JP2018025413A - Magnetic measuring device and geological exploration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気測定装置とこれを用いた地質探査システムに関する。 The present invention relates to a magnetometer and a geological exploration system using the same.
地質などの地下構造を探査する手法に、TEM(Transient ElectroMagnetic;過渡現象電磁)法と呼ばれる電磁探査法がある。地表に設置したループ状ケーブルに直流電流を流して電磁場を発生させ、ケーブル電流の急激な遮断により地中に発生した渦電流が地中を拡散する様子を地表に設置した磁場センサにより測定する。地下構造は比抵抗の分布として抽出される。金属を含む鉱物層や、水を含む帯水層などは、周囲と比抵抗が異なるためその分布位置を特定することが可能である。この手法で使用される磁場センサとして、小型で高感度のSQUID(Superconducting Quantum Interference Device:超伝導量子干渉素子)センサが有利である。 As a technique for exploring underground structures such as geology, there is an electromagnetic exploration method called a TEM (Transient ElectroMagnetic) method. A DC current is passed through a looped cable installed on the ground surface to generate an electromagnetic field, and the eddy current generated in the ground due to sudden interruption of the cable current is measured by a magnetic field sensor installed on the ground surface. The underground structure is extracted as a resistivity distribution. A mineral layer containing a metal or an aquifer layer containing water has a specific resistance different from that of its surroundings, so that its distribution position can be specified. As a magnetic field sensor used in this method, a small and highly sensitive SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) sensor is advantageous.
SQUIDは、超伝導体のジョセフソン接合を流れる超伝導電流を検出することで微弱な外部磁場を計測する。そのため、たとえば図1に示すように、クライオスタッド等の低温保持容器内に液体ヘリウム、液体窒素等の冷却剤を充填してSQUIDを極低温下で保持する。一般に、SQUIDは低温保持容器の底面に配置され、磁場センサが地上に設置または地表の近傍に埋め込まれる。 SQUID measures a weak external magnetic field by detecting a superconducting current flowing through a Josephson junction of a superconductor. Therefore, for example, as shown in FIG. 1, the SQUID is held at a very low temperature by filling a cryogenic holding container such as a cryostat with a coolant such as liquid helium or liquid nitrogen. Generally, the SQUID is disposed on the bottom surface of the cryogenic holding container, and the magnetic field sensor is installed on the ground or embedded near the ground surface.
磁束トラップを生じることなく精度良く磁場計測を行うSQUID格納容器として、両端解放の円筒状の磁気シールドを液体窒素で冷却して超伝導状態に転移させ、磁気シールド内部に磁気遮断空間を発生させる構成が知られている(たとえば、特許文献1参照)。また、液体窒素を用いた冷却器で、液体窒素を吸収し保持する繊維集合体を内部に有する携帯可能な冷却器が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 As a SQUID containment vessel that accurately measures magnetic fields without generating magnetic flux traps, a cylindrical magnetic shield with open ends is cooled with liquid nitrogen to transition to a superconducting state, and a magnetically shielded space is generated inside the magnetic shield Is known (see, for example, Patent Document 1). Further, a portable cooler that uses a liquid nitrogen and has a fiber assembly that absorbs and holds liquid nitrogen therein has been proposed (for example, see Patent Document 2).
TEM法で用いられる一般的な磁気センサは、原野や山林のように周囲に人工的なノイズ源の少ない状況での使用が予定されている。従来の磁気センサを金属資源や熱水鉱床の発掘現場やトンネル掘削現場に適用すると、金属または磁性体の建設機器や掘削機材からの磁気ノイズの散乱により、測定を行うことができない。 A general magnetic sensor used in the TEM method is scheduled to be used in a situation where there are few artificial noise sources in the surrounding area, such as a wilderness or a forest. When conventional magnetic sensors are applied to excavation sites and tunnel excavation sites for metal resources and hydrothermal deposits, measurement cannot be performed due to scattering of magnetic noise from metal or magnetic construction equipment or excavation equipment.
本発明は、超伝導磁気センサを用いた磁気測定装置で外来ノイズを低減した高感度の磁気測定を実現する。 The present invention realizes highly sensitive magnetic measurement with reduced external noise by a magnetic measurement device using a superconducting magnetic sensor.
ひとつの態様では、磁気測定装置は、
低温保持容器と、
前記低温保持容器内に配置される磁気シールドであって、一端が開口し他端が閉じた筒状の磁気シールドと、
前記磁気シールドの内部に配置される超伝導磁気センサと、
少なくとも前記低温保持容器と前記磁気シールドの間に充填される冷却材と、
を有する。
In one aspect, the magnetic measurement device comprises:
A cryogenic container;
A magnetic shield disposed in the low temperature holding container, a cylindrical magnetic shield having one end opened and the other end closed,
A superconducting magnetic sensor disposed inside the magnetic shield;
A coolant filled at least between the cryostat container and the magnetic shield;
Have
超伝導磁気センサを用いた磁気測定装置で外来ノイズを低減した高感度の磁気測定が実現される。 High-sensitivity magnetic measurement with reduced external noise is realized with a magnetic measurement device using a superconducting magnetic sensor.
実施形態では、SQUIDを用いた磁気測定装置で外来ノイズを防止するために、有用な磁気信号源の方向にだけ開口を有する超伝導体の磁気シールド内にSQUIDセンサを配置する。磁気シールドは、目的信号の到来方向を向いた開口を除いて閉じており、外部ノイズの侵入を防止する。また、到来信号の方向を問わず横向き(水平方向)、縦置き(垂直方向)など任意の姿勢で使用可能な構成とする。 In the embodiment, in order to prevent extraneous noise in a magnetic measurement device using SQUID, a SQUID sensor is arranged in a magnetic shield of a superconductor having an opening only in the direction of a useful magnetic signal source. The magnetic shield is closed except for the opening that faces the direction of arrival of the target signal, and prevents the intrusion of external noise. Moreover, it is set as the structure which can be used by arbitrary attitude | positions, such as horizontal (horizontal direction) and vertical installation (vertical direction) irrespective of the direction of an incoming signal.
図2は、実施形態の磁気測定装置1の概略構成図である。磁気測定装置1は、低温保持容器2と、低温保持容器2内に配置される磁気シールド20と、磁気シールド20内に配置される超伝導磁気センサ10と、低温保持容器2と磁気シールド20の間に充填される冷却材8を有する。低温保持容器2は断熱真空容器であり、内部を極低温環境に保持することができる。たとえば、樹脂容器とガラス(石英)デューワの二重構造となっており、外側の樹脂容器と、内側のガラスデューワの間が真空に維持されている。実施形態では、液体窒素の温度(77K)で動作する酸化物系の高温超電導体のSQUIDが用いられ、低温保持容器2の内部は、少なくとも液体窒素の温度に維持される。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
磁気シールド20は、単一の方向に開口22を有する筒状の本体21を有し、超伝導磁気センサ10は本体21の内部で開口22の近傍に配置される。筒状の本体21の断面形状は、内部に超伝導磁気センサ10を収容できる任意の形状であり、円、楕円、多角形などの断面形状である。磁気シールド20の本体21は、ビスマス(Bi)系またはイットリウム(Y)系の酸化物超電導材料で形成される。一例として、BiSrCaCuO、YBaCuO等を用いることができる。開口22は、目的信号以外の磁気信号を遮断するために単一の方向にだけ形成されているのが望ましい。
The
冷却材8は、たとえば、液体窒素吸収体で形成され、磁気測定装置1がどのような角度で用いられても冷却液が漏れない構成となっている。液体窒素吸収体は、たとえば連続気泡を有する発泡金属、ガラス繊維、メラミンフォーム等、液体窒素温度で凍結または収縮しない発泡体であり、気泡内に液体窒素を保持する。冷却材8は磁気シールド20の内部空間の少なくとも一部に充填されていてもよい。液体窒素吸収体の使用は必須ではなく、低温保持容器2の内部に充填してもよい。
The coolant 8 is formed of, for example, a liquid nitrogen absorber, and has a configuration in which the coolant does not leak no matter what angle the
超伝導磁気センサ10は、磁気を検出する超伝導ループと、1個または2個のジョセフソン接合とを有するSQUIDとを有する。超伝導磁気センサ10から延びる引き出し線9は、圧力解放弁付きの蓋3を貫通して磁気測定装置1の外部に引き出され、FLL(Flux Locked Loop;磁束ロックループ回路)4に接続される。FLL4の出力電圧はASP(Analog Signal Processor;アナログ信号プロセッサ)5でフィルタ処理され、データ記録器6に記録される。図2の構成例では、磁気シールド20の開口22を測定したい方向に向けて磁気測定装置1が配置される。
The superconducting
図3は、実施形態で用いられる超伝導磁気センサ10の構成例を示す。この例では、超伝導磁気センサ10は、単一コイル(ピックアップコイル)11を用いたSQUIDマグネトメータである。超伝導磁気センサ10は、ピックアップコイル11と、入力コイル14と、SQUIDリング13と、フィードバックコイル15を有する。図示の便宜上、平面回路として描かれているが、ピックアップコイル11、入力コイル14、及びフィードバックコイル15は、絶縁膜を介して、SQUIDリング13と異なる層に形成されていてもよい。
FIG. 3 shows a configuration example of the superconducting
入力コイル14は、ピックアップコイル11が捉えた磁束をSQUIDリング13に伝達する。SQUIDリング13は、図3の構成例では2個のジョセフソン接合131を有する。ジョセフソン接合は、2つの超伝導体をたとえば数ナノメータの薄い絶縁体または常伝導体のバリア層を介して弱く結合させた構成をいう。SQUIDリング13には、ジョセフソン接合の臨界電流値付近のバイアス電流が流されており、超伝導電子対がバリア層をトンネリングして2つの超伝導体の間に超伝導電流が流れる。SQUIDに外部磁界が加えられると、その磁界を打ち消す方向に超伝導電流が流れ、磁界に比例した電圧がジョセフソン接合131の両端に発生する。磁束変化と出力電圧の関係は線形でないため、外部のFLL4で負帰還を行う。FLL4は、SQUIDリング13の出力電圧を積分して積分電圧をASP5に出力するとともに、フィードバックコイル15を介して積分電圧を帰還磁束としてSQUIDリング13に返す。これにより、SQUIDリング13の鎖交磁束はゼロにロックされ、FLL4の出力電圧は検知された信号磁束に比例したものとなる。
The
超伝導磁気センサ10は、ひとつのSQUIDチップとして形成されて、磁気シールド20内に配置されてもよい。SQUIDチップは、任意の手法で、任意の構成に作製することができる。たとえば、10mm〜15mm角の厚さ0.5mmの酸化マグネシウム(MgO)基板の表面に超伝導体のループ(ワッシャ)パタンとジョセフソン接合131を形成する。ジョセフソン接合131は、金属系超伝導体または酸化物系超伝導体で作製される。金属系の超伝導体は高感度であるが、酸化物系超伝導体のジョセフソン接合は、液体窒素温度で使用でき、操作性やコスト面にすぐれる。
The superconducting
実施形態では、YBCO系材料(たとえばYBa2Cu3O7)、BSCCO系材料(たとえばBi2Sr2Ca2Cu3O10)などの酸化物高温超伝導体を用いるが、この例に限定されない。ジョセフソン接合131を有するSQUIDリング13を、Nb、Pb,NbTi等の金属系超伝導体で形成し、冷却材8として液体ヘリウムを用いてもよい。
In the embodiment, an oxide high-temperature superconductor such as a YBCO-based material (for example, YBa 2 Cu 3 O 7 ) or a BSCCO-based material (for example, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ) is used, but is not limited to this example. . The
ジョセフソン接合131は、基板に形成された傾斜またはステップに形成されてもよい(ステップエッジ接合)。あるいは、MgO基板上に堆積した下部超伝導体層をステップ状に加工して、そこに上部超伝導体層を堆積してもよい(ランプエッジ接合)。酸化物系の超伝導材料を用いる場合、ジョセフソン接合のバリア層として超伝導材料の界面に形成される結晶粒界を利用することができる。SQUIDリング13上に絶縁膜を形成し、絶縁膜上にピックアップコイル11、入力コイル14、フィードバックコイル15、その他必要な配線を形成する。
The
図3の例では、単一コイルのマグネトメータを形成しているが、ピックアップコイル11に替えて、互いに逆相に巻かれた(差動構成された)一対のコイルを用いてSQUIDグラジオメータを作製してもよい。SQUIDグラジオメータの場合も、磁気シールド20の本体21の内部の開口22の近傍に配置される。磁気シールド20の開口22を、測定対象となる地面またはトンネル壁面に近接して配置することで、建設機材(金属または磁性体のかたまり)等からの大量のノイズ磁気信号を遮断することができる。
In the example of FIG. 3, a single-coil magnetometer is formed, but instead of the
図4〜図8は、磁気シールド20の構成例を示す。図4の磁気シールド20Aは、一端だけが開口する筒状の本体21の内部に、液体窒素温度で破損しないプラスチック(樹脂)または非磁性金属の台座23を有する。台座23の露出面23sに超伝導磁気センサ10を樹脂製接着剤などで固定する。台座23の内部は空洞であってもよいし、液体窒素を含ませた発泡金属またはガラス繊維を充填してもよい。あるいは、台座23の内部に液体窒素自体を充填してもよい。
4 to 8 show configuration examples of the
超伝導磁気センサ10の固定位置は、超伝導磁気センサ10に入射する目的信号の立体角から適宜決定することができる。超伝導磁気センサ10から延びる引き出し線19は磁気シールド20の外部に引き出される。
The fixed position of the superconducting
磁気シールド20Aの本体21は、BiCaCuOあるいはYBaCuOのバルクを筒状に加工してもよいし、Bi系またはY系材料で成型し焼成してもよい。Bi系またはY系材料は液体窒素温度で超電導であり、完全反磁性による磁気シールド効果が高い。図4のような片側開口の磁気シールド20A内に超伝導磁気センサ10を配置することで、目的とする方向からの磁気信号を選択的に捉えることができる。
The
図5は、変形例として、磁気シールド20Bを示す。磁気シールド20Bは、図4の高温超電導体の磁気シールド20Aの外側に配置される高透磁率のシールド27を有する。高透磁率のシールド27は、磁気シールド20Aとして、高透磁率のシールド材を1重〜3重に配置する。高透磁率材料は、たとえばミューメタルである。高透磁率のシールド27を配置することで外部磁界を外側のシールド27で捕捉し、内側への磁界の侵入を遮断する。
FIG. 5 shows a magnetic shield 20B as a modification. The magnetic shield 20B has a high-
図6は、別の変形例として、磁気シールド20Cを示す。磁気シールド20Cは、筒状の高温超電導体の本体21の内部に配置される超伝導材料の焼結体25を有する。焼結体25は、Bi系酸化物超伝導体(BiCaCuO)またはY系酸化物超伝導体で形成されている。焼結体25はキャビティ26を有し、キャビティ26の底面に超伝導磁気センサ10が固定される。キャビティ26の開口が磁気シールド20Cの開口22となり、超伝導磁気センサ10から延びる引き出し線19が、キャビティ26の外部に引き出される。
FIG. 6 shows a magnetic shield 20C as another modification. The
図7は、さらに別の変形例として、磁気シールド20Dを示す。磁気シールド20Dの本体21は、BiCaCuOあるいはYBaCuOのバルクに形成されたキャビティ28を有し、キャビティ28の底面に超伝導磁気センサ10が固定される。
FIG. 7 shows a magnetic shield 20D as still another modified example. The
図8は、さらに別の変形例として、磁気シールド20Eを示す。磁気シールド20Eは超伝導材料で形成された筒状の本体21の内部に、液体窒素吸収体24を有する。液体窒素吸収体24は、連続気泡を有する発泡金属、ガラス繊維、メラミンフォーム等であり、気泡内に液体窒素を保持する。液体窒素吸収体24の露出面24sに超伝導磁気センサ10が固定され、超伝導磁気センサ10から延びる引き出し線19が、開口22から磁気シールド20Eの外部に引き出される。
FIG. 8 shows a
図4〜図8のいずれの構成も、片側開口の磁気シールド内に超伝導磁気センサ10を配置することで、外来ノイズを遮断して目的とする方向からの磁気信号を選択的に捉えることができる。図6〜図8の磁気シールド20C〜20Eの外側に、図5のような高透磁率のシールド27を配置してもよい。この場合、外部ノイズの遮断効果がさらに向上する。
4 to 8, the superconducting
図9は、実施形態の磁気測定装置1を適用した地質探査システム101を示す。図9(a)は側面図、図9(b)は磁気測定装置1の設置位置の正面図である。地質探査システム101は、トンネル掘削現場の湧水または滞水層の探知に用いられる。トンネル掘削現場では、掘削位置の前方に滞水層が存在するか否かを判断することが有意義である。
FIG. 9 shows a
計測時には、掘削面30の表面またはその近傍にループ状の導電線またはケーブル40を設置し、ケーブル40の中心に磁気測定装置1を配置する。磁気測定装置1は、磁気シールド20の内部に配置された超伝導磁気センサ10を有し、磁気シールド20の開口22(図4〜図8参照)が掘削面30と対向する。
At the time of measurement, a loop-shaped conductive wire or
ケーブル40で、半径aのループを形成する。ループは必ずしも円形のループでなくてもよく、矩形のループを形成してもよい。電流供給源41からループ状のケーブル40に直流電流を流して、人工的な電磁場Fを発生させる。ケーブル電流を急激に遮断することで、岩盤の内部に生じる渦電流からの磁束(磁気信号)を測定する。ケーブル電流を周期的に遮断して、遮断時の磁場の減衰状況を観測する。磁場の観測結果から、岩盤内の各点での電流切断後の各時刻における比抵抗値を求め、比抵抗の分布から滞水層の存否を判断する。
The
トンネル内には各種の掘削機械が存在し、不要な磁場信号も磁気測定装置1に到達するが、SQUIDを有する超伝導磁気センサ10は、開口22を除いて閉じた磁気シールド20の内部に配置されている。ループ内の掘削面からの磁束を捕捉するために、超伝導磁気センサ10は磁気シールド20の開口22の比較的近傍に配置されるのが望ましい。超伝導磁気センサ10は、SQUIDからみた開口22の立体角に含まれる磁気信号だけを検出する。磁気シールド20の開口22を掘削面30に近接して配置することで、トンネルの天井や床からの反射電磁波の入射を低減することができる。冷却材8に液体窒素吸収体を用いる場合は、磁気測定装置1が横向き(水平方向)で使用される場合でも、液体漏れを防止することができる。
Various excavating machines exist in the tunnel, and unnecessary magnetic field signals reach the
図10は、実施形態の磁気測定装置1の別の適用例を示す。図10では、平野での地質探査に磁気測定装置1を用いる。図10(a)において、地表にケーブル40をループ状に配置する。ループの一辺は、たとえば100m〜200mである。ケーブル40は送信機50に接続されている。ループの中央に、受信機60に接続された磁気測定装置1を配置する。
FIG. 10 shows another application example of the
図10(b)に示すように、送信機でケーブル40に流す電流を周期的に断続させる。送信機50による掃引電流は、一例として3つの振幅レベルのパルス波形を有する。ケーブル40が人工的な信号源となり、地表付近で発生した電磁波が地下へ浸透し、地中に誘導電流(渦電流)が発生する。渦電流により発生する磁束を磁気測定装置1で検出し、検出信号を受信機60で受信する。磁気測定装置1は各深度からの磁気信号を捉える。受信波形は、図10(b)の下段に示すように、過渡応答を有する(点線のサークル)。この応答特性から各層での非抵抗を求め、地下構造を推定する。比抵抗の値によって、金属資源を含む層や地下水の存在が推定される。
As shown in FIG.10 (b), the electric current sent through the
図11は、送信電流が作る磁束密度を説明する図である。半径a[m]の送信ループに送信電流I[A]を流したときに、地中の深さZ[m]の地点Pで発生する磁場の磁束密度Bpは、式(1)で表される。 FIG. 11 is a diagram illustrating the magnetic flux density generated by the transmission current. The magnetic flux density B p of the magnetic field generated at the point P at the depth Z [m] in the ground when the transmission current I [A] is passed through the transmission loop with the radius a [m] is expressed by the equation (1). Is done.
Bp=μ0Ia2/2(a2+Z2)3/2 (1)
ここでμ0は真空での透磁率である。
B p = μ 0 Ia 2/ 2 (a 2 + Z 2) 3/2 (1)
Here, μ 0 is the magnetic permeability in a vacuum.
式(1)にZ=0を代入した場合、すなわち原点Oの磁束密度は、
BO=μ0I/2a (2)
である。
When Z = 0 is substituted into equation (1), that is, the magnetic flux density at the origin O is
B O = μ 0 I / 2a (2)
It is.
送信ループ径(半径)aと送信電流Iを種々に変えて、原点Oに配置されるSQUIDで各深さでの磁束密度を計算する。金属資源探査のための送信ループ径aを100メートル、トンネル掘削現場の送信ループ半径を3メートル、基準ループ半径を25メートルとする。100m半径のループの送信電流Iを10A、20A、40Aと変化させる。3m半径のループの送信電流Iを10A、1A、0.5Aと変化させる。基準ループでの送信電流Iを15Aとする。 The transmission loop diameter (radius) a and the transmission current I are variously changed, and the magnetic flux density at each depth is calculated with the SQUID arranged at the origin O. The transmission loop diameter a for metal resource exploration is 100 meters, the transmission loop radius at the tunnel excavation site is 3 meters, and the reference loop radius is 25 meters. The transmission current I of the 100 m radius loop is changed to 10A, 20A, and 40A. The transmission current I of the 3 m radius loop is changed to 10A, 1A, and 0.5A. The transmission current I in the reference loop is 15A.
図12は、図11の計算結果を示す図である。破線の曲線A〜Cが100m半径のループでの計算結果、実線の曲線D〜Fが3m半径のループでの計算結果、太い破線の曲線Rが基準ループでの計算結果である。図12から、3m半径のループに10Aを流すのは、地表(Z=0)で基準値を超えてしまい適切でないが、3m半径のループに1Aの電流を流すのは可能である。 FIG. 12 is a diagram illustrating the calculation result of FIG. The dashed curves A to C are the calculation results in the loop of 100 m radius, the solid curves D to F are the calculation results in the loop of 3 m radius, and the thick dashed curve R is the calculation result in the reference loop. From FIG. 12, it is not appropriate to flow 10A through a loop of 3 m radius because it exceeds the reference value on the ground surface (Z = 0), but it is possible to flow a current of 1 A through the loop of 3 m radius.
3m半径のループに1Aの電流を流した場合(曲線E)、地表から100m程度の深さの範囲で、基準ループ(R)による800mの深さからの磁束の検出結果と同程度の精度が得られる。 When a current of 1 A is passed through a 3 m radius loop (curve E), the accuracy is about the same as the detection result of the magnetic flux from the depth of 800 m by the reference loop (R) within the depth range of about 100 m from the ground surface. can get.
図13は、トンネル掘削で3m半径のループを用いたときの滞水層の適切な探索距離を示す図である。図12と同様に、基準ループRで地中800メートルの深さで検知される磁束密度を基準とする。また、100m半径のループに20Aの電流を流したときに1000メートルの深さで検知される磁束密度を第2の基準とする。 FIG. 13 is a diagram showing an appropriate search distance of the aquifer layer when a 3 m radius loop is used in tunnel excavation. As in FIG. 12, the magnetic flux density detected by the reference loop R at a depth of 800 meters underground is used as a reference. The magnetic flux density detected at a depth of 1000 meters when a current of 20 A is passed through a 100 m radius loop is used as the second reference.
3m半径のループに1Aの電流を流して、基準ループRで地中800mの深さで観測される磁束密度と同程度の精度を得るためには、地表から80mまでの深さが適切である。また、3m半径のループに1Aの電流で流す場合と、100m半径のループに20Aの電流を流す場合を比較すると、100m半径のループで地表から1000メートルの深さで観測される磁束密度と同程度の値が、3m半径のループで地表から30mの深さで得られる。 In order to obtain the same accuracy as the magnetic flux density observed in the reference loop R at a depth of 800 m in the ground by passing a current of 1 A through a 3 m radius loop, a depth of 80 m from the ground surface is appropriate. . In addition, when comparing a case where a current of 1 A is passed through a loop with a radius of 3 m and a case where a current of 20 A is passed through a loop with a radius of 100 m, it is the same as the magnetic flux density observed at a depth of 1000 meters from the ground surface. A degree value is obtained at a depth of 30 m from the ground surface with a loop of 3 m radius.
この結果から、3m半径のループと実施形態の磁気測定装置1を用いてトンネル掘削現場で滞水層の存否を確認する場合、掘削面から30m〜80mの範囲で、良好な測定結果が得られることがわかる。滞水層の存在が検知された場合は、トンネルの掘削方向を変えるなどの対策を講じることができる。
From this result, when the presence or absence of the aquifer is confirmed at the tunnel excavation site using the loop of 3 m radius and the
実施形態の磁気測定装置1は、単一の開口22を有する磁気シールド20を用い、開口を所望の信号の到来方向に向けて配置することで、外部ノイズを遮断して微細な磁気信号を検出することができる。
The
実施形態の磁気測定装置は、ノイズ環境下での磁界測定に好適に用いられ、金属資源、石油資源、水資源熱水鉱床の探査等に適用される。また、トンネル掘削現場での水脈や滞水層の探査に適用される。さらに、都市部での地下構造の探査にも適用可能である。 The magnetic measurement device of the embodiment is suitably used for magnetic field measurement under a noisy environment, and is applied to exploration of metal resources, petroleum resources, water resources hydrothermal deposits, and the like. It is also applied to exploration of water veins and aquifers at tunnel excavation sites. It can also be applied to exploration of underground structures in urban areas.
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
低温保持容器と、
前記低温保持容器内に配置される磁気シールドであって、一端が開口し他端が閉じた筒状の磁気シールドと、
前記磁気シールドの内部に配置される超伝導磁気センサと、
少なくとも前記低温保持容器と前記磁気シールドの間に充填される冷却材と、
を有する磁気測定装置。
(付記2)
前記磁気シールドは、超伝導材料で形成された筒型の本体と、前記本体の内部に配置される台座とを有し、前記超伝導磁気センサは前記台座の表面に固定されていることを特徴とする付記1に記載の磁気測定装置。
(付記3)
前記台座は非磁性金属または前記超伝導磁気センサの動作温度で凍結または破損しない樹脂材料で形成されていることを特徴とする付記2に記載の磁気測定装置。
(付記4)
前記台座の内部は空洞、または液体窒素吸収体で充填されていることを特徴とする付記2または3に記載の磁気測定装置。
(付記5)
前記磁気シールドは、超伝導材料で形成された筒型の本体と、前記本体の内部に配置される超伝導材料の焼結体を有し、
前記超伝導磁気センサは、前記焼結体に形成されたキャビティの底面に固定されていることを特徴とする付記1に記載の磁気測定装置。
(付記6)
前記磁気シールドは、超伝導材料の柱状バルクの一端側に形成されたキャビティを有する本体を有し、
前記超伝導磁気センサは、前記キャビティの底面に固定されていることを特徴とする付記1に記載の磁気測定装置。
(付記7)
前記磁気シールドは、超伝導材料で形成された筒型の本体と、前記本体の内部に配置される液体窒素吸収体を有し、
前記超伝導磁気センサは、前記液体窒素吸収体に固定されていることを特徴とする付記1に記載の磁気測定装置。
(付記8)
前記磁気シールドは、前記本体の外側に配置される高透磁率材料のシールドをさらに有することを特徴とする付記2〜7のいずれかに記載の磁気測定装置。
(付記9)
前記低温保持容器は、前記超伝導磁気センサから延びる引き出し線を外部に引き出す蓋を有し、
前記磁気シールドの前記開口は、前記蓋と反対側の端部に配置されていることを特徴とする付記1〜8のいずれかに記載の磁気測定装置。
(付記10)
前記超伝導磁気センサは、高温超電導材料で形成される超伝導量子干渉素子を有し、
前記冷却材は、液体窒素を吸収保持している液体窒素吸収体であることを特徴とする付記1〜9のいずれかに記載の磁気測定装置。
(付記11)
ループを形成する導電線と、
前記導電線に電流を供給する電流供給源と、
前記ループの中心に配置される付記1〜10のいずれかに記載の磁気測定装置と、
を有することを特徴とする地質探査システム。
(付記12)
前記ループは地表と垂直に形成されることを特徴とする付記11に記載の地質探査システム。
The following notes are presented for the above explanation.
(Appendix 1)
A cryogenic container;
A magnetic shield disposed in the low temperature holding container, a cylindrical magnetic shield having one end opened and the other end closed,
A superconducting magnetic sensor disposed inside the magnetic shield;
A coolant filled at least between the cryostat container and the magnetic shield;
A magnetic measuring device.
(Appendix 2)
The magnetic shield has a cylindrical main body formed of a superconducting material and a pedestal disposed inside the main body, and the superconducting magnetic sensor is fixed to the surface of the pedestal. The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 3)
The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 4)
The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 5)
The magnetic shield has a cylindrical main body formed of a superconducting material, and a sintered body of a superconducting material disposed inside the main body,
The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 6)
The magnetic shield has a body having a cavity formed on one end side of a columnar bulk of superconducting material;
The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 7)
The magnetic shield has a cylindrical main body formed of a superconductive material, and a liquid nitrogen absorber disposed inside the main body,
The magnetic measurement apparatus according to
(Appendix 8)
The magnetic measurement apparatus according to any one of
(Appendix 9)
The cryogenic holding container has a lid for drawing a lead wire extending from the superconducting magnetic sensor to the outside,
The magnetic measurement apparatus according to any one of
(Appendix 10)
The superconducting magnetic sensor has a superconducting quantum interference device formed of a high-temperature superconducting material,
10. The magnetic measurement apparatus according to any one of
(Appendix 11)
A conductive wire forming a loop;
A current supply source for supplying a current to the conductive wire;
The magnetic measurement device according to any one of
A geological exploration system characterized by comprising:
(Appendix 12)
The geological exploration system according to
1 磁気測定装置
2 低温保持容器
3 蓋
4 FLL
5 ASP
6 データ記録器
8 冷却材
9、19 引き出し線
10 超伝導磁気センサ
20、20A〜20E 磁気シールド
21 本体
22 開口
23 台座
24 液体窒素吸収体
25 焼結体
26、28 キャビティ
27 シールド
40 ケーブル(導電線)
41 電流供給源
50 送信機
60 受信機
101、102 地質探査システム
DESCRIPTION OF
5 ASP
6 Data recorder 8
41
Claims (7)
前記低温保持容器内に配置される磁気シールドであって、一端が開口し他端が閉じた筒状の磁気シールドと、
前記磁気シールドの内部に配置される超伝導磁気センサと、
少なくとも前記低温保持容器と前記磁気シールドの間に充填される冷却材と、
を有する磁気測定装置。 A cryogenic container;
A magnetic shield disposed in the low temperature holding container, a cylindrical magnetic shield having one end opened and the other end closed,
A superconducting magnetic sensor disposed inside the magnetic shield;
A coolant filled at least between the cryostat container and the magnetic shield;
A magnetic measuring device.
前記超伝導磁気センサは、前記焼結体に形成されたキャビティの底面に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気測定装置。 The magnetic shield has a cylindrical main body formed of a superconducting material, and a sintered body of a superconducting material disposed inside the main body,
The magnetic measurement apparatus according to claim 1, wherein the superconducting magnetic sensor is fixed to a bottom surface of a cavity formed in the sintered body.
前記超伝導磁気センサは、前記キャビティの底面に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気測定装置。 The magnetic shield has a body having a cavity formed on one end side of a columnar bulk of superconducting material;
The magnetic measurement apparatus according to claim 1, wherein the superconducting magnetic sensor is fixed to a bottom surface of the cavity.
前記超伝導磁気センサは、前記液体窒素吸収体に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気測定装置。 The magnetic shield has a cylindrical main body formed of a superconductive material, and a liquid nitrogen absorber disposed inside the main body,
The magnetic measurement apparatus according to claim 1, wherein the superconducting magnetic sensor is fixed to the liquid nitrogen absorber.
前記導電線に電流を供給する電流供給源と、
前記ループの中心に配置される請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁気測定装置と、
を有することを特徴とする地質探査システム。 A conductive wire forming a loop;
A current supply source for supplying a current to the conductive wire;
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6, which is disposed at the center of the loop;
A geological exploration system characterized by comprising:
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