JP4197543B2 - Environmental magnetic field canceling system and magnetic measuring device - Google Patents

Description

と表される。したがって、上記（１）および（３）式より、最大許容入力磁場と雑音磁場との関係は、
【数４】

と表される。
【００１５】
この（４）式によれば、βf を大きくすることにより、ＢMAX ／ＢN 、すなわちダイナミックレンジを大きくして入力磁場に対する雑音の割合を小さく抑制することができる。また、βf を大きくすることにより、上記（２）式からスルーレートも大きくすることができる。
【００１６】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計７０の感度（Ｖo ／Φs ）は、
【数５】

と表され、Ａ＞＞１であるため、
【数６】
Ｖo ／Φs ＝１／βf ……（６）
として表される。
【００１７】
すなわち、βf を大きくするとダイナミックレンジおよびスルーレートを大きく設定することができるが、反面、１Φ0 当たりの電圧出力である感度は小さく設定される（図８；βf をパラメータとした際のＳＱＵＩＤ磁束計７０の最大許容入力磁場、ダイナミックレンジおよび１Φ0 当たりの電圧出力（感度）をそれぞれ示す図参照）。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、低周波側の環境磁場や商用電源雑音磁場等の磁場強度の大きい環境磁場をピックアップするには、ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミックレンジを大きくして最大許容入力磁場を大きくする必要があるため、βf を大きく設定しなければならない。また、環境磁場の周波数が低いため、その周波数に対応するスルーレートがあれば十分であり、高周波帯域に対応するスルーレートは必要ない。
【００１９】
一方、高周波側の環境磁場は磁場強度が小さいため、このような高周波側の環境磁場を十分にピックアップするにはＳＱＵＩＤ磁束計の感度を上げる必要があるため、βf を小さく設定しなければならない。また、高周波帯域に対応する大きいスルーレートを設定する必要がある。
【００２０】
しかしながら、従来の環境磁場除去システムのＳＱＵＩＤ磁束計においては、感度（１／βf ）、積分器カットオフ周波数Ｆc 、磁場感度γおよびオープンループゲインＡ等、ダイナミックレンジおよびスルーレートを変化させるためのパラメータが何れも一定であるため、そのダイナミックレンジおよびスルーレートが固定されていた。したがって、例えばβf を大きくしてダイナミックレンジを低周波側の環境磁場や商用電源雑音磁場に対応した大きな値に固定していれば、ＳＱＵＩＤ磁束計の感度、すなわち、１Φ0 当たりの電圧出力が低下するため、高周波側の環境磁場をピックアップすることが難しく、また、その１Φ0 当たりの電圧出力の低下から、駆動回路の出力後段に非常に高いゲインを有するアンプを設けることが必要になり、現実的ではなかった。
【００２１】
これに対して、例えばβf を高周波側の環境磁場に対応した小さな値に固定していれば、感度は上昇するもののスルーレートが小さくなるため、その高周波域に対応した大きなスルーレートを設定することが難しかった。また、βf を小さな値に設定することによりダイナミックレンジが小さくなるため、最大許容入力磁場が低下して低周波側の環境磁場や商用電源雑音磁場をピックアップすることが難しかった。
【００２２】
すなわち、従来の環境磁場キャンセリングシステムでは、低周波域から高周波域に亘る広い周波数領域の環境磁場を漏れなくピックアップしてキャンセルすることができないため、その漏れ環境磁場に基づく磁気雑音の影響により対象体から発せられた微弱磁場を正確かつ高精度で計測することが難しかった。
【００２３】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、低周波域から高周波域に亘る広い周波数領域の環境磁場を漏れなくピックアップしてキャンセルすることにより、対象体からの微弱磁場を正確かつ高精度で計測可能にすることをその目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の第１の面に係わる環境磁場キャンセリングシステムによれば、測定対象から発せられた微弱磁場以外の周囲の環境に由来して生じた環境磁場を複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測してキャンセリングする環境磁場キャンセリングシステムであって、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレンジ及びスルーレートを各ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定している。
【００２５】
特に、前記各ＳＱＵＩＤ磁束計は、前記環境磁場を検出可能な検出コイル及びこの検出コイルにより検出された環境磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する環境磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子からそれぞれ出力された電気信号を磁束として当該ＳＱＵＩＤ素子にフィードバックすることにより前記電気信号を前記環境磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とをそれぞれ有する一方、前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段からそれぞれ出力された前記環境磁場に比例した電気信号のゲイン及び通過周波数帯域を各信号毎に調整し、ゲイン及び帯域調整された各電気信号を加算処理する処理手段と、この処理手段により加算された加算電気信号に基づいて前記環境磁場をキャンセルするキャンセル手段とを備えている。
【００２６】
また、前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミックレンジ及びスルーレートを、その各ＳＱＵＩＤ磁束計において計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互いに異なるように設定しており、特に、前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ駆動手段におけるフィードバックゲイン及び各ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁場測定手段におけるＳＱＵＩＤ素子への磁束伝達効率（磁場感度）の内の少なくとも一方を当該各ＳＱＵＩＤ磁束計毎に変えることにより前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミックレンジ及びスルーレートをそれぞれ異なるように設定している。
【００２７】
好適には、環境磁場キャンセリングシステムは、所定距離だけ離間して配設された少なくとも一対のアクティブシールドコイルを有し、前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計における少なくとも複数の検出コイルは、前記一対のアクティブシールドコイルが形成する所定空間内に配置されているとともに、前記キャンセル手段は、前記加算手段により加算された加算電気信号に基づく電流を前記一対のアクティブシールドコイルに供給して当該一対のアクティブシールドコイルを介して前記所定空間内に前記環境磁場をキャンセルする逆磁場を発生させる逆磁場発生手段を備えている。
【００２８】
一方、本発明の第２の面に係わる環境磁場キャンセリングシステムによれば、測定対象から発せられた微弱磁場を含む磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測する磁気計測手段と、前記微弱磁場以外の周囲の環境に由来して生じた環境磁場に基づく環境磁気信号を複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測し、計測された環境磁気信号に基づいて前記磁気信号に含まれる前記環境磁場に起因した雑音信号をキャンセルする環境磁場キャンセリングシステムとを備え、前記複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレンジ及びスルーレートを各環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定している。
【００２９】
好適には、前記複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計は、それぞれ前記環境磁場を検出可能な検出コイル及びこの検出コイルにより検出された環境磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有する環境磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子からそれぞれ出力された電気信号を磁束として当該ＳＱＵＩＤ素子にフィードバックすることにより前記電気信号を前記環境磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とをそれぞれ有する一方、前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段からそれぞれ出力された前記環境磁場に比例した電気信号のゲイン及び通過周波数帯域を各信号毎に調整し、ゲイン及び帯域調整された各電気信号を加算処理する処理手段と、この処理手段により得られた加算電気信号を前記磁気計測手段により計測された磁気信号から差し引く手段とを備えている。
【００３０】
本発明の第１の面に係わる環境磁場キャンセリングシステムでは、例えば所定距離だけ離間して配設された少なくとも一対のアクティブシールドコイルが形成する所定空間内に、複数のＳＱＵＩＤ磁束計における少なくとも複数の検出コイルが配置されている。
【００３１】
このとき、複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレンジ及びスルーレートは各ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定されており、その結果、計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互いに異なっている。このため、各ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁場測定手段及びＳＱＵＩＤ駆動手段により、磁場強度及び周波数帯域の異なる環境磁場（磁場強度の強い低周波数帯域の環境磁場、磁場強度の弱い高周波数帯域の環境磁場）それぞれに対応した電気信号が計測される。
【００３２】
そして、この計測された各電気信号は、処理手段を介してゲイン及び帯域調整された後加算処理され、この加算処理により得られた加算電気信号は上記一対のアクティブシールドコイルに供給される。
【００３３】
この結果、一対のアクティブシールドコイルが形成する所定空間内においては、加算電気信号に応じてアクティブシールドコイルから逆磁場が発生しており、この逆磁場により前記所定空間内における磁場強度の強い低周波数帯域の環境磁場及び磁場強度の弱い高周波数帯域の環境磁場をそれぞれキャンセルすることができる。
【００３４】
また、本発明の第２の面に係わる磁気計測装置では、磁気計測手段の磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計により、測定対象から発せられた微弱磁場を含む磁気信号が計測されている。
【００３５】
一方、上記微弱磁場以外の周囲の環境に由来して生じた環境磁場に基づく環境磁気信号は、複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁場測定手段及びＳＱＵＩＤ駆動手段により計測されている。
【００３６】
このとき、複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレンジ及びスルーレートは各ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定されており、その結果、計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互いに異なっている。このため、各ＳＱＵＩＤ磁束計において計測された電気信号は、磁場強度及び周波数帯域の異なる環境磁場（磁場強度の強い低周波数帯域の環境磁場、磁場強度の弱い高周波数帯域の環境磁場）に基づく電気信号（環境磁気信号）となっている。
【００３７】
そして、この計測された各環境磁気信号は、処理手段を介してゲイン及び帯域調整された後加算処理され、この加算処理により得られた加算電気信号は、上記磁気計測手段により計測された磁気信号から差し引かれる。
【００３８】
この差し引き処理の結果、測定対象から発せられた微弱磁場を含む磁気信号から環境磁気信号を差し引いた信号、すなわち、環境磁場の影響の無い微弱磁場信号が得られる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って以下に説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
本発明の環境磁場キャンセリングシステムに係わる第１の実施の形態を図１〜図２に示す。
【００４１】
図１〜図２によれば、本実施形態の環境磁場キャンセリングシステム１は、対象体から発せられた生体磁場等を計測するための磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計（図示せず）に対して作用する環境磁場をキャンセリングするための複数の環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 （なお、図１では３個のＳＱＵＩＤ磁束計を示している）を備えている。
【００４２】
また、環境磁場キャンセリングシステム１は、少なくとも１つのアクティブシールドコイルとして、磁場勾配の少ない均一磁場を形成可能な一対のヘルムホルツコイル３、３を有している。このヘルムホルツコイル３、３は、所定距離だけ離間して並行に並設された一対の円形コイルを直列に接続して構成されている。
【００４３】
環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 （以下、単にＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 とする）におけるＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 は、２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子５ａ1 と、生体から発せられた微弱磁場（微弱磁気信号）を検出するための検出コイル６ａ1 と、この検出コイル６ａ1 により検出された微弱磁気信号に基づく磁束をＳＱＵＩＤ素子５ａ1 に伝達する入力コイル７ａ1 とを備えている。
【００４４】
このとき、入力コイル７ａ1 およびＳＱＵＩＤ素子５ａ1 間の相互インダクタンスはＭであり、検出コイル６ａ1 、入力コイル７ａ1 およびＳＱＵＩＤ素子５ａ1 間における磁場感度は、例えば検出コイル６ａ1 のインダクタンスおよび入力コイル７ａ1 のインダクタンス等に応じて所定値γ1 に設定されている。
【００４５】
また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 は、ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 にバイアス電流を流す電流源８ａ1 と、所定のオープンループゲイン（Ａ1 ）を有し、ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 から出力された電圧を増幅する増幅器（プリアンプ）９ａ1 や所定のカットオフ周波数Ｆc1を有する積分器１０ａ1 から成る駆動回路１１ａ1 および積分器１０ａ1 から出力された電圧信号Ｖo1を電圧／電流変換回路である例えば抵抗１２ａ1 （インピーダンスＺf1）を介して電流に変換し、フィードバック電流Ｉf1としてフィードバックラインＬ1 を介してフィードバックコイル１３ａ1 に流す第１のフィードバック回路１４ａ1 を有したＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 とを備えており（図２参照）、フィードバックコイル１３ａ1 に流れるフィードバック電流Ｉf1により測定磁場変化を打ち消すフィードバック磁束Φf1をＳＱＵＩＤ素子５ａ1 に与えるように構成されている。なお、ところで、上記フィードバック回路１４ａ1 におけるフィードバックゲインβf1は、「βf1＝Ｍ／Ｚf1」で表される。
【００４６】
同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 、２ａ3 は、それぞれＳＱＵＩＤ素子５ａ2 、５ａ3 と、検出コイル６ａ2 、６ａ3 と、入力コイル７ａ2 、７ａ3 と、電流源８ａ2 、８ａ3 と、駆動回路１１ａ2 、１１ａ3 （増幅器９ａ2 、９ａ3 ，積分器１０ａ2 、１０ａ3 を含む）および第２のフィードバック回路１４ａ2 、１４ａ3 ｛抵抗１２ａ2 、１２ａ3 （インピーダンスＺf2、Ｚf3），フィードバックコイル１３ａ2 、１３ａ3 を含む｝を備えたＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ2 、１５ａ3 とを備えており、駆動回路１１ａ2 、１１ａ3 からそれぞれ出力された電圧信号Ｖo2、Ｖo3に基づいてフィードバックコイル１３ａ2 、１３ａ3 に流れるフィードバック電流Ｉf2、Ｉf3により測定磁場変化を打ち消すフィードバック磁束Φf2、Φf3をそれぞれＳＱＵＩＤ素子５ａ2 、５ａ3 に与えるように構成されている。
【００４７】
ところで、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計測部を構成する検出コイル群（検出コイル６ａ1 〜６ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の検出コイル）、入力コイル群（入力コイル７ａ1 〜７ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の入力コイル）、ＳＱＵＩＤ素子群（ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ素子）およびフィードバックコイル群（フィードバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計のフィードバックコイル）は、図示しないデュワー内に収容されており、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の計測部は、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計測部から離間した箇所に配置されている。そして、上記デュワーを移動させることにより、対象体から発せられた微弱磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計測部を介して測定するようになっている。
【００４８】
特に、本構成によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計測部における少なくとも検出コイル群（検出コイル６ａ1 〜６ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の検出コイル）は、図１に示すように、一対のヘルムホルツコイル３、３間に形成された所定空間（微弱磁場検出空間）Ｒ内に配設されている。
【００４９】
また、本構成によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 における検出コイル６ａ2 、入力コイル７ａ2 およびＳＱＵＩＤ素子５ａ2 間の磁場感度は、例えば検出コイル６ａ2 のインダクタンスおよび入力コイル７ａ2 のインダクタンスに応じて、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における磁場感度γ1 とは異なる値γ2 に設定されている。同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 における検出コイル６ａ3 、入力コイル７ａ3 およびＳＱＵＩＤ素子５ａ3 間の磁場感度は、例えば検出コイル６ａ3 のインダクタンスおよび入力コイル７ａ3 のインダクタンスに応じて、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における磁場感度γ1 およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 における磁場感度γ2 とは異なる値γ3 に設定されている。
【００５０】
また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の増幅器９ａ2 のオープンループゲインは、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における増幅器９ａ1 のオープンループゲインＡ1 とは異なる値Ａ2 に設定されており、同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 の増幅器９ａ3 のオープンループゲインは、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における増幅器９ａ1 のオープンループゲインＡ1 およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 における増幅器９ａ2 のオープンループゲインＡ2 とは異なる値Ａ3 に設定されている。
【００５１】
さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の積分器１０ａ2 のカットオフ周波数は、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における積分器１０ａ1 のカットオフ周波数Ｆc1とは異なる値Ｆc2に設定されており、同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 の積分器１０ａ3 のカットオフ周波数は、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における積分器１０ａ1 のカットオフ周波数Ｆc1およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 における積分器１０ａ2 のカットオフ周波数Ｆc2とは異なる値Ｆc3に設定されている。
【００５２】
そして、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のフィードバック回路１４ａ2 におけるフィードバック抵抗１２ａ2 のインピーダンスおよびフィードバックゲインは、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 におけるフィードバック回路１４ａ1 のフィードバック抵抗１２ａ1 のインピーダンスＺf1およびフィードバックゲインβf1とは異なる値Ｚf2およびβf2（＝Ｍ／Ｚf2）にそれぞれ設定されており、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のフィードバック回路１４ａ3 におけるフィードバック抵抗１２ａ3 のインピーダンスおよびフィードバックゲインは、上記インピーダンスＺf1およびフィードバックゲインβf1，インピーダンスＺf2およびフィードバックゲインβf2とは異なる値Ｚf3およびβf3（＝Ｍ／Ｚf3）にそれぞれ設定されている。
【００５３】
このとき、本実施形態においては、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 の上述した各パラメータ｛磁場感度γ1 、オープンループゲインＡ1 、カットオフ周波数Ｆc1およびインピーダンスＺf1（フィードバックゲインβf1）｝は、磁場強度の小さい高周波側｛例えば、本実施形態では７０Ｈｚ以上とする｝の環境磁場を漏らさずピックアップできる程度のダイナミックレンジを有し、且つその高周波磁場をピックアップできるような大きいスルーレートを有するようにそれぞれ設定されている。
【００５４】
また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 の上述した各パラメータ｛磁場感度γ3 、オープンループゲインＡ3 、カットオフ周波数Ｆc3およびインピーダンスＺf3（フィードバックゲインβf3）｝は、磁場強度の強い低周波側（ＤＣ；０Ｈｚ〜３０Ｈｚ）の環境磁場を漏らさずピックアップできるような大きなダイナミックレンジを有し、且つその低周波磁場をピックアップできる程度のスルーレートを有するようにそれぞれ設定されている。
【００５５】
さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の上述した各パラメータ｛磁場感度γ2 、オープンループゲインＡ2 、カットオフ周波数Ｆc2およびインピーダンスＺf2（フィードバックゲインβf2）｝は、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 でピックアップした高周波側と低周波側との間の周波数帯域（商用電源周波数５０Ｈｚ／６０Ｈｚを含む３０Ｈｚ〜７０Ｈｚ、以下、中間周波数帯域という）の環境磁場をピックアップするためのダイナミックレンジおよびスルーレートを有するようにそれぞれ設定されている。
【００５６】
例えば、本実施形態においては、磁場感度γ1 ＜磁場感度γ2 ＜磁場感度γ3 、オープンループゲインＡ1 ＜オープンループゲインＡ2 ＜オープンループゲインＡ3 、カットオフ周波数Ｆc1＞カットオフ周波数Ｆc2＞カットオフ周波数Ｆc3、インピーダンスＺf1＞インピーダンスＺf2＞インピーダンスＺf3およびフィードバックゲインβf1＜フィードバックゲインβf2＜フィードバックゲインβf3のように定められており、特に、「インピーダンスＺf2＝１／２Ｚf1」および「インピーダンスＺf3＝１／３Ｚf1」のように設定されている。
【００５７】
一方、環境磁場キャンセリングシステム１は、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 からそれぞれ出力された電圧信号Ｖo1、Ｖo2、Ｖo3をプリプロセッシングしてゲイン調整及び帯域制限が施された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3 をそれぞれ生成するプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 と、これらプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 において設定されるゲインの値及び通過させる周波数帯域をそれぞれ制御するＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１とを備えている。なお、本構成では、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 においてそれぞれ設定されるゲイン値Ｇ1 〜Ｇ3 は、フィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 の各インピーダンスＺf1、Ｚf2、Ｚf3の関係（Ｚf1＝２Ｚf2＝３Ｚf3）に応じて、Ｇ3 ＝１．５Ｇ2 ＝３Ｇ1 となるようにＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１を介して設定されている。
【００５８】
さらに、環境磁場キャンセリングシステム１は、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 からそれぞれ出力された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3 を加算する加算器（Ａｄｄｅｒ）２２と、この加算器２２により加算された加算信号をバッファアンプ（Ａｍｐ）２３を介して増幅し、上記環境磁場キャンセル用フィードバック電流Ｉcfとしてヘルムホルツコイル３、３にフィードバックする第２のフィードバック回路２４とを備えている。
【００５９】
次に本実施形態の環境磁場キャンセリングシステム１の全体動作について説明する。
【００６０】
本構成によれば、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を駆動させて対象体から発せられる微弱磁気信号を測定する前に、環境磁場キャンセリングシステム１の複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 を駆動させて、ヘルムホルツコイル３、３間に形成された所定空間Ｒ内の環境磁場をキャンセルするようになっている。
【００６１】
すなわち、ＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１５ａ3 をそれぞれ駆動させることにより、検出コイル６ａ1 〜６ａ3 により上述した環境磁場に基づく磁束がそれぞれ検出される。
【００６２】
検出コイル６ａ1 〜６ａ3 によりそれぞれ検出された磁束は、電流源８ａ1 〜８ａ3 によりバイアス電流が流れて２つのジョセフソン接合部分に電圧が発生しているＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 に入力コイル７ａ1 〜７ａ3 を介してそれぞれ伝達され、各ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 から入力磁束に基づく電圧がそれぞれ出力される。
【００６３】
ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 からそれぞれ出力された電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１５ａ3 における駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 の増幅器９ａ1 〜９ａ3 及び積分器１０ａ1 〜１０ａ3 によりそれぞれ増幅処理され、電圧信号Ｖo1〜Ｖo3として第１のフィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 の抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 にそれぞれ送られて直流電流に変換される。そして、変換された直流電流は、それぞれフィードバック電流Ｉf1〜Ｉf3としてフィードバックラインＬ1 〜Ｌ3 を介して第１のフィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 のフィードバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 にそれぞれ供給される。
【００６４】
このとき、本構成では、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 のダイナミックレンジおよびスルーレートが高周波域に対応して設定されているため、全周波数帯域の環境磁場における高周波数帯域の環境磁場が漏れなくＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 によりピックアップされている。また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のダイナミックレンジおよびスルーレートが低周波域に対応して設定されているため、全周波数帯域の環境磁場における低周波数帯域の環境磁場が漏れなくＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 によりピックアップされている。
【００６５】
さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のダイナミックレンジおよびスルーレートが中間周波数帯域に対応して設定されているため、全周波数帯域の環境磁場における高周波側と低周波側との間の商用電源周波数を含む中間周波数帯域の環境磁場が漏れなくＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 によりピックアップされている。
【００６６】
このようにして、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 によってそれぞれピックアップされた高周波域〜低周波域の環境磁場に比例した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１の制御に基づいてプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 によりそれぞれプリプロセッシングされ、ゲイン調整｛「Ｇ3 ＝１．５Ｇ2 ＝３Ｇ1 」の関係から、Ｖo3→Ｇ3 Ｖo3＝３Ｇ1 Ｖo3、Ｖo2→Ｇ2 Ｖo2＝２Ｇ1 Ｖo2、Ｖo1→Ｇ1 Ｖo1｝および帯域調整が行なわれる。
【００６７】
ゲイン・帯域調整が施された電圧信号Ｖ'o1 （＝Ｇ1 Ｖo1）、Ｖ'o2 （＝Ｇ2 Ｖo2）、Ｖ'o3 （＝Ｇ3 Ｖo3）は、それぞれ加算器２２に送られる。加算器２２に送られた電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 は、その加算器２２の処理により加算される。そして、加算処理の結果得られた加算信号Ｖ'oA は、フィードバック回路２４のバッファアンプ２３を介して環境磁場キャンセル用フィードバック電流Ｉcfとしてヘルムホルツコイル３、３にフィードバックされる。
【００６８】
このとき、加算信号Ｖ'oA に基づく環境磁場キャンセル用フィードバック電流Ｉcfは、低周波数帯域の環境磁場、中間周波数帯域の環境磁場および高周波数帯域の環境磁場にそれぞれ比例した電圧成分が加算して生成された電流であるため、このフィードバック電流Ｉcfによりヘルムホルツコイル３、３から低周波数帯域〜高周波数帯域に亘る全ての周波数帯域の環境磁場と同等の逆磁場が所定空間Ｒ内において発生し、この逆磁場により、その所定空間Ｒ内の全周波数帯域の環境磁場がキャンセルされる。
【００６９】
この結果、所定空間Ｒ内において低周波数帯域〜高周波数帯域に亘る環境磁場に起因した磁気雑音を著しく低減させることができる。したがって、環境磁場キャンセリングシステム１（ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 ）を駆動させた状態で所定空間Ｒ内において、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を駆動させることにより、対象体から発せられた微弱磁気信号を環境磁気雑音の影響を受けることなく正確かつ高精度で測定することができる。
【００７０】
なお、本実施形態においては、１組のヘルムホルツコイルおよびこの１組のヘルムホルツコイルに接続された複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いて所定空間をアクティブシールドしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数組のヘルムホルツコイルおよび各組のヘルムホルツコイルそれぞれに接続された複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いて所定空間をアクティブシールドしてもよい。
【００７１】
また、本実施形態においては、アクティブシールドコイル（逆磁場発生用コイル）としてヘルムホルツコイルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定空間に逆磁場を略均一に形成するコイルであれば、どんなコイルであってもよい。
【００７２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態を図３に示す。図３は、アクティブシールドコイルを用いずに、全周波数帯域の環境磁場を計測した信号（参照信号）を計測信号から差し引くことにより、その全周波数帯域の環境磁場をキャンセリングする環境磁場キャンセリングシステムを有する磁気計測装置を示す図である。なお、第１実施形態（図１および図２）に示した構成要素については、同一の符号を付してその説明は省略又は簡略化する。
【００７３】
図３によれば、磁気計測装置３０は、環境磁場キャンセリングシステム３１と、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計（図３では、例えば単一チャンネルのＳＱＵＩＤ磁束計を示している）３２とを備えている。
【００７４】
環境磁場キャンセリングシステム３１は、第１実施形態（図１および図２）の環境磁場キャンセリングシステム１と比べて、一対のヘルムホルツコイルが省かれており、新たに加算器２２から出力された加算信号Ｖ'oA のゲイン調整を行なうゲイン調整器（Ｇａｉｎ調整）３３と、このゲイン調整された加算信号（参照信号）Ｖ'oA と磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の後述するＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力信号Ｖout との差分信号を求める差分回路３４とを備えている。
【００７５】
磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２は、環境磁場キャンセリングシステム３１のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 と同様に、ＳＱＵＩＤ素子３５、検出コイル３６、入力コイル３７、電流源３８、増幅器や積分器を有する駆動回路４１、および抵抗４２（インピーダンスＺf0）やフィードバックコイル４３を有するフィードバック回路４４（駆動回路４１およびフィードバック回路４４でＳＱＵＩＤ駆動回路４５を構成する）をそれぞれ備えている。
【００７６】
第１実施形態と同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の計測部を構成する検出コイル群（検出コイル６ａ1 〜６ａ3 および検出コイル３６）、入力コイル群（入力コイル７ａ1 〜７ａ3 および入力コイル３７）、ＳＱＵＩＤ素子群（ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 およびＳＱＵＩＤ素子３５）およびフィードバックコイル群（フィードバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 およびフィードバックコイル４３）は、図示しないデュワー内に収容されており、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の計測部は、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の計測部から離間した箇所に配置されている。そして、上記デュワーを移動させることにより、対象体から発せられた微弱磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の計測部を介して測定するようになっている。
【００７７】
次に本構成の全体動作について説明する。
【００７８】
本構成によれば、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２および環境磁場キャンセリングシステム１の複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 を共に駆動させることにより、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２に含まれている環境磁場に基づく環境磁気信号をキャンセルするようになっている。
【００７９】
すなわち、本構成によれば、デュワーを対象体に装着してＳＱＵＩＤ磁束計３２のＳＱＵＩＤ駆動回路４５および複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１５ａ3 をそれぞれ駆動させることにより、検出コイル３６を介して対象体から発せられた微弱磁気信号を含む磁気信号が検出される。
【００８０】
このとき、検出コイル３６により検出された磁気信号には、対象体から発せられた微弱磁気信号の他に、環境磁場に基づく環境磁気信号（環境磁場雑音）が含まれている。
【００８１】
検出コイルに検出された磁気信号に基づく磁束は、ＳＱＵＩＤ素子３５に入力コイル３７を介して伝達されて入力磁束に基づく電圧が出力され、駆動回路４１を介して増幅処理されて電圧信号Ｖout として出力される。
【００８２】
このとき、フィードバック回路４４により、駆動回路４１から出力された電圧信号Ｖout は抵抗４２を介してフィードバック電流としてフィードバックコイル４３に供給されており、フィードバック磁束がＳＱＵＩＤ素子３５に与えられ、測定された磁気信号の変化が打ち消される。
【００８３】
また、駆動回路４１から出力されたフィードバック磁束に比例する電圧信号Ｖout は差分回路３４に送られる。
【００８４】
一方、複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１５ａ3 をそれぞれ駆動させると、第１実施形態で述べたように、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 のダイナミックレンジおよびスルーレートが高周波域に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のダイナミックレンジおよびスルーレートが低周波域に、およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のダイナミックレンジおよびスルーレートが中間周波数帯域にそれぞれ対応して設定されているため、上記第１実施形態と同様の動作により、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 によって高周波域〜低周波域の環境磁場がそれぞれピックアップされている。
【００８５】
そして、ピックアップされた高周波域〜低周波域の環境磁場に比例した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１の制御に基づくプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 の処理によりゲイン・帯域調整が施された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3 としてそれぞれ加算器２２に送られる。加算器２２に送られた電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 は、その加算器２２の処理により加算される。
【００８６】
そして、加算処理の結果得られた加算信号、すなわち、高周波域〜低周波域の環境磁場に基づく環境磁気信号Ｖ'oA は、ゲイン調整器３３により上記電圧信号Ｖout に応じたゲイン調整が施された後で差分回路３４に送られる。
【００８７】
このとき、差分回路３４の処理により、駆動回路４１から送られた環境磁気信号を含む電圧信号Ｖout から、ゲイン調整器３３から送られた環境磁気信号Ｖ'oA がキャンセルされ、全周波数帯域の環境磁場に起因した環境磁気信号がキャンセルされた電圧信号Ｖ'outが得られる。この電圧信号Ｖ'outは、図示しないＡ／Ｄ変換器等を介してディジタルデータに変換された後コンピュータ等のデータ処理装置に送られ、そのデータ処理装置により様々なデータ処理が行なわれるようになっている。
【００８８】
すなわち、本構成によれば、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２により計測された対象体からの微弱磁気信号を含む計測信号から、低周波数帯域〜高周波数帯域に亘る環境磁場に起因した磁気信号（磁気雑音成分）をキャンセルすることができるため、対象体から発せられた微弱磁気信号を環境磁気雑音の影響を受けることなく正確かつ高精度で測定することができる。
【００８９】
なお、本構成では、加算器２２の後段にゲイン調整器３３を設けたが、このゲイン調整器３３は省略することも可能であり、加算器２２の前段のプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 においてゲイン調整器３３によるゲイン調整処理を併せて行なうようにすればよい。
【００９０】
また、第２実施形態の変形例を図４に示す。図４によれば、磁気計測装置３０Ａの環境磁場キャンセリングシステム３１Ａは、第２実施形態（図３）の磁気計測装置３０の環境磁場キャンセリングシステム３１の各構成要素に加えて、差分回路３４の出力信号Ｖ'outをできる限り小さくするために、その出力信号Ｖ'outの値に基づいて差分回路３４前段のゲイン調整器３３のゲイン調整をフィードバック制御する制御回路５０を備えている。なお、その他の構成は第２実施形態（図３）の磁気計測装置３０の構成と同等であり、その説明は省略する。
【００９１】
図４に示した磁気計測装置３０Ａの環境磁場キャンセリングシステム３１Ａによれば、差分回路３４から出力された微弱磁気信号Ｖ'outをできる限り小さくすることができるため、第２実施形態（図３）の磁気計測装置３０の効果に加えて、その微弱磁気信号Ｖ'outに含まれる磁気ノイズ等を自動的に低減することができ、微弱磁気信号の計測精度がさらに向上する。
【００９２】
ところで、上述した第１〜第２実施形態の環境磁場キャンセリングシステムにおいては、フィードバック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 のインピーダンスＺf1〜Ｚf3は固定（すなわち、第１〜第３のフィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 のフィードバックゲインβ1 〜β3 が固定）であり、駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 から出力された電圧信号Ｖo1〜Ｖo3のゲイン及び周波数帯域をＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１と駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 後段のプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 とで調整しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９３】
例えば、第１〜第２実施形態の環境磁場キャンセリングシステム（図１〜図４参照）において、駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 から出力された電圧信号Ｖo1〜Ｖo3のゲイン調整及び周波数帯域調整に加えて、フィードバック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 のインピーダンスＺf1〜Ｚf3を調整してフィードバックゲインβ1 〜β3 を制御することも可能である。
【００９４】
図５は、第１〜第２実施形態の環境磁場キャンセリングシステム（図１〜図４参照）において、上述した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3のゲイン調整及び周波数帯域調整とフィードバックゲインβ1 〜β3 の調整とを連係して行なう環境磁場キャンセリングシステム６０を示す図である。なお、その他の構成要素については、図示を省略している。
【００９５】
図５に示すように、環境磁場キャンセリングシステム６０におけるＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１Ａは、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 におけるゲイン制御及び通過周波数帯域制御と連係して、フィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 のフィードバック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 におけるインピーダンスＺf1〜Ｚf3を制御するようになっている。なお、その他の構成については、図１〜図４で示した環境磁場キャンセリングシステムと同等であるため、その説明は省略する。
【００９６】
すなわち、本構成によれば、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１Ａにより、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 におけるゲイン制御及び通過周波数帯域制御と連係してフィードバック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 におけるインピーダンスＺf1〜Ｚf3、すなわち、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のフィードバックゲインβf1〜フィードバックゲインβf3の値を環境磁場の強度や周波数帯域の変動等に応じて調整することができるため、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のダイナミックレンジおよびスルーレートを、その環境磁場の強度や周波数帯域の変動に対応した値に調整することができる。したがって、上述した効果に加えて、フィードバックゲインやコイルの設置状態に応じてプリプロセッサ回路の増幅度および周波数帯域を調整することにより、環境磁場を正確にピックアップしてキャンセルすることができ、微弱磁気信号計測精度をさらに向上させることができる。なお、この駆動回路後段のプリプロセッサ回路のゲイン調整・周波数帯域調整と連係してフィードバック回路のフィードバックゲインを調整する方式は、上述した磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計においても有効である。
【００９７】
また、図５の環境磁場キャンセリングシステム６０の変形例を図６に示す。図６によれば、環境磁場キャンセリングシステム６０Ａは、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯域調整された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をディジタルデータＶ'Do1、Ｖ'Do2およびＶ'Do3にそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６１と、このＡ／Ｄ変換器６１により変換されたディジタルデータＶ'Do1、Ｖ'Do2およびＶ'Do3を加算するディジタル加算器（ａｄｄｅｒ）６２とを備えている。このディジタル加算器６２により得られた加算ディジタルデータ、すなわち、高周波域〜低周波域の環境磁場に基づく環境磁気データＶ'DoAは、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）を介してバッファアンプ２３（図１〜図２の環境磁場キャンセリングシステムの場合）やゲイン調整器３３（図３〜図４の環境磁場キャンセリングシステムの場合）に送られるようになっている。
【００９８】
本構成によれば、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯域調整された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をＡ／Ｄ変換器６１およびディジタル加算器６２によりディジタルデータとして加算しているため、上述した効果に加えて、加算処理においてノイズ等の影響を極力避けることができ、精度良く環境磁場に基づく環境磁気データを取得することができる。
【００９９】
なお、図６に示したプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯域調整された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をＡ／Ｄ変換器６１およびディジタル加算器６２によりディジタルデータとして加算する構成は、図５の構成の変形例として示したが、図１〜図４に示した環境磁場キャンセリングシステムにおいても適用可能である。
【０１００】
また、上述した各実施形態では、環境磁場キャンセリングシステムとしてアクティブシールドを用いた構成および環境磁気信号を参照信号として用いた構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、参照信号を用いて環境磁場を除去するための装置全般に適用される。
【０１０１】
さらに、上述した各実施形態によれば、複数の環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計それぞれのダイナミックレンジおよびスルーレートを環境磁場の周波数帯域および強度に応じた異なる値に設定するために、各ＳＱＵＩＤ磁束計の各パラメータ｛磁場感度、オープンループゲイン、カットオフ周波数およびインピーダンス（フィードバックゲイン）｝をそれぞれ異なるように定めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各パラメータの内の少なくとも一部｛例えば磁場感度やインピーダンス（フィードバックゲイン）｝のみを異なるように定めて、ダイナミックレンジおよびスルーレートを環境磁場の周波数帯域および強度に応じた異なる値に設定してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の環境磁場キャンセリングシステム及び磁気計測装置によれば、ダイナミックレンジ及びスルーレートの異なる複数のＳＱＵＩＤ磁束計（環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計）により磁場強度及び周波数帯域の異なる環境磁場（磁場強度の強い低周波数帯域の環境磁場、磁場強度の弱い高周波数帯域の環境磁場）をそれぞれ検出し、それらの環境磁場に対応した電気信号を計測することができる。
【０１０３】
したがって、計測した各電気信号を加算処理して得られた加算電気信号に基づいて一対のアクティブシールドコイルを介して逆磁場を発生させるか、あるいは、磁気計測手段の磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計により計測された磁気信号から当該加算電気信号を差し引くことにより、磁場強度や周波数帯域の異なる環境磁場をキャンセリングすることができる。
【０１０４】
すなわち、複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の各ダイナミックレンジ及びスルーレートを調整することにより、周波数帯域の異なる、例えば低周波域から高周波域に亘る広い周波数領域の環境磁場を漏れなく計測してキャンセルすることが可能になり、対象体からの微弱磁場を、上記異なる周波数帯域の環境磁場の影響を受けることなく正確かつ高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる環境磁場キャンセリングシステムの概略構成を示すブロック図。
【図２】図１におけるＳＱＵＩＤ駆動回路によるＳＱＵＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる環境磁場キャンセリングシステムを有する磁気計測装置の概略構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施の形態に係わる環境磁場キャンセリングシステムの変形例を概略的に示すブロック図。
【図５】第１〜第２の実施の形態に係わる環境磁場キャンセリングシステムの変形例を概略的に示すブロック図。
【図６】図５に示した環境磁場キャンセリングシステムの変形例を概略的に示すブロック図。
【図７】アクティブシールドを用いた環境磁場キャンセリングシステムの一例として、磁気センサにＳＱＵＩＤ磁束計を、逆磁場発生用コイルにヘルムホルツコイルを用いたシステムを示す図。
【図８】βf をパラメータとした際のＳＱＵＩＤ磁束計の最大許容入力磁場、ダイナミックレンジおよび１Φ0 当たりの電圧出力（感度）をそれぞれ示す図。
【符号の説明】
１、３１、３１Ａ、６０、６０Ａ 環境磁場キャンセリングシステム
２ａ1 〜２ａ3 環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計
３、３ ヘルムホルツコイル
５ａ1 〜５ａ3 ＳＱＵＩＤ素子
６ａ1 〜６ａ3 検出コイル
７ａ1 〜７ａ3 入力コイル
８ａ1 〜８ａ3 電流源
９ａ1 〜９ａ3 増幅器
１０ａ1 〜１０ａ3 積分器
１１ａ1 〜１１ａ3 駆動回路
１２ａ1 〜１２ａ3 抵抗
１３ａ1 〜１３ａ3 フィードバックコイル
１４ａ1 〜１４ａ3 フィードバック回路
２０ａ1 〜２０ａ3 プリプロセッサ回路
２１、２１Ａ Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路
２２ 加算器（ａｄｄｅｒ）
２３ バッファアンプ（Ａｍｐ）
２４ 第２のフィードバック回路
３０、３０Ａ 磁気計測装置
３２ 磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計
３３ ゲイン調整器（Ｇａｉｎ調整）
３４ 差分回路
５０ 制御回路
６１ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
６２ ディジタル加算器（ａｄｄｅｒ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an environmental magnetic field canceling system that removes (cancels) an environmental magnetic field using a SQUID magnetometer (superconducting quantum interferometer) for detecting a weak magnetic signal, and a magnetic measurement apparatus including the environmental magnetic field canceling system. .
[0002]
[Prior art]
When detecting a weak magnetic field such as biomagnetism emitted from a measurement object such as a living body (hereinafter referred to as an object) by a highly sensitive device such as a SQUID magnetometer, the weakness emitted from the object is detected. It is important to reduce noise based on the magnetic field (environmental magnetic field) generated from the surrounding environment other than the magnetic field.
[0003]
As an example of a system that removes (cancels) the environmental magnetic field described above, there is a system using an active shield disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. H4-357481 and 6-97690. This system using an active shield is a reverse magnetic field generating coil (active coil) constructed by a Helmholtz coil or the like based on an environmental magnetic field detected by a highly sensitive magnetic sensor such as a SQUID magnetometer capable of detecting a weak magnetic signal. This is a system for generating a reverse magnetic field for canceling the environmental magnetic field from the reverse magnetic field generating coil by feeding back to the shield coil).
[0004]
Here, as an example of an environmental magnetic field canceling system using an active shield, a system using a SQUID magnetometer as a magnetic sensor and a Helmholtz coil as a reverse magnetic field generating coil is shown in FIG.
[0005]
According to FIG. 7, the environmental magnetic field canceling system has an SQUID magnetometer 70 for detecting an environmental magnetic field, and a detection coil 71 of the SQUID magnetometer 70 is a SQUID magnetometer (for measuring a magnetic field such as a biomagnetic field). (Not shown) is disposed at a position away from the detection coil. Helmholtz coils 72 and 72 that constitute an active shield are disposed in a predetermined space including at least these detection coils.
[0006]
That is, according to this environmental magnetic field removal system, a magnetic flux based on the environmental magnetic field detected by the detection coil 71 of the SQUID magnetometer 70 is preliminarily supplied with a bias current by the current source 73 and generates a voltage at the two Josephson junctions. Is transmitted to the SQUID element 74 through the input coil 75. The voltage based on the input magnetic flux output from the SQUID element 74 is sent to a drive circuit 77 having an amplifier, an integrator, and the like of the SQUID drive circuit 76, is amplified, and is output as a voltage signal Vo.
[0007]
At this time, the feedback circuit 78 in the SQUID driving circuit 76 causes the voltage signal Vo proportional to the measurement magnetic field (environmental magnetic field) output from the driving circuit 77 to pass through the resistor 79 (impedance: Zf1) which is a voltage / current conversion circuit. It is converted into a current and supplied to the feedback coil 80 as a measurement magnetic field canceling feedback current.
[0008]
On the other hand, the voltage signal Vo proportional to the environmental magnetic field output from the drive circuit 77 is preprocessed via the preprocessor circuit 82 based on the control of the Gain & Filter control circuit 81, and the voltage signal V subjected to gain adjustment and band limitation is applied. 'o' is fed back to the Helmholtz coils 72 and 72 through the buffer amplifier 83 as an environmental magnetic field canceling feedback current.
[0009]
At this time, a reverse magnetic field is generated based on the feedback feedback current for canceling the environmental magnetic field sent by the Helmholtz coils 72, 72, and the environmental magnetic field in the predetermined space is canceled by the reverse magnetic field.
[0010]
By the way, the environmental magnetic noise generated from the environmental magnetic field is mainly derived from the magnetic noise on the low frequency side (eg, DC (direct current; 0 Hz) to 30 Hz) composed of 1 / f noise, commercial power supply (50/60 Hz). It is composed of magnetic noise on the high frequency side (for example, 30 Hz or higher) including commercial power supply noise. In addition, the environmental magnetic field on the low frequency side that causes magnetic noise on the low frequency side and the commercial power supply noise magnetic field that causes commercial power supply noise have a strong magnetic field strength, and the environmental magnetic field on the high frequency side that causes magnetic noise on the high frequency side. The magnetic field strength of is relatively small.
[0011]
In order to pick up such an environmental magnetic field and a commercial power source noise magnetic field on the low frequency side having a strong magnetic field strength in the above-described environmental magnetic field removal system, the dynamic range of the environmental magnetic field removal system {maximum allowable input input to the SQUID magnetometer It is necessary to increase the ratio of the magnetic field level to the minimum input magnetic field level (noise level)}. On the other hand, in order to pick up the environmental magnetic field on the high frequency side where the magnetic field strength is weak in the above-described environmental magnetic field removal system, the sensitivity is increased. It is necessary to increase the slew rate (the cutoff frequency of the amplifier when the SQUID magnetometer operates).
[0012]
That is, in the SQUID magnetometer 70 of the environmental magnetic field removal system shown in FIG. 7, the magnetic flux-magnetic field conversion efficiency (magnetic field sensitivity) γ of the detection coil 71 and the input coil 75 is expressed as “γ = Bin / Φs; The magnetic field detected by Φ, Φs is a magnetic flux transmitted to the SQUID element 74 via the input coil 75 based on Bin ”, and the voltage-magnetic flux conversion coefficient (also referred to as feedback parameter or feedback gain) βf [Φ0 / V] is “Βf = Mf / Zf1; where Mf is the mutual inductance between the input coil 75 and the feedback coil 80”. Further, when the gain (open loop gain) of the amplifier of the drive circuit 77 is A and the cutoff frequency of the integrator is Fc, the maximum allowable input magnetic field BMAX in the SQUID magnetometer 70 is
[Expression 1]
BMAX = VMAX · γ · βf (1)
It is expressed. VMAX is the maximum output voltage of the output stage width unit in the amplifier circuit.
[0013]
On the other hand, the cutoff frequency fL during operation of the SQUID magnetometer 70 is
[Expression 2]
fL = A. (dV / d.PHI.). beta.f.Fc (2)
It is expressed. This fL means the slew rate of the SQUID magnetometer 70.
[0014]
At this time, if the magnetic field resolution of the SQUID magnetometer 70 is Bn, the noise magnetic field (minimum input magnetic field) BN at the peak peak (peak-to-peak) when viewed with an oscilloscope is
[Equation 3]

It is expressed. Therefore, from the above equations (1) and (3), the relationship between the maximum allowable input magnetic field and the noise magnetic field is
[Expression 4]

It is expressed.
[0015]
According to the equation (4), by increasing βf, BMAX / BN, that is, the dynamic range can be increased to reduce the ratio of noise to the input magnetic field. Also, by increasing βf, the slew rate can be increased from the above equation (2).
[0016]
On the other hand, the sensitivity (Vo / Φs) of the SQUID magnetometer 70 is
[Equation 5]

And A >> 1, so
[Formula 6]
Vo / Φs = 1 / βf (6)
Represented as:
[0017]
That is, if βf is increased, the dynamic range and the slew rate can be set large, but the sensitivity of the voltage output per 1Φ0 is set small (FIG. 8; SQUID magnetometer 70 with βf as a parameter). The maximum allowable input magnetic field, dynamic range, and voltage output (sensitivity) per 1Φ0 are shown in the figure).
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to pick up an environmental magnetic field having a high magnetic field strength such as an environmental magnetic field on the low frequency side or a commercial power supply noise magnetic field, it is necessary to increase the dynamic range of the SQUID magnetometer to increase the maximum allowable input magnetic field. Therefore, βf must be set large. Further, since the frequency of the environmental magnetic field is low, it is sufficient if there is a slew rate corresponding to the frequency, and a slew rate corresponding to the high frequency band is not necessary.
[0019]
On the other hand, since the environmental magnetic field on the high frequency side has a small magnetic field strength, it is necessary to increase the sensitivity of the SQUID magnetometer in order to sufficiently pick up the environmental magnetic field on the high frequency side, so βf must be set small. Moreover, it is necessary to set a large slew rate corresponding to the high frequency band.
[0020]
However, in the conventional SQUID magnetometer of the environmental magnetic field removal system, parameters for changing the dynamic range and slew rate, such as sensitivity (1 / βf), integrator cut-off frequency Fc, magnetic field sensitivity γ, and open loop gain A, etc. Since both are constant, the dynamic range and slew rate were fixed. Therefore, for example, if βf is increased and the dynamic range is fixed to a large value corresponding to the environmental magnetic field on the low frequency side or the commercial power supply noise magnetic field, the sensitivity of the SQUID magnetometer, that is, the voltage output per 1Φ0 decreases. Therefore, it is difficult to pick up the environmental magnetic field on the high frequency side, and it is necessary to provide an amplifier having a very high gain at the subsequent stage of the output of the drive circuit due to the decrease in the voltage output per 1Φ0. There wasn't.
[0021]
On the other hand, for example, if βf is fixed to a small value corresponding to the environmental magnetic field on the high frequency side, the sensitivity increases, but the slew rate decreases. Therefore, a large slew rate corresponding to the high frequency range should be set. It was difficult. In addition, since the dynamic range is reduced by setting βf to a small value, the maximum allowable input magnetic field is lowered, and it is difficult to pick up an environmental magnetic field and a commercial power source noise magnetic field on the low frequency side.
[0022]
In other words, the conventional environmental magnetic field canceling system cannot pick up and cancel the environmental magnetic field in a wide frequency range from the low frequency range to the high frequency range without leakage. It was difficult to accurately and accurately measure the weak magnetic field emitted from the body.
[0023]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. By picking up and canceling an environmental magnetic field in a wide frequency range from a low frequency range to a high frequency range without omission, the weak magnetic field from the target object can be accurately and accurately increased. Its purpose is to enable measurement with high accuracy.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the environmental magnetic field canceling system according to the first aspect of the present invention, a plurality of environmental magnetic fields generated from the surrounding environment other than the weak magnetic field emitted from the measurement object are generated. In the environmental magnetic field canceling system that measures and cancels using the SQUID magnetometer, the dynamic range and the slew rate in the plurality of SQUID magnetometers are set to be different from each other.
[0025]
In particular, each SQUID magnetometer includes a detection coil capable of detecting the environmental magnetic field, and an environmental magnetic field measurement unit including a SQUID element that outputs an electric signal in accordance with a magnetic flux based on the environmental magnetic field detected by the detection coil, Each of the SQUID drive means that feeds back the electrical signal output from the SQUID element as a magnetic flux to the SQUID element, and makes the electrical signal an output signal proportional to the environmental magnetic field. A processing unit that adjusts the gain and the pass frequency band of each electrical signal proportional to the environmental magnetic field that is output for each signal, and adds each electrical signal that has been gain and band adjusted, and the processing unit adds Canceling means for canceling the environmental magnetic field based on the added electric signal It is equipped with a.
[0026]
The dynamic range and slew rate of each SQUID magnetometer are set such that the magnetic field strength and frequency of the environmental magnetic field measured by each SQUID magnetometer are different from each other. In particular, the SQUID drive of each SQUID magnetometer By changing at least one of the feedback gain in the means and the magnetic flux transmission efficiency (magnetic field sensitivity) to the SQUID element in the environmental magnetic field measuring means of each SQUID magnetometer, the dynamic range of each SQUID magnetometer is changed. The slew rate is set differently.
[0027]
Preferably, the environmental magnetic field canceling system has at least a pair of active shield coils arranged at a predetermined distance apart, and at least the plurality of detection coils in the plurality of SQUID magnetometers are the pair of active shields. The canceling means supplies a current based on the added electric signal added by the adding means to the pair of active shield coils to displace the pair of active shield coils. And a reverse magnetic field generating means for generating a reverse magnetic field for canceling the environmental magnetic field in the predetermined space.
[0028]
On the other hand, according to the environmental magnetic field canceling system according to the second aspect of the present invention, the magnetic measurement means for measuring the magnetic signal including the weak magnetic field emitted from the measurement object using the SQUID magnetometer for magnetic measurement, An environmental magnetic signal based on the environmental magnetic field generated from the surrounding environment other than the weak magnetic field is measured using a plurality of environmental magnetic field measuring SQUID magnetometers, and included in the magnetic signal based on the measured environmental magnetic signal An environmental magnetic field canceling system for canceling a noise signal caused by the environmental magnetic field, and the dynamic range and the slew rate of the plurality of environmental magnetic field measuring SQUID magnetometers are different from each other for each environmental magnetic field measuring SQUID magnetometer It is set as follows.
[0029]
Preferably, each of the plurality of environmental magnetic field measuring SQUID magnetometers includes a detection coil capable of detecting the environmental magnetic field and a SQUID element that outputs an electric signal in accordance with the magnetic flux based on the environmental magnetic field detected by the detection coil. One of each of the following includes: an environmental magnetic field measuring unit having an electrical signal output from the SQUID element as a magnetic flux and feeding back the electrical signal to the SQUID element as an output signal proportional to the environmental magnetic field. Processing means for adjusting the gain and the pass frequency band of the electrical signal proportional to the environmental magnetic field output from each of the plurality of SQUID driving means for each signal, and adding the gain and band adjusted electrical signals; The added electric signal obtained by this processing means is obtained by the magnetic measuring means. And means for subtracting from the measured are magnetic signals.
[0030]
In the environmental magnetic field canceling system according to the first aspect of the present invention, for example, at least a plurality of SQUID magnetometers in a plurality of SQUID magnetometers are formed in a predetermined space formed by at least a pair of active shield coils arranged separated by a predetermined distance. A detection coil is arranged.
[0031]
At this time, the dynamic ranges and slew rates in the plurality of SQUID magnetometers are set to be different from each other among the SQUID magnetometers, and as a result, the magnetic field strength and frequency of the environmental magnetic field to be measured are different from each other. For this reason, environmental magnetic field measurement means and SQUID driving means of each SQUID magnetometer have different magnetic field strengths and different frequency bands (low frequency band environmental magnetic field with high magnetic field intensity, high frequency band environmental magnetic field with low magnetic field intensity). The electrical signal corresponding to each is measured.
[0032]
The measured electric signals are subjected to addition processing after gain and band adjustment via the processing means, and the addition electric signals obtained by the addition processing are supplied to the pair of active shield coils.
[0033]
As a result, in the predetermined space formed by the pair of active shield coils, a reverse magnetic field is generated from the active shield coil in response to the added electric signal, and this reverse magnetic field causes a low frequency with a strong magnetic field strength in the predetermined space. It is possible to cancel the environmental magnetic field in the band and the environmental magnetic field in the high frequency band where the magnetic field strength is weak.
[0034]
In the magnetic measuring device according to the second aspect of the present invention, a magnetic signal including a weak magnetic field emitted from a measurement object is measured by the magnetic measurement SQUID magnetometer of the magnetic measuring means.
[0035]
On the other hand, the environmental magnetic signal based on the environmental magnetic field generated from the surrounding environment other than the weak magnetic field is measured by the environmental magnetic field measuring means and the SQUID driving means of a plurality of SQUID magnetometers for environmental magnetic field measurement.
[0036]
At this time, the dynamic ranges and slew rates in the plurality of SQUID magnetometers are set to be different from each other among the SQUID magnetometers, and as a result, the magnetic field strength and frequency of the environmental magnetic field to be measured are different from each other. For this reason, the electrical signal measured in each SQUID magnetometer is based on an environmental magnetic field having a different magnetic field strength and frequency band (an environmental magnetic field in a low frequency band with a strong magnetic field strength and an environmental magnetic field in a high frequency band with a weak magnetic field strength). Signal (environmental magnetic signal).
[0037]
Then, each measured environmental magnetic signal is subjected to addition processing after gain and band adjustment via the processing means, and the added electrical signal obtained by this addition processing is the magnetic signal measured by the magnetic measurement means. Deducted from.
[0038]
As a result of this subtraction process, a signal obtained by subtracting the environmental magnetic signal from the magnetic signal including the weak magnetic field generated from the measurement object, that is, a weak magnetic field signal without the influence of the environmental magnetic field is obtained.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0040]
(First embodiment)
A first embodiment relating to an environmental magnetic field canceling system of the present invention is shown in FIGS.
[0041]
1 to 2, the environmental magnetic field canceling system 1 of the present embodiment acts on a SQUID magnetometer (not shown) for magnetic measurement for measuring a biomagnetic field and the like emitted from an object. A plurality of environmental magnetic field detection SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 (three SQUID magnetometers are shown in FIG. 1) for canceling the environmental magnetic field.
[0042]
The environmental magnetic field canceling system 1 includes a pair of Helmholtz coils 3 and 3 capable of forming a uniform magnetic field with a small magnetic field gradient as at least one active shield coil. The Helmholtz coils 3 and 3 are configured by connecting a pair of circular coils arranged in parallel at a predetermined distance in series.
[0043]
The SQUID magnetometer 2a1 in the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 for environmental magnetic field detection (hereinafter simply referred to as SQUID magnetometers 2a1 to 2a3) includes a SQUID element 5a1 having two Josephson junctions and a weak magnetic field ( A detection coil 6a1 for detecting a weak magnetic signal) and an input coil 7a1 for transmitting a magnetic flux based on the weak magnetic signal detected by the detection coil 6a1 to the SQUID element 5a1.
[0044]
At this time, the mutual inductance between the input coil 7a1 and the SQUID element 5a1 is M, and the magnetic field sensitivity between the detection coil 6a1, the input coil 7a1 and the SQUID element 5a1 is, for example, the inductance of the detection coil 6a1 and the inductance of the input coil 7a1. Accordingly, the predetermined value γ1 is set.
[0045]
The SQUID magnetometer 2a1 has a current source 8a1 for supplying a bias current to the SQUID element 5a1 and a predetermined open loop gain (A1), and an amplifier (preamplifier) 9a1 for amplifying the voltage output from the SQUID element 5a1. A drive circuit 11a1 composed of an integrator 10a1 having a predetermined cut-off frequency Fc1 and a voltage signal Vo1 output from the integrator 10a1 are converted into a current via a voltage / current conversion circuit such as a resistor 12a1 (impedance Zf1). And a SQUID driving circuit 15a1 having a first feedback circuit 14a1 that flows to the feedback coil 13a1 through the feedback line L1 as the feedback current If1 (see FIG. 2), and a measurement magnetic field by the feedback current If1 flowing in the feedback coil 13a1 Hit change The feedback magnetic flux Φf1 to be erased is applied to the SQUID element 5a1. Incidentally, the feedback gain βf1 in the feedback circuit 14a1 is represented by “βf1 = M / Zf1”.
[0046]
Similarly, the SQUID magnetometers 2a2, 2a3 include SQUID elements 5a2, 5a3, detection coils 6a2, 6a3, input coils 7a2, 7a3, current sources 8a2, 8a3, and drive circuits 11a2, 11a3 (amplifiers 9a2, 9a3). , Integrators 10a2, 10a3) and second feedback circuits 14a2, 14a3 {resistors 12a2, 12a3 (impedances Zf2, Zf3) and feedback coils 13a2, 13a3 included} and SQUID driving circuits 15a2, 15a3. Feedback magnetic fluxes Φf2 and Φf3 for canceling the measurement magnetic field change by feedback currents If2 and If3 flowing in the feedback coils 13a2 and 13a3 based on the voltage signals Vo2 and Vo3 output from the drive circuits 11a2 and 11a3, respectively. 5 It is configured to provide a 3.
[0047]
By the way, the detection coil group (detection coils 6a1 to 6a3 and the detection coil of the magnetic measurement SQUID magnetometer) and the input coil group (input coils 7a1 to 7a1) are included in the measurement units of the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 and the SQUID magnetometer for magnetic measurement. 7a3 and SQUID magnetometer input coil), SQUID element group (SQUID elements 5a1 to 5a3 and SQUID magnetometer SQUID magnetometer) and feedback coil group (feedback coils 13a1 to 13a3 and SQUID magnetometer for magnetic measurement) Of the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 are arranged at locations separated from the measuring unit of the SQUID magnetometer for magnetic measurement. Then, by moving the dewar, a weak magnetic signal emitted from the object is measured via the measuring unit of the SQUID magnetometer for magnetic measurement.
[0048]
In particular, according to this configuration, at least the detection coil group (detection coils 6a1 to 6a3 and the detection coil of the SQUID magnetometer for magnetic measurement) in the measurement unit of the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 and the SQUID magnetometer for magnetic measurement is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the space is disposed in a predetermined space (weak magnetic field detection space) R formed between the pair of Helmholtz coils 3 and 3.
[0049]
Further, according to this configuration, the magnetic field sensitivity between the detection coil 6a2, the input coil 7a2 and the SQUID element 5a2 in the SQUID magnetometer 2a2 depends on, for example, the inductance of the detection coil 6a2 and the inductance of the input coil 7a2. A value γ2 different from the magnetic field sensitivity γ1 in 2a1 is set. Similarly, the magnetic field sensitivity between the detection coil 6a3, the input coil 7a3 and the SQUID element 5a3 in the SQUID magnetometer 2a3 depends on, for example, the inductance of the detection coil 6a3 and the inductance of the input coil 7a3, and the magnetic field sensitivity γ1 in the SQUID magnetometer 2a1. The magnetic field sensitivity γ2 in the SQUID magnetometer 2a2 is set to a different value γ3.
[0050]
The open loop gain of the amplifier 9a2 of the SQUID magnetometer 2a2 is set to a value A2 different from the open loop gain A1 of the amplifier 9a1 of the SQUID magnetometer 2a1, and similarly, the amplifier 9a3 of the SQUID magnetometer 2a3 The open loop gain is set to a value A3 different from the open loop gain A1 of the amplifier 9a1 in the SQUID magnetometer 2a1 and the open loop gain A2 of the amplifier 9a2 in the SQUID magnetometer 2a2.
[0051]
Further, the cutoff frequency of the integrator 10a2 of the SQUID magnetometer 2a2 is set to a value Fc2 different from the cutoff frequency Fc1 of the integrator 10a1 of the SQUID magnetometer 2a1, and similarly, the integration of the SQUID magnetometer 2a3. The cutoff frequency of the integrator 10a3 is set to a value Fc3 different from the cutoff frequency Fc1 of the integrator 10a1 in the SQUID magnetometer 2a1 and the cutoff frequency Fc2 of the integrator 10a2 in the SQUID magnetometer 2a2.
[0052]
The impedance and feedback gain of the feedback resistor 12a2 in the feedback circuit 14a2 of the SQUID magnetometer 2a2 are different from the impedance Zf1 and feedback gain βf1 of the feedback resistor 12a1 of the feedback circuit 14a1 in the SQUID magnetometer 2a1 (= M / Zf2), and the impedance and feedback gain of the feedback resistor 12a3 in the feedback circuit 14a3 of the SQUID magnetometer 2a3 are different from the impedance Zf1, the feedback gain βf1, the impedance Zf2 and the feedback gain βf2. βf3 (= M / Zf3) is set.
[0053]
At this time, in this embodiment, the above-mentioned parameters {magnetic field sensitivity γ1, open loop gain A1, cutoff frequency Fc1 and impedance Zf1 (feedback gain βf1)} of the SQUID magnetometer 2a1 For example, in this embodiment, it is set so as to have a dynamic range that can be picked up without leaking an environmental magnetic field of 70 Hz or higher and a large slew rate that can pick up the high-frequency magnetic field.
[0054]
The above-described parameters {magnetic field sensitivity γ3, open loop gain A3, cutoff frequency Fc3 and impedance Zf3 (feedback gain βf3)} of the SQUID magnetometer 2a3 are on the low frequency side (DC; 0 Hz to 30 Hz) where the magnetic field strength is strong. Are set so as to have a large dynamic range that can be picked up without leaking the environmental magnetic field and a slew rate that can pick up the low frequency magnetic field.
[0055]
Further, the above-described parameters {magnetic field sensitivity γ2, open loop gain A2, cut-off frequency Fc2 and impedance Zf2 (feedback gain βf2)} of the SQUID magnetometer 2a2} are picked up by the SQUID magnetometer 2a1 and the SQUID magnetometer 2a3. Is set to have a dynamic range and a slew rate for picking up an environmental magnetic field in a frequency band between 30 Hz and the low frequency side (30 Hz to 70 Hz including commercial power supply frequency 50 Hz / 60 Hz, hereinafter referred to as an intermediate frequency band). ing.
[0056]
For example, in this embodiment, magnetic field sensitivity γ1 <magnetic field sensitivity γ2 <magnetic field sensitivity γ3, open loop gain A1 <open loop gain A2 <open loop gain A3, cutoff frequency Fc1> cutoff frequency Fc2> cutoff frequency Fc3, Impedance Zf1> impedance Zf2> impedance Zf3 and feedback gain βf1 <feedback gain βf2 <feedback gain βf3, and particularly “impedance Zf2 = 1 / 2Zf1” and “impedance Zf3 = 1 / 3Zf1”. Is set.
[0057]
On the other hand, the environmental magnetic field canceling system 1 pre-processes the voltage signals Vo1, Vo2, and Vo3 output from the drive circuits 11a1 to 11a3 of the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3, respectively, and performs voltage adjustment and band limitation. A preprocessor circuit 20a1 to 20a3 for generating V'o1, V'o2 and V'o3, respectively, and a gain & filter control circuit 21 for controlling a gain value set in these preprocessor circuits 20a1 to 20a3 and a frequency band to pass through. I have. In this configuration, the gain values G1 to G3 respectively set in the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 are G3 according to the relationship (Zf1 = 2Zf2 = 3Zf3) of the impedances Zf1, Zf2, Zf3 of the feedback circuits 14a1 to 14a3. It is set via the Gain & Filter control circuit 21 so that = 1.5G2 = 3G1.
[0058]
Further, the environmental magnetic field canceling system 1 includes an adder (Adder) 22 for adding the voltage signals V′o1, V′o2, and V′o3 output from the preprocessor circuits 20a1 to 20a3, respectively. A second feedback circuit 24 that amplifies the added signal through a buffer amplifier (Amp) 23 and feeds it back to the Helmholtz coils 3 and 3 as the environmental magnetic field canceling feedback current Icf is provided.
[0059]
Next, the overall operation of the environmental magnetic field canceling system 1 of the present embodiment will be described.
[0060]
According to this configuration, before the SQUID magnetometer for magnetic measurement is driven to measure the weak magnetic signal emitted from the object, the plurality of SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 of the environmental magnetic field canceling system 1 are driven, The environmental magnetic field in the predetermined space R formed between the Helmholtz coils 3 and 3 is canceled.
[0061]
That is, by driving the SQUID driving circuits 15a1 to 15a3, the detection coils 6a1 to 6a3 respectively detect the magnetic fluxes based on the environmental magnetic field.
[0062]
The magnetic fluxes detected by the detection coils 6a1 to 6a3 are passed through the input coils 7a1 to 7a3 to the SQUID elements 5a1 to 5a3 where the bias current flows from the current sources 8a1 to 8a3 and the voltages are generated at the two Josephson junctions. Each of the SQUID elements 5a1 to 5a3 outputs a voltage based on the input magnetic flux.
[0063]
The voltages output from the SQUID elements 5a1 to 5a3 are amplified by the amplifiers 9a1 to 9a3 and the integrators 10a1 to 10a3 of the drive circuits 11a1 to 11a3 in the SQUID drive circuits 15a1 to 15a3, respectively, and are first processed as voltage signals Vo1 to Vo3. Are fed to resistors 12a1 to 12a3 of the feedback circuits 14a1 to 14a3, respectively, and converted into direct currents. The converted DC currents are respectively supplied to the feedback coils 13a1 to 13a3 of the first feedback circuits 14a1 to 14a3 through the feedback lines L1 to L3 as feedback currents If1 to If3, respectively.
[0064]
At this time, in this configuration, since the dynamic range and the slew rate of the SQUID magnetometer 2a1 are set corresponding to the high frequency range, the SQUID magnetometer 2a1 has no leakage of the environmental magnetic field of the high frequency band in the environmental magnetic field of the entire frequency band. Has been picked up by. Further, since the dynamic range and slew rate of the SQUID magnetometer 2a3 are set corresponding to the low frequency range, the environmental magnetic field in the low frequency band in the environmental magnetic field in all frequency bands is picked up by the SQUID magnetometer 2a3 without leakage. Yes.
[0065]
Further, since the dynamic range and slew rate of the SQUID magnetometer 2a2 are set corresponding to the intermediate frequency band, the intermediate frequency including the commercial power supply frequency between the high frequency side and the low frequency side in the environmental magnetic field of the entire frequency band. The environmental magnetic field in the band is picked up by the SQUID magnetometer 2a2 without leakage.
[0066]
In this way, the voltage signals Vo1 to Vo3 proportional to the environmental magnetic fields in the high frequency range to the low frequency range respectively picked up by the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 are pre-processor circuits 20a1 to 20a3 based on the control of the Gain & Filter control circuit 21. Respectively, and gain adjustment {from the relationship of “G3 = 1.5G2 = 3G1”, Vo3 → G3 Vo3 = 3G1 Vo3, Vo2 → G2 Vo2 = 2G1 Vo2, Vo1 → G1 Vo1} and band adjustment are performed.
[0067]
The voltage signals V′o1 (= G1 Vo1), V′o2 (= G2 Vo2), and V′o3 (= G3 Vo3) that have been subjected to gain and band adjustment are sent to the adder 22, respectively. The voltage signals V′o1, V′o2 and V′o3 sent to the adder 22 are added by the processing of the adder 22. Then, the addition signal V′oA obtained as a result of the addition process is fed back to the Helmholtz coils 3 and 3 as the environmental magnetic field canceling feedback current Icf via the buffer amplifier 23 of the feedback circuit 24.
[0068]
At this time, the feedback current Icf for canceling the environmental magnetic field based on the addition signal V′oA is generated by adding voltage components proportional to the environmental magnetic field in the low frequency band, the environmental magnetic field in the intermediate frequency band, and the environmental magnetic field in the high frequency band. Therefore, a reverse magnetic field equivalent to an environmental magnetic field in all frequency bands from the low frequency band to the high frequency band is generated in the predetermined space R from the Helmholtz coils 3 and 3 by the feedback current Icf. The environmental magnetic field of the entire frequency band in the predetermined space R is canceled by the magnetic field.
[0069]
As a result, in the predetermined space R, magnetic noise caused by the environmental magnetic field over the low frequency band to the high frequency band can be significantly reduced. Therefore, by driving the SQUID magnetometer for magnetic measurement in the predetermined space R in the state where the environmental magnetic field canceling system 1 (SQUID magnetometers 2a1 to 2a3) is driven, the weak magnetic signal emitted from the object is generated. It is possible to measure accurately and accurately without being affected by environmental magnetic noise.
[0070]
In this embodiment, the predetermined space is actively shielded using one set of Helmholtz coils and a plurality of SQUID magnetometers connected to the one set of Helmholtz coils. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, the predetermined space may be actively shielded using a plurality of sets of Helmholtz coils and a plurality of SQUID magnetometers connected to each set of Helmholtz coils.
[0071]
In this embodiment, a Helmholtz coil is used as an active shield coil (reverse magnetic field generating coil). However, the present invention is not limited to this, and a coil that forms a reverse magnetic field substantially uniformly in a predetermined space. Any coil can be used.
[0072]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. FIG. 3 shows an environmental magnetic field canceling system that cancels an environmental magnetic field in the entire frequency band by subtracting a signal (reference signal) obtained by measuring the environmental magnetic field in the entire frequency band from the measurement signal without using an active shield coil. It is a figure which shows the magnetic measuring device which has this. In addition, about the component shown in 1st Embodiment (FIG. 1 and FIG. 2), the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted or simplified.
[0073]
According to FIG. 3, the magnetic measurement device 30 includes an environmental magnetic field canceling system 31 and a SQUID magnetometer for magnetic measurement (in FIG. 3, for example, a single-channel SQUID magnetometer is shown) 32. .
[0074]
Compared to the environmental magnetic field canceling system 1 of the first embodiment (FIGS. 1 and 2), the environmental magnetic field canceling system 31 does not include a pair of Helmholtz coils, and the addition output from the adder 22 is newly performed. The gain adjuster (Gain adjustment) 33 for adjusting the gain of the signal V′oA, the gain-adjusted addition signal (reference signal) V′oA, and the output from the SQUID driving circuit (to be described later) of the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement And a difference circuit 34 for obtaining a difference signal from the signal Vout.
[0075]
The SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement, like the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 of the environmental magnetic field canceling system 31, has a SQUID element 35, a detection coil 36, an input coil 37, a current source 38, a drive circuit having an amplifier and an integrator. 41 and a feedback circuit 44 having a resistor 42 (impedance Zf0) and a feedback coil 43 (the SQUID drive circuit 45 is constituted by the drive circuit 41 and the feedback circuit 44).
[0076]
Similarly to the first embodiment, a detection coil group (detection coils 6a1 to 6a3 and detection coil 36) and an input coil group (input coil 7a1) that constitute the measurement units of the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 and the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement. 7a3 and input coil 37), SQUID element group (SQUID elements 5a1 to 5a3 and SQUID element 35) and feedback coil group (feedback coils 13a1 to 13a3 and feedback coil 43) are accommodated in a dewar (not shown). The measuring units of the magnetometers 2a1 to 2a3 are arranged at locations separated from the measuring unit of the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement. Then, by moving the dewar, the weak magnetic signal emitted from the object is measured via the measuring unit of the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement.
[0077]
Next, the overall operation of this configuration will be described.
[0078]
According to this configuration, the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement and the plurality of SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 of the environmental magnetic field canceling system 1 are driven together, thereby the environmental magnetic field included in the SQUID magnetometer 32 for magnetic measurement. The environmental magnetic signal based on is canceled.
[0079]
That is, according to this configuration, the detection coil is mounted by attaching the dewar to the object and driving the SQUID driving circuit 45 of the SQUID magnetometer 32 and the SQUID driving circuits 15a1 to 15a3 of the plurality of SQUID magnetometers 2a1 to 2a3. A magnetic signal including a weak magnetic signal emitted from the object via 36 is detected.
[0080]
At this time, the magnetic signal detected by the detection coil 36 includes an environmental magnetic signal (environmental magnetic field noise) based on the environmental magnetic field in addition to the weak magnetic signal emitted from the object.
[0081]
The magnetic flux based on the magnetic signal detected by the detection coil is transmitted to the SQUID element 35 via the input coil 37, the voltage based on the input magnetic flux is output, amplified through the drive circuit 41, and output as the voltage signal Vout. Is done.
[0082]
At this time, the voltage signal Vout output from the drive circuit 41 by the feedback circuit 44 is supplied to the feedback coil 43 through the resistor 42 as a feedback current, and the feedback magnetic flux is supplied to the SQUID element 35 and the measured magnetic field is measured. Signal changes are canceled out.
[0083]
The voltage signal Vout proportional to the feedback magnetic flux output from the drive circuit 41 is sent to the difference circuit 34.
[0084]
On the other hand, when the SQUID driving circuits 15a1 to 15a3 of the plurality of SQUID magnetometers 2a1 to 2a3 are respectively driven, as described in the first embodiment, the dynamic range and slew rate of the SQUID magnetometer 2a1 are in the high frequency range, and the SQUID flux Since the dynamic range and slew rate of the total 2a3 are set corresponding to the low frequency range and the dynamic range and slew rate of the SQUID magnetometer 2a2 are set corresponding to the intermediate frequency band, respectively, the same operation as in the first embodiment is performed. The environmental magnetic fields in the high frequency range to the low frequency range are picked up by the SQUID magnetometers 2a1 to 2a3, respectively.
[0085]
The picked-up voltage signals Vo1 to Vo3 proportional to the environmental magnetic field in the high frequency range to the low frequency range are voltage signals that have been subjected to gain and band adjustment by the processing of the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 based on the control of the Gain & Filter control circuit 21. V'o1, V'o2, and V'o3 are sent to the adder 22, respectively. The voltage signals V′o1, V′o2 and V′o3 sent to the adder 22 are added by the processing of the adder 22.
[0086]
Then, the addition signal obtained as a result of the addition process, that is, the environmental magnetic signal V′oA based on the environmental magnetic field in the high frequency region to the low frequency region is subjected to gain adjustment according to the voltage signal Vout by the gain adjuster 33. After that, it is sent to the difference circuit 34.
[0087]
At this time, the processing of the difference circuit 34 cancels the environmental magnetic signal V′oA sent from the gain adjuster 33 from the voltage signal Vout containing the environmental magnetic signal sent from the drive circuit 41, and the environment in the entire frequency band. A voltage signal V′out obtained by canceling the environmental magnetic signal due to the magnetic field is obtained. The voltage signal V′out is converted into digital data via an A / D converter (not shown) and the like and then sent to a data processing device such as a computer so that various data processing can be performed by the data processing device. It has become.
[0088]
That is, according to this configuration, a magnetic signal (magnetism) caused by an environmental magnetic field from a low frequency band to a high frequency band is measured from a measurement signal including a weak magnetic signal from the object measured by the magnetic measurement SQUID magnetometer 32. Noise component) can be canceled, so that the weak magnetic signal emitted from the object can be accurately and accurately measured without being affected by the environmental magnetic noise.
[0089]
In this configuration, the gain adjuster 33 is provided at the subsequent stage of the adder 22. However, the gain adjuster 33 can be omitted. In the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 before the adder 22, the gain adjuster 33 can be omitted. What is necessary is just to perform the gain adjustment process by 33 collectively.
[0090]
A modification of the second embodiment is shown in FIG. According to FIG. 4, the environmental magnetic field canceling system 31 </ b> A of the magnetic measurement device 30 </ b> A includes the difference circuit 34 in addition to the components of the environmental magnetic field canceling system 31 of the magnetic measurement device 30 of the second embodiment (FIG. 3). In order to make the output signal V′out of the output signal V′out as small as possible, a control circuit 50 that feedback-controls the gain adjustment of the gain adjuster 33 in the previous stage of the difference circuit 34 based on the value of the output signal V′out is provided. Other configurations are the same as the configuration of the magnetic measurement device 30 of the second embodiment (FIG. 3), and the description thereof is omitted.
[0091]
According to the environmental magnetic field canceling system 31A of the magnetic measurement device 30A shown in FIG. 4, the weak magnetic signal V′out output from the difference circuit 34 can be made as small as possible, so the second embodiment (FIG. 3). In addition to the effect of the magnetic measurement device 30), the magnetic noise included in the weak magnetic signal V′out can be automatically reduced, and the measurement accuracy of the weak magnetic signal is further improved.
[0092]
Incidentally, in the environmental magnetic field canceling system of the first to second embodiments described above, the impedances Zf1 to Zf3 of the feedback resistors 12a1 to 12a3 are fixed (that is, the feedback gain β1 of the first to third feedback circuits 14a1 to 14a3). .Beta.3 is fixed), and the gain and frequency band of the voltage signals Vo1 to Vo3 output from the drive circuits 11a1 to 11a3 are adjusted by the gain & filter control circuit 21 and the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 at the subsequent stage of the drive circuits 11a1 to 11a3. However, the present invention is not limited to this.
[0093]
For example, in the environmental magnetic field canceling system of the first to second embodiments (see FIGS. 1 to 4), in addition to the gain adjustment and frequency band adjustment of the voltage signals Vo1 to Vo3 output from the drive circuits 11a1 to 11a3, It is also possible to control the feedback gains β1 to β3 by adjusting the impedances Zf1 to Zf3 of the feedback resistors 12a1 to 12a3.
[0094]
FIG. 5 shows the adjustment of the gain and frequency band of the voltage signals Vo1 to Vo3 and the adjustment of the feedback gains β1 to β3 in the environmental magnetic field canceling system (see FIGS. 1 to 4) of the first and second embodiments. It is a figure which shows the environmental magnetic field canceling system 60 performed in coordination. The other components are not shown.
[0095]
As shown in FIG. 5, the gain & filter control circuit 21A in the environmental magnetic field canceling system 60 is linked with the gain control and the pass frequency band control in the preprocessor circuits 20a1 to 20a3, and in the feedback resistors 12a1 to 12a3 of the feedback circuits 14a1 to 14a3. The impedances Zf1 to Zf3 are controlled. In addition, about another structure, since it is equivalent to the environmental magnetic field canceling system shown in FIGS. 1-4, the description is abbreviate | omitted.
[0096]
That is, according to this configuration, the gain & filter control circuit 21A links the impedances Zf1 to Zf3 in the feedback resistors 12a1 to 12a3 in conjunction with the gain control and the pass frequency band control in the preprocessor circuits 20a1 to 20a3, that is, the SQUID magnetometers 2a1 to 2a1 to Since the values of feedback gain βf1 to feedback gain βf3 of 2a3 can be adjusted according to the intensity of the environmental magnetic field, the fluctuation of the frequency band, etc., the dynamic range and slew rate of each SQUID magnetometer 2a1 to 2a3 It can be adjusted to a value corresponding to fluctuations in the intensity and frequency band. Therefore, in addition to the effects described above, by adjusting the amplification factor and frequency band of the preprocessor circuit according to the feedback gain and the coil installation state, the environmental magnetic field can be accurately picked up and canceled, and the weak magnetic signal Measurement accuracy can be further improved. The method of adjusting the feedback gain of the feedback circuit in conjunction with the gain adjustment and frequency band adjustment of the preprocessor circuit at the rear stage of the drive circuit is also effective in the above-described SQUID magnetometer for magnetic measurement.
[0097]
FIG. 6 shows a modification of the environmental magnetic field canceling system 60 of FIG. Referring to FIG. 6, the environmental magnetic field canceling system 60A uses voltage signals V'o1, V'o2 and V'o3, which are gain-adjusted and frequency-band-adjusted via preprocessor circuits 20a1 to 20a3, as digital data V'Do1, A / D converter (A / D) 61 for converting to V'Do2 and V'Do3, respectively, and the digital data V'Do1, V'Do2 and V'Do3 converted by this A / D converter 61 are added. And a digital adder 62. The added digital data obtained by the digital adder 62, that is, the environmental magnetic data V′DoA based on the environmental magnetic field in the high frequency range to the low frequency range is supplied to the buffer amplifier 23 via a D / A converter (not shown). (In the case of the environmental magnetic field canceling system in FIGS. 1 and 2) and the gain adjuster 33 (in the case of the environmental magnetic field canceling system in FIGS. 3 to 4).
[0098]
According to this configuration, voltage signals V′o1, V′o2 and V′o3 whose gains and frequency bands have been adjusted via the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 are converted into digital data by the A / D converter 61 and the digital adder 62. Therefore, in addition to the effects described above, the influence of noise or the like can be avoided as much as possible in the addition process, and environmental magnetic data based on the environmental magnetic field can be acquired with high accuracy.
[0099]
The voltage signals V′o1, V′o2 and V′o3 that have been gain-adjusted and frequency-band-adjusted via the preprocessor circuits 20a1 to 20a3 shown in FIG. 6 are digitally converted by the A / D converter 61 and the digital adder 62. The configuration for adding as data is shown as a modification of the configuration in FIG. 5, but can also be applied to the environmental magnetic field canceling system shown in FIGS. 1 to 4.
[0100]
Further, in each of the above-described embodiments, the configuration using the active shield as the environmental magnetic field canceling system and the configuration using the environmental magnetic signal as the reference signal are shown. However, the present invention is not limited to this, and is referred to. Applies to all devices for removing environmental magnetic fields using signals.
[0101]
Furthermore, according to each embodiment described above, in order to set the dynamic range and slew rate of each of the plurality of environmental magnetic field detection SQUID magnetometers to different values according to the frequency band and intensity of the environmental magnetic field, each SQUID magnetometer The parameters {magnetic field sensitivity, open loop gain, cut-off frequency, and impedance (feedback gain)} are determined to be different from each other. However, the present invention is not limited to this, for example, at least one of the parameters. Only the part {for example, magnetic field sensitivity and impedance (feedback gain)} may be determined to be different, and the dynamic range and slew rate may be set to different values according to the frequency band and intensity of the environmental magnetic field.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the environmental magnetic field canceling system and the magnetic measurement device of the present invention, the magnetic field strength and the frequency band of the plurality of SQUID magnetometers (SQUID magnetometers for environmental magnetic field measurement) having different dynamic ranges and slew rates can be obtained. Different environmental magnetic fields (an environmental magnetic field in a low frequency band with a strong magnetic field intensity and an environmental magnetic field in a high frequency band with a weak magnetic field intensity) can be detected, and an electrical signal corresponding to the environmental magnetic field can be measured.
[0103]
Therefore, a reverse magnetic field is generated via a pair of active shield coils based on the added electric signal obtained by adding the measured electric signals, or measurement is performed by a magnetic measurement SQUID magnetometer. By subtracting the added electric signal from the magnetic signal, it is possible to cancel environmental magnetic fields with different magnetic field strengths and frequency bands.
[0104]
That is, by adjusting each dynamic range and slew rate of a plurality of SQUID magnetometers for measuring environmental magnetic fields, it is possible to measure environmental magnetic fields in different frequency bands, for example, in a wide frequency range from a low frequency range to a high frequency range without leakage. It becomes possible to cancel, and the weak magnetic field from the object can be accurately and highly accurately measured without being affected by the environmental magnetic field in the different frequency bands.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an environmental magnetic field canceling system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a SQUID element driving portion by a SQUID driving circuit in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a magnetic measurement apparatus having an environmental magnetic field canceling system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a modification of the environmental magnetic field canceling system according to the second embodiment.
FIG. 5 is a block diagram schematically showing a modification of the environmental magnetic field canceling system according to the first to second embodiments.
6 is a block diagram schematically showing a modification of the environmental magnetic field canceling system shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a system using a SQUID magnetometer as a magnetic sensor and a Helmholtz coil as a reverse magnetic field generating coil as an example of an environmental magnetic field canceling system using an active shield.
FIG. 8 is a diagram showing the maximum allowable input magnetic field, dynamic range, and voltage output (sensitivity) per 1Φ 0 when βf is a parameter.
[Explanation of symbols]
1, 31, 31A, 60, 60A Environmental magnetic field canceling system
2a1 to 2a3 SQUID magnetometer for detecting environmental magnetic field
3, 3 Helmholtz coils
5a1 to 5a3 SQUID elements
6a1 to 6a3 detection coil
7a1 to 7a3 input coil
8a1 to 8a3 current source
9a1 to 9a3 amplifier
10a1 to 10a3 integrator
11a1 to 11a3 drive circuit
12a1 to 12a3 resistance
13a1 to 13a3 Feedback coil
14a1-14a3 feedback circuit
20a1 to 20a3 preprocessor circuit
21, 21A Gain & Filter control circuit
22 Adder
23 Buffer amplifier (Amp)
24 Second feedback circuit
30, 30A Magnetic measuring device
32 SQUID magnetometer for magnetic measurement
33 Gain adjuster (Gain adjustment)
34 Difference circuit
50 Control circuit
61 A / D converter (A / D)
62 Digital adder

Claims (10)

An environmental magnetic field canceling system for measuring and canceling an environmental magnetic field generated from a surrounding environment other than a weak magnetic field emitted from a measurement object using a plurality of SQUID magnetometers,
An environmental magnetic field canceling system, wherein a dynamic range and a slew rate of the plurality of SQUID magnetometers are set to be different from each other in each SQUID magnetometer. Each SQUID magnetometer includes a detection coil capable of detecting the environmental magnetic field, an environmental magnetic field measuring unit having an SQUID element that outputs an electric signal in accordance with a magnetic flux based on the environmental magnetic field detected by the detection coil, and the SQUID element Each having a SQUID driving means that feeds back the electrical signal output from the SQUID element as a magnetic flux to the SQUID element to make the electrical signal an output signal proportional to the environmental magnetic field,
Processing means for adjusting the gain and the pass frequency band of the electrical signal proportional to the environmental magnetic field output from each of the plurality of SQUID driving means for each signal, and adding the gain and band adjusted electrical signals; 2. The environmental magnetic field canceling system according to claim 1, further comprising canceling means for canceling the environmental magnetic field based on the added electrical signal added by the processing means. 3. The environmental magnetic field canceling system according to claim 2, wherein the dynamic range and slew rate of each SQUID magnetometer are set such that the magnetic field strength and frequency of the environmental magnetic field measured by each SQUID magnetometer are different from each other. By changing at least one of the feedback gain in the SQUID driving means of each SQUID magnetometer and the magnetic flux transmission efficiency (magnetic field sensitivity) to the SQUID element in the environmental magnetic field measuring means of each SQUID magnetometer for each SQUID magnetometer 4. The environmental magnetic field canceling system according to claim 3, wherein the dynamic range and slew rate of each SQUID magnetometer are set to be different from each other. 5. The environmental magnetic field canceling according to claim 4, wherein said processing means includes control means for performing adjustment of gain and pass frequency band of each electric signal and change of said feedback gain for each SQUID magnetometer in cooperation with each other. system. The processing means includes a gain filter circuit that adjusts a gain and a pass frequency band of the electric signal proportional to the environmental magnetic field output from each of the plurality of SQUID driving means for each signal, and a gain and a band by the gain filter circuit. An A / D converter for converting each adjusted electrical signal into a digital signal; and a digital adder for adding the converted digital signals. The canceling means adds the digital signals added by the digital adder. The environmental magnetic field canceling system according to claim 4, wherein the environmental magnetic field is canceled based on a digital signal. The environmental magnetic field canceling system according to claim 4 has at least a pair of active shield coils arranged apart from each other by a predetermined distance, and at least a plurality of detection coils in the plurality of SQUID magnetometers are the pair of active coils. It is arranged in a predetermined space formed by the shield coil,
The canceling unit reversely cancels the environmental magnetic field in the predetermined space through the pair of active shield coils by supplying a current based on the added electrical signal added by the adding unit to the pair of active shield coils. An environmental magnetic field canceling system comprising a reverse magnetic field generating means for generating a magnetic field. Magnetic measurement means for measuring a magnetic signal including a weak magnetic field emitted from a measurement object using a magnetic measurement SQUID magnetometer, and an environmental magnetic signal based on an environmental magnetic field generated from the surrounding environment other than the weak magnetic field And an environmental magnetic field canceling system that cancels noise signals caused by the environmental magnetic field included in the magnetic signal based on the measured environmental magnetic signal. ,
A magnetic measurement apparatus, wherein a dynamic range and a slew rate in the plurality of environmental magnetic field measurement SQUID magnetometers are set to be different between the environmental magnetic field measurement SQUID magnetic flux meters. The plurality of SQUID magnetometers for measuring the environmental magnetic field each include a detection coil capable of detecting the environmental magnetic field and an environmental magnetic field measurement having a SQUID element that outputs an electrical signal in accordance with the magnetic flux based on the environmental magnetic field detected by the detection coil. And a SQUID driving unit that feeds back the electric signal output from the SQUID element as a magnetic flux to the SQUID element, thereby making the electric signal an output signal proportional to the environmental magnetic field,
Processing means for adjusting the gain and the pass frequency band of the electrical signal proportional to the environmental magnetic field output from each of the plurality of SQUID driving means for each signal, and adding the gain and band adjusted electrical signals; 9. A magnetic measuring apparatus according to claim 8, further comprising: a subtracting unit that subtracts the added electric signal obtained by the processing unit from the magnetic signal measured by the magnetic measuring unit. The subtracting means includes a gain adjusting circuit that performs gain adjustment on the added electrical signal obtained by the processing means, and a difference circuit that subtracts the gain-adjusted added electrical signal from the magnetic signal measured by the magnetic measuring means. The magnetic measurement device according to claim 9, further comprising: a control circuit that controls a gain of the added electric signal via the gain adjustment circuit based on a signal value output from the difference circuit.

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