JPH06324129A - Method for measuring change of magnetic flux quantity - Google Patents
Method for measuring change of magnetic flux quantityInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、SQUID(Supe
rconducting QuantumInterf
erence Device: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。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to SQUID (Super
rconducting QuantumInterf
The present invention relates to a magnetic flux change amount measuring method for measuring a minute change (magnetic flux change) of a magnetic field due to a biomagnetic signal or the like using an erasure device (superconducting quantum interference device).
【0002】[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。2. Description of the Related Art A dcSQUID (voltage output type SQUID) including two Josephson junctions in a superconducting ring and an rfSQUID including one Josephson junction in a superconducting ring.
According to the SQUID magnetometer using D (frequency output type SQUID), it is possible to detect a minute magnetic field of about several tens of pT, so that it is used for measurement of biomagnetic signals such as a heart wave and a brain wave, and a highly accurate current. It is also applied to meters and voltmeters. SQUID used for such magnetic measurement
Has a feature that when an external magnetic flux acts on the SQUID ring, a variable output that repeats a constant waveform every quantum flux Φ 0 cycle is obtained. By counting the number of times n of this variable output, the SQUID ring The applied external magnetic flux (signal magnetic flux Φs) can be measured as n times the quantum magnetic flux Φ0.
【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(Flax Locked
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。When the external magnetic flux is measured with the quantum magnetic flux Φ 0 as a reference, a measurement accuracy higher than the quantum magnetic flux Φ 0 cannot be obtained, and the SQUID waveform is substantially proportional to the SQUID output and the magnetic flux change. Since the signal magnetic flux Φs is slightly vibrating in the non-linear portion, there is no change output proportional to the signal magnetic flux Φs because there is a linear portion that can be changed and a non-linear portion that is not proportional. Therefore, as an output that is proportional to the signal magnetic flux Φs is obtained (the relationship between the magnetic flux and the output is linearized), an SQUI using a feedback circuit is used.
A D magnetometer is used. An example of such a feedback SQUID magnetometer is FLL (Fax Locked).
FIG. 14 shows a voltage output type SQUID drive circuit based on the Loop method. In addition, square wave magnetic field voltage output type SQUI
Figure 1 shows the relationship between the output voltage and the external magnetic flux when D is modulated.
5 shows.
【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)。In FIG. 15, Φs is a signal magnetic flux,
Square wave magnetic flux ± Φm for modulation of bias magnetic flux Φb and frequency f
Is applied, and the time change of the magnetic flux is in the negative direction of the y-axis, and the time change of the output voltage is in the sex direction of the x-axis. First, FIG. 15A shows the case where the signal magnetic flux Φs is 0, and Φb is adjusted to be nΦ0 or (n + 1/2) Φ0, and Φm is adjusted to have the largest magnetic field voltage conversion coefficient. To be done. Note that n is an integer. Therefore, when the signal magnetic flux Φs is 0, Φb ± Φm becomes (2
n ± 1) biased to Φ 0/4, voltage output type SQUI
The output voltage across D becomes constant over time (FIG. 15).
In (a), t = Vo). Then, when the signal magnetic flux Φs is applied, a square wave voltage having the same frequency as the modulation frequency is obtained as an output from the voltage output type SQUID (FIG. 15 (b)).
reference).
【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。As described above, the signal magnetic flux Φs is transferred to the input coil 5
The voltage appearing across the voltage output type SQUID 52 by being added to the voltage output type SQUID 52 from 1 is amplified by the superconducting transformer 53 and the preamplifier 54 and then detected based on the oscillation frequency of the modulation signal oscillator 55. The lock-in is detected by the device 56. The superconducting transformer 53 is intended for impedance matching with the preamplifier 54 at the same time as signal amplification. The output signal from the lock-in detector 56 is modulated by an integrating amplifier 57.
It is fed back to the feedback coil 58. That is, the voltage output type S
The bias flux in the ring of QUID 52 is always fixed at Φb due to this feedback circuit. Therefore, by connecting the resistor R in the feedback circuit and recording the voltage across the resistor R as the output voltage, the current flowing through the modulation / feedback coil 58 can be obtained.
8 and the SQU from the modulation / feedback coil 58.
The output of the voltage output type SQUID is linearized on the basis of the proportional relationship with the magnetic flux applied to the ID ring. Thus, according to the feedback SQUID magnetometer, even if the signal magnetic flux Φs is not an integral multiple of the quantum magnetic flux Φ 0,
It is possible to obtain a change output of the SQUID that is proportional to the change amount of the external magnetic flux.
【0006】[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。However, in the method for measuring the amount of change in magnetic flux using a feedback circuit, such as the above-described feedback type SQUID magnetometer, it is necessary to use a feedback circuit.
The wiring required for the feedback circuit must be led from the room temperature room where various electronic circuits are installed to the cryogenic cryostat containing the SQUID, which inevitably leads to a long wiring length and through this wiring to the cryostat. The increase in the amount of heat that flows in increases the load required to cool the SQUID.
【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。In addition, in the magnetic flux change amount measuring method using the feedback circuit described above, since the response speed is limited due to the circuit characteristics of the feedback circuit and the like, when the change of the external magnetic flux is fast, The response speed of the feedback circuit cannot keep up. The difference between the signal magnetic flux and the feedback magnetic flux is Φ 0/4
When it reaches, the FLL circuit stops working. Further, since there is a limit on the maximum allowable input level to the FLL circuit, there is a possibility that the noise in the circuit may have a great influence on the input level.
【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。Therefore, the present invention can sufficiently follow the rate of change of the external magnetic flux, can well complement the non-linearity of the SQUID output, the SQUID output is not affected by the noise in the circuit, and the cooling load of the SQUID is high. It is an object of the present invention to provide a method for measuring the amount of change in magnetic flux that can reduce the noise.
【0009】[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。A main SQUID output in which a change waveform in which a linear output portion and a non-linear output portion are alternately generated corresponding to a change in a magnetic flux acting on an SQUID ring is repeated every quantum magnetic flux period, By making the magnetic operating point different from the main SQUID output, a linear S output can be obtained in the non-linear part of the main SQUID output.
Using the QUID output, a main SQUID output and a sub SQUID for a measurement reference value that is a value of a main SQUID output or a sub SQUID output that obtains a linear output at the time of measurement reference
The relative SQUID output change amount in the linear portion of the D output is obtained, and the SQUID is calculated based on the linear characteristic of the SQUID.
The amount of change in magnetic flux is obtained from the amount of change in output.
【0010】[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。When the main SQUID output when measuring the external magnetic flux corresponds to the non-linear portion of the characteristic waveform, the sub SQUID
Since the D output corresponds to the linear part of the characteristic waveform, the secondary SQU
It is possible to obtain the SQUID output change amount in the ID output, and when the sub-SQUID output during measurement of the external magnetic flux corresponds to the nonlinear portion of the characteristic waveform, the main SQUID output corresponds to the linear portion of the characteristic waveform. SQUID
The SQUID output change amount at the output can be obtained. Then, the SQUID output change amount with respect to the SQUID output at the time of measurement reference is obtained to obtain the SQUID.
Based on the linear characteristic in which the D output change amount and the magnetic flux change amount are approximately proportional, the magnetic flux change amount changed with respect to the magnetic flux at the time of measurement reference can be obtained.
【0011】[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。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The outline of the method for measuring the amount of magnetic flux change according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【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。FIG. 1 shows a change waveform (SQ) obtained from the first SQUID capable of obtaining a voltage change corresponding to a magnetic flux change by using, for example, a dcSQUID.
FIG. 6 is a characteristic waveform diagram showing a change state with respect to a change in external magnetic flux, regarding a UID1 output) and a change waveform (SQUID2 output) obtained from the second SQUID in which the magnetic operating point is different from the SQUID1 output by Φ 0/4. In this figure, the SQUID1 output and the SQUID2 output can be divided into a linear part that can be regarded as a change in each SQUID output being approximately proportional to the external magnetic flux, and a non-linear part other than that. And occur alternately every Φ 0/4.
【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。Since the original SQUID output is close to a sine wave, the SQUID output change amount and the magnetic flux change amount are not directly proportional to each other even in the linear portion of the waveform of FIG. It is assumed that a region where a linear characteristic that can be practically used can be ensured is obtained for each Φ 0/4 in the magnetic flux change measurement using. That is, S
In QUID1 output, the output voltage is Vth1 and Vtl
With 1 as the threshold value, set the unsaturated region where a linear output is obtained within this range, and the saturated region where the linear output is obtained in the part exceeding this range. For the SQUID2 output, the output voltage is Vth2 and Vtl2 as the threshold value, and this range is set. The unsaturated region where a linear output is obtained is set in the above, and the saturated region where a nonlinear output is obtained is set in a portion exceeding this range. Therefore, SQUID1 output and SQ in the unsaturated region
The UID2 output has a proportional relationship with the external magnetic flux.
【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。Here, Vth1 = α of the SQUID1 output,
Assuming Vtl1 = β, the relational expression V = kΦ (SQUID
Output voltage change amount = k × external magnetic flux change amount)
−β = k × Φ0 / 4 holds, and k = 4 (α−β) / Φ0
Is obtained.
【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。Further, if two SQUIDs having the same characteristics are used as the first SQUID and the second SQUID, respectively, the waveform characteristics of the quantity SQUID output are the same, so Vth1 = V
When th2 = α and Vtl1 = Vtl2 = β, SQUID1
In SQUID1, the output of SQUID1 increases by α-β between A and B, and in SQUID2, the output of SQUID2 increases by α-β between B and C. That is, while the external magnetic flux changes from A to C (while increasing by Φ 0/2), the SQUID1 output and S
The QUID2 output increases by (α-β), so 2
When k'is calculated based on the relational expression of (α-β) = k '× Φ0 / 2, k' = 4 (α-β) / Φ0 = k, and S
It can be seen that it matches the proportional constant k obtained only from the linear characteristic of the QUID1 output.
【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。Next, consider the case where the external magnetic flux changes in the order of A → B → C → D → A '. Although the first region between A and B where the SQUID1 output is obtained as a linear output and the second region between B and C where the SQUID2 output is obtained as a linear output increase by (α-β), respectively, as described above. , SQUID
The third region between C and D where one output is obtained as a linear output, and D- where the SQUID2 output is obtained as a linear output
In the fourth region between A ′, each decreases by (α−β). Therefore, when the proportional constant k ″ is obtained from V = k ″ Φ in the third region or the fourth region, k ″ = 4 (β
−α) / Φ0 = −4 (α−β) / Φ0, and k ″ = −
k is obtained. Therefore, S in the third area and the fourth area
The amount of change in the QUID output can be reversed by changing the polarity.
It can be seen that this applies to the relational expression of V = kΦ. That is, 2 (α-β) + {-2 (β-α)} = k × 4 (Φ
From 0/4), k = 4 (α−β) / Φ0 is obtained.
【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。In the dcSQUID capable of obtaining a voltage change according to the magnetic flux change, the same waveform is repeated for each quantum magnetic flux Φ 0, so that even if the external magnetic flux at the measurement reference is A ′, B ′, C ′. , D ′ ..., the magnetic flux change amount can be obtained with the same proportionality constant k.
【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。As described above, the SQUID1 output as the main SQUID output and the sub-SQUID whose magnetic operating points are different from each other by Φ0 / 4 with respect to this SQUID1 output.
By using the SQUID2 output as the above, for example, the amount of change in the external magnetic flux can be obtained by using the known proportionality constant k based on the linear characteristic of the SQUID by obtaining the amount of change relative to the SQUID output at the time of measurement reference. It will be possible.
【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。Therefore, unlike the conventional method of measuring the amount of change in magnetic flux using a feedback circuit, there is no need to provide wiring for the feedback circuit, so that SQ can be performed from a room temperature room where various electronic circuits are installed.
By reducing the number of wires that reach the cryogenic cryostat that stores the UID and shortening the wire length, and reducing the amount of heat that flows into the cryostat through the wires, the load required to cool the SQUID can be reduced. is there.
【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。In addition, since the response speed is not limited due to the circuit characteristics as in the conventional magnetic flux change amount measuring method using the feedback circuit, even if the external magnetic flux changes quickly, the measurement time By shortening the interval of (is increased by increasing the number of measurements per unit time), it is possible to improve the reliability of measurement. Of course, since the feedback circuit is not used, the feedback type SQUI is such that the difference between the signal magnetic flux and the feedback magnetic flux reaches Φ 0/4 and the FLL circuit does not work.
It does not have the drawbacks of the D magnetometer. Further, since there is no limitation on the maximum allowable input level to the FLL circuit, a large allowable input can be taken. Therefore, it is possible to reduce the influence of noise in the circuit by increasing the sensitivity of the SQUID.
【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。In the above description, the main SQUI
Since the SQUID output change amount is obtained by using only the SQUID1 output as the D output and the SQUID output 2 as the sub SQUID output, in the third region and the fourth region where the proportional constant of Φ-V becomes negative. , It was necessary to obtain the output change amount by reversing the polarities.
First sub S having a different Φ 0/4 operating point with respect to the main SQUID
Φ0 and the second sub-SQUID whose operating point is different from the main SQUID by Φ 0/2, and 3Φ 0 with respect to the main SQUID
If the third sub-SQUIDs having different / 4 operating points are used, the configuration can be such that only the change amount of each SQUID output is added for each φ0 / 4. In addition, since an error due to the characteristic peculiar to the element may be present in each SQUID, the main SQ
The magnetic flux change amount may be calculated for each of the UID and the sub-SQUID by individually using the threshold values Vth, Vtl and the proportional constant k in the linear / non-linear region.
【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。Next, a specific example of obtaining the output change amount from the SQUID1 output and the SQUID2 output will be described. If the change amount of the external magnetic flux is within a small range with respect to the linear output portion of each SQUID output, the magnetic flux change amount can be obtained using the SQUID output that can obtain a linear output at the time of measurement reference. , When the amount of change in magnetic flux is large,
When the SQUID output at the time of measurement reference is near the threshold value of the SQUID, it is necessary to appropriately switch the SQUID for obtaining the SQUID output change amount.
【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。FIG. 2 is an enlarged view of a part of the characteristic waveforms of the SQUID 1 and 2 outputs of FIG. For example, consider a case where the value of the external magnetic flux at the measurement reference time is A, and then the value of the external magnetic flux changes to B. Where SQU
When the SQUID output change amount of the ID1 output increases to .DELTA.V1, it reaches Vth1 which is a threshold value between the linear region and the non-linear region, so it is necessary to switch to the SQUID2 output. At this time, when switching from the SQUID1 output to the SQUID2 output, the SQUID output change amount at the SQUID1 output is stored as ΔV1 and the SQUID at the time of switching is also stored.
The value Vtl2 of the D2 output also needs to be stored. When the value of the external magnetic flux reaches B, the difference between Vtl2 stored at the time of switching the SQUID output and the SQUID2 output at the present time becomes ΔV2. Therefore, the added value of ΔV1 and ΔV2 becomes the SQUID output change amount, and this (ΔV1 + Δ
The amount of change in magnetic flux between A and B can be obtained from V2).
【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。Also, when the value of the external magnetic flux changes from B to C, the SQUID of the SQUID2 output is output in the same manner as above.
When the output change amount increases to .DELTA.V3 and is switched to the SQUID1 output, the SQUID output change amount at the SQUID2 output is stored and held as .DELTA.V3, and the SQUID1 output value Vth1 at the switching time is also stored. Then, when the value of the external magnetic flux reaches C, the difference (absolute value) between Vth1 stored at the time of SQUID output switching and the current output becomes ΔV4, so (ΔV3 + ΔV4) becomes B-
The amount of change in magnetic flux between C can be obtained.
【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。The SQ for obtaining the SQUID output change amount
The timing of switching the UID is not particularly limited, but for example, apart from the regular measurement for reading the SQUID output as a measurement result at regular intervals, the first SQUI
Whether or not the waveform characteristic of D or the second SQUID has reached the saturation region is constantly measured, and when the saturation region arrival is detected, the SQUID is switched immediately and each measurement value is stored. For example, since the measured values in the saturated region do not coexist, the measurement accuracy can be improved. However, if the regular measurement is performed at sufficiently short times with respect to the changing speed of the external magnetic flux, this mixing error can be stopped to a negligible amount.
【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。FIG. 3 shows a first embodiment of the SQUID magnetometer which can embody the above-described magnetic flux change amount measuring method according to the present invention.
【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。In this SQUID magnetometer 1, the external magnetic flux detected by the pickup coil 2 is passed through the first input coil 3a and the second input coil 3b as the first dcSQUID SQUID1 and the second dcSQ.
Each is supplied to SQUID2 which is a UID. The winding ratios of the first input coil 3a and the second input coil 3b are set to be equal to each other, and the SQUID1
And SQUID2 detect equal magnetic flux changes. A bias current (not shown) is supplied to each of SQUID1 and SQUID2. Furthermore, SQ
For UID1 and SQUID2, select ones that have almost the same characteristics, and for SQUID2, select SQUID.
An offset current is adjusted so that the magnetic operating point differs from ID1 by Φ 0/4.
【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。The SQUID1 output is supplied to the first saturation determination means 4 and the SQUID2 output is supplied to the second saturation determination means 5, and the saturation determination means 4 and 5 output the SQUIDs 1 and 2 respectively. It detects that it is in the saturated region. For example, the first saturation determination means 4 uses the SQUID
The second saturation determination means 5 is composed of a first comparator 4a that obtains an output when one output exceeds Vth1 and a second comparator 4b that obtains an output when the SQUID1 output becomes lower than Vtl1. , SQUID2 output exceeds Vth2, a third comparator 5a is provided, and an SQUID2 output is below Vtl2, a fourth comparator 5b is provided.
【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。The outputs of SQUID1 and SQUID2 and the saturation determination outputs of the first and second saturation determination means are:
It is to be supplied to the output selection means 6, and the first and second
Based on the saturation judgment outputs of the saturation judgment means 4 and 5, the SQU
The ID output is switched. This output selection means 6
Is provided with four normally open contacts including, for example, a first switch 6a, a second switch 6b, a third switch 6c, and a fourth switch 6d, and the first switch 6a is a second switch.
The output of the fourth comparator 5b of the saturation judgment means 5
The switch 6b is the output of the first comparator 4a of the first saturation judgment means 4, and the third switch 6c is the second saturation judgment means 5
Is output from the third comparator 5a, the fourth switch 6d is output from the second comparator 4b of the first saturation determination means 4,
It is supposed to close each.
【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。The SQUID1 output output by closing the first switch 6a of the output selecting means 6 is output to the first area change amount calculating means 7a by outputting the SQUID2 output by closing the second switch 6b. Is output to the second area change amount calculating means 7b by the closing of the third switch 6c, and the SQUID1 output is output to the third area change amount calculating means 7c by closing the fourth switch 6d. The SQUID2 output is supplied to the second area change amount calculating means 7d, and the output signals from the first to fourth switches 6a to 6d are the SQUID.
It is also supplied to the measurement timing control means 8 for controlling the measurement timing in the magnetic flux meter 1 as a whole. Then, the measurement timing control means 8 responds to the selected output output from the output selection means 6 to the first to fourth areas.
The command for starting the calculation is issued to the area change amount calculating means 7a to 7d.
【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。The first to fourth area change amount calculating means 7a to 7d for calculating the change amount of the SQUID output based on the command from the measurement timing control means 8 calculate the change amount integrating means based on the calculation result of the SQUID output change amount. 9, and the change amount accumulating means 9 accumulates the SQUID output change amounts supplied from the first to fourth change region calculating means 7a to 7d, for example, the measurement by the SQUID magnetometer 1 SQUIT that has changed relative to the time when measurement was started
The amount of change in D output is obtained. Then, the magnetic flux change amount conversion unit 10 converts the integrated result of the change amount integration unit 9 into the magnetic flux change amount, so that the magnetic flux change amount with respect to the measurement reference time can be obtained as a measurement output. In addition, in order to arbitrarily change the measurement reference time of the magnetic flux change amount,
Fourth area change amount calculating means 7a to 7d, measurement timing control means 8, change amount integrating means 9, magnetic flux change amount converting means 10
You may comprise so that the reset means for returning to an initial state may be provided.
【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。Next, the calculation control of the first to fourth area change amount calculation means 7a to 7d by the measurement timing control means 8 will be described in detail. The first area change amount calculation means 7a
Is calculated in the unsaturated region (for example, the region between A and B in FIG. 1) while the SQUID1 output changes from Vtl1 to Vth1, and the second region change amount calculation means 7b.
Is calculated in the unsaturated region (for example, the region between B and C in FIG. 1) while the SQUID2 output changes from Vtl2 to Vth2, and the third region change amount calculating means 7c
Is calculated in the unsaturated region (for example, the region between C and D in FIG. 1) while the SQUID1 output changes from Vth1 to Vtl1, and the fourth region change amount calculating means 7d
Is calculated in the unsaturated region (for example, the region between D-A 'in FIG. 1) while the SQUID2 output changes from Vth2 to Vtl2.
【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。The measurement timing control means 8 in this embodiment is provided with a timing means, and the output selection means 6
By instructing any one of the first to fourth area change amount calculating means 7a to 7d, to which the SQUID output selected by is to be executed, to perform calculation at regular time intervals, it is possible to perform regular measurement. . Therefore, in the SQUID magnetometer 1 of the present embodiment, the amount of change in magnetic flux can be obtained as a measurement output at predetermined constant time intervals. In addition, the fixed time for performing the regular measurement is the first and second input coils 3a,
If it is set to a time sufficiently short with respect to the standard rate of change of the magnetic flux acting on 3b, it is possible to follow the switching of the selected output based on the saturation judgment, but in the present embodiment, the output selection means 6 is used. The measurement timing control unit 8 also integrally controls the measurement timing control for the respective area change amount calculation units 7a to 7d when the SQUID output switching operation is performed.
【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。For example, at the time of measurement reference, the second SQUI
The signal is output from the fourth comparator 5b based on the output of SQUID2 of D being lower than Vtl2.
It is assumed that when the switch 6a is closed and the measurement in the first region is selected, the SQUID1 output is supplied to the first region change amount calculation means 7a and the measurement timing calculation control means 8. Here, first, the first area change amount calculation means 7a stores the SQUID1 output as a reference value for calculating the SQUID output change amount. The operation of storing the reference value by the first area change amount calculating means 7a is as follows.
The configuration may be performed by the control signal from the measurement timing control means 8 or may be independently performed by the first area change amount calculation means 7a.
【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。As described above, when the fixed time for performing the regular measurement has elapsed after the measurement by the SQUID magnetometer 1 was started, the measurement timing control means 8 issues a calculation execution command to the first area change amount calculation means 7a. Then, the first area change amount calculation means 7a that has received the instruction subtracts the change amount by subtracting the stored output value (the value of the SQUID1 output stored as the calculation reference value) from the SQUID1 output when the calculation instruction is received. The calculation is performed and the calculation result is output to the change amount integrating means 9, and the SQUID1 output at the time of receiving the calculation command is stored as a new storage output value. Thus, when the calculation command is next received from the measurement timing control means 8, the first area change amount calculation means 7a relatively compares the new storage output value during the regular measurement. Changed S
The QUID output change amount can be calculated.
【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。While repeating the above regular measurement, S
When the QUID1 output exceeds Vth1 and reaches the saturation region, the fourth comparator 5b of the second saturation determination means 5
Is stopped, and the output from the first comparator 4a of the first saturation determination means 4 is started,
The first switch 6a is opened and the third switch 6b is closed. When the switching operation of the SQUID output by the output selection means 6 is detected, the measurement timing control means 8 outputs a calculation command to the first area change amount calculation means 7a even before the time of the regular measurement is reached, The one-region change amount calculation means 7a is caused to calculate the change amount of the SQUID output. Thus, the first area change amount calculation means 7a calculates the SQUID output change amount that has changed from the value of the SQUID1 output in the previous scheduled measurement until the SQUID1 output reaches Vth1, and outputs it to the change amount integrating means 9. To do.
【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。Incidentally, the first input coil 3a and the second input coil 3b or SQUID1 and SQUID2.
It is difficult to perfectly match the characteristics of
It is very difficult to perform the opening operation of the first switch 6a and the closing operation of the second switch 6b, which are performed by the output selecting means 6 in accordance with the change in the SQUID1 output and the SQUID2 output, because it is very difficult to select the output. Although an error due to the switch switching time lag in the means 6 will intervene, it is possible to suppress such an error to a negligible level. However, when the switch selection operation by the output selection means 6 is frequently performed, the error accumulates each time, and this greatly affects the measurement accuracy.
【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。In order to prevent such a problem, in the present embodiment, each of the switches 6a to 6d receives the saturation determination outputs from the first and second saturation determination means 4 and 5, and changes from the closed state to the open state. It is configured such that a slight delay time occurs before returning to. According to this configuration, the SQU
The fourth comparator 4d detects that the SQUID2 output exceeds the threshold voltage Vtl2 before closing the second switch 6b by detecting the state where the ID1 output exceeds the threshold voltage Vth1. Even in the case, the first switch 6a can be prevented from being opened. Then, at the timing when the measurement timing control means 8 detects the opening operation of the second switch 1b (the supply start state of the SQUID2 output), the change amount calculation operation by the first area change amount calculation means 7a and the second area change amount. The storage operation of the storage output value by the calculating means 7b is performed at the same time.
【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。Thus, the SQUID output change amount until reaching the saturation region by the first region change amount calculating means 7a and the SQUID at the time when the SQUID1 output is switched to the second SQUID when the SQUID1 output reaches the upper saturation region.
Since the D2 output value can be stored almost simultaneously, SQUID
By setting the measurement reference value in SQUID2 while the SQUID output change amount based on 1 output is being measured, the SQUID output change amount becomes larger than the original SQUID output change amount, or conversely based on SQUID1 output. After the measurement of the SQUID output change amount is completed, there is a time lag between the SQUID
By setting the measurement reference value with two outputs, the original SQ
It is possible to prevent the change amount from becoming smaller than the UID output change amount. As a result, the first SQUID and the second SQUID
Every time the output of the SQUID is switched, it is possible to suppress the occurrence of an error in the calculated value performed by the area change amount calculating means 7a to 7d and the stored output value as the measurement reference value, and obtain a measurement output with good measurement accuracy. It becomes possible.
【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。It should be noted that the first area change amount calculating means, which has stopped supplying the SQUID1 output, returns to the initial state after supplying the last calculated value to the change amount integrating means 9,
It is assumed that the SQUID output value used for the final calculation is not stored as the stored output value. Then, when the measurement of the SQUID output change amount is started again, the measurement reference value is stored again. The storage timing and the reset control may be controlled by the measurement timing control means 8.
The area change amount calculating means 7a to 7d may be independently executed.
【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。Similarly to the above, when the SQUID output change amount measurement in the second region is switched to the SQUID output change amount measurement in the third region, it is determined that the SQUID2 output exceeds the threshold voltage Vth2. When the third switch 6c closes due to detection by
When switching from the SQUID output change amount measurement in the third region to the SQUID output change amount measurement in the fourth region, S
When the second comparator 4b detects that the QUID1 output has become lower than the threshold voltage Vtl1, the SQU in the fourth region is closed at the timing when the fourth switch 4d is closed.
When switching from the ID output change amount measurement to the SQUID output change amount measurement in the first region again, the first comparator 6d detects that the SQUID2 output becomes lower than the threshold voltage Vtl2, and thus the first switch 6a operates. Each operation is performed at the closing timing.
【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。In this embodiment, the calculation method of the SQUID output change amount by the first to fourth area change amount calculating means 7a to 7d is described as "SQUID output value at the time of calculation".
Since it is common to subtract the "stored output value" from the above, in the third and fourth regions where the stored output value becomes larger than the SQUID output value at the time of calculation, the polarity of the calculated value changes and is changed. It is assumed that it is supplied to the quantity integrating means 9. However, the third area change amount calculation means 7c and the fourth area change amount calculation means 7c
If the calculation method in the area change amount calculating means 7d is changed so as to subtract the "SQUID output value at the time of calculation" from the "stored output value", it suffices to supply the change amount integrating means 9 without changing the polarity. Of course, the polarity of the change amount may be independently determined and addition / subtraction may be appropriately performed without using the change amount integration unit 9 that simply integrates the change amounts from the first to fourth area change amount calculation units 7a to 7d. You may make it provide a calculating means.
【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。In the first embodiment described above, the measurement timing control means 8 is used to perform the regular measurement, but the invention is not limited to this. For example,
In the second embodiment shown in FIG. 4, S of the first SQUID
First analog to convert QUID1 output to digital quantity-
A / D1 which is a digital converter and SQ of the second SQUID
A / D2, which is a second analog-digital converter that converts the UID2 output into a digital amount, is provided.
By synchronizing the conversion timings of 1 and A / D2, it is possible to perform regular measurement. Then, the digital amount output from the A / D 1 is A / D 1 by the first saturation determination means 4.
The digital amount output from D2 is subjected to saturation determination by the second saturation determination means 5, and the output selection control means 11 is based on the determination results of the first and second saturation determination means 4 and 5.
By controlling the output switching control means 12,
The SQUID output change amount measurement in any of the fourth areas is selected.
【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。The SQUID of the third embodiment shown in FIG.
In the magnetometer, after converting the SQUID1 and SQUID2 outputs into digital quantities by A / D1 and A / D2, respectively,
The first and second saturation determination means 4 and 5 perform saturation determination, and based on the determination results of the first and second saturation determination means 4 and 5, the difference calculation control means 13 causes the difference calculation value output means 14 to calculate the difference. By controlling the calculation operation, the difference calculation value output means 14 outputs difference calculation values corresponding to the first to fourth regions. Thus, the difference calculation value output means 1
Based on the difference calculation value output from SQUID 4, the SQUID output change amount measuring means 15 determines the SQUID for the measurement reference time.
The relative change amount of the output is measured, and the magnetic flux change amount conversion means 10 obtains the magnetic flux change amount with respect to the measurement reference time from the SQUID output change amount supplied from the SQUID output change amount measuring means 15.
【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。Thus, the SQUID according to the third embodiment
The magnetometer is provided with a calibration data collecting / storing means 16, and the calibration data collecting / storing means 16 causes the S
The periodic characteristic in the quantum magnetic flux cycle of the QUID1 output and the SQUID2 output is sampled, the periodic characteristic of each SQUID output is stored and retained, and the stored calibration data is supplied to the magnetic flux change amount conversion means 10. Thus, the magnetic flux change amount conversion means 10 measures the magnetic flux change amount from the SQUID output change amount based on the calibration data of each SQUID output, thereby complementing the nonlinearity of the SQUID output and reducing the magnetic flux change amount. Can be obtained. The calibration data collection / storage means 1
The calibration data stored in No. 6 is supplied to the difference calculation value output means 14 (indicated by a broken line in FIG. 5) to calibrate the SQUID output change amount, thereby changing the magnetic flux change amount and the SQUID.
The proportional relationship with the output may be maintained.
【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。In the above-mentioned magnetic flux change amount measuring method,
The case where the changing speed of the external magnetic flux is relatively slow with respect to the regular measurement of each SQUID output has been described. However, when the magnetic flux change acting on the SQUID during the regular measurement is large, the main SQUID output and the sub In some cases, the amount of change in the SQUID output due to the change in the magnetic flux cannot be obtained only from the SQUID output. Next, a method of measuring the amount of change in magnetic flux that can cope with such a sudden change in magnetic flux will be described.
【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。SQUID1 output and SQUI shown in FIG.
The output point of ID2 is different from that of Φ0 / 4 in the same manner as described above. Here, the external magnetic flux is Φ 0 / from the point A at which SQUID1 output is measured until the next scheduled measurement.
When it increases to 2 and reaches point B, SQUID1 output to S
Since the progress of returning to the SQUID1 output via the QUID2 output has not been measured, if the SQUID1 output and the SQUID2 output at point A are equal, it means that there was no magnetic flux change between A and B, It becomes impossible to measure the amount of change in magnetic flux. However, the SQUID
Using the state of SQUID2 output when 1 output is obtained,
It is possible to identify the increase or decrease in the SQUID1 output.
That is, at the point A, the SQUID2 output is in the lower saturation region, and at the point B, the SQUID2 output is in the upper saturation region. Therefore, even if the SQUID1 output values are equal, the magnetic flux change amount increases or decreases by Φ 0/2. You can tell that.
【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。In the SQUID magnetometer of the fourth embodiment for making the SQUID output judgment as described above, SQUID1
The output and the SQUID2 output are supplied to the first saturation determination means 4 and the second saturation determination means 5, respectively, and the determination results of the saturation determination means 4 and 5 are output to the change state determination means 17. Then, the change state determination means 17 determines the change state over time in the saturation region of each SQUID, and supplies the determination result to the difference calculation value output means 14. By doing so, the difference calculation value output means 14 becomes the first and second S
Even when one of the SQUID outputs of the QUID is continuously selected, it is possible to detect a rapid magnetic flux change exceeding Φ 0/4 from the change state of the other SQUID output received from the change state determination means 17. Of.
【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。However, according to the method described above, it is impossible to detect the case where a rapid magnetic flux change close to Φ 0 occurs during the regular measurement. For example, in FIG. 6, when changing from the point A to the point A ′, the change state cannot be known even by the SQUID2 output. So the main SQUID
A third SQUID having different sensitivity to external magnetic flux from the output and the sub-SQUID output is provided.
The change amount of the SQUID1 output and the SQUID2 output is appropriately determined from the change state of the QUID3 output.
For example, the SQUID3 output at point A is V1,
If the SQUID3 output at point B is V2, V1 <
It can be determined that the external magnetic flux is increasing on the basis of V2. Similarly, when the point A'changes to the point A ', the increase in the external magnetic flux can be determined because the SQUID3 output at the point A'is V3.
【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。The SQUID magnetometer of the fifth embodiment which embodies the above-mentioned magnetic flux change amount measuring method is as shown in FIG.
The external magnetic flux received by the pickup coil 2'is sent from the first input coil 3a 'to the SQUI as the main SQUID.
From the second input coil 3b 'to the first sub SQ
3rd input coil 3 to SQUID2 as ID
It is supposed that each is input from c'to SQUID3 as the second sub-SQUID. Here, both the first and second input coils 3a 'and 3b' have the same winding ratio, and the third input coil 3c 'is smaller than the first and second input coils 3a' and 3b '. , Third
The magnetic flux supplied from the input coil 3c 'to SQUID3 is made smaller than the magnetic flux supplied to SQUID1 and SQUID2.
【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。By doing so, it becomes possible to make the output change of SQUIDs 1 and 2 and the output change of SQUID 3 different from the change in magnetic flux sensed by the pickup coil 2 '. Then, the SQUID3 output is converted into a digital amount by the A / D 3 and then supplied to the changing state determining means 17 ', and the changing state determining means 17' determines the changing state of the external magnetic flux. Further, the difference calculation value output means 14 calculates the difference of the SQUID output according to the increase / decrease state of the external magnetic flux during the regular measurement based on the change information of the SQUID3 supplied from the change state determination means 17 '.
【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。When the SQUID3 output reaches the saturation region, it may be difficult to judge the change state. For example, a fourth SQUID in which the operating point is different from the SQUID3 output by Φ 0/4. If the change state in the saturation region of the SQUID3 output is obtained from the SQUID4 output by using the output, the third, fourth
It becomes possible to complement each other by the output of SQUID.
【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。In the above-described magnetic flux change measuring method, the case where the SQUID output is used so as to be able to cope with a large magnetic flux change has been described. Next, the SQUID output change amount when the external magnetic flux slightly changes is satisfactorily obtained. A case will be described.
【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。SQUID1 output and SQUID of FIG. 9
The two outputs differ in operating point by Φ 0/4. here,
In the external magnetic flux α, the SQUID1 output is at the threshold value with the upper saturation region, and the SQUID2 output is at the threshold value with the lower saturation region. Therefore, when the external magnetic flux changes slightly around this α, the SQUID1 output is The SQUID2 output must be switched frequently. Therefore,
SQUID3 output and SQUI with different operating points ± Φ0 / 8 from SQUID1 output or SQUID2 output
By using ID4 output, if external magnetic flux vibrates slightly around α, SQUID3 output to SQ
When the external magnetic flux slightly vibrates around β, the SQUID output change amount can be obtained from the SQUID4 output.
【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。As shown in FIG. 10, the SQUID magnetometer of the sixth embodiment which embodies such a method for measuring the amount of magnetic flux change is as follows.
The 1st to 4th, which are set so that the operating points differ by Φ 0/8
The SQUID is provided to change the magnetic flux acting on the pickup coil 2 ″ by the first to fourth input coils 4a ″ to 4d ″.
To each SQUID. And each SQUID
The output is converted into a digital amount by A / D1 to A / D4 and then supplied to the output switching control means 18 and the change range determination means 19. Output switching control means 1 receiving each SQUID output
The control unit 8 controls which SQUID output is used, including the saturation determination of each SQUID output, and the output switching control unit 18 is also supplied with change range information from the change range determination unit 19.
【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。The change range determining means 19 determines each SQUID.
The change range of the output is determined. For example, the time measuring means 2
The SQUID output change range is within a predetermined change range continuously for a predetermined time of 0 being counted.
Whether or not there is an output is determined, and when it is determined that there is such SQUID output, the determination result is output switching control means 18
Supply to. Then, the output switching control means 18, which has received the determination result, selects the SQUID output corresponding to the determination result as the selective output. The change range determination means 1
When there are two SQUID outputs satisfying the condition determined in 9, if either one of these SQUID outputs is selected as the selected output, the output may be intentionally not switched, or the unsaturated region You may make it select SQUID output which has a vibration center near the center of.
【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。The above-mentioned magnetic flux change amount measuring method corresponds to a case where two sets of SQUID pairs whose operating points are different by Φ 0/4 are relatively shifted by Φ 0/8. Therefore,
An SQUI having the same configuration as that of the first to fourth embodiments in which the SQUID output change amount is independently collected for each SQUID pair.
A D magnetometer is configured for each SQUID pair, and each SQUID is
At the stage of obtaining the sum of the SQUID output change amounts of the ID magnetometer, the change range determination means 19 may determine which SQUID output output change amount to use.
【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。In each of the above embodiments, the main S
Two or more SQUIDs have been used to obtain a QUID output and a sub-SQUID output, but a single SQUI
The main / sub SQUID output may be obtained from D.
FIG. 11 shows an SQUID magnetometer according to the seventh embodiment, which is designed to obtain a main SQUID output and a sub SQUID output by a single SQUID.
【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。In the present embodiment, the changeover switch 21 is provided in the line supplying the offset current to the SQUID1.
Is provided, and the SQUID is selected by the changeover switch 21.
It changes the output. The measurement timing control means 2 controls the switching timing of the changeover switch 21.
2, and the changeover switch 21 is operated each time the digital amount of the analog-digital converter A / D is output. By doing so, the changeover control of the changeover switch 21 in synchronization with the digital conversion timing of A / D becomes possible, and the main SQUID output and the sub SQUID output are obtained alternately. Therefore, the difference calculation value output means 14
And the saturation determination means 23 determines the primary SQUID output and the secondary SQUID.
The D output can be reliably identified, and the saturation region can be determined and the SQUID output change amount can be calculated for each SQUID output.
【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。In the seventh embodiment, SQUI
Primary SQUID output and secondary SQUI because D is single
Since the time when the D output is obtained is different, when the change of the external magnetic flux is extremely fast, the change state of the SQUID output cannot be accurately captured, but the conversion speed of the analog-digital converter is It can be put to practical use in a range sufficiently fast with respect to changes in magnetic flux.
【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
laxation Oscillating SQUI
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。Further, in each of the above-mentioned embodiments, only the case of using the dcSQUID that can obtain the voltage output of the constant waveform in the quantum magnetic flux cycle in response to the change of the magnetic flux has been described, but the magnetic flux change amount measuring method according to the present invention. In order to realize, the SQUID may be any SQUID that can obtain the same wave meter output at a constant cycle with a change in the external magnetic flux. For example, ROS (Re which can obtain a frequency output according to the change of the external magnetic flux)
laxation Oscillating SQUI
When D) is used, it can be dealt with by replacing the SQUID output of each of the above embodiments with a frequency.
【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。The ROS is a resistor R and a coil L connected in parallel as in the equivalent circuit shown in FIG. 12, and when a bias current is applied within a certain condition range, SQU
The ID starts to oscillate. Then, since the oscillation frequency at this time periodically changes corresponding to the magnetic flux penetrating the SQUID ring, the change in magnetic flux can be output as a change in frequency (see FIG. 13). In this way, if the output is obtained at the frequency, it is easy to digitize, and the frequency noise is essentially smaller than the current / voltage noise, so it is possible to make it a highly sensitive SQUID. is there.
【0063】[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。As described above, according to the magnetic flux change amount measuring method of the present invention, when the main SQUID output at the time of measuring the external magnetic flux corresponds to the nonlinear portion of the characteristic waveform, the sub SQUID output is When the sub-SQUID output when measuring the external magnetic flux corresponds to the non-linear part of the characteristic waveform, it is possible to obtain the SQUID output change amount with respect to the SQUID output at the time of measurement reference by using the main SQUID output respectively. Based on the linear characteristic in which the SQUID output change amount and the magnetic flux change amount are approximately proportional, it is possible to obtain the magnetic flux change amount that is relatively changed with respect to the magnetic flux at the time of measurement reference.
【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。Therefore, unlike the conventional method of measuring the amount of magnetic flux change using a feedback circuit, it is not necessary to provide wiring for the feedback circuit, so that SQ can be performed from a room temperature room where various electronic circuits are installed.
By reducing the number of wires that reach the cryogenic cryostat that stores the UID and shortening the wire length, and reducing the amount of heat that flows into the cryostat through the wires, the load required to cool the SQUID can be reduced. is there.
【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。In addition, since the response speed is not limited due to the circuit characteristics as in the conventional magnetic flux change amount measuring method using the feedback circuit, the measurement time can be reduced even when the external magnetic flux changes rapidly. By shortening the interval of (is increased by increasing the number of measurements per unit time), it is possible to improve the reliability of measurement. Of course, since the feedback circuit is not used, the feedback type SQUI is such that the difference between the signal magnetic flux and the feedback magnetic flux reaches Φ 0/4 and the FLL circuit does not work.
It does not have the drawbacks of the D magnetometer. Further, since there is no limitation on the maximum allowable input level to the FLL circuit, a large allowable input can be taken. Therefore, it is possible to reduce the influence of noise in the circuit by increasing the sensitivity of the SQUID.
【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。FIG. 1 Φ-V characteristics and SQUID in SQUID1
3 is a characteristic curve diagram showing the Φ-V characteristic in FIG.
【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。FIG. 2 is an enlarged SQUID1 and SQUII of FIG.
It is a (phi) -V characteristic curve figure of D2.
【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。FIG. 3 is a schematic block diagram of a non-feedback SQUID magnetometer according to the first embodiment.
【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。FIG. 4 is a schematic block diagram of a non-feedback type SQUID magnetometer according to a second embodiment.
【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。FIG. 5 is a schematic block diagram of a non-feedback type SQUID magnetometer according to a third embodiment.
【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。FIG. 6 is an SQU having the same change period with respect to the change of the external magnetic flux.
FIG. 5 is a Φ-V characteristic curve diagram of ID1 and SQUID2, and SQUID3 having a long change period with respect to SQUIDs 1 and 2.
【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。FIG. 7 is a schematic block diagram of a non-feedback type SQUID magnetometer according to a fourth embodiment.
【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。FIG. 8 is a schematic block diagram of a non-feedback SQUID magnetometer according to a fifth embodiment.
【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。FIG. 9: SQUID with different operating points by Φ 0/8
It is a (phi) -V characteristic curve figure of 1-SQUID4.
【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。FIG. 10 is a schematic block diagram of a non-feedback type SQUID magnetometer according to a sixth embodiment.
【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。FIG. 11 is a schematic block diagram of a non-feedback type SQUID magnetometer according to a seventh embodiment.
【図12】ROSの等化回路図である。FIG. 12 is an equalization circuit diagram of ROS.
【図13】ROSのΦ−F特性曲線図である。FIG. 13 is a Φ-F characteristic curve diagram of ROS.
【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。FIG. 14: FL in a conventional feedback type SQUID magnetometer
It is a schematic block diagram of the voltage output type SQUID drive circuit by a L system.
【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。FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the output voltage of the SQUID and the external magnetic flux when the voltage output type SQUID is modulated by a square wave magnetic field, (a) is a characteristic curve diagram when Φs = 0,
(B) shows a characteristic curve diagram when Φs ≠ 0.
1 SQUID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 1 SQUID magnetometer 2 pickup coil 3 input coil 4 first saturation determination means 5 second saturation determination means 6 output selection means
Claims (3)
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。1. A main SQ in which a change waveform in which a linear output portion and a non-linear output portion are alternately generated corresponding to a change in magnetic flux acting on an SQUID ring is repeated every quantum magnetic flux period.
A linear output is obtained at the time of measurement reference by using a UID output and a sub-SQUID output in which a linear output is obtained in the non-linear portion of the main SQUID output by making the magnetic operating point different from the main SQUID output. SQUI
The relative SQUID output change amount in the linear portion of the main SQUID output and the sub-SQUID output with respect to the measurement reference value that is the value of the D output or the sub-SQUID output is calculated, and the SQ
A magnetic flux change amount measuring method characterized in that a magnetic flux change amount is obtained from an SQUID output change amount based on a linear characteristic of a UID.
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。2. The magnetic flux change amount measuring method according to claim 1, wherein the SQUID output change amount with respect to the measurement reference value is obtained by using two or more sub-SQUID outputs.
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。3. When the periodic characteristic in the quantum magnetic flux cycle of the main SQUID output and the sub-SQUID output is sampled in advance, the periodic characteristic of each SQUID output is stored and retained, and the magnetic flux change amount based on the change amount of each SQUID output is obtained. The magnetic flux change amount measuring method according to claim 1 or 2, wherein the calibration is performed based on a periodic characteristic that is sampled in advance.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5132416A JPH0812233B2 (en) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | Magnetic flux change measurement method |
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JPH06324129A true JPH06324129A (en) | 1994-11-25 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012127837A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | International Superconductivity Technology Center | High-temperature superconducting magnetic sensor and manufacturing method thereof |
JP2014085276A (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Superconductive current meter |
CN107831455A (en) * | 2017-12-18 | 2018-03-23 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | The magnetic field measuring device of multigroup search coil during a kind of superconducting cyclotron accelerates |
JP2021534416A (en) * | 2018-08-20 | 2021-12-09 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | Current sensor with multiple sensitivity ranges |
-
1993
- 1993-05-12 JP JP5132416A patent/JPH0812233B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012127837A (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-05 | International Superconductivity Technology Center | High-temperature superconducting magnetic sensor and manufacturing method thereof |
US8781542B2 (en) | 2010-12-16 | 2014-07-15 | International Superconductivity Technology Center | High-temperature superconducting magnetic sensor and fabrication method of the same |
JP2014085276A (en) * | 2012-10-25 | 2014-05-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Superconductive current meter |
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