(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気を検出するＳＱＵＩＤ部と、前記ＳＱＵＩＤ部が出力する検出信号から検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号を出力するタンク回路と、前記タンク回路で抽出した磁場測定信号を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置。
【請求項２】
ＳＱＵＩＤ部からの検出信号の取出端子側に接続され且つ検波用周波数に共振する第１のタンク回路と、前記検波用周波数に共振し且つ前記第１のタンク回路と結合した第２のタンク回路と、前記第２のタンク回路に現れた端子信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力信号を検波して磁気強度に応じた変化成分を取り出す検波用ダイオードと、前記検波用ダイオードで取り出した変化成分を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Device； 超伝導量子干渉デバイス）を用いて磁気を測定する磁気測定装置に関する。さらに詳しくは、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようにした磁気測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の磁気測定装置の一例を示す構成図である。
この磁気測定装置５００は、地磁気を測定するためのもので、例えば無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置される。
極低温容器ＣＲは、冷媒（例えば液体ヘリウム）７０を充填された内容器ＣＲＩと、その内容器ＣＲＩを囲むように設置され且つ内容器ＣＲＩとの間に断熱用の空隙Ｄｎを形成する外容器ＣＲＯとを具備して構成されている。前記空隙Ｄｎには断熱材が入れられ、かつ真空引きされている。また、前記内容器ＣＲＩの上部の開口は、蓋Ｔで塞がれている。また、蓋Ｔを貫通して、内容器ＣＲＩに冷媒７０を供給／排気するための冷媒供給排気用二重管ＳＴが設置されている。
内容器ＣＲＩの底部Ｄには、直交する３軸方向（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向）の磁気をそれぞれ感磁するＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３が設置されている。各ＳＱＵＩＤ部のＳＱＵＩＤリング（図９の８１−１，８１−２，８１−３）からそれぞれ取り出された検出信号は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、第１信号処理回路５０１，第２信号処理回路６０１，第３信号処理回路７０１に入力され、磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に変換されて、送信機４０に送られる。
送信機４０は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を電波信号に変換して、アンテナ４１より送信する。
【０００３】
図８は、磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
この磁気情報解析装置Ａは、例えば電力や通信が普通に使用できる島や船舶などんの人が容易にアクセスできる場所に設置される。
前記電波信号は、アンテナＡ１で受信され、受信機Ａ２で磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に復元される。
情報処理装置Ａ３は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を解析し、地磁気に関する情報を算出し、表示装置Ａ４に表示する。
【０００４】
図９は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第１従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＤＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループ（ＦＬＬ；  Ｆｌｕｘ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）の制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に直流バイアス電流Ｉｄ１を供給するＤＣバイアス回路１７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に直流バイアス電流Ｉｄ２を供給するＤＣバイアス回路２７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００６】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に直流バイアス電流Ｉｄ３を供給するＤＣバイアス回路３７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００７】
図１０は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第２従来例（ｒｆ−ＳＱＵＩＤ／ｒｆ共振方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１と、タンク回路（例えば共振周波数２０ＭＨｚ）８４−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、前記タンク回路８４−１にその共振周波数信号Ｉｒ１（例えば２０ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器１７ｒと、前記タンク回路８４−１の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路１９ｒと、そのｒｆ検波回路１９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路１８ｒと、その増幅回路１８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００８】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２と、タンク回路（例えば共振周波数２１ＭＨｚ）８４−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、前記タンク回路８４−２にその共振周波数信号Ｉｒ２（例えば２１ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器２７ｒと、前記タンク回路８４−２の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路２９ｒと、そのｒｆ検波回路２９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路２８ｒと、その増幅回路２８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【０００９】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３と、タンク回路（例えば共振周波数２２ＭＨｚ）８４−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、前記タンク回路８４−３にその共振周波数信号Ｉｒ３（例えば２２ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器３７ｒと、前記タンク回路８４−３の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路３９ｒと、そのｒｆ検波回路３９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路３８ｒと、その増幅回路３８ｒの出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１０】
図１１は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第３従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＡＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に交流バイアス電流（例えば７０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ１を供給するＡＣバイアス回路１７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１（乗算器５２およびローパスフィルタ５３からなる）と、第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記交流バイアス電流を前記第１周波数Ｆ１の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１１９と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１１】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に交流バイアス電流（例えば１１５ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ２を供給するＡＣバイアス回路２７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１（乗算器６２およびローパスフィルタ６３からなる）と、第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記交流バイアス電流を前記第２周波数Ｆ２の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１２９と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１２】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に交流バイアス電流（例えば１６０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ３を供給するＡＣバイアス回路３７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１（乗算器７２およびローパスフィルタ７３からなる）と、第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記交流バイアス電流を前記第３周波数Ｆ３の１／２の周波数で且つ前記同期検波用信号に同期した信号にするための分周回路１３９と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記同期検波用信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００１３】
図１２は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第４従来例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／同期バイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路５０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１のバイアス端子および同期検波回路５１ｓに第１周波数Ｆ１の同期検波用信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第１周波数発振回路１０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する同期検波回路５１ｓ（乗算器５２，オフセット加算器５４およびローパスフィルタ５３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ１を前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ１は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ１は、オフセット信号である。
【００１４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路６０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２のバイアス端子および同期検波回路６１ｓに第２周波数Ｆ２の同期検波用信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第２周波数発振回路２０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する同期検波回路６１ｓ（乗算器６２，オフセット加算器６４およびローパスフィルタ６３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ２を前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ２は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ２は、オフセット信号である。
【００１５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路７０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３のバイアス端子および同期検波回路７１ｓに第３周波数Ｆ３の同期検波用信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第３周波数発振回路３０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号を同期検波して同期検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する同期検波回路７１ｓ（乗算器７２，オフセット加算器７４およびローパスフィルタ７３からなる）と、前記磁場測定信号Ｓ３を前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ３は、同期バイアス電流である。また、Ｏｆ３は、オフセット信号である。
【００１６】
関連する他の従来技術は、「物性測定の進歩ＩＩ−ＳＱＵＩＤ，ＳＯＲ，電子分光−，小林俊一編，丸善株式会社」、「Ａ  ＮＯＶＥＬ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  １／ｆ  ＮＯＩＳＥ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ｄｃ  ＳＱＵＩＤｓ，  ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ  ＯＮ  ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，  ＶＯＬ．ＭＡＧ−２３，ＮＯ２，  ＭＡＲＣＨ  １９８７」、米国特許第４，３８９，６１２号公報などに記載されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の磁気測定装置５００では、各信号処理回路５０１，６０１，７０１が、乗算器５２，６２，７２およびローパスフィルタ５３，６３，７３からなる同期検波回路を有している。
しかし、かかる乗算器５２，６２，７２やローパスフィルタ５３，６３，７３は、回路が複雑であり、また、調整が面倒であり、コスト高になる問題点がある。このため、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して遠隔計測する場合には、各信号処理回路５０１，６０１，７０１を測定点に遺棄することがあるので、計測コストが増大してしまうなどの不都合を生じる。
そこで、本発明の目的は、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようにした磁気測定装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、磁気を検出するＳＱＵＩＤ部と、前記ＳＱＵＩＤ部が出力する検出信号から検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号を出力するタンク回路と、前記タンク回路で抽出した磁場測定信号を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第１の観点による磁気測定装置では、タンク回路により、検出信号から検波用周波数成分を抽出する。タンク回路は、一般にコイルとコンデンサを並列に接続して形成される比較的に簡単な回路構成であり、しかもコイルのインダクタンスやコンデンサの容量を選択することで周波数の選択特性などを容易に調整できるから調整の手間をあまり掛けずに良好な抽出特性を得ることが出来る。したがって、低コストの回路を用いて、検出信号から検波用周波数成分を好適に抽出できるようになり、特に、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００１９】
第２の観点では、本発明は、ＳＱＵＩＤ部からの検出信号の取出端子側に接続され且つ検波用周波数に共振する第１のタンク回路と、前記検波用周波数に共振し且つ前記第１のタンク回路と結合した第２のタンク回路と、前記第２のタンク回路に現れた端子信号を増幅するアンプと、前記アンプの出力信号を検波して磁気強度に応じた変化成分を取り出す検波用ダイオードと、前記検波用ダイオードで取り出した変化成分を電波信号に変換して送信する送信機とを具備したことを特徴とする磁気測定装置を提供する。
上記第２の観点による磁気測定装置では、互いに結合した２つのタンク回路を用いるから、周波数の選択度を向上することが可能となり、検出信号から検波用周波数成分のみを良好に抽出することが出来る。また、第２のタンク回路の端子信号をアンプで増幅するから、検波前に信号レベルを十分に高めておくことが可能となり、検波を精度よく行うことが出来る。さらに、検波用ダイオードにより検波を行なうから、回路的に簡単（１素子で済む）となり、この点でも、低コスト化することが出来る。したがって、低コストの回路を用いて、検出信号から検波用周波数成分を好適に抽出できるようになり、特に、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明では、無人島や浮標等の地磁気を遠隔測定する場合を想定するが、海底のゾンデなどに組み込んで磁気を測定する場合にも本発明を適用することが出来る。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態の磁気測定装置を示す構成図である。
この磁気測定装置５００は、地磁気を測定するためのもので、例えば無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置される。
極低温容器ＣＲは、冷媒（例えば液体ヘリウム）７０を充填された内容器ＣＲＩと、その内容器ＣＲＩを囲むように設置され且つ内容器ＣＲＩとの間に断熱用の空隙Ｄｎを形成する外容器ＣＲＯとを具備して構成されている。前記空隙Ｄｎには断熱材が入れられ、かつ真空引きされている。また、前記内容器ＣＲＩの上部の開口は、蓋Ｔで塞がれている。また、蓋Ｔを貫通して、内容器ＣＲＩに冷媒７０を供給／排気するための冷媒供給排気用二重管ＳＴが設置されている。
内容器ＣＲＩの底部Ｄには、直交する３軸方向（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸方向）の磁気をそれぞれ感磁するＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３が設置されている。各ＳＱＵＩＤ部のＳＱＵＩＤリング（図３の８１−１，８１−２，８１−３）からそれぞれ取り出された検出信号は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して、第１信号処理回路１０１，第２信号処理回路２０１，第３信号処理回路３０１に入力され、磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に変換されて、送信機４０に送られる。
送信機４０は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を電波信号に変換して、アンテナ４１より送信する。
【００２２】
図２は、磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
この磁気情報解析装置Ａは、例えば電力や通信が普通に使用できる島や船舶などんの人が容易にアクセスできる場所に設置される。
前記電波信号は、アンテナＡ１で受信され、受信機Ａ２で磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に復元される。
情報処理装置Ａ３は、前記磁場測定信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を解析し、地磁気に関する情報を算出し、表示装置Ａ４に表示する。
【００２３】
図３は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第１実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＤＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に直流バイアス電流Ｉｄ１を供給するＤＣバイアス回路１７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００２４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に直流バイアス電流Ｉｄ２を供給するＤＣバイアス回路２７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、その増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。
【００２５】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に直流バイアス電流Ｉｄ３を供給するＤＣバイアス回路３７ｄと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００２６】
図４は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第２実施例（ｒｆ−ＳＱＵＩＤ／ｒｆ共振方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１と、タンク回路（例えば共振周波数２０ＭＨｚ）８４−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、前記タンク回路８４−１にその共振周波数信号Ｉｒ１（例えば２０ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器１７ｒと、前記タンク回路８４−１の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路１９ｒと、そのｒｆ検波回路１９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路１８ｒと、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８ｒの出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００２７】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２と、タンク回路（例えば共振周波数２１ＭＨｚ）８４−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、前記タンク回路８４−２にその共振周波数信号Ｉｒ２（例えば２１ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器２７ｒと、前記タンク回路８４−２の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路２９ｒと、そのｒｆ検波回路２９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路２８ｒと、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記増幅回路２８ｒの出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、１つのジョセフソン接合を有するｒｆ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１ｒ３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１ｒ３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３と、タンク回路（例えば共振周波数２２ＭＨｚ）８４−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、前記タンク回路８４−３にその共振周波数信号Ｉｒ３（例えば２２ＭＨｚの正弦波）を供給するｒｆ発振器３７ｒと、前記タンク回路８４−３の端子信号をｒｆ検波するｒｆ検波回路３９ｒと、そのｒｆ検波回路３９ｒのｒｆ検波信号を増幅する増幅回路３８ｒと、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８ｒの出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８ｒの出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００２８】
図５は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路５０１，６０１，７０１の第３実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／ＡＣバイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１に交流バイアス電流（例えば７０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ１を供給するＡＣバイアス回路１７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第１周波数発振回路１０と、前記増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１と、前記交流バイアス電流を前記第１周波数Ｆ１の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１１９と、前記磁場測定信号Ｓ１と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
【００２９】
前記検波用周波数成分抽出回路１１は、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路１３の他端を接地し、前記アンプ１４の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。
【００３０】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２に交流バイアス電流（例えば１１５ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ２を供給するＡＣバイアス回路２７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第２周波数発振回路２０と、前記増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１と、前記交流バイアス電流を前記第２周波数Ｆ２の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１２９と、前記磁場測定信号Ｓ２と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路２１は、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路２３の他端を接地し、前記アンプ２４の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。
【００３１】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３に交流バイアス電流（例えば１６０ｋＨｚで振幅が＋β，０，−βの凸状波）Ｉａ３を供給するＡＣバイアス回路３７ａと、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を出力する第３周波数発振回路３０と、前記増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１と、前記交流バイアス電流を前記第３周波数Ｆ３の１／２の周波数で且つ前記発振信号に同期した信号にするための分周回路１３９と、前記磁場測定信号Ｓ３と前記発振信号を加算して前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｓ，Ｒｆとを具備して構成されている。
前記検波用周波数成分抽出回路３１は、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記第２のタンク回路３３の他端を接地し、前記アンプ３４の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。
【００３２】
図６は、前記ＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３および前記信号処理回路１０１，２０１，３０１の第４実施例（ｄｃ−ＳＱＵＩＤ／同期バイアス方式）を示す構成図である。
ＳＱＵＩＤ部８０−１は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−１と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−１に加える検出コイル８２−１と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−１とを具備して構成されている。
第１信号処理回路１０１は、磁束固定ループの制御を行うものであり、ＳＱＵＩＤリング８１−１のバイアス端子に第１周波数Ｆ１の発振信号（例えば１４０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第１周波数発振回路１０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−１の端子間信号を増幅する増幅回路１８と、その増幅回路１８の出力信号から前記第１周波数Ｆ１の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ１を出力する検波用周波数成分抽出回路１１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ１を前記フィードバック用コイル８３−１に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ１は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路１１ｓは、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路１２の一端を前記増幅回路１８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路１２の他端を接地し、共振周波数が前記第１周波数Ｆ１となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路１３を前記第１のタンク回路１２と結合させ、前記第２のタンク回路１３の一端をアンプ１４の入力端子に接続し、前記アンプ１４の出力端子をオフセット加算器１６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器１６の出力端子に検波用ダイオード１５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード１５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ１を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ１は、オフセット信号である。
【００３３】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−２は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−２と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−２に加える検出コイル８２−２と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−２とを具備して構成されている。
また、第２信号処理回路２０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−２のバイアス端子に第２周波数Ｆ２の発振信号（例えば２３０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第２周波数発振回路２０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−２の端子間信号を増幅する増幅回路２８と、その増幅回路２８の出力信号から前記第２周波数Ｆ２の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ２を出力する検波用周波数成分抽出回路２１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ２を前記フィードバック用コイル８３−２に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ２は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路２１ｓは、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路２２の一端を前記増幅回路２８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路２２の他端を接地し、共振周波数が前記第２周波数Ｆ２となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第２のタンク回路２３を前記第１のタンク回路２２と結合させ、前記第２のタンク回路２３の一端をアンプ２４の入力端子に接続し、前記アンプ２４の出力端子をオフセット加算器２６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器２６の出力端子に検波用ダイオード２５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード２５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ２を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ２は、オフセット信号である。
【００３４】
同様に、ＳＱＵＩＤ部８０−３は、２つのジョセフソン接合を有するｄｃ−ＳＱＵＩＤタイプのＳＱＵＩＤリング８１−３と、測定対象の外部磁界を検出しそれに比例した磁束を前記ＳＱＵＩＤリング８１−３に加える検出コイル８２−３と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３にフィードバック磁束を加えるフィードバック用コイル８３−３とを具備して構成されている。
また、第３信号処理回路３０１は、ＳＱＵＩＤリング８１−３のバイアス端子に第３周波数Ｆ３の発振信号（例えば３２０ｋＨｚで振幅が＋αと−αの矩形波）を供給する第３周波数発振回路３０と、前記ＳＱＵＩＤリング８１−３の端子間信号を増幅する増幅回路３８と、その増幅回路３８の出力信号から前記第３周波数Ｆ３の検波用周波数成分を抽出し磁場測定信号Ｓ３を出力する検波用周波数成分抽出回路３１ｓと、前記磁場測定信号Ｓ３を前記フィードバック用コイル８３−３に与える抵抗器Ｒｆとを具備して構成されている。なお、Ｉｓ３は、同期バイアス電流である。
前記検波用周波数成分抽出回路３１ｓは、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第１のタンク回路３２の一端を前記増幅回路３８の出力端子に接続し、前記第１のタンク回路３２の他端を接地し、共振周波数が前記第３周波数Ｆ３となるようにインダクタンスおよび容量が調整された第３のタンク回路３３を前記第１のタンク回路３２と結合させ、前記第２のタンク回路３３の一端をアンプ３４の入力端子に接続し、前記アンプ３４の出力端子をオフセット加算器３６の入力端子に接続し、前記オフセット加算器３６の出力端子に検波用ダイオード３５のアノードを接続し、前記検波用ダイオード３５のカソードから前記磁場測定信号Ｓ３を取り出すようにした構成である。なお、Ｏｆ３は、オフセット信号である。
【００３５】
なお、以上の実施形態では、図３〜図６の各タンク回路（１２，１３），（２２，２３），（３２，３３）の共振周波数が周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３に合うようにインダクタンスおよび容量を調整したが、それに代えて、各タンク回路のインダクタンスおよび容量を固定し、周波数発振回路１０，２０，３０が出力する発振信号の周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を各タンク回路の共振周波数と合うように調整してもよい。
【００３６】
以上の磁気測定装置１００によれば、各信号処理回路１０１，１０２，１０３の検波用周波数成分抽出回路１１（１１ｓ），２１（２１ｓ），３１（３１ｓ）は、タンク回路１２および１３，タンク回路２２および２３，タンク回路３２および３３によりＳＱＵＩＤ部８０−１，８０−２，８０−３から取り出された検出信号から検波用周波数成分（一般に、キャリア成分）を抽出し、検波用ダイオード１５，２５，３５により磁気強度に応じた変化成分（一般に、サイドバンド成分）を取り出すようにした。したがって、乗算器やローパスフィルタからなる従来の同期検波回路よりも回路構成を実質的に簡単化して、低コスト化することが出来る。このため、無人島や浮標などの人が容易にアクセスできないような場所に設置して地磁気の遠隔計測を行った後、当該磁気測定装置１００を遺棄したときの経済的損失を抑制して、計測コストを低減できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の磁気測定装置によれば、ＳＱＵＩＤ部から取り出された検出信号をタンク回路に入力し、当該タンク回路の周波数選択特性を利用して検波用周波数成分を抽出するようにしたので、同期検波回路を用いた場合の同期検波信号の如き付加的な信号入力が不要となり、回路構成を簡単化できる。このため、回路を低コスト化でき、使い捨てに好都合となる。すなわち、無人島や浮標などの回収しにくい測定点に多数を設置して地磁気などの遠隔計測を行った後、当該測定点に遺棄したときの経済的損失を抑制し、計測コストを低減できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる磁気測定装置を示す構成図である。
【図２】磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
【図３】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第１実施例を示す構成図である。
【図４】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第２実施例を示す構成図である。
【図５】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第３実施例を示す構成図である。
【図６】図１の磁気測定装置のＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第４実施例を示す構成図である。
【図７】従来の磁気測定装置の一例を示す構成図である。
【図８】磁気情報解析装置の一例を示す構成図である。
【図９】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第１従来例を示す構成図である。
【図１０】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第２従来例を示す構成図である。
【図１１】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第３従来例を示す構成図である。
【図１２】図７の磁気測定装置にかかるＳＱＵＩＤ部および信号処理回路の第４従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１００                  磁気測定装置
１０１，２０１，３０１  信号処理回路
１１，２１，３１        検波用周波数成分抽出回路
１１ｓ，２１ｓ，３１ｓ  検波用周波数成分抽出回路
１２，２２，３２        タンク回路
１３，２３，３３        タンク回路
１４，２４，３４        アンプ
１５，２５，３５        検波用ダイオード
１６，２６，３６        オフセット加算器
１８，２８，３８        増幅回路
１８ｒ，２８ｒ，３８ｒ  増幅回路
８０−１，８０−２，８０−３  ＳＱＵＩＤ部
８１−１，８１−２，８１−３  ＳＱＵＩＤリング
８１ｒ１，８１ｒ２，８１ｒ３  ＳＱＵＩＤリング
８２−１，８２−２，８２−３  検出コイル
８３−１，８３−２，８３−３  フィードバック用コイル
Ｒｓ，Ｒｆ  抵抗器
【図１】
0003612539.tif 000002
【図２】
0003612539.tif 000003
【図３】
0003612539.tif 000004
【図４】
0003612539.tif 000005
【図５】
0003612539.tif 000006
【図６】
0003612539.tif 000007
【図７】
0003612539.tif 000008
【図８】
0003612539.tif 000009
【図９】
0003612539.tif 000010
【図１０】
0003612539.tif 000011
【図１１】
0003612539.tif 000012
【図１２】
0003612539.tif 000013