JPH0792247A - Squidマグネトメータ - Google Patents
SquidマグネトメータInfo
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Abstract
SQUIDマグネトメータを提供する。 【構成】 一辺2mmの角型のSQUIDループを4個並
列接続し、計測しようとする磁場を直接SQUIDルー
プに結合させて磁場計測を行なう。バイアス電流注入位
置は非対称位置であり、加算正帰還も採用する。
Description
磁場等の生体磁場計測、または、地磁気計測、あるいは
物質の帯磁率計測、さらには磁気的信号を伝送する通信
装置用のインターフェイス等に適したSQUID(Supe
rconducting Quantum Interference Device :超伝導量
子干渉デバイス)マグネトメータに関する。ここに、S
QUIDとは、液体ヘリウムや液体窒素等により断熱容
器(クライオスタット等)内で低温状態に維持され、ル
ープ内に1又は複数のジョセフソン接合を含む超伝導ル
ープであるSQUIDループに直流電流をバイアス電流
として印加して駆動し、このSQUIDループ内に、ピ
ックアップコイル(検出コイル)や入力コイル等を介し
て外部からの磁束を結合して印加すると、SQUIDル
ープに周回電流が誘起され、ループ内のジョセフソン接
合における量子的な干渉効果により、印加された外部磁
束の微弱な変化を出力電圧の大きな変化に変換するトラ
ンスデューサとして動作することを利用して、微小磁束
変化を測定する素子である。また、マグネトメータ(ma
gnetometer)とは、磁界あるいは特定の方向の磁界成分
の強さあるいは方向、あるいはこれらの両方を測定する
計器をいう。
7に示すような構成をとっていた。図7において、31
はバイアス電流源、32は低温状態(約4K)のSQU
ID21と室温状態にある前置増幅器33とのインピー
ダンスマッチングをとるためのインピーダンス整合回
路、35はPSD(Phase Sensitive Detector:位相弁
別器)、29は発振器を示している。図のような構成に
より、測定すべき磁場は、ピックアップコイル23によ
って検出され、入力コイル24を通じてSQUIDルー
プ21に結合される。入力コイル23に隣接するコイル
28は帰還コイルであり、この帰還コイル28により、
発振器29でドライブされた変調磁束がSQUIDルー
プ21に帰還(フィードバック)される。この場合、S
QUIDループ21,入力コイル24および変調コイル
28は、超低温格納容器等の内部に格納され、超低温状
態(約4K)に維持されている。SQUIDの出力電圧
は、インピーダンス整合回路32および前置増幅器33
を経てPSD(Phase Sensitive Detector:位相弁別
器)35においてロックイン検波され、Φ−V曲線の1
次微分が得られる。この出力を上記の変調コイル28に
加算してネガティブフィードバックすると、Φ−V曲線
の1次微分が零になる点(山あるいは谷)に安定し、測
定すべき磁場は、上記のフィードバック量を出力Vout
でモニターすることにより得ることができる。この状態
を「ロックされた」と表現する。上記の方法は、FLL
(Flux Locked Loop:磁束ロックループ)法と呼ばれ、
いわゆる「零位法」の一種であり、入出力の関係が線形
になるのが特徴である。この場合、SQUIDループ2
1は、磁束に対する磁場の感度である磁場−磁束感度が
悪いため、ピックアップコイル23と入力コイル24を
SQUIDループ25に付加して構成していた。従っ
て、素子の部品点数が多くなってしまう、という問題点
があった。この問題点を解決するため、PTB Berlin
のDrung らは、図8に示すような8個のループから成る
SQUIDマグネトメータを提案している。
らの提案によるSQUIDマグネトメータは、素子の寸
法が7.2mm角と大きく、量産に不向きである。さら
に、サイズが大きいため、実装した場合にセンサ部分が
大きくなり過ぎる、という欠点があった。本発明は、上
記の問題点を解決するためになされたものであり、部品
点数が少なく、かつ素子サイズも小さいSQUIDマグ
ネトメータを提供することを目的とする。
め、本発明に係るSQUIDマグネトメータは、SQU
IDループを偶数個並列接続し、計測しようとする磁場
を直接当該SQUIDループに結合させて磁場計測を行
なうように構成される。
ループを偶数個並列接続することによりSQUIDルー
プ全体のインダクタンスを小さくすることができ、磁場
−磁束感度が向上して、ピックアップコイルや入力コイ
ル等を用いず外部磁場を直接SQUIDループに結合し
ても十分検出することが可能となる。また、ピックアッ
プコイル等バイアス電流の注入位置を非対称位置とする
こと、各SQUIDループを相互に近接配置すること、
あるいは加算正帰還を行なうことにより、磁場−磁束感
度をさらに向上することができる。
明する。図1は、本発明の一実施例であるSQUIDマ
グネトメータ1の構成を示した平面図であり、図2は、
図1の部分Aをさらに拡大した図である。
メータ1は、4個のSQUIDループ11a〜11d
と、APFコイル13と、APF抵抗14と、帰還コイ
ル18と、トンネル接合15,16と、シャント・ダン
ピング抵抗17とを備えて構成されている。また、バイ
アス電流IB は、パッド12から注入される。
11dは、それぞれ1辺が2ミリメートル角の角形ルー
プである。また、各SQUIDループ11a〜11dの
線幅は約0.1ミリメートルである。
マグネトメータ1によって計測される磁場のΦ−V曲線
(Φ:磁場,V:電圧)において、磁束−電圧変換係数
(伝達係数)と呼ばれる
めの対策であり、図3の等価回路図に示すように、バイ
アス電流IB の一部を、SQUIDループ11をシャン
トしているコイル13に分流させ、このコイル13がつ
くる磁束がSQUIDループ11に相互インダクタンス
Mを通じて結合することにより実現する加算正帰還(A
PF:Additional Positive Feedback)のためのコイル
である。
7は、SQUIDループ11a〜11dをシャントする
ための抵抗と、SQUIDループの「共振」を防止する
ためにSQUIDループに並列に挿入するダンピング抵
抗の役割とを兼用する抵抗である。このようなダンピン
グ抵抗の挿入によっても、磁場検出精度が向上する。
個のSQUIDループ11a〜11dのうちのいずれか
一つに近接して配置され、1ターン又は複数ターン巻回
して構成されている。
4の等価回路図に示すように、インダクタンスM1 ,M
2 と、ジョセフソン接合15,16とを有し、その一部
が接地されたSQUIDループであり、インダクタンス
に関して非対称となる位置12にバイアス電流IB が注
入されるように構成されている。
UIDループのインダクタンスに関して非対称になるよ
うに構成すると、バイアス電流を変えると、磁束−電圧
特性(Φ−V特性)が、磁束軸(Φ軸)の方向にシフト
し、結局、バイアス電流の変動に対し電圧の変動が鈍く
なり、バイアス電流の変動がキャンセルされることにな
り、バイアス電流の変動に伴う磁束雑音成分を有効に低
減できるのである。
1a〜11dは相互に近接配置されている。このため、
計測しようとする外部磁場Φext を与えた場合にそれぞ
れのSQUIDループに発生する遮蔽磁場が相互に影響
しあうので、雑音成分がキャンセルされ、磁場検出精度
がより向上する。
ネトメータの磁束−電圧特性を示す。図5において、横
軸である磁束軸の1目盛は0.63Φo (Φo :磁束量
子)を、縦軸である電圧軸の1目盛は20μV(マイク
ロボルト)を示す。この図5から、出力電圧値として約
50μVを明確に検出でき、本実施例のSQUIDマグ
ネトメータが、SQUIDとしての動作を十分果たして
いることが立証される。
ネトメータの磁場−磁束感度特性を示す。この図6か
ら、検出しうる磁場−磁束感度が0.43nT/Φo
(nT:ナノテスラ)であることが読み取れる。これに
対し、Drung らの素子では、検出しうる磁場−磁束感度
は0.47nT/Φo (nT:ナノテスラ)であると報
告されており、この点において、Drung らの素子を凌駕
する磁場検知精度を有している。
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
Dループの個数を4個とした場合を例に挙げて説明した
が、これは、2以上の複数個であれば何個であってもよ
い。また、バイアス電流注入に関しては、インダクタン
スがアンバランス(非平衡、すなわち非対称)になるよ
うにバイアス電流を注入する構成であれば、どのような
構成であってもよい。
本発明によれば、SQUIDループを偶数個並列接続す
ることによりSQUIDループ全体のインダクタンスを
小さくすることができ、磁場−磁束感度が向上して、ピ
ックアップコイルや入力コイル等を用いず外部磁場を直
接SQUIDループに結合しても十分検出することが可
能となる。また、ピックアップコイル等バイアス電流の
注入位置を非対称位置とすること、各SQUIDループ
を相互に近接配置すること、あるいは加算正帰還を行な
うことにより、磁場−磁束感度をさらに向上することが
できる、という利点も有している。
ータの構成を示す平面図である。
る。
価回路図である。
明する等価回路図である。
電圧特性を示す図である。
磁束感度特性を示す図である。
等価回路図である。
トメータの構成を示す平面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 SQUIDループを複数個並列接続し、
計測しようとする磁場を直接当該SQUIDループに結
合させて磁場計測を行なうことを特徴とするSQUID
マグネトメータ。 - 【請求項2】 前記並列接続されるSQUIDループの
個数は、4個であることを特徴とする請求項1に記載し
たSQUIDマグネトメータ。 - 【請求項3】 前記並列接続されるSQUIDループの
各々は、一辺が2ミリメートルの角形ループであること
を特徴とする請求項2に記載したSQUIDマグネトメ
ータ。 - 【請求項4】 前記SQUIDマグネトメータは変調磁
束を帰還させるための帰還コイルを有し、当該帰還コイ
ルは、前記複数個のSQUIDループのうちのいずれか
一つに近接して配置され、1ターン又は複数ターン巻回
したことを特徴とする請求項1に記載したSQUIDマ
グネトメータ。 - 【請求項5】 前記SQUIDループはバイアス電流を
注入するバイアス電流注入位置を有し、当該バイアス電
流注入位置は非対称位置となるように設けられることを
特徴とする請求項1に記載したSQUIDマグネトメー
タ。 - 【請求項6】 前記複数個のSQUIDループは相互に
近接配置され、計測しようとする外部磁場を与えた場合
の遮蔽磁場が相互に影響しあうように構成したことを特
徴とする請求項1に記載したSQUIDマグネトメー
タ。 - 【請求項7】 前記複数個のSQUIDループに対し、
加算正帰還を行なうことを特徴とする請求項1に記載し
たSQUIDマグネトメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5257494A JPH0792247A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Squidマグネトメータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5257494A JPH0792247A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Squidマグネトメータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0792247A true JPH0792247A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=17307072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5257494A Pending JPH0792247A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Squidマグネトメータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792247A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006337297A (ja) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Kanazawa Inst Of Technology | 超伝導磁気センサ |
| WO2010122733A1 (ja) * | 2009-04-23 | 2010-10-28 | 国立大学法人 豊橋技術科学大学 | Squid磁気センサ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61132885A (ja) * | 1984-12-01 | 1986-06-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 直流バイアス量子干渉計 |
| JPH04357482A (ja) * | 1991-02-04 | 1992-12-10 | Chodendo Sensor Kenkyusho:Kk | Squid駆動回路 |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP5257494A patent/JPH0792247A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61132885A (ja) * | 1984-12-01 | 1986-06-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 直流バイアス量子干渉計 |
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| WO2010122733A1 (ja) * | 2009-04-23 | 2010-10-28 | 国立大学法人 豊橋技術科学大学 | Squid磁気センサ |
| US20120053059A1 (en) * | 2009-04-23 | 2012-03-01 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | Squid magnetic sensor |
| US8548542B2 (en) | 2009-04-23 | 2013-10-01 | National University Corporation, Toyohashi University Of Technology | SQUID magnetic sensor |
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| JPH06174811A (ja) | Squid磁束計 |
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