JP2822754B2 - Ｓｑｕｉｄ磁束計出力の雑音除去方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低温レベルで超電導
状態となる超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ；Supercon
ductive Quantum Interference Device ）を備えたＳＱ
ＵＩＤ磁束計を冷凍機で冷却する場合において、その冷
凍機の振動による雑音を磁束計出力から除去する方法及
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超電導デバイスの１つとし
て、ジョセフソン効果を利用した超電導量子干渉素子が
知られている。この超電導量子干渉素子に超電導ピック
アップコイルを有する磁束入力回路を接続することによ
り、例えば生体内に流れる微小電流に伴う磁界や体内の
微小磁性体からの磁界等、極めて微弱な磁束を測定する
ようにしたＳＱＵＩＤ磁束計を得ることができる。

【０００３】このＳＱＵＩＤ磁束計を極低温レベル、つ
まり超電導量子干渉素子及び超電導コイルが超電導状態
に転移する温度レベルまで冷却する場合、低温保持容器
（クライオスタット）内に極低温レベルの液体ヘリウム
を蓄え、該液体ヘリウムにＳＱＵＩＤ磁束計を浸漬して
冷却する方法がある。尚、その場合、通常は低温保持容
器内に寒冷発生用の冷凍機の冷却器を挿入して、容器内
で蒸発したヘリウムガスを冷凍機により凝縮液化させる
ことが行われる。

【０００４】この方法では、ＳＱＵＩＤ磁束計を液体ヘ
リウムに浸漬するので、そのＳＱＵＩＤ磁束計を全体に
亘って安定してかつ短時間で冷却することができる。し
かし、その反面、ＳＱＵＩＤ磁束計の冷却のために低温
保持容器内のヘリウムを介在させるため、冷却システム
が大型化し、操作性も悪くなる。このことから、上記Ｓ
ＱＵＩＤ磁束計を冷凍機の冷却器に直接伝熱可能に接触
させて冷却する方法が注目されている（例えば特開平２
―３０２６８０号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、その場合、
冷凍機は運転時に振動する部分を有しており、その振動
を完全になくすことは難しい。このため、磁束計の出力
信号に冷凍機の振動による雑音が混入して、磁束計本来
の信号検出が不正確になるのは避けられないという問題
があった。

【０００６】この問題は、磁束計の信号系を２チャンネ
ルにし、その一方で通常の測定を行い、同時に他方のチ
ャンネルで冷凍機の振動による雑音を測定して、両者を
比較することで解決できる。しかし、この方法では信号
系のチャンネル数が多くなる難がある。

【０００７】また、信号チャンネル数は１つとしたまま
で、通常の測定を行った後に冷凍機の振動による雑音を
測定し、両者を比較するようにしてもよいが、そのとき
には、測定時期が大幅にずれるので、冷凍機の振動特性
が変化したりすることは免れ得ず、正確な検出は難し
い。

【０００８】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、上記ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号自体
を基に冷凍機の振動による雑音を検出してそれを除去す
るようにすることで、冷凍機の防振対策或いは繁雑なハ
ードやソフトを要することなく簡単なシステム構成で、
ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号から冷凍機の振動による雑
音を除去できるようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明では、冷凍機の振動による雑音が周期性を
持っていることに着目し、磁束計の出力信号を冷凍機の
振動周期分ずつ加算平均して周期性雑音のテンプレート
を作り、このテンプレートを磁束計の出力信号から引算
することとした。

【００１０】すなわち、請求項１の発明では、図１及び
図２に示すように、極低温レベルで超電導状態となる超
電導量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路（３２）を
備え、上記超電導量子干渉素子（３１）及び磁束入力回
路（３２）が極低温冷凍機（Ａ）により冷却されるＳＱ
ＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号から上記冷凍機（Ａ）の
振動による周期性雑音を除去して目的の信号を得るＳＱ
ＵＩＤ磁束計出力の雑音除去方法として、ＳＱＵＩＤ磁
束計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）の振動による雑音
の基本周期分ずつ加算平均して、信号や他の雑音等が除
去された周期性雑音のテンプレートを生成し、磁束計
（Ｂ）の出力信号からテンプレートを引算して目的の信
号を得る方法とする。

【００１１】また、請求項４の発明では、図１に示すよ
うに、極低温レベルで超電導状態となる超電導量子干渉
素子（３１）及び磁束入力回路（３２）を備え、上記超
電導量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路（３２）が
極低温冷凍機（Ａ）により冷却されるＳＱＵＩＤ磁束計
（Ｂ）の出力信号から上記冷凍機（Ａ）の振動による周
期性雑音を除去して目的の信号を得るようにしたＳＱＵ
ＩＤ磁束計出力の雑音除去装置として、ＳＱＵＩＤ磁束
計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）の振動による雑音の
基本周期分ずつ加算平均して、信号や他の雑音等が除去
された周期性雑音のテンプレートを生成する雑音テンプ
レート生成手段（４６）と、上記磁束計（Ｂ）の出力信
号から、上記雑音テンプレート生成手段（４６）により
生成された雑音テンプレートを引算して目的の信号を得
る周期性雑音除去手段（４７）（加算器又は減算器）と
を備えたことを特徴とする。

【００１２】請求項２の発明では、冷凍機の振動による
雑音のふらつきを補償するために、上記請求項１のＳＱ
ＵＩＤ磁束計出力の雑音除去方法において、磁束計
（Ｂ）の出力信号の加算時に、信号の位相合せを行うこ
ととする。

【００１３】また、請求項５の発明では、同様に、請求
項４記載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音除去装置におい
て、雑音テンプレート生成手段（４６）は、磁束計
（Ｂ）の出力信号の加算時に信号の位相合せを行うよう
に構成する。

【００１４】請求項３の発明では、請求項１のＳＱＵＩ
Ｄ磁束計出力の雑音除去方法において、目的とする信号
が加算平均可能である場合、雑音テンプレートに含まれ
る目的とする信号の影響を減少させるために、周期性雑
音のテンプレート生成時に出力信号から平均の目的信号
を差し引いたデータを用いることとする。

【００１５】請求項６の発明では、同様に、請求項４記
載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音除去装置において、目
的とする信号が加算平均可能である場合、雑音テンプレ
ートを生成する前にＳＱＵＩＤ磁束計出力から目的とす
る信号の加算平均波形を差し引くように構成する。

【００１６】

【作用】上記の構成により、請求項１の発明では、ＳＱ
ＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）の振動周
期分ずつ加算平均することで、信号や他の雑音等が除去
された、冷凍機（Ａ）の振動のみによる周期性雑音のテ
ンプレートが生成される。その後、このテンプレートを
元の磁束計（Ｂ）の出力信号から引算すると、目的の信
号が得られる。こうして磁束計（Ｂ）の出力信号を加工
して雑音テンプレートを作り、この雑音テンプレートに
より磁束計（Ｂ）出力信号から雑音を除去するので、冷
凍機（Ａ）に振動があっても、その防振対策を要するこ
となく、磁束計（Ｂ）の出力信号から冷凍機（Ａ）の振
動による雑音を除去して、目的の信号を正確に得ること
ができる。また、信号系統が１チャンネルで済み、しか
も測定回数も１回で済み、単純なシステム構成となる。

【００１７】請求項４の発明では、雑音テンプレート生
成手段（４６）において、ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出
力信号を冷凍機（Ａ）の振動周期分ずつ加算平均して、
冷凍機（Ａ）の振動による周期性雑音のテンプレートが
生成され、周期性雑音除去手段（４７）により、テンプ
レートが元の磁束計（Ｂ）の出力信号から引算されて、
目的の信号が得られる。この場合でも請求項１の発明と
同様の作用効果を奏することができる。

【００１８】請求項２又は５の発明では、上記磁束計
（Ｂ）の出力信号の加算時に信号の位相合せを行うの
で、冷凍機（Ａ）の振動周期にふらつきがあっても、冷
凍機（Ａ）の振動による雑音とテンプレートの周期を正
確にマッチングさせることができ、より正確な雑音の除
去を行うことができる。

【００１９】請求項３又は６の発明では、上記磁束計
（Ｂ）に含まれる目的とする信号が加算平均可能である
場合、雑音テンプレートの生成前に磁束計出力信号から
目的とする信号の加算平均波形を差し引くことにより、
雑音テンプレートに含まれる目的とする信号の影響をさ
らに抑えることができる。その結果として、上記請求項
１又は４の発明による雑音除去によって得られる波形に
含まれる波形歪みを小さく抑えることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図３は本発明の実施例に係るＳＱＵＩＤ磁束計及
びその周辺機器の構成を示し、この実施例ではＳＱＵＩ
Ｄ磁束計は人体の心磁波（心臓から発せられる生体磁気
の一種）を検出するために使用される。同図において、
（１）は心磁波を検出する被験者（Ｍ）を上載する支持
台で、電磁シールドルーム（Ｒ）（或いは磁気シールド
ルーム）の内部に設置されている。支持台（１）の下方
には受台（２）が設置され、この受台（２）上に密閉状
の真空容器（３）が下端部を受台（２）内に没入せしめ
て固定支持されている。この真空容器（３）の内部は真
空状態に保たれていて、その内部上端にＳＱＵＩＤ磁束
計（Ｂ）が収容されている。（Ａ）はＳＱＵＩＤ磁束計
（Ｂ）を作動可能な極低温レベルに冷却する２元回路の
ヘリウム冷凍機である。

【００２１】上記真空容器（３）には冷凍機（Ａ）の一
部を構成する予冷冷凍回路（４）の膨張機（５）及びＪ
−Ｔ回路（１０）の膨張ユニット（１１）が取り付けら
れている。上記予冷冷凍回路（４）は、Ｇ−Ｍ（ギフォ
ード・マクマホン）サイクルの冷凍機で構成されてい
て、Ｊ−Ｔ回路（１０）におけるヘリウムガスを予冷す
るためにヘリウムガスを圧縮膨張させるものであり、図
外の予冷用圧縮機と上記膨張機（５）とを閉回路に接続
してなる。上記膨張機（５）は真空容器（３）の底壁に
対し振動を絶縁された状態で取り付けられている。この
膨張機（５）は、真空容器（３）の底壁下面に固定配置
されたケーシング（６）と、該ケーシング（６）の上部
に連設された２段構造のシリンダ（７）とを有し、上記
ケーシング（６）には予冷用圧縮機の吐出側に接続され
る高圧ガス入口（６ａ）と、同吸入側に接続される低圧
ガス出口（６ｂ）とが開口されている。上記シリンダ
（７）は真空容器（３）の底壁を気密状に貫通して内部
に上方に延びており、その大径部の上端部には５５〜６
０Ｋの温度レベルに保持される第１ヒートステーション
（８）が、また小径部の上端には上記第１ヒートステー
ション（８）よりも低い１５〜２０Ｋの温度レベルに保
持される第２ヒートステーション（９）がそれぞれ形成
されている。

【００２２】そして、図示しないが、上記シリンダ
（７）内には、シリンダ（７）内に上記ヒートステーシ
ョン（８），（９）に対応する位置に膨張室を区画形成
するディスプレーサ（置換器）が往復動可能に嵌挿され
ている。一方、上記ケーシング（６）内には、回転する
毎に開弁して上記高圧ガス入口（６ａ）から流入したヘ
リウムガスを上記シリンダ（７）内の膨張室に供給し又
は膨張室内で膨張したヘリウムガスを低圧ガス出口（６
ｂ）から排出するように切り換わるロータリバルブと、
該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが嵌装され
ている。そして、膨張機（５）におけるロータリバルブ
の開弁により高圧ヘリウムガスをシリンダ（７）内の膨
張室でサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度降下に
より極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷をシリン
ダ（７）における第１及び第２ヒートステーション
（８），（９）にて保持する。よって、予冷用圧縮機か
ら吐出された高圧のヘリウムガスを膨張機（５）に供給
し、その膨張機（５）での断熱膨張によりヒートステー
ション（８），（９）の温度を低下させて、Ｊ−Ｔ回路
（１０）における後述の予冷器（１５），（１６）を予
冷するとともに、膨張した低圧ヘリウムガスを圧縮機に
戻して再圧縮するようにした閉回路の予冷冷凍回路
（４）が構成されている。

【００２３】一方、上記Ｊ−Ｔ回路（１０）は、約４Ｋ
の極低温レベルの寒冷を発生させるためにヘリウムガス
を圧縮してジュール・トムソン膨張させる冷凍回路であ
って、ヘリウムガスを圧縮するＪ−Ｔ圧縮機（図示せ
ず）と、その圧縮されたヘリウムガスをジュール・トム
ソン膨張させる上記膨張ユニット（１１）とを備えてい
る。この膨張ユニット（１１）は上記真空容器（３）の
底壁を気密状に貫通する第１のＪ−Ｔ熱交換器（１２）
を有し、該第１のＪ−Ｔ熱交換器（１２）には、真空容
器（３）の内部に配置された第２及び第３のＪ−Ｔ熱交
換器（１３），（１４）が接続されている。上記各Ｊ−
Ｔ熱交換器（１２）〜（１４）は１次側及び２次側をそ
れぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交換させるも
ので、第１のＪ−Ｔ熱交換器（１２）の１次側は上記Ｊ
−Ｔ圧縮機の吐出側に接続されている。また、第１及び
第２のＪ−Ｔ熱交換器（１２），（１３）の各１次側同
士は、上記膨張機（５）の第１ヒートステーション
（８）外周に配置した熱交換器からなる第１予冷器（１
５）を介して接続されている。同様に、第２及び第３の
Ｊ−Ｔ熱交換器（１３），（１４）の各１次側同士は、
膨張機（５）の第２ヒートステーション（９）外周に配
置した熱交換器からなる第２予冷器（１６）を介して接
続されている。さらに、上記第３のＪ−Ｔ熱交換器（１
４）の１次側は、高圧のヘリウムガスをジュール・トム
ソン膨張させるＪ−Ｔ弁（１７）を介して冷却器（１
８）に接続されている。上記Ｊ−Ｔ弁（１７）は真空容
器（３）外から図外の操作ロッドによって開度が調整さ
れる。上記冷却器（１８）は受冷プレート（１９）下面
の受冷部（１９ａ）外周に巻かれたコイル状の配管から
なるもので、この構造によって受冷プレート（１９）が
冷却器（１８）と伝熱可能に接触して、それと同じ温度
の約４Ｋステージに保たれる。また、受冷プレート（１
９）の上面に上記ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）が伝熱可能に
一体的に取り付けられている。

【００２４】さらに、上記冷却器（１８）は上記第３及
び第２のＪ−Ｔ熱交換器（１４），（１３）の各２次側
を経て第１のＪ−Ｔ熱交換器（１２）の２次側に接続さ
れ、該第１のＪ−Ｔ熱交換器（１２）の２次側は上記Ｊ
−Ｔ圧縮機の吸入側に接続されている。よって、Ｊ−Ｔ
回路（１０）では、Ｊ−Ｔ圧縮機によりヘリウムガスを
高圧に圧縮して真空容器（３）側に供給し、それを真空
容器（３）の第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（１２）〜
（１４）において圧縮機側に戻る低温低圧のヘリウムガ
スと熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（１
５），（１６）でそれぞれ膨張機（５）の第１及び第２
ヒートステーション（８），（９）と熱交換させて冷却
したのち、Ｊ−Ｔ弁（１７）でジュール・トムソン膨張
させて冷却器（１８）で１気圧、約４Ｋの気液混合状態
のヘリウムとなし、このヘリウムの蒸発潜熱により受冷
プレート（１９）及びそれに接触するＳＱＵＩＤ磁束計
（Ｂ）を約４Ｋの極低温レベルに冷却保持し、しかる
後、上記膨張によって低圧となったヘリウムガスを第１
〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（１２）〜（１４）の各２次側
を通してＪ−Ｔ圧縮機に吸入させて再圧縮するように構
成されている。

【００２５】上記ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）は、極低温レ
ベルで超電導状態となる超電導量子干渉素子（３１）
と、該超電導量子干渉素子（３１）に接続される磁束入
力回路（３２）とを備えてなり、上記超電導量子干渉素
子（３１）は上記受冷プレート（１９）の上面に伝熱可
能に取付固定されている。一方、磁束入力回路（３２）
は、円筒状のボビン（３４）にループ状に巻き付けられ
た超電導線からなるピックアップコイル（３３）を有
し、このピックアップコイル（３３）はループが例えば
合計４つとされていて、そのうち上下のループの各々と
中央の２つのループとを電流が互いに交互に逆向きに流
れるよう一定間隔をあけて直列に接続した２回差動形の
もので構成されている。つまり、ＳＱＵＩＤ磁束計
（Ｂ）は、４つのループに巻かれたピックアップコイル
（３３）で磁場勾配を測定するグラジオメータを構成し
ている。

【００２６】そして、上記受冷プレート（１９）の上面
には伝熱ブラケット（２０）が超電導量子干渉素子（３
１）を上方から覆うように取り付けられ、このブラケッ
ト（２０）の上面に上記ボビン（３４）が立設されてい
る。このボビン（３４）は２００〜３００mm程度の長さ
のもので、真空容器（３）の上壁中心に形成した上方膨
出部（３ａ）内を上方に延び、その上側部分にピックア
ップコイル（３３）が巻き付けられており、このボビン
（３４）を介してピックアップコイル（３３）をその超
電導転移温度以下まで冷却するようにしている。

【００２７】尚、上記真空容器（３）の膨出部（３ａ）
の上端は支持台（１）中心の開口（１ａ）に臨んでお
り、この開口（１ａ）を通して支持台（１）上面の被験
者（Ｍ）の心磁波を測定するようにしている。

【００２８】また、図３中、（２１）は受冷プレート
（１９）、超電導量子干渉素子（３１）、ブラケット
（２０）、ボビン（３４）の下部等を覆うように真空容
器（３）内上部に配置された輻射シールドで、予冷冷凍
回路（３２）の膨張機における第１ヒートステーション
（８）に接触して８０Ｋ程度に保持される。

【００２９】上記ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の超電導量子
干渉素子（３１）の出力信号はＦＬＬコントローラ（４
１）、光アイソレーション・アンプ（４２）、アンチ・
エリアス・フィルタ（４３）及びＡＤ変換器（４４）を
介してコンピュータ（４５）に入力されている。このコ
ンピュータ（４５）において磁束計（Ｂ）の出力信号を
処理するときの手順について図２に示すフローチャート
図により説明する。

【００３０】まず、目的とする信号と周期性雑音（基本
周波数成分及びその高調波成分からなる雑音）とからな
る計測データ（Ｄ）について考える。目的とする信号が
心磁波や誘発脳磁波のように加算平均可能な信号である
ＹＥＳの場合、スタート後のステップＳ0 からステップ
Ｓ1 へと処理を進める。一方、不整脈波や自発脳磁波の
ように加算平均が不可能なＮＯの場合には、ステップＳ
0 からステップＳ3 で計測データ（Ｄ）を目的のデータ
（Ｄ′）とした後、ステップＳ4 へ進む。

【００３１】上記ステップＳ1 では、計測データ（Ｄ）
から目的の信号に同期した波形をトリガーとして（雑音
に比べ信号が十分に大きい場合、データ（Ｄ）自身をト
リガーとして）、信号についての加算平均波形（Ｓａ）
を得る。

【００３２】次に、ステップＳ2 において、上記データ
（Ｄ）から信号の影響を除き、大部分が雑音からなる波
形（Ｄ′）を得るために、データ（Ｄ）の信号部分から
上記の加算平均波形（Ｓａ）をそれぞれ引算する。この
引算により、得られるデータ（Ｄ′）に不連続な部分が
生じる場合があり得るが、引算する波形（Ｓａ）から直
流成分を除去したり、或いは両端の値と勾配が０に収束
するような窓関数を掛けることにより、この不連続性の
発生を防ぐことができる。

【００３３】この後、ステップＳ4 において、データ
（Ｄ）のデータ長（ｐ）（＝サンプリング周波数／雑音
の基本周波数）の任意の位置（ｎ）に含まれる、雑音波
形になるべく近い波形を得るために、以下の処理を行
う。つまり、ステップＳ0 からステップＳ1 への経路を
経た場合にはデータ（Ｄ）についての、またそれ以外の
場合にはステップＳ2 で得た波形（Ｄ′）についての同
時刻の区間（ｎ）から前後に（ｋ）区間、データ長
（ｐ）ずつ加算平均することにより、平均の雑音波形
（Ｎａ）を得る。

【００３４】そして、ステップＳ5 で、これをデータ
（Ｄ）の同区間（ｎ）から引算することにより、データ
（Ｄ）の任意の区間（ｎ）から雑音を除去することがで
きる。

【００３５】ステップＳ6 では、ステップＳ4 ，Ｓ5 を
データ（Ｄ）の全ての区間に施すことにより、雑音を殆
ど含まない波形（Ｄ″）を得る。

【００３６】尚、ステップＳ4 ，Ｓ5 について、雑音が
多少の周波数変動を含む場合、雑音についての加算平均
時に、上記データ（Ｄ′）の区間（ｎ）の部分との相互
相関を各々の区間について計算することにより、その変
動分を考慮することができる。また、周波数のずれとい
っても雑音源が冷凍機（Ａ）の振動である場合、基本周
波数の１周期に対して隣り合う雑音のずれは通常０．１
％以下であるので、全区間に亘って相互相関を計算する
必要はなく、雑音の基本周波数の１周期の１％程度に対
応する区間について計算すれば十分であり、僅かな処理
時間しか必要としない。

【００３７】また、ステップＳ0 からステップＳ3 を経
由してステップＳ4 への経路をとる場合、ステップＳ4
における加算平均回数（２ｋ＋１）は十分に多くとらな
ければならない。なぜなら、ステップＳ1 ，Ｓ2 を省略
したとき、平均の雑音波形（Ｎａ）に含まれる信号の影
響は（２ｋ＋１）に反比例するからである。

【００３８】この実施例では、上記ステップＳ4 によ
り、ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）
の振動の基本周波数ずつ位相合せを行いながら加算平均
し、目的とする信号やその他の雑音が除去された周期性
雑音のテンプレートを生成するようにした雑音テンプレ
ート生成手段（４６）が構成される。

【００３９】また、ステップＳ5 ，Ｓ6 により、上記磁
束計（Ｂ）の出力信号から、上記雑音テンプレート生成
手段（４６）により生成された雑音テンプレートを位相
合せを行いながら引算して目的の信号を得るようにした
周期性雑音除去手段（４７）が構成される。

【００４０】次に、上記実施例の作用について説明す
る。ヘリウム冷凍機（Ａ）の運転に伴ってＳＱＵＩＤ磁
束計（Ｂ）が冷却され、そのＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の
温度が約４Ｋの極低温レベルまで降下すると、該ＳＱＵ
ＩＤ磁束計（Ｂ）が作動状態になる。

【００４１】すなわち、まず、予冷冷凍回路（４）及び
Ｊ−Ｔ回路（１０）の各圧縮機が起動されてヘリウム冷
凍機（Ａ）が定常運転状態になると、予冷冷凍回路
（４）における膨張機（５）で予冷用圧縮機から供給さ
れた高圧のヘリウムガスが膨張し、このガスの膨張に伴
う温度降下によりシリンダ（７）の第１ヒートステーシ
ョン（８）が５５〜６０Ｋの温度レベルに、また第２ヒ
ートステーション（９）が１５〜２０Ｋの温度レベルに
それぞれ冷却される。

【００４２】一方、これと同時に、Ｊ−Ｔ回路（１０）
では、圧縮機から吐出された高圧のヘリウムガスが真空
容器（３）側に供給され、この真空容器（３）側に供給
された高圧ヘリウムガスは、第１のＪ−Ｔ熱交換器（１
２）の１次側に入り、そこで圧縮機側へ戻る２次側の低
圧ヘリウムガスと熱交換されて常温３００Ｋから約７０
Ｋまで冷却され、その後、上記膨張機（５）の５５〜６
０Ｋに冷却されている第１ヒートステーション（８）外
周の第１予冷器（１５）に入って約５５Ｋまで冷却され
る。この冷却されたガスは第２のＪ−Ｔ熱交換器（１
３）の１次側に入って、同様に２次側の低圧ヘリウムガ
スとの熱交換により約２０Ｋまで冷却された後、膨張機
（５）の１５〜２０Ｋに冷却されている第２ヒートステ
ーション（９）外周の第２予冷器（１６）に入って約１
５Ｋまで冷却される。さらに、ガスは第３のＪ−Ｔ熱交
換器（１４）の１次側に入って２次側の低圧ヘリウムガ
スとの熱交換により約５Ｋまで冷却され、しかる後にＪ
−Ｔ弁（１７）に至る。このＪ−Ｔ弁（１７）では高圧
ヘリウムガスは絞られてジュール・トムソン膨張し、１
気圧、約４Ｋの気液混合状態のヘリウムとなってＪ−Ｔ
弁（１７）下流の冷却器（１８）へ供給される。そし
て、この冷却器（１８）において、上記気液混合状態の
ヘリウムにおける液部分の蒸発潜熱により受冷プレート
（１９）が冷却される。この受冷プレート（１９）が冷
却されると、該受冷プレート（１９）に伝熱可能に接触
しているＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の超電導量子干渉素子
（３１）、ボビン（３４）及び磁束入力回路（３２）の
ピックアップコイル（３３）も冷却される。

【００４３】そして、上記蒸発した低圧ヘリウムガスは
冷却器（１８）から第３のＪ−Ｔ熱交換器（１４）の２
次側に戻ってその間に約４Ｋの飽和ガスとなり、このヘ
リウムガスは第２及び第１のＪ−Ｔ熱交換器（１３），
（１２）の２次側を通って順に１次側の高圧ヘリウムガ
スを冷却しながら最後に約３００Ｋ（室温）まで温度上
昇し、しかる後、圧縮機の吸入側へ戻る。以上で予冷冷
凍回路（４）及びＪ−Ｔ回路（１０）の１サイクルが終
了し、以後、同様なサイクルが繰り返されて冷凍機
（Ａ）の冷凍運転が行われる。このような冷凍運転の継
続によりＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の温度が極低温レベル
（作動温度レベル）に向かって降下し、その極低温レベ
ルへの到達の後にＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）が作動状態と
なる。

【００４４】この実施例において、上記ＳＱＵＩＤ磁束
計（Ｂ）の出力信号データ（Ｄ）から冷凍機（Ａ）の振
動による雑音を消去して目的の心磁波信号を得るための
処理過程を図４によって説明する。まず、波形１は、心
磁波信号と冷凍機（Ａ）の振動による雑音とを含むデー
タ（Ｄ）である。この心磁波信号は加算平均であるか
ら、図２のフローチャートではステップＳ0 からステッ
プＳ1 へと進み、心磁波についてデータ（Ｄ）を加算平
均して波形２（加算平均波形（Ｓａ））を得る。

【００４５】次に、波形１から波形２を引算し（フロー
チャートのステップＳ2 参照）、心磁波信号を含まない
殆ど雑音のみからなる波形３（データ（Ｄ′））を得
る。

【００４６】波形１のデータ長（ｐ）（＝サンプリング
周波数／雑音の基本周波数）の任意の部分（ｃ）に含ま
れる雑音波形になるべく近い雑音テンプレート（Ｎａ）
を得るために、波形３（データ（Ｄ′））の同時刻の同
区間（ｃ）を中心に２（＝ｋ）区間ずつ雑音について加
算平均を行い、波形４（平均の雑音波形（Ｎａ））を得
る。このとき、雑音の周波数変動を考慮するために、区
間（ｃ）と各区間（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｅ）とに
ついてデータ長（ｐ）の１％程度ずつ相互相関をとりな
がら加算平均が行われる。

【００４７】波形１（データ（Ｄ））の区間（ｃ）から
波形４（平均の雑音波形（Ｎａ））を引算することによ
り、波形１（データ（Ｄ））の区間（ｃ）から雑音を除
去できる。これを全区間について施すことにより、波形
５（雑音を殆ど含まない波形（Ｄ″））を得る。

【００４８】したがって、このように、磁束計（Ｂ）の
出力信号データを加工して雑音テンプレートを作り、こ
の雑音テンプレートにより磁束計（Ｂ）出力信号から冷
凍機（Ａ）の振動による雑音を除去するので、冷凍機
（Ａ）に振動があっても、その防振対策を要することな
く、磁束計（Ｂ）の出力信号から冷凍機（Ａ）の振動に
よる雑音を除去でき、目的の心磁波信号を正確に得るこ
とができる。また、信号系統が１チャンネルで済み、し
かも測定回数も１回で済み、単純なシステム構成とな
る。

【００４９】また、上記磁束計（Ｂ）の出力信号の加算
時及び磁束計（Ｂ）の出力信号からの雑音テンプレート
の引算時に信号の位相合せを行って、信号と雑音との周
期を正確にマッチングさせるので、より正確な検出を行
うことができる。

【００５０】尚、本発明は、心磁波測定用以外のＳＱＵ
ＩＤ磁束計に対しても適用できるのは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した如く、請求項１又は４の発
明によると、極低温冷凍機により冷却されるＳＱＵＩＤ
磁束計において、その出力信号を冷凍機の振動周期分ず
つ加算平均して該冷凍機による周期性雑音のテンプレー
トを作り、このテンプレートを元の磁束計の出力信号か
ら引算して雑音を除去するので、冷凍機に振動があって
も、その防振対策或いは繁雑なハードやソフトを要する
ことなく簡単なシステム構成で、磁束計の出力信号から
冷凍機の振動による雑音を除去して、目的の信号を正確
に得ることができる。

【００５２】また、請求項２又は５の発明によると、上
記磁束計の出力信号の加算時、及び磁束計の出力信号か
らの雑音テンプレートの引算時に信号の位相合せを行う
ので、冷凍機の振動周期にふらつきがあっても、信号と
雑音との周期を正確にマッチングでき、より正確な雑音
除去が行える。

【００５３】請求項３又は６の発明によれば、上記磁束
計（Ｂ）に含まれる目的とする信号が加算平均可能であ
る場合、雑音テンプレートの生成前に磁束計出力信号か
ら目的とする信号の加算平均波形を差し引くことによ
り、雑音テンプレートに含まれる目的とする信号の影響
をさらに抑えることができ、結果として、上記請求項１
又は４の発明による雑音除去によって得られる波形に含
まれる波形歪みを小さく抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施例においてコンピュータで行われ
る信号処理手順を示すフローチャート図である。

【図３】実施例における極低温冷凍機、ＳＱＵＩＤ磁束
計及びその信号系を概略的に示す図である。

【図４】実施例において区間ｋをｋ＝２としたときの実
際の処理手順を波形によって示す特性図である。

【符号の説明】

（Ａ） ヘリウム冷凍機 （３） 真空容器 （４） 予冷冷凍回路 （５） 膨張機 （１０） Ｊ−Ｔ回路 （１７） Ｊ−Ｔ弁 （１８） 冷却器 （１９） 受冷プレート （Ｂ） ＳＱＵＩＤ磁束計 （３１） 超電導量子干渉素子 （３２） 磁束入力回路 （４５） コンピュータ （４６） 雑音テンプレート生成手段 （４７） 周期性雑音除去手段

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極低温レベルで超電導状態となる超電導
   量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路（３２）を備
   え、上記超電導量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路
   （３２）が極低温冷凍機（Ａ）により冷却されるＳＱＵ
   ＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号から上記冷凍機（Ａ）の振
   動による周期性雑音を除去して目的の信号を得るＳＱＵ
   ＩＤ磁束計出力の雑音除去方法であって、 ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）の振
   動による雑音の基本周期分ずつ加算平均して、信号や他
   の雑音等が除去された周期性雑音のテンプレートを生成
   し、磁束計（Ｂ）の出力信号から上記雑音テンプレート
   を引算して目的の信号を得ることを特徴とするＳＱＵＩ
   Ｄ磁束計出力の雑音除去方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の
   雑音除去方法において、 磁束計（Ｂ）の出力信号の加算時に、信号の位相合せを
   行うことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音除去
   方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の
   雑音除去方法において、 目的とする信号が加算平均可能である場合、周期性雑音
   のテンプレート生成時に出力信号から平均の目的信号を
   差し引いたデータを用いることを特徴とするＳＱＵＩＤ
   磁束計出力の雑音除去方法。
4. 【請求項４】 極低温レベルで超電導状態となる超電導
   量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路（３２）を備
   え、上記超電導量子干渉素子（３１）及び磁束入力回路
   （３２）が極低温冷凍機（Ａ）により冷却されるＳＱＵ
   ＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号から上記冷凍機（Ａ）の振
   動による周期性雑音を除去して目的の信号を得るように
   したＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音除去装置であって、 ＳＱＵＩＤ磁束計（Ｂ）の出力信号を冷凍機（Ａ）の振
   動による雑音の基本周期分ずつ加算平均して、信号や他
   の雑音等が除去された周期性雑音のテンプレートを生成
   する雑音テンプレート生成手段（４６）と、 上記磁束計（Ｂ）の出力信号から、上記雑音テンプレー
   ト生成手段（４６）により生成された雑音テンプレート
   を引算して目的の信号を得る周期性雑音除去手段（４
   ７）とを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計出力
   の雑音除去装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の
   雑音除去装置において、 雑音テンプレート生成手段（４６）は、磁束計（Ｂ）の
   出力信号の加算時に信号の位相合せを行うように構成さ
   れていることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音
   除去装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載のＳＱＵＩＤ磁束計出力の
   雑音除去装置において、 目的とする信号が加算平均可能である場合、雑音テンプ
   レートを生成する前にＳＱＵＩＤ磁束計出力から目的と
   する信号の加算平均波形を差し引くように構成されてい
   ることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計出力の雑音除去装
   置。