磁场测量装置及磁通量量子计算方法制造方法及图纸

磁场测量装置包括，包括将SQUID根据磁场的变化所输出的周期性变化的电压转换为数字值的ADC的数字FLL电路、对ADC输出的数字值进行积分的数字积分器、将数字积分器输出的积分值转换为电压的DAC、将DAC输出的电压转换为电流的转换器、以及根据转换器输出的电流生成SQUID所接收的磁场的线圈。一种计算设备，当接收到通过转换电压生成器产生的电压而得到的电流所产生的磁场，ADC转换从SQUID输出的周期性变化的电压时，基于从ADC输出的数字值来计算指示磁通量量子的数字值。

【技术实现步骤摘要】
磁场测量装置及磁通量量子计算方法
本专利技术涉及磁场测量装置和磁通量量子(或磁通量子)计算方法。
技术介绍
在使用超导量子干涉设备(SQUID)(进行的生物磁场测量中，测量特性是非线性的，该超导量子干涉设备是具有约瑟夫森结的超导环。因此，使用磁通锁定环(FLL)电路进行线性化以测量磁场。在下面的描述中，超导量子干涉设备也可以简称为SQUID。FLL电路有两种，一种是仅由模拟电路构成的模拟FLL型，另一种是由进行模数转换以及数模转换的电路构成的数字FLL型。由于生物磁场测量一般采用多通道，所以从容易减少通道间的变化、降低系统成本和数据处理的角度出发，同时也从半导体技术进步的角度出发，数字FLL型更广泛地被使用。在包括SQUID和数字FLL电路的磁场测量装置中，例如在日本未审查专利申请公开第2005-345289号(现日本专利第4133934号)中描述了一种降低成本的方法，该方法使用对磁通量量子周期数进行计数的计数器以及对与被测磁通量有关的频率进行计数的另一个计数器。为了使用数字FLL电路准确地测量磁通量的改变(以下也称为“变化”)量，需要准确地检测随着磁通量变化而周期性变化的磁通量量子。例如，磁通量量子的周期性变化由数字FLL电路中实现的模数转换器的输出值的变化量指示，该模数转换器将来自SQUID的电压转换为数字值。由于SQUID的电特性的变化以及从SQUID到模数转换器的电路的电特性的变化，模数转换器的输出值的这种变化量不是恒定的。因此，难以提高磁场测量装置的测量精度。专利技术内容因此，实施例的一个目的是提供一种能够精确地测量磁通量量子的磁场测量装置和磁通量量子计算方法。根据本专利技术的一个方面，一种磁场测量装置，包括数字磁通锁定环电路，该数字磁通锁定环电路包括被配置为将根据磁场的变化从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压转换为数字值的第一模数转换器、被配置为对从第一模数转换器输出的数字值进行积分的数字积分器、被配置为将从数字积分器输出的积分值转换为电压的数模转换器、被配置为将从数模转换器输出的电压转换为电流的第一电压-电流转换器、以及被配置为根据第一电压-电流转换器输出的电流，产生由超导量子干涉设备接收的磁场的第一线圈；以及被配置为当接收到通过转换电压生成器产生的电压而得到的电流所产生的磁场，第一模数转换器转换从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压时，基于从第一模数转换器输出的数字值来计算指示磁通量量子的数字值的计算设备。根据本专利技术的另一方面，一种用于使用包括数字磁通锁定环电路的磁场测量装置来计算磁通量量子的磁通量量子计算方法，包括，通过包括在数字磁通锁定环电路中的第一模数转换器，将根据磁场的变化从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压转换为数字值；通过包括在数字磁通锁定环电路中的数字积分器，将从第一模数转换器输出的数字值积分为积分值；通过包括在数字磁通锁定环电路中的第一电压-电流转换器，将从数字积分器输出的积分值转换为电流；由数字磁通锁相环电路中包括的第一线圈，基于从第一电压-电流转换器输出的电流，产生由超导量子干涉装置接收的磁场；通过包括在数字磁通锁定环电路中的第一电压-电流转换器，将从数字积分器输出的积分值转换为电流；通过包括在数字磁通锁定环电路中的第一线圈，基于从第一电压-电流转换器输出的电流，产生由超导量子干涉设备接收的磁场；以及，当接收到通过转换电压生成器产生的电压而得到的电流所产生的磁场，第一模数转换器转换从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压时，通过包括在磁场测量装置中的计算设备，基于从第一模数转换器输出的数字值来计算指示磁通量量子的数字值。当结合附图阅读下面的详细描述时，本专利技术的其他目的和其他特征将变得显而易见。附图说明图1是根据本专利技术的第一实施例的磁场测量装置的示例的框图。图2A是用于说明通过图1所示的磁场测量装置测量磁通量量子Φ0的示例的图。图2B是用于说明通过图1所示的磁场测量装置测量磁通量量子Φ0的示例的图。图3是根据本专利技术的第二实施例的磁场测量装置的示例的框图。图4是根据本专利技术的第三实施例的磁场测量装置的示例的框图。图5是根据本专利技术的第四实施例的磁场测量装置的示例的框图。具体实施方式在下文中将参考附图描述实施例。在附图中，相同的组成元件由相同的附图标记表示，并且可以省略对相同的组成元件的重复描述。如上所述，由于SQUID的电特性的变化以及从SQUID到模数转换器的电路的电特性的变化，将SQUID的电压转换为数字值的数字磁通锁定环(FLL)电路中实现的模数转换器的输出值的这种变化量不是恒定的。因此，难以提高磁场测量装置的测量精度。为了提高磁场测量装置的测量精度，可能优选的是，针对每个数字FLL电路测量磁通量量子。[第一实施例]图1是根据本专利技术的第一实施例的磁场测量装置的示例的框图。例如，图1所示的磁场测量装置100A采用数字FLL电路，并且可以应用于例如脑磁描记仪(MEG)、脊磁描记仪(MSG)、心磁描记仪(MCG)等。此外，例如，图1所示的磁场测量装置100A可以应用于肌磁描记仪(MMG)。磁场测量装置100A包括SQUID10、SQUID传感器电路20A、反馈线圈37和数据处理器50。SQUID10是检测自活体产生、并通过具有约瑟夫逊结的超导体环(superconductorring)(或超导环(superconductingring))的磁场(或磁通量)的高灵敏度的磁传感器。例如，通过在超导体环上的两个位置提供约瑟夫森结来形成SQUID10。SQUID10产生的电压随着通过超导体环的磁通量的变化而周期性地变化。因此，通过在对超导体环施加偏置电流的状态下测量超导体环的两端的电压，能够测得通过超导体环的磁通。在下面的描述中，也称由SQUID10产生的周期性电压变化的特性为Φ-V特性，以及也称由SQUID10产生的周期性电压变化的一个周期为磁通量量子Φ0。SQUID传感器电路20A包括处理由SQUID10检测到的磁场信号的数字磁通锁定环(FLL)电路30A、数据生成器41和波形存储器42。数字FLL电路30A包括放大器31、模数转换器(ADC)32、数字积分器33、信号开关34、数模转换器(DAC)35和电压-电流转换器36。与SQUID10相邻布置的反馈线圈37在物理上与数字FLL电路30A分离，但是可以包括在数字FLL电路30A的功能块中。放大器31放大由于磁通量通过SQUID10而由SQUID10产生的输出电压，并且将放大的输出电压输出到ADC32。通过以预定的采样频率对模拟信号进行采样，ADC32将来自放大器31的模拟信号转换为数字信号(或电压值)。换言之，ADC32根据磁场的变化将从SQUID10输出的电压转换为数字值。ADC32将通过转换生成的数字值输出到数字积分器33。数字积分器33包括计数器，并且基于从ADC32输出的电压值(或数字值)，对SQUID10的特性的周期性变化的数量(即，磁通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场测量装置，其特征在于，包括：/n数字磁通锁定环电路，所述数字磁通锁定环电路包括/n第一模数转换器，所述第一模数转换器被配置为将根据磁场的变化从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压转换为数字值，/n数字积分器，所述数字积分器被配置为对从所述第一模数转换器输出的所述数字值进行积分，/n数模转换器，所述数模转换器被配置为将从所述数字积分器输出的积分值转换为电压，/n第一电压-电流转换器，所述第一电压-电流转换器被配置为将从所述数模转换器输出的所述电压转换为电流，和/n第一线圈，所述第一线圈被配置为基于从所述第一电压-电流转换器输出的所述电流来产生由所述超导量子干涉设备接收的所述磁场；和/n计算设备，所述计算设备被配置为，当接收到通过转换电压生成器产生的电压而得到的电流所产生的磁场，所述第一模数转换器转换从所述超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压时，基于从所述第一模数转换器输出的所述数字值来计算指示磁通量量子的数字值。/n

【技术特征摘要】
20191008 JP 2019-185270;20200923 JP 2020-1588221.一种磁场测量装置，其特征在于，包括：
数字磁通锁定环电路，所述数字磁通锁定环电路包括
第一模数转换器，所述第一模数转换器被配置为将根据磁场的变化从超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压转换为数字值，
数字积分器，所述数字积分器被配置为对从所述第一模数转换器输出的所述数字值进行积分，
数模转换器，所述数模转换器被配置为将从所述数字积分器输出的积分值转换为电压，
第一电压-电流转换器，所述第一电压-电流转换器被配置为将从所述数模转换器输出的所述电压转换为电流，和
第一线圈，所述第一线圈被配置为基于从所述第一电压-电流转换器输出的所述电流来产生由所述超导量子干涉设备接收的所述磁场；和
计算设备，所述计算设备被配置为，当接收到通过转换电压生成器产生的电压而得到的电流所产生的磁场，所述第一模数转换器转换从所述超导量子干涉设备输出的周期性变化的电压时，基于从所述第一模数转换器输出的所述数字值来计算指示磁通量量子的数字值。


2.根据权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于，还包括：
数字值生成器，所述数字值生成器被配置为生成逐渐变化的数字值；和
路径开关，所述路径开关被配置为将所述数字积分器或所述数字值生成器的输出耦合至所述数模转换器的输入，
其中，当所述路径开关将所述数字值生成器的所述输出耦合至所述数模转换器的所述输入时，
所述数模转换器作为电压生成器进行操作，所述电压生成器基于从所述数字值生成器接收到的逐渐变化的数字值来生成逐渐变化的电压，
所述第一电压-电流转换器将所述逐渐变化的电压转换为逐渐变化的电流，以及
所述第一线圈利用所述逐渐变化的电流来产生磁场，
其中，所述计算设备使用数字值计算所述磁通量量子，所述数字值由所述第一模数转换器将所述超导量子干涉设备根据所述第一线圈产生的磁场而输出的电压进行转换而得到，并经由所述数字积分器接收。


3.根据权利要求2所述的磁场测量装置，其特征在于，所述路径开关
在评估模式中，将所述数字值生成器的所述输出耦合到所述数模转换器的所述输入，以获得指示所述磁通量量子的所述数字值，以及
当所述数字磁通锁定环电路使用由所述计算设备计算出的所述数字值测量所述磁场时，将所述数字积分器的所述输出耦合到所述数模转换器的所述输入。


4.根据权利要求2或3所述的磁场测量装置，其特征在于，
所述数字值生成器产生所述数字值，所述数字值指示具有比所述第一模数转换器的采样频率低的频率的波形，以及
所述波形具有振幅，所述振幅在所述波形的半周期内，包括从所述超导量子干涉设备输出的所述电压的至少一个周期。


5.根据权利要求2或3所述的磁场测量装置，其特征在于，所述数字值生成器生成指示三角波或正弦波的所述数字值。


6.根据权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于，还包括：
包括所述数字磁通锁定环电路的多个数字磁通锁定环电路，其中，与包括所述超导量子干涉设备的多个超导量子干涉设备中的每一个相对应地提供所述多个数字磁通锁定环电路；和
第二模数转换器，所述第二模数转换器被配置为将由所述电压生成器产生的所述电压转换为数字值，
其中，所述多个数字磁通锁定环电路中的每一个都包括第二电压-电流转换器，所述第二电压-电流转换器被配置为将由所述电压生成器产生的所述电压转换为电流，
所述多个数字磁通锁定环电路中的每一个中的所述第一线圈基于从所述第二电压-电流转换器输出的所述电流来产生所述磁场，并且
所述计算设备基于从所述第一模数转换器输出的所述数字值和从所述第二模数转换器输出的所述数字值，计算指示针对所述多个数字磁通锁定环电路中的每一个的所述磁通量量子的所述数字值，其中，所述第一模数转换器在接收到所述第一线圈基于来自所述第二电压-电流转换器的所述电流而产生的所述磁场时，转换从所述超导量子干涉设备输出的所述电压。


7.根据权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于，还包括：
包括所述数字磁通锁定环电路的多个数字磁通锁定环电路，其中，与包括所述超导量子干涉设备的多个超导量子干涉设备中的每一个相对应地提供所述多个数字磁通锁定环电路；
第二模数转换器，所述第二模数转换器将由所述电压生成器产生的所述电压转换为数字值；和
第二线圈，所述第二线圈被配置为使用所述电压生成器产生的所述电压产生磁场，
其中所述计算设备基于从所述第一模数转换器输出的所述数字值和从所述第二模数转换器输出的所述数字值，计算指示针对所述多个数字磁通锁定环电路中的每一个的所述磁通量量子的所述数字值，其中，所述第一模数转换器在接收到所述第二线圈产生的磁场时，转换从所述超导量子干涉设备输出的所述电压。


8.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：安井隆，小山大介，
申请(专利权)人：株式会社理光，金沢工业大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP