるΦ−Ｖ特性を示す特性曲線図である。

【図２】図１の一部を拡大したＳＱＵＩＤ１とＳＱＵＩ
Ｄ２のΦ−Ｖ特性曲線図である。

【図３】第１実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計の
概略ブロック図である。

【図４】第２実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計の
概略ブロック図である。

【図５】第３実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計の
概略ブロック図である。

【図６】外部磁束変化に対する変化周期の等しいＳＱＵ
ＩＤ１およびＳＱＵＩＤ２と、ＳＱＵＩＤ１，２に対し
て変化周期の長いＳＱＵＩＤ３のΦ−Ｖ特性曲線図であ
る。

【図７】第４実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計の
概略ブロック図である。

【図８】第５実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計の
概略ブロック図である。

【図９】Φ0 ／８づつ動作点を異ならしめたＳＱＵＩＤ
１〜ＳＱＵＩＤ４のΦ−Ｖ特性曲線図である。

【図１０】第６実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計
の概略ブロック図である。

【図１１】第７実施例に係る無帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計
の概略ブロック図である。

【図１２】ＲＯＳの等化回路図である。

【図１３】ＲＯＳのΦ−Ｆ特性曲線図である。

【図１４】従来の帰還型ＳＱＵＩＤ磁束計におけるＦＬ
Ｌ方式による電圧出力型ＳＱＵＩＤ駆動回路の概略構成
図である。

【図１５】方形波磁場で電圧出力型ＳＱＵＩＤを変調す
る場合のＳＱＵＩＤの出力電圧と外部磁束との関係を示
す特性図で、（ａ）はΦs ＝０における特性曲線図、
（ｂ）はΦs ≠０における特性曲線図を示す。

【符号の説明】

１ＳＱＵＩＤ磁束計２ピックアップコイル３インプットコイル４第１飽和判定手段５第２飽和判定手段６出力選択手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳＱＵＩＤリングに作用する磁束の変化
に対応して、線形出力部分と非線形出力部分とが交互に
生ずる変化波形が量子磁束周期毎に繰り返される主ＳＱ
ＵＩＤ出力と、この主ＳＱＵＩＤ出力と磁気的動作点を
異ならしめることで主ＳＱＵＩＤ出力の非線形部分にお
いて線形出力が得られるようにした副ＳＱＵＩＤ出力と
を用いて、計測基準時に線形出力が得られる主ＳＱＵＩ
Ｄ出力または副ＳＱＵＩＤ出力の値たる計測基準値に対
する主ＳＱＵＩＤ出力および副ＳＱＵＩＤ出力の線形部
分における相対的なＳＱＵＩＤ出力変化量を求め、ＳＱ
ＵＩＤの線形特性に基づいてＳＱＵＩＤ出力変化量から
磁束変化量を得るようにしたことを特徴とする磁束変化
量測定方法。
【請求項２】２以上の副ＳＱＵＩＤ出力を用いて、計
測基準値に対するＳＱＵＩＤ出力変化量を求めるように
したことを特徴とする請求項１に記載の磁束変化量測定
方法。
【請求項３】主ＳＱＵＩＤ出力および副ＳＱＵＩＤ出
力の量子磁束周期における周期特性を予めサンプリング
し、各ＳＱＵＩＤ出力の周期特性を各々記憶保持し、各
ＳＱＵＩＤ出力の変化量に基づく磁束変化量を求める際
に、予めサンプリングした周期特性に基づいて校正する
ようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の磁束変化量測定方法。