JPH08334555A - Squid磁束計及びsquid磁束計の校正方法 - Google Patents
Squid磁束計及びsquid磁束計の校正方法Info
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- JPH08334555A JPH08334555A JP7161601A JP16160195A JPH08334555A JP H08334555 A JPH08334555 A JP H08334555A JP 7161601 A JP7161601 A JP 7161601A JP 16160195 A JP16160195 A JP 16160195A JP H08334555 A JPH08334555 A JP H08334555A
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Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ダイナミック特性、特に周波数特性、耐ノイ
ズ性能を向上させたSQUID磁束計を提供する。 【構成】 SQUIDアレイAa を備えたマグネトメー
タと、このマグネトメータとは磁場感度の方向が逆とな
るようにSQUIDアレイAb を備えたマグネトメータ
を配置した。また、各マグネトメータのSQUIDへバ
イアス磁束を注入するための電流値が、imbi =I0i+
Im ・sinωtで表わされるとき、I0iを操作して各
位相を一致させ、振幅Im を等しく変調したとき、SQ
UIDの出力を最小となるようにバイアス電流源を調整
して磁束電圧変換率を一致させるように各マグネトメー
タを校正する。
ズ性能を向上させたSQUID磁束計を提供する。 【構成】 SQUIDアレイAa を備えたマグネトメー
タと、このマグネトメータとは磁場感度の方向が逆とな
るようにSQUIDアレイAb を備えたマグネトメータ
を配置した。また、各マグネトメータのSQUIDへバ
イアス磁束を注入するための電流値が、imbi =I0i+
Im ・sinωtで表わされるとき、I0iを操作して各
位相を一致させ、振幅Im を等しく変調したとき、SQ
UIDの出力を最小となるようにバイアス電流源を調整
して磁束電圧変換率を一致させるように各マグネトメー
タを校正する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、SQUID(Supercon
ducting Quantum Interference Device :超伝導量子干
渉デバイス)を使用して磁場を計測するSQUID磁束
計に関し、特に、SQUIDを複数個接続したSQUI
Dアレイを用いたSQUID磁束計に関する。ここに、
SQUID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
コイルやインプットコイル等を介して、あるいは直接外
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。
ducting Quantum Interference Device :超伝導量子干
渉デバイス)を使用して磁場を計測するSQUID磁束
計に関し、特に、SQUIDを複数個接続したSQUI
Dアレイを用いたSQUID磁束計に関する。ここに、
SQUID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
コイルやインプットコイル等を介して、あるいは直接外
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。
【0002】
【従来の技術】従来、2個のジョセフソン接合を含むd
cSQUIDを用いた磁束計としては、低温環境(冷却
系)を維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯め
ておく断熱格納容器であるデュワー(又はクライオスタ
ット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロー
ブと、室温で動作するアンプ(増幅器)及びコントロー
ラを備えて構成され、液体ヘリウム中のSQUIDプロ
ーブと室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイスト
ケーブル等で接続されて構成されたものが知られてい
る。このようなSQUID磁束計は磁束分解能が10-5
φ。/Hz1/2 (φ。:磁束量子)から10-6φ。/H
z1/2 と、非常に高感度であり、また、SQUIDの応
答は非常に早く、数GHz (ギガヘルツ)ないし数10GH
z で動作するのが特徴である。しかし、上記従来のSQ
UID磁束計においては、磁束分解能が非常に高感度で
あるため、外来ノイズや誘導ノイズに弱い、という欠点
があった。また、SQUIDは、通常、「FLL:Flux
Locked Loop(磁束ロックループ)」と呼ばれる線形動
作のためのフィードバック回路を設けて「ゼロ位法」が
成立するように制御される。FLLとは、SQUID出
力を増幅するとともにそのSQUID出力を磁束の形で
ループ回路状にSQUIDリングに帰還させる方法であ
る。この方法により、SQUIDリング内の磁束が特定
の値に保持(磁束ロック)されるため、SQUIDリン
グ内は磁束が特定の値(動作点)に保たれ、この動作点
からの変位磁束に対してSQUIDは電圧を発生するこ
とになる。この場合、FLL回路が追随できないような
大振幅又は高速の外来磁気ノイズがSQUIDに加わっ
たり、FLL回路内に電気的なパルスノイズが加わる
と、FLLループの動作点が外れ(「ロック外れ」とい
う。)、その後の線形動作が阻害される、という欠点が
あった。上記の問題を解決するために、外来ノイズを打
ち消すための1つの方法として、グラジオメータと呼ば
れる1対の差動コイルを用い、入力信号を非同相成分と
して拾い、超伝導トランスでSQUIDリングに磁束伝
達することで、同相信号を除去することが広く行なわれ
ている。
cSQUIDを用いた磁束計としては、低温環境(冷却
系)を維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯め
ておく断熱格納容器であるデュワー(又はクライオスタ
ット)と、液体ヘリウム中で動作するSQUIDプロー
ブと、室温で動作するアンプ(増幅器)及びコントロー
ラを備えて構成され、液体ヘリウム中のSQUIDプロ
ーブと室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイスト
ケーブル等で接続されて構成されたものが知られてい
る。このようなSQUID磁束計は磁束分解能が10-5
φ。/Hz1/2 (φ。:磁束量子)から10-6φ。/H
z1/2 と、非常に高感度であり、また、SQUIDの応
答は非常に早く、数GHz (ギガヘルツ)ないし数10GH
z で動作するのが特徴である。しかし、上記従来のSQ
UID磁束計においては、磁束分解能が非常に高感度で
あるため、外来ノイズや誘導ノイズに弱い、という欠点
があった。また、SQUIDは、通常、「FLL:Flux
Locked Loop(磁束ロックループ)」と呼ばれる線形動
作のためのフィードバック回路を設けて「ゼロ位法」が
成立するように制御される。FLLとは、SQUID出
力を増幅するとともにそのSQUID出力を磁束の形で
ループ回路状にSQUIDリングに帰還させる方法であ
る。この方法により、SQUIDリング内の磁束が特定
の値に保持(磁束ロック)されるため、SQUIDリン
グ内は磁束が特定の値(動作点)に保たれ、この動作点
からの変位磁束に対してSQUIDは電圧を発生するこ
とになる。この場合、FLL回路が追随できないような
大振幅又は高速の外来磁気ノイズがSQUIDに加わっ
たり、FLL回路内に電気的なパルスノイズが加わる
と、FLLループの動作点が外れ(「ロック外れ」とい
う。)、その後の線形動作が阻害される、という欠点が
あった。上記の問題を解決するために、外来ノイズを打
ち消すための1つの方法として、グラジオメータと呼ば
れる1対の差動コイルを用い、入力信号を非同相成分と
して拾い、超伝導トランスでSQUIDリングに磁束伝
達することで、同相信号を除去することが広く行なわれ
ている。
【0003】しかし、ピックアップコイルを用いて外部
磁場をSQUIDリングに磁束結合すると、ピックアッ
プコイルのインダクタンスがSQUIDのインダクタン
スに比べて通常非常に大きいため、磁束伝達効率が数%
以下と極めて低くなる、という問題点があった。一方、
SQUIDリングで外部磁場を直接拾うと磁場に対する
感度は大きくなるが、SQUIDリングのインダクタン
スが大きくなるため雑音が増える、という欠点があっ
た。このため1対のSQUIDリングでグラジオメータ
を構成する方式が考案されたが、グラジオメータではベ
ースラインを長くとらなければならず、ベースラインを
長くとるとるとインダクタンスが大きくなることから、
SQUIDリングでグラジオメータを構成することによ
り外来ノイズを打ち消そうとする対策は事実上不可能で
あった。これにかわる対策として、現在、SQUIDリ
ングで外部磁場を直接検出するタイプの磁束計では、2
個のマグネトメータをそれぞれベースライン長だけ離し
て設置し、各々のマグネトメータの電気信号出力の差分
をとることにより、上記のグラジオメータと同様に外来
ノイズのキャンセルが行なわれている。以下、この方式
を「2マグネトメータ方式」と呼ぶ。マグネトメータと
は、グラジオメータのような差動コイルを用いず、通常
のピックアップコイルにより外部磁場を拾いSQUID
リングに結合するタイプのSQUID磁束計をいう。
磁場をSQUIDリングに磁束結合すると、ピックアッ
プコイルのインダクタンスがSQUIDのインダクタン
スに比べて通常非常に大きいため、磁束伝達効率が数%
以下と極めて低くなる、という問題点があった。一方、
SQUIDリングで外部磁場を直接拾うと磁場に対する
感度は大きくなるが、SQUIDリングのインダクタン
スが大きくなるため雑音が増える、という欠点があっ
た。このため1対のSQUIDリングでグラジオメータ
を構成する方式が考案されたが、グラジオメータではベ
ースラインを長くとらなければならず、ベースラインを
長くとるとるとインダクタンスが大きくなることから、
SQUIDリングでグラジオメータを構成することによ
り外来ノイズを打ち消そうとする対策は事実上不可能で
あった。これにかわる対策として、現在、SQUIDリ
ングで外部磁場を直接検出するタイプの磁束計では、2
個のマグネトメータをそれぞれベースライン長だけ離し
て設置し、各々のマグネトメータの電気信号出力の差分
をとることにより、上記のグラジオメータと同様に外来
ノイズのキャンセルが行なわれている。以下、この方式
を「2マグネトメータ方式」と呼ぶ。マグネトメータと
は、グラジオメータのような差動コイルを用いず、通常
のピックアップコイルにより外部磁場を拾いSQUID
リングに結合するタイプのSQUID磁束計をいう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、FLL
回路を用いる場合には、その開ループ利得が周波数に反
比例して低下するため、グラジオメータの同相信号を除
去する割合の周波数特性は高周波帯域で低下する。した
がって、この2マグネトメータ方式では、高速のノイズ
信号が含まれる環境下においては雑音除去特性が低い、
という欠点があった。
回路を用いる場合には、その開ループ利得が周波数に反
比例して低下するため、グラジオメータの同相信号を除
去する割合の周波数特性は高周波帯域で低下する。した
がって、この2マグネトメータ方式では、高速のノイズ
信号が含まれる環境下においては雑音除去特性が低い、
という欠点があった。
【0005】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、SQUIDのダイナミック特性と
くに、周波数特性、耐ノイズ性能を向上させたSQUI
D磁束計を提供することを目的とする。
なされたものであり、SQUIDのダイナミック特性と
くに、周波数特性、耐ノイズ性能を向上させたSQUI
D磁束計を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1記載の発明に係るSQUID磁束計は、1
又はアレイ状のSQUIDを備えたn個(n:n≧1な
る自然数)の第1マグネトメータと、前記第1マグネト
メータとは磁場感度の方向が逆となるようにn個の第2
マグネトメータを配置したことを特徴とする。
め、請求項1記載の発明に係るSQUID磁束計は、1
又はアレイ状のSQUIDを備えたn個(n:n≧1な
る自然数)の第1マグネトメータと、前記第1マグネト
メータとは磁場感度の方向が逆となるようにn個の第2
マグネトメータを配置したことを特徴とする。
【0007】また、請求項2記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1記載のSQUID磁束計におい
て、前記SQUIDの出力端子から前記SQUIDに直
接に負帰還を行う1又はアレイ状の負帰還コイルと、前
記負帰還の量を制御する負帰還抵抗と、を備え、前記S
QUIDと前記負帰還コイルとの結合容量をMn とし、
前記SQUIDが1個の場合の磁束電圧変換率をdV/
dφとし、前記負帰還抵抗値をRn としたとき、下式 n×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 を満足するように構成されることを特徴とする。
D磁束計は、請求項1記載のSQUID磁束計におい
て、前記SQUIDの出力端子から前記SQUIDに直
接に負帰還を行う1又はアレイ状の負帰還コイルと、前
記負帰還の量を制御する負帰還抵抗と、を備え、前記S
QUIDと前記負帰還コイルとの結合容量をMn とし、
前記SQUIDが1個の場合の磁束電圧変換率をdV/
dφとし、前記負帰還抵抗値をRn としたとき、下式 n×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 を満足するように構成されることを特徴とする。
【0008】また、請求項3記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1又は請求項2記載のSQUID磁
束計において、前記SQUIDを駆動するバイアス電流
源と、前記SQUIDにバイアス磁束を注入するバイア
ス磁束注入源を有し、前記SQUIDの位相又は感度を
調整することを特徴とする。
D磁束計は、請求項1又は請求項2記載のSQUID磁
束計において、前記SQUIDを駆動するバイアス電流
源と、前記SQUIDにバイアス磁束を注入するバイア
ス磁束注入源を有し、前記SQUIDの位相又は感度を
調整することを特徴とする。
【0009】また、請求項4記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1ないし請求項3記載のSQUID
磁束計において、前記負帰還コイルにおける負帰還の符
号を反転させることに前記磁場感度の方向を反転させる
ことを特徴とする。
D磁束計は、請求項1ないし請求項3記載のSQUID
磁束計において、前記負帰還コイルにおける負帰還の符
号を反転させることに前記磁場感度の方向を反転させる
ことを特徴とする。
【0010】また、請求項5記載の発明に係るSQUI
D磁束計は、請求項1ないし請求項4記載のSQUID
磁束計において、前記バイアス電流源を独立にON又は
OFF可能としたことを特徴とする。
D磁束計は、請求項1ないし請求項4記載のSQUID
磁束計において、前記バイアス電流源を独立にON又は
OFF可能としたことを特徴とする。
【0011】また、請求項6記載の発明に係るSQUI
D磁束計の校正方法は、1又はアレイ状のSQUIDを
備えたn個(n:n≧1なる自然数)の第1マグネトメ
ータと、前記第1マグネトメータとは磁場感度の方向が
逆となるようにn個の第2マグネトメータを配置し、バ
イアス電流源とバイアス磁束注入源を備えたSQUID
磁束計の校正方法であって、前記各マグネトメータのi
番目のSQUIDへバイアス磁束を注入するための電流
値が、下式 imbi =I0i+Im ・sinωt で表わされるとき、上式右辺中のI0iを操作することに
より各位相を一致させ、かつ上式右辺中の振幅Im を等
しく変調したとき、SQUIDの出力を最小となるよう
に前記バイアス電流源を調整して磁束電圧変換率を一致
させるように前記各マグネトメータを校正することを特
徴とする。
D磁束計の校正方法は、1又はアレイ状のSQUIDを
備えたn個(n:n≧1なる自然数)の第1マグネトメ
ータと、前記第1マグネトメータとは磁場感度の方向が
逆となるようにn個の第2マグネトメータを配置し、バ
イアス電流源とバイアス磁束注入源を備えたSQUID
磁束計の校正方法であって、前記各マグネトメータのi
番目のSQUIDへバイアス磁束を注入するための電流
値が、下式 imbi =I0i+Im ・sinωt で表わされるとき、上式右辺中のI0iを操作することに
より各位相を一致させ、かつ上式右辺中の振幅Im を等
しく変調したとき、SQUIDの出力を最小となるよう
に前記バイアス電流源を調整して磁束電圧変換率を一致
させるように前記各マグネトメータを校正することを特
徴とする。
【0012】
【作用】上記構成を有する本発明の第1の発明によれ
ば、それぞれ逆方向の磁場感度を持つ同数のマグネトメ
ータを配置したので、グラジオメータとして動作させる
ことができる。このSQUID磁束計は、負帰還コイル
と負帰還抵抗を設けて構成することができる。また、バ
イアス電流源とバイアス磁束注入源を設け、SQUID
の位相又は感度を調整することができる。また、負帰還
コイルの負帰還の符号を反転させることにより磁場感度
の方向を反転させることができる。また、バイアス電流
源を独立にON又はOFFすることにより、1次微分型
グラジオメータ、2次微分型グラジオメータ、単なるマ
グネトメータとして動作させることができる。また、本
発明の第2の発明によれば、SQUID磁束計を構成す
る各マグネトメータの磁場感度等を容易に校正すること
ができ、第1の発明のSQUID磁束計において、同相
磁場入力に対するキャンセル率を十分大きくとることが
できる。
ば、それぞれ逆方向の磁場感度を持つ同数のマグネトメ
ータを配置したので、グラジオメータとして動作させる
ことができる。このSQUID磁束計は、負帰還コイル
と負帰還抵抗を設けて構成することができる。また、バ
イアス電流源とバイアス磁束注入源を設け、SQUID
の位相又は感度を調整することができる。また、負帰還
コイルの負帰還の符号を反転させることにより磁場感度
の方向を反転させることができる。また、バイアス電流
源を独立にON又はOFFすることにより、1次微分型
グラジオメータ、2次微分型グラジオメータ、単なるマ
グネトメータとして動作させることができる。また、本
発明の第2の発明によれば、SQUID磁束計を構成す
る各マグネトメータの磁場感度等を容易に校正すること
ができ、第1の発明のSQUID磁束計において、同相
磁場入力に対するキャンセル率を十分大きくとることが
できる。
【0013】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。本発明の第1実施例であるSQUID磁束計
のSQUID付近の構成を図1に示す。図に示すよう
に、このSQUID磁束計101は、負帰還回路を直接
接続したシリーズSQUIDアレイを超伝導または常伝
導線で直列接続した1次微分型磁束計のSQUID付近
の接続関係を示しており、直列に接続されたN個(N:
N≧1なる自然数)のdcSQUIDSa1〜SaNからな
るSQUIDアレイAa と、直列に接続されたN個のd
cSQUIDSb1〜SbNからなりSQUIDアレイAa
の一端に接続されたSQUIDアレイAb と、SQUI
DアレイAa の両端に並列接続される負帰還回路Na
と、SQUIDアレイAb の両端に並列接続される負帰
還回路Nbを備えて構成されている。また、SQUID
アレイAa の一端は端子Ta に接続し、SQUIDアレ
イAa の他端とSQUIDアレイAb の一端は端子Tb
に接続している。また、SQUIDアレイAb の他端は
端子Tc に接続している。上記の各SQUIDアレイA
a と負帰還回路Na は第1マグネトメータを、SQUI
DアレイAb と負帰還回路Nb は第2マグネトメータ
を、それぞれ構成している。
説明する。本発明の第1実施例であるSQUID磁束計
のSQUID付近の構成を図1に示す。図に示すよう
に、このSQUID磁束計101は、負帰還回路を直接
接続したシリーズSQUIDアレイを超伝導または常伝
導線で直列接続した1次微分型磁束計のSQUID付近
の接続関係を示しており、直列に接続されたN個(N:
N≧1なる自然数)のdcSQUIDSa1〜SaNからな
るSQUIDアレイAa と、直列に接続されたN個のd
cSQUIDSb1〜SbNからなりSQUIDアレイAa
の一端に接続されたSQUIDアレイAb と、SQUI
DアレイAa の両端に並列接続される負帰還回路Na
と、SQUIDアレイAb の両端に並列接続される負帰
還回路Nbを備えて構成されている。また、SQUID
アレイAa の一端は端子Ta に接続し、SQUIDアレ
イAa の他端とSQUIDアレイAb の一端は端子Tb
に接続している。また、SQUIDアレイAb の他端は
端子Tc に接続している。上記の各SQUIDアレイA
a と負帰還回路Na は第1マグネトメータを、SQUI
DアレイAb と負帰還回路Nb は第2マグネトメータ
を、それぞれ構成している。
【0014】上記の負帰還回路Na は、電流制限用の負
帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLa1〜LaNが直列接
続されて構成されている。また、負帰還回路Nb は、電
流制限用の負帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLb1〜
LbNが直列接続されて構成されている。Jは各dcSQ
UIDに設けられたジョセフソン接合である。また、図
示はされていないが、各dcSQUIDはシャント抵抗
でシャントされている。検出すべき磁束はSQUIDリ
ングに直接伝達されるか、又はピックアップコイル(図
示せず)及び超伝導トランス(図示せず)により伝達さ
れる。
帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLa1〜LaNが直列接
続されて構成されている。また、負帰還回路Nb は、電
流制限用の負帰還抵抗Rn と、負帰還用のコイルLb1〜
LbNが直列接続されて構成されている。Jは各dcSQ
UIDに設けられたジョセフソン接合である。また、図
示はされていないが、各dcSQUIDはシャント抵抗
でシャントされている。検出すべき磁束はSQUIDリ
ングに直接伝達されるか、又はピックアップコイル(図
示せず)及び超伝導トランス(図示せず)により伝達さ
れる。
【0015】ここで、1個のdcSQUIDと1個の負
帰還コイルとを結合する結合係数をMn とし、1個のd
cSQUIDの磁束電圧変換率をdV/dφとし、負帰
還抵抗値をRn としたとき、下式 N×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 ………(1) を満足するように各回路要素の定数値が定められる。
帰還コイルとを結合する結合係数をMn とし、1個のd
cSQUIDの磁束電圧変換率をdV/dφとし、負帰
還抵抗値をRn としたとき、下式 N×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 ………(1) を満足するように各回路要素の定数値が定められる。
【0016】図2は、上記の第1実施例のSQUIDア
レイの感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であ
り、SQUIDアレイAa ,Ab は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図2(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPb
では互いに逆方向を向いており、適当なベースライン間
隔D1 を隔てて対向するように配置する。
レイの感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であ
り、SQUIDアレイAa ,Ab は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図2(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPb
では互いに逆方向を向いており、適当なベースライン間
隔D1 を隔てて対向するように配置する。
【0017】次に、上記した各SQUIDアレイAa ,
Ab を駆動し、SQUIDからの信号を増幅するための
磁束計の全体回路構成について図5を参照しつつ説明す
る。図5に示すように、このSQUID磁束計101
は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレイA
a 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメータ
であるとともに端子Tb でSQUIDアレイAa と接続
するSQUIDアレイAb 及び負帰還回路Nb と、これ
らのSQUIDアレイAa 及びAb を駆動するバイアス
電流源3と、これらのSQUIDアレイAa 及びAb の
端子Ta ,Tc からの出力を増幅する差動増幅器4及び
5と、各SQUIDアレイAa ,Ab の動作点を設定す
るための可変電流源7及び8と、各SQUIDアレイA
a ,Ab にバイアス磁束を注入するための磁束注入コイ
ルアレイ9及び10を備えて構成されている。上記にお
いて、可変電流源7及び8と磁束注入コイルアレイ9及
び10は、バイアス磁束注入源を構成している。
Ab を駆動し、SQUIDからの信号を増幅するための
磁束計の全体回路構成について図5を参照しつつ説明す
る。図5に示すように、このSQUID磁束計101
は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレイA
a 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメータ
であるとともに端子Tb でSQUIDアレイAa と接続
するSQUIDアレイAb 及び負帰還回路Nb と、これ
らのSQUIDアレイAa 及びAb を駆動するバイアス
電流源3と、これらのSQUIDアレイAa 及びAb の
端子Ta ,Tc からの出力を増幅する差動増幅器4及び
5と、各SQUIDアレイAa ,Ab の動作点を設定す
るための可変電流源7及び8と、各SQUIDアレイA
a ,Ab にバイアス磁束を注入するための磁束注入コイ
ルアレイ9及び10を備えて構成されている。上記にお
いて、可変電流源7及び8と磁束注入コイルアレイ9及
び10は、バイアス磁束注入源を構成している。
【0018】また、上記の差動増幅器5には、オフセッ
ト調整用の電圧源6が接続している。このオフセット電
圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイルア
レイ9,10を構成する各磁束注入コイルの相互インダ
クタンスはMb となっている。また、バイアス電流源3
の電流値はib 、可変電流源7,8の電流値はそれぞれ
imb1 ,imb2 となっている。
ト調整用の電圧源6が接続している。このオフセット電
圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイルア
レイ9,10を構成する各磁束注入コイルの相互インダ
クタンスはMb となっている。また、バイアス電流源3
の電流値はib 、可変電流源7,8の電流値はそれぞれ
imb1 ,imb2 となっている。
【0019】次に、上記のSQUID磁束計101の動
作について説明する。SQUID磁束計101のうちの
1つのマグネトメータ(例えばSQUIDアレイAa と
負帰還回路Na とで構成されるマグネトメータ)につい
てみると、負帰還を上式(1)が成り立つようにかける
と、図8に示すSQUIDの磁束−電圧曲線上の動作点
における実効的な磁束電圧変換率dV/dφeff は、下
式 dV/dφeff =N×dV/dφ/{1+(dV/dφ)×(Mn /Rn )} ………(2) のように表わせる。
作について説明する。SQUID磁束計101のうちの
1つのマグネトメータ(例えばSQUIDアレイAa と
負帰還回路Na とで構成されるマグネトメータ)につい
てみると、負帰還を上式(1)が成り立つようにかける
と、図8に示すSQUIDの磁束−電圧曲線上の動作点
における実効的な磁束電圧変換率dV/dφeff は、下
式 dV/dφeff =N×dV/dφ/{1+(dV/dφ)×(Mn /Rn )} ………(2) のように表わせる。
【0020】負帰還を行うと、SQUIDの線形動作領
域は、図8におけるΦ1 からΦ2 のように1φ。
(φ。:磁束量子)近くまで拡大し、同時に非線形歪み
も低減される。図8において細線で示す特性は負帰還が
零の場合を示し、太線で示す特性は負帰還がある場合を
示している。dc−SQUIDにバイアス磁束をかけて
図8の曲線上の斜面の中央部に動作点の中心が来るよう
にすると、入力磁束に応じて、図1における端子Ta と
端子Tb の間、及び端子Tb と端子Tc の間に出力電圧
が現れる。
域は、図8におけるΦ1 からΦ2 のように1φ。
(φ。:磁束量子)近くまで拡大し、同時に非線形歪み
も低減される。図8において細線で示す特性は負帰還が
零の場合を示し、太線で示す特性は負帰還がある場合を
示している。dc−SQUIDにバイアス磁束をかけて
図8の曲線上の斜面の中央部に動作点の中心が来るよう
にすると、入力磁束に応じて、図1における端子Ta と
端子Tb の間、及び端子Tb と端子Tc の間に出力電圧
が現れる。
【0021】図9は、上記の関係を示す図である。図2
(A)に示すように、感度面の方向を対向させベースラ
イン間隔D1 を配して配置し、例えば基板Pa にはSQ
UIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUID
アレイAb が形成されるようにする。このようにする
と、各SQUIDアレイAa ,Ab からは互いに逆符号
となる電圧が出力される。この互いに逆方向の出力を図
5の可変電流源7,8により両者の位相を合わせておく
と、各dc−SQUIDアレイの磁束電圧変換特性は、
図9に示すように、動作領域において特性曲線の傾きの
符号が逆になり、端子Ta 〜Tc 間においてはこれらが
加算された電圧出力が得られる。このとき、各dc−S
QUIDアレイの出力電圧は符号が反対であるため、特
性曲線の傾きの絶対値が等しければ、出力電圧は相殺さ
れて零になる。すなわち、各SQUIDアレイAa ,A
b に同相でかつ大きさの等しい外部磁束が入ると各SQ
UIDアレイの出力値は零になり、全体としては「1次
微分型グラジオメータ」として機能する。
(A)に示すように、感度面の方向を対向させベースラ
イン間隔D1 を配して配置し、例えば基板Pa にはSQ
UIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUID
アレイAb が形成されるようにする。このようにする
と、各SQUIDアレイAa ,Ab からは互いに逆符号
となる電圧が出力される。この互いに逆方向の出力を図
5の可変電流源7,8により両者の位相を合わせておく
と、各dc−SQUIDアレイの磁束電圧変換特性は、
図9に示すように、動作領域において特性曲線の傾きの
符号が逆になり、端子Ta 〜Tc 間においてはこれらが
加算された電圧出力が得られる。このとき、各dc−S
QUIDアレイの出力電圧は符号が反対であるため、特
性曲線の傾きの絶対値が等しければ、出力電圧は相殺さ
れて零になる。すなわち、各SQUIDアレイAa ,A
b に同相でかつ大きさの等しい外部磁束が入ると各SQ
UIDアレイの出力値は零になり、全体としては「1次
微分型グラジオメータ」として機能する。
【0022】図2(B)は、上記のような1次微分型グ
ラジオメータの他の構成例101aを示したものであ
り、感度面の方向が互いに逆方向を向いている基板Pa
とPbを、適当なベースライン間隔D2 を隔てて同一平
面上に並設している。この場合、基板Pa の感度面の方
向は図の奥から手前に向かう方向であり、基板Pb の感
度面の方向は図の手前から奥に向かう方向である。この
ように構成しても、図2(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。
ラジオメータの他の構成例101aを示したものであ
り、感度面の方向が互いに逆方向を向いている基板Pa
とPbを、適当なベースライン間隔D2 を隔てて同一平
面上に並設している。この場合、基板Pa の感度面の方
向は図の奥から手前に向かう方向であり、基板Pb の感
度面の方向は図の手前から奥に向かう方向である。この
ように構成しても、図2(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。
【0023】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。本発明の第2実施例であるSQUID磁束計のSQ
UID付近の構成を図3に示す。図に示すように、この
SQUID磁束計102は、上記した第1実施例のSQ
UID磁束計101におけるSQUIDアレイAa から
なるマグネトメータとSQUIDアレイAb からなるマ
グネトメータとの間に、SQUIDアレイAc からなる
マグネトメータを直列に接続して構成されている。SQ
UIDアレイAc は直列に接続された2N個のdcSQ
UIDSc1〜Sc,2Nから構成されている。SQUIDア
レイAc には、電流制限用の負帰還抵抗(抵抗値:Rn
/2)と、負帰還用の2N個の負帰還コイルLc1〜Lc,
2Nが直列接続された負帰還回路Nc が並列接続されてい
る。この第2実施例の場合も上記の第1実施例と同様
に、検出すべき磁束はSQUIDリングに直接伝達され
るか、又はピックアップコイル(図示せず)及び超伝導
トランス(図示せず)により伝達される。
る。本発明の第2実施例であるSQUID磁束計のSQ
UID付近の構成を図3に示す。図に示すように、この
SQUID磁束計102は、上記した第1実施例のSQ
UID磁束計101におけるSQUIDアレイAa から
なるマグネトメータとSQUIDアレイAb からなるマ
グネトメータとの間に、SQUIDアレイAc からなる
マグネトメータを直列に接続して構成されている。SQ
UIDアレイAc は直列に接続された2N個のdcSQ
UIDSc1〜Sc,2Nから構成されている。SQUIDア
レイAc には、電流制限用の負帰還抵抗(抵抗値:Rn
/2)と、負帰還用の2N個の負帰還コイルLc1〜Lc,
2Nが直列接続された負帰還回路Nc が並列接続されてい
る。この第2実施例の場合も上記の第1実施例と同様
に、検出すべき磁束はSQUIDリングに直接伝達され
るか、又はピックアップコイル(図示せず)及び超伝導
トランス(図示せず)により伝達される。
【0024】図4は、第2実施例のSQUIDアレイの
感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であり、S
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図4(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPc
、基板Pc とPb では互いに逆方向を向いており、適
当なベースライン間隔D3 を隔ててそれぞれ対向するよ
うに配置する。ここに、基板Pa ,Pb 上のSQUID
アレイAa ,Ab を含むマグネトメータは第1マグネト
メータを構成し、基板Pc 上のSQUIDアレイAc を
含むマグネトメータは第2マグネトメータを構成してい
る。
感度面の方向を含めた空間的な素子の配置図であり、S
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac は方形の基板上に薄膜
で形成されている。図4(A)に示す例では、矢印は感
度面の方向を示し、この感度面の方向は基板Pa とPc
、基板Pc とPb では互いに逆方向を向いており、適
当なベースライン間隔D3 を隔ててそれぞれ対向するよ
うに配置する。ここに、基板Pa ,Pb 上のSQUID
アレイAa ,Ab を含むマグネトメータは第1マグネト
メータを構成し、基板Pc 上のSQUIDアレイAc を
含むマグネトメータは第2マグネトメータを構成してい
る。
【0025】次に、上記した各SQUIDアレイAa ,
Ab ,Ac を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成について図6を参照しつつ
説明する。図6に示すように、このSQUID磁束計1
02は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレ
イAa 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメ
ータであるとともにSQUIDアレイAa の一方の出力
端子と接続するSQUIDアレイAc1及び負帰還回路N
c1と、他の独立したマグネトメータであるとともにSQ
UIDアレイAc1の一方の出力端子と接続するSQUI
DアレイAc2及び負帰還回路Nc2と、他の独立したマグ
ネトメータであるとともにSQUIDアレイAc2の一方
の出力端子と接続するSQUIDアレイAb 及び負帰還
回路Nbと、これらのSQUIDアレイAa ,Ac1,Ac
2及びAb に個別に接続されこれらを個別に駆動可能な
バイアス電流源13,14,15,16と、これらのS
QUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の出力端子か
らの出力を増幅する差動増幅器17及び18と、各SQ
UIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の動作点を個別
に設定可能な可変電流源21,22,23,24と、各
SQUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb にバイアス
磁束を注入するための磁束注入コイルアレイ25,2
6,27,28を備えて構成されている。SQUIDア
レイAc1は直列に接続されたN個のdcSQUIDSc1
〜ScNを有しており、SQUIDアレイAc2は直列に接
続されたN個のdcSQUIDSc,N+1 〜Sc,2Nを有し
ている。また、負帰還回路26,27は直列に接続され
たN個の磁束注入コイルを有している。上記において、
可変電流源21〜24と磁束注入コイルアレイ25〜2
8は、バイアス磁束注入源を構成している。
Ab ,Ac を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成について図6を参照しつつ
説明する。図6に示すように、このSQUID磁束計1
02は、独立したマグネトメータであるSQUIDアレ
イAa 及び負帰還回路Na と、他の独立したマグネトメ
ータであるとともにSQUIDアレイAa の一方の出力
端子と接続するSQUIDアレイAc1及び負帰還回路N
c1と、他の独立したマグネトメータであるとともにSQ
UIDアレイAc1の一方の出力端子と接続するSQUI
DアレイAc2及び負帰還回路Nc2と、他の独立したマグ
ネトメータであるとともにSQUIDアレイAc2の一方
の出力端子と接続するSQUIDアレイAb 及び負帰還
回路Nbと、これらのSQUIDアレイAa ,Ac1,Ac
2及びAb に個別に接続されこれらを個別に駆動可能な
バイアス電流源13,14,15,16と、これらのS
QUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の出力端子か
らの出力を増幅する差動増幅器17及び18と、各SQ
UIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb の動作点を個別
に設定可能な可変電流源21,22,23,24と、各
SQUIDアレイAa ,Ac1,Ac2及びAb にバイアス
磁束を注入するための磁束注入コイルアレイ25,2
6,27,28を備えて構成されている。SQUIDア
レイAc1は直列に接続されたN個のdcSQUIDSc1
〜ScNを有しており、SQUIDアレイAc2は直列に接
続されたN個のdcSQUIDSc,N+1 〜Sc,2Nを有し
ている。また、負帰還回路26,27は直列に接続され
たN個の磁束注入コイルを有している。上記において、
可変電流源21〜24と磁束注入コイルアレイ25〜2
8は、バイアス磁束注入源を構成している。
【0026】また、上記の差動増幅器18には、オフセ
ット調整用の電圧源19が接続している。このオフセッ
ト電圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイ
ルアレイ25〜28を構成する各磁束注入コイルの相互
インダクタンスはMb となっている。また、バイアス電
流源13の電流値はib1、バイアス電流源14の電流値
はib2、バイアス電流源15の電流値はib3、バイアス
電流源16の電流値はib4、可変電流源21〜24の電
流値はそれぞれimb3 〜imb6 となっている。
ット調整用の電圧源19が接続している。このオフセッ
ト電圧はVb に設定されている。そして、磁束注入コイ
ルアレイ25〜28を構成する各磁束注入コイルの相互
インダクタンスはMb となっている。また、バイアス電
流源13の電流値はib1、バイアス電流源14の電流値
はib2、バイアス電流源15の電流値はib3、バイアス
電流源16の電流値はib4、可変電流源21〜24の電
流値はそれぞれimb3 〜imb6 となっている。
【0027】上記した第2実施例のSQUID磁束計1
02において、図4(A)に示すように感度面の方向を
それぞれ対向させベースライン間隔D3 をそれぞれ配し
て配置し、例えば基板Pa にはSQUIDアレイAa が
形成され、基板Pb にはSQUIDアレイAb が形成さ
れ、基板Pc にはSQUIDアレイAc が形成されるよ
うにする。この場合、SQUIDアレイAa ,Ab にお
けるSQUIDの個数はN個であり、SQUIDアレイ
Ac におけるSQUIDの個数は2N個であるから、基
板Pa の磁場感度:基板Pc の磁場感度:基板Pb の磁
場感度=1:2:1となる。このようにすると、各SQ
UIDアレイからはそれぞれの磁場感度方向に応じた電
圧が出力され、この出力を図6の可変電流源21〜24
により両者の位相を合わせておくと、各dc−SQUI
Dアレイの磁束電圧変換特性は、図9に示すように、動
作領域において特性曲線の傾きの符号が逆になり、端子
Ta 〜Tc 間においてはこれらが加算された電圧出力が
得られる。このとき、各dc−SQUIDアレイの出力
電圧は、特性曲線の傾きの絶対値が等しければ、それぞ
れ相殺されて零になる。すなわち、このSQUID磁束
計102は、全体としては「2次微分型グラジオメー
タ」として機能する。
02において、図4(A)に示すように感度面の方向を
それぞれ対向させベースライン間隔D3 をそれぞれ配し
て配置し、例えば基板Pa にはSQUIDアレイAa が
形成され、基板Pb にはSQUIDアレイAb が形成さ
れ、基板Pc にはSQUIDアレイAc が形成されるよ
うにする。この場合、SQUIDアレイAa ,Ab にお
けるSQUIDの個数はN個であり、SQUIDアレイ
Ac におけるSQUIDの個数は2N個であるから、基
板Pa の磁場感度:基板Pc の磁場感度:基板Pb の磁
場感度=1:2:1となる。このようにすると、各SQ
UIDアレイからはそれぞれの磁場感度方向に応じた電
圧が出力され、この出力を図6の可変電流源21〜24
により両者の位相を合わせておくと、各dc−SQUI
Dアレイの磁束電圧変換特性は、図9に示すように、動
作領域において特性曲線の傾きの符号が逆になり、端子
Ta 〜Tc 間においてはこれらが加算された電圧出力が
得られる。このとき、各dc−SQUIDアレイの出力
電圧は、特性曲線の傾きの絶対値が等しければ、それぞ
れ相殺されて零になる。すなわち、このSQUID磁束
計102は、全体としては「2次微分型グラジオメー
タ」として機能する。
【0028】図4(B)は、上記のような2次微分型グ
ラジオメータの他の構成例102aを示したものであ
り、感度面の方向が図の手前から奥に向かう方向である
基板Pa と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方
向である基板Pc と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D4 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図4(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。また、図4(A)又は図
4(B)では、各基板上のSQUIDアレイの個数比を
1:2:1にしているが、これはSQUIDの有効面積
の比を1:2:1にしてもかまわない。この考え方を発
展させれば、マグネトメータを複数個組み合わせグラジ
オメータとして動作させ、各マグネトメータの磁場感度
の方向と値が総和が零となるようにすれば、任意の次数
のグラジオメータを実現することができる。
ラジオメータの他の構成例102aを示したものであ
り、感度面の方向が図の手前から奥に向かう方向である
基板Pa と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方
向である基板Pc と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D4 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図4(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。また、図4(A)又は図
4(B)では、各基板上のSQUIDアレイの個数比を
1:2:1にしているが、これはSQUIDの有効面積
の比を1:2:1にしてもかまわない。この考え方を発
展させれば、マグネトメータを複数個組み合わせグラジ
オメータとして動作させ、各マグネトメータの磁場感度
の方向と値が総和が零となるようにすれば、任意の次数
のグラジオメータを実現することができる。
【0029】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。この第3実施例のSQUID磁束計103の回路全
体の構成は、上記した第2実施例の場合と同様である。
第3実施例が第2実施例と異なる点は基板の空間配置に
ある。本発明の第3実施例であるSQUID磁束計の基
板の空間配置構成を図7(A)に示す。図に示すよう
に、感度面の方向を矢印方向に向け、それぞれをベース
ライン間隔D5 を配して配置し、例えば基板Pa にはS
QUIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUI
DアレイAb が形成され、基板Pc1にはSQUIDアレ
イAc1が形成され、基板Pc2にはSQUIDアレイAc2
が形成されるようにする。この場合、SQUIDアレイ
Aa ,Ab ,Ac1,Ac2におけるSQUIDの個数はN
個であり、磁場感度は等しいものとする。したがって、
基板Pa の磁場感度:基板Pc1の磁場感度:基板Pc2の
磁場感度:基板Pb の磁場感度=1:1:1:1とな
る。
る。この第3実施例のSQUID磁束計103の回路全
体の構成は、上記した第2実施例の場合と同様である。
第3実施例が第2実施例と異なる点は基板の空間配置に
ある。本発明の第3実施例であるSQUID磁束計の基
板の空間配置構成を図7(A)に示す。図に示すよう
に、感度面の方向を矢印方向に向け、それぞれをベース
ライン間隔D5 を配して配置し、例えば基板Pa にはS
QUIDアレイAa が形成され、基板Pb にはSQUI
DアレイAb が形成され、基板Pc1にはSQUIDアレ
イAc1が形成され、基板Pc2にはSQUIDアレイAc2
が形成されるようにする。この場合、SQUIDアレイ
Aa ,Ab ,Ac1,Ac2におけるSQUIDの個数はN
個であり、磁場感度は等しいものとする。したがって、
基板Pa の磁場感度:基板Pc1の磁場感度:基板Pc2の
磁場感度:基板Pb の磁場感度=1:1:1:1とな
る。
【0030】上記した各SQUIDアレイAa ,Ab ,
Ac1,Ac2を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成は、図6と同様であるが、
バイアス電流源13,14,15,16をそれぞれ独立
にON又はOFF可能となっている。ここで、すべての
バイアス電流源13〜16をONさせると、すべてのS
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac1,Ac2がONする。し
たがって、図7(A)において、すべての基板Pa ,P
b ,Pc1,Pc2がONする。これは、上記した図4
(A)の場合と実質的に同一な構成となる。したがっ
て、この場合は、2次微分型グラジオメータとして動作
する。また、バイアス電流源13と14のみをONさせ
バイアス電流源15と16をOFFすると、SQUID
アレイAa とAc1のみがONしSQUIDアレイAc1と
Ab はOFFする。したがって、図7(A)において、
基板Pa とPc1のみがONし、他の基板はOFFとな
る。これは、上記した図2(A)の場合と実質的に同一
な構成となる。したがって、この場合は、1次微分型グ
ラジオメータとして動作する。そして、バイアス電流源
のうちいずれか1つのみをONすると、対応する1つの
SQUIDアレイのみがONする。したがって、図7
(A)において、いずれか1つの基板のみがONするこ
とになる。この場合には、マグネトメータとして動作す
る。このように、図7(A)及び図6に示す構成を採用
すれば、マグネトメータ、1次、2次微分グラジオメー
タを1つの回路で同時に実現することができる。
Ac1,Ac2を駆動し、SQUIDからの信号を増幅する
ための磁束計の全体回路構成は、図6と同様であるが、
バイアス電流源13,14,15,16をそれぞれ独立
にON又はOFF可能となっている。ここで、すべての
バイアス電流源13〜16をONさせると、すべてのS
QUIDアレイAa ,Ab ,Ac1,Ac2がONする。し
たがって、図7(A)において、すべての基板Pa ,P
b ,Pc1,Pc2がONする。これは、上記した図4
(A)の場合と実質的に同一な構成となる。したがっ
て、この場合は、2次微分型グラジオメータとして動作
する。また、バイアス電流源13と14のみをONさせ
バイアス電流源15と16をOFFすると、SQUID
アレイAa とAc1のみがONしSQUIDアレイAc1と
Ab はOFFする。したがって、図7(A)において、
基板Pa とPc1のみがONし、他の基板はOFFとな
る。これは、上記した図2(A)の場合と実質的に同一
な構成となる。したがって、この場合は、1次微分型グ
ラジオメータとして動作する。そして、バイアス電流源
のうちいずれか1つのみをONすると、対応する1つの
SQUIDアレイのみがONする。したがって、図7
(A)において、いずれか1つの基板のみがONするこ
とになる。この場合には、マグネトメータとして動作す
る。このように、図7(A)及び図6に示す構成を採用
すれば、マグネトメータ、1次、2次微分グラジオメー
タを1つの回路で同時に実現することができる。
【0031】図7(B)は、上記のようなSQUID磁
束計の他の構成例103aを示したものであり、感度面
の方向が図の手前から奥に向かう方向である基板Pa
と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方向である
基板Pc1及びPc2と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D6 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図7(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。同様にして、基板間の距
離D、基板の個数、感度および感度面を増やせば、可変
微分長のグラジオメータを構成することができる。
束計の他の構成例103aを示したものであり、感度面
の方向が図の手前から奥に向かう方向である基板Pa
と、感度面の方向が図の奥から手前に向かう方向である
基板Pc1及びPc2と、感度面の方向が図の手前から奥に
向かう方向である基板Pb を、適当なベースライン間隔
D6 を隔ててそれぞれ同一平面上に並設している。この
ように構成しても、図7(A)の場合とまったく同様の
動作を行わせることができる。同様にして、基板間の距
離D、基板の個数、感度および感度面を増やせば、可変
微分長のグラジオメータを構成することができる。
【0032】次に、本発明の第4実施例について説明す
る。この第4実施例のSQUID磁束計104の回路全
体の構成は、上記した第1実施例の場合と同様である。
第4実施例が第1実施例と異なる点は、感度面の方向を
一致させるが負帰還回路の結合係数を図10(A)にお
けるMn と(−Mn )のように互いに逆符号にした点に
ある。すなわち、図11に示すように、負帰還零の場合
には磁束電圧変換特性は図11(A)のようになるが、
負帰還磁束の符号を各SQUIDアレイAa とAb とで
反対になるようし、負帰還量を等しく取りかつ位相をバ
イアス磁束で合わせるようにすることにより、それぞれ
の特性を図11(B)、図11(C)のようにする。こ
のように構成することにより、図1に示す1次微分グラ
ジオメータと同様の動作を実現することができる。ま
た、上記各実施例と同様に、図10(C)に示すように
同一平面上に配置しても図10(B)と同様の動作を実
現することができる。
る。この第4実施例のSQUID磁束計104の回路全
体の構成は、上記した第1実施例の場合と同様である。
第4実施例が第1実施例と異なる点は、感度面の方向を
一致させるが負帰還回路の結合係数を図10(A)にお
けるMn と(−Mn )のように互いに逆符号にした点に
ある。すなわち、図11に示すように、負帰還零の場合
には磁束電圧変換特性は図11(A)のようになるが、
負帰還磁束の符号を各SQUIDアレイAa とAb とで
反対になるようし、負帰還量を等しく取りかつ位相をバ
イアス磁束で合わせるようにすることにより、それぞれ
の特性を図11(B)、図11(C)のようにする。こ
のように構成することにより、図1に示す1次微分グラ
ジオメータと同様の動作を実現することができる。ま
た、上記各実施例と同様に、図10(C)に示すように
同一平面上に配置しても図10(B)と同様の動作を実
現することができる。
【0033】次に、本発明の第5実施例であるマグネト
メータの感度校正法について図6を参照しつつ説明す
る。上記各実施例の説明においては、すべてマグネトメ
ータの磁場感度は揃っているものとしていた。通常、S
QUIDはリソグラフィを使って製作するため、相互の
寸法精度は極めて高いが、磁場−電圧変換係数または磁
束電圧変換率は同一バイアス条件で必ずしも一致しない
ことがある。磁束電圧変換係数はバイアス電流源13〜
16の電流値ib1〜ib4などの関数となっているため、
この値を増減させることにより磁束電圧変換係数を変化
させることができる。
メータの感度校正法について図6を参照しつつ説明す
る。上記各実施例の説明においては、すべてマグネトメ
ータの磁場感度は揃っているものとしていた。通常、S
QUIDはリソグラフィを使って製作するため、相互の
寸法精度は極めて高いが、磁場−電圧変換係数または磁
束電圧変換率は同一バイアス条件で必ずしも一致しない
ことがある。磁束電圧変換係数はバイアス電流源13〜
16の電流値ib1〜ib4などの関数となっているため、
この値を増減させることにより磁束電圧変換係数を変化
させることができる。
【0034】可変電流源21〜24から磁束注入コイル
へのバイアス磁束は、下式 imb1 =I01+Im ・sinωt ………(3) imb2 =I02−Im ・sinωt ………(4) imb3 =I03−Im ・sinωt ………(5) imb4 =I04+Im ・sinωt ………(6) で表わされるが、I01からI04を操作することにより各
位相を一致させ、かつ振幅Im を等しく変調したとき増
幅器6の変調出力を最小となるようにバイアス電流源1
3〜16を順次調整し磁束電圧変換率を一致させれば、
同相磁場入力に対するキャンセル率を十分大きくとるこ
とが容易にできる。
へのバイアス磁束は、下式 imb1 =I01+Im ・sinωt ………(3) imb2 =I02−Im ・sinωt ………(4) imb3 =I03−Im ・sinωt ………(5) imb4 =I04+Im ・sinωt ………(6) で表わされるが、I01からI04を操作することにより各
位相を一致させ、かつ振幅Im を等しく変調したとき増
幅器6の変調出力を最小となるようにバイアス電流源1
3〜16を順次調整し磁束電圧変換率を一致させれば、
同相磁場入力に対するキャンセル率を十分大きくとるこ
とが容易にできる。
【0035】なお、本発明は、上記実施例に限定される
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。
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。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明の第1の発明によれば、負帰還で線形化し、磁束
電圧変換率の大きさが等しく極性が逆のマグネトメータ
を組み合わせることにより、容易にグラジオメータを構
成することができる。SQUIDの動作周波数は極めて
高いため、同相雑音除去の周波数特性は、回路で差分構
成を取る場合に比べて優れている。一方、各マグネトメ
ータは直列に接続されているためバイアス電流でON、
OFFを行うことにより同一構成でさまざまな微分特性
を実現できる。また、ベクトルマグネトメータを1つの
回路で受けることもでき回路の簡素化が可能になる。さ
らに、本発明の第2の発明によれば、第1の発明のSQ
UID磁束計において、同相磁場入力に対するキャンセ
ル率を十分大きくとることが容易にできる。
本発明の第1の発明によれば、負帰還で線形化し、磁束
電圧変換率の大きさが等しく極性が逆のマグネトメータ
を組み合わせることにより、容易にグラジオメータを構
成することができる。SQUIDの動作周波数は極めて
高いため、同相雑音除去の周波数特性は、回路で差分構
成を取る場合に比べて優れている。一方、各マグネトメ
ータは直列に接続されているためバイアス電流でON、
OFFを行うことにより同一構成でさまざまな微分特性
を実現できる。また、ベクトルマグネトメータを1つの
回路で受けることもでき回路の簡素化が可能になる。さ
らに、本発明の第2の発明によれば、第1の発明のSQ
UID磁束計において、同相磁場入力に対するキャンセ
ル率を十分大きくとることが容易にできる。
【図1】本発明に係るSQUID磁束計の第1実施例の
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
【図2】図1に示すSQUID磁束計の基板の空間配置
を示す図である。
を示す図である。
【図3】本発明に係るSQUID磁束計の第2実施例の
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
SQUIDループ付近の構成を示す回路図である。
【図4】図3に示すSQUID磁束計の基板の空間配置
を示す図である。
を示す図である。
【図5】図1に示すSQUID磁束計の全体構成を示す
図である。
図である。
【図6】図3に示すSQUID磁束計の全体構成を示す
図である。
図である。
【図7】本発明に係るSQUID磁束計の第3実施例の
基板の空間配置を示す図である。
基板の空間配置を示す図である。
【図8】図1に示すSQUIDの動作を説明する図
(1)である。
(1)である。
【図9】図1に示すSQUIDの動作を説明する図
(2)である。
(2)である。
【図10】本発明に係るSQUID磁束計の第4実施例
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図11】図10に示すSQUID磁束計の動作を説明
する図である。
する図である。
3 バイアス電流源 4,5 差動増幅器 6 オフセット電圧源 7,8 可変電流源 9,10 磁束注入コイルアレイ 13〜16 バイアス電流源 17,18 差動増幅器 19 オフセット電圧源 21〜24 可変電流源 25〜28 磁束注入コイルアレイ Aa ,Ab ,Ac SQUIDアレイ D1 〜D6 ベースライン間隔 ib バイアス電流 imb バイアス磁束用電流 J ジョセフソン接合 La1〜LaN,Lb1〜LbN,Lc1〜LcN 負帰還コイル Mb ,Mn 結合係数 Rn 負帰還抵抗 Sa1〜SaN,Sb1〜SbN,Sc1〜ScN SQUID 101〜104 SQUID磁束計
Claims (6)
- 【請求項1】 1又はアレイ状のSQUIDを備えたn
個(n:n≧1なる自然数)の第1マグネトメータと、
前記第1マグネトメータとは磁場感度の方向が逆となる
ようにn個の第2マグネトメータを配置したことを特徴
とするSQUID磁束計。 - 【請求項2】 請求項1記載のSQUID磁束計におい
て、 前記SQUIDの出力端子から前記SQUIDに直接に
負帰還を行う1又はアレイ状の負帰還コイルと、 前記負帰還の量を制御する負帰還抵抗と、を備え、 前記SQUIDと前記負帰還コイルとの結合容量をMn
とし、前記SQUIDが1個の場合の磁束電圧変換率を
dV/dφとし、前記負帰還抵抗値をRn としたとき、
下式 n×(dV/dφ)×(Mn /Rn )≧1 を満足するように構成されることを特徴とするSQUI
D磁束計。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載のSQUID
磁束計において、 前記SQUIDを駆動するバイアス電流源と、前記SQ
UIDにバイアス磁束を注入するバイアス磁束注入源を
有し、前記SQUIDの位相又は感度を調整することを
特徴とするSQUID磁束計。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3記載のSQUI
D磁束計において、 前記負帰還コイルにおける負帰還の符号を反転させるこ
とに前記磁場感度の方向を反転させることを特徴とする
SQUID磁束計。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項4記載のSQUI
D磁束計において、 前記バイアス電流源を独立にON又はOFF可能とした
ことを特徴とするSQUID磁束計。 - 【請求項6】 1又はアレイ状のSQUIDを備えたn
個(n:n≧1なる自然数)の第1マグネトメータと、
前記第1マグネトメータとは磁場感度の方向が逆となる
ようにn個の第2マグネトメータを配置し、バイアス電
流源とバイアス磁束注入源を備えたSQUID磁束計の
校正方法であって、 前記各マグネトメータのi番目のSQUIDへバイアス
磁束を注入するための電流値が、下式 imbi =I0i+Im ・sinωt で表わされるとき、上式右辺中のI0iを操作することに
より各位相を一致させ、かつ上式右辺中の振幅Im を等
しく変調したとき、SQUIDの出力を最小となるよう
に前記バイアス電流源を調整して磁束電圧変換率を一致
させるように前記各マグネトメータを校正することを特
徴とするSQUID磁束計の校正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161601A JP2869776B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Squid磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7161601A JP2869776B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Squid磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334555A true JPH08334555A (ja) | 1996-12-17 |
| JP2869776B2 JP2869776B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=15738262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7161601A Expired - Lifetime JP2869776B2 (ja) | 1995-06-06 | 1995-06-06 | Squid磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869776B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6285186B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-09-04 | Seiko Instruments Inc. | Superconducting quantum interference device having bias wiring layer |
| US7433506B2 (en) | 1997-10-02 | 2008-10-07 | Hitachi, Ltd. | Method of measuring a biomagnetic field, method of analyzing a measured biomagnetic field, method of displaying biomagnetic field data, and an apparatus therefor |
| CN105372612A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-02 | 清华大学 | 一种精确诊断串联squid故障的方法 |
| CN116482586A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-07-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Squid检测电路、传感器及多通道磁测量系统 |
-
1995
- 1995-06-06 JP JP7161601A patent/JP2869776B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6285186B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-09-04 | Seiko Instruments Inc. | Superconducting quantum interference device having bias wiring layer |
| US7433506B2 (en) | 1997-10-02 | 2008-10-07 | Hitachi, Ltd. | Method of measuring a biomagnetic field, method of analyzing a measured biomagnetic field, method of displaying biomagnetic field data, and an apparatus therefor |
| CN105372612A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-03-02 | 清华大学 | 一种精确诊断串联squid故障的方法 |
| CN116482586A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-07-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Squid检测电路、传感器及多通道磁测量系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2869776B2 (ja) | 1999-03-10 |
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