JP3022094B2 - Magnetic sensor - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、高感度な磁束センサとして種
々の応用が期待されているＳＱＵＩＤを用いた磁気セン
サの新規な構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor.
More specifically, the present invention relates to a novel configuration of a magnetic sensor using SQUID, which is expected to have various applications as a high-sensitivity magnetic flux sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】超電導体の特異な特性を利用したセンサ
としてＳＱＵＩＤが知られている。ＳＱＵＩＤは、少な
くともひとつの弱結合を含む超電導ループにより構成さ
れており、センサとして使用される場合は磁束トランス
と併せて使用されることが一般的である。2. Description of the Related Art SQUIDs are known as sensors utilizing the unique characteristics of superconductors. The SQUID is constituted by a superconducting loop including at least one weak coupling, and is generally used together with a magnetic flux transformer when used as a sensor.
【０００３】図３および図４は、ＳＱＵＩＤを用いた磁
気センサの典型的な構成を模式的に示す図である。FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams schematically showing a typical configuration of a magnetic sensor using SQUID.
【０００４】図３に示すように、磁気センサは、第１基
板11上に形成された弱結合１ａを含む超電導ループから
なるＳＱＵＩＤ１と、第２基板12上に形成されたピック
アップコイル２ａおよびインプットコイル２ｂを含む磁
束トランス２とから構成されており、図４に示すよう
に、第１基板11および第２基板12を貼り合わせることに
より磁気センサとして完成する。このとき、ＳＱＵＩＤ
１の中心と、インプットトコイル２ｂの中心とが一致す
るように両者は貼り合わされ、磁界の検出はピックアッ
プコイル２ａ側で行われる。このような構成により、磁
気センサとしての入力感度を調節することができる他、
物理的なレイアウトの選択の範囲が広くなる。As shown in FIG. 3, the magnetic sensor comprises a SQUID 1 formed of a superconducting loop including a weak coupling 1a formed on a first substrate 11, a pickup coil 2a and an input coil formed on a second substrate 12. A magnetic sensor is completed by laminating the first substrate 11 and the second substrate 12 as shown in FIG. At this time, SQUID
1 and the center of the input coil 2b are attached to each other such that the center of the input coil 2b coincides with the center of the input coil 2b. With such a configuration, the input sensitivity as a magnetic sensor can be adjusted,
The range of choice of physical layout is widened.
【０００５】さらに、上記のような基本構成を有する磁
気センサにおいて、図５に示すように、磁束トランス２
のピックアップコイルａを、互いに巻方向が逆な１対の
コイル２ａ−１、２ａ−２から構成したグラジオメータ
として構成することも知られている。このような構成に
よれば、空間的にほぼ一様な環境磁界の変動によりピッ
クアップコイル２ａに生じる電流の変動は打ち消される
が、コイル２ａ−１、２ａ−２間の磁界の勾配は安定に
検出することができる。従って、環境磁界の変動の影響
を除去して磁界の状態を検出することが可能になる。Further, in the magnetic sensor having the above-described basic configuration, as shown in FIG.
It is also known that the pickup coil a is configured as a gradiometer composed of a pair of coils 2a-1 and 2a-2 whose winding directions are opposite to each other. According to such a configuration, the fluctuation of the current generated in the pickup coil 2a due to the fluctuation of the environmental magnetic field which is substantially spatially uniform is canceled, but the gradient of the magnetic field between the coils 2a-1 and 2a-2 is stably detected. can do. Therefore, it is possible to detect the state of the magnetic field while removing the influence of the fluctuation of the environmental magnetic field.
【０００６】上述のように、ＳＱＵＩＤを用いた磁気セ
ンサでは、磁束トランスの各コイルの寸法および巻き数
を適切に設定することにより、磁気センサとして所望の
感度等を設定することができる。As described above, in the magnetic sensor using the SQUID, desired sensitivity and the like can be set as the magnetic sensor by appropriately setting the dimensions and the number of turns of each coil of the magnetic flux transformer.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来は超電
導材料といえば特定の金属または合金であり、前述のよ
うなＳＱＵＩＤは金属薄膜により、磁束トランスは金属
線あるいは金属薄膜を適宜加工して、それぞれ作製され
ていた。これに対して、近年発見あるいは開発された複
合酸化物系超電導材料は、一般に薄膜として合成するこ
とにより良質なものが得られている。この種の酸化物超
電導薄膜は、半導体薄膜等と同様にフォトリソグラフィ
技術により微細加工が可能であり、ＳＱＵＩＤあるいは
磁束トランスも薄膜のパターニングにより作製すること
ができる。By the way, conventionally, a superconducting material is a specific metal or alloy, and the above-mentioned SQUID is a metal thin film, and a magnetic flux transformer is a metal wire or a metal thin film. Had been produced. On the other hand, high-quality composite oxide-based superconducting materials recently discovered or developed are generally synthesized as thin films. This type of oxide superconducting thin film can be finely processed by a photolithography technique in the same manner as a semiconductor thin film or the like, and a SQUID or a magnetic flux transformer can also be manufactured by patterning the thin film.
【０００８】ただし、特に複数巻きのコイルを含む磁束
トランスは、１回の成膜処理と単純な２次元的なパター
ニング処理だけでは製作できない。即ち、図３中に示す
ように、複数巻きのコイルでは必ず線路が交叉するの
で、交叉点において線路間に絶縁膜３を間挿する必要が
ある。このため、絶縁膜と超電導薄膜とを積層する工程
や、各層に対する個別のパターニング処理が必要にな
る。一方、特に酸化物超電導体はその組成が微妙なの
で、成膜およびパターニングを繰り返す製造工程におい
て、既に成膜されている酸化物超電導体薄膜の特性劣化
が生じやすい。However, in particular, a magnetic flux transformer including a coil having a plurality of turns cannot be manufactured only by a single film forming process and a simple two-dimensional patterning process. That is, as shown in FIG. 3, since the lines always cross in a coil having a plurality of turns, it is necessary to interpose the insulating film 3 between the lines at the crossing point. For this reason, a step of laminating the insulating film and the superconducting thin film and an individual patterning process for each layer are required. On the other hand, in particular, since the composition of the oxide superconductor is delicate, in a manufacturing process in which film formation and patterning are repeated, the characteristics of the already formed oxide superconductor thin film are likely to deteriorate.
【０００９】また、磁束トランスを薄膜で作製する限
り、実際に作製することができる磁束トランス、特にピ
ックアップコイルの寸法は供給され得る酸化物超電導薄
膜の寸法に制限されるが、実際に品質の高い大面積酸化
物超電導薄膜の作製には多くの課題が残されている。Further, as long as the magnetic flux transformer is made of a thin film, the size of a magnetic flux transformer that can be actually manufactured, especially the size of a pickup coil is limited to the size of an oxide superconducting thin film that can be supplied. Many problems remain in the production of large-area oxide superconducting thin films.
【００１０】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、製作上および使用上の制限が少ない、新規な
磁気センサを提供することをその目的としている。[0010] Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a novel magnetic sensor with less restrictions on production and use.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、ＳＱＵ
ＩＤと磁束トランスとを含む磁気センサにおいて、該Ｓ
ＱＵＩＤが弱結合を含む超電導ループにより構成されて
おり、該磁束トランスが常伝導体により構成されている
ことを特徴とする磁気センサが提供される。According to the present invention, there is provided an SQUI.
In a magnetic sensor including an ID and a magnetic flux transformer,
A magnetic sensor is provided, wherein the QUID is constituted by a superconducting loop including weak coupling, and the magnetic flux transformer is constituted by a normal conductor.
【００１２】[0012]
【作用】本発明に係る磁気センサは、超電導体により形
成されたＳＱＵＩＤと常伝導体により形成された磁束ト
ランスとを組み合わせて構成されている点にその主要な
特徴がある。The main feature of the magnetic sensor according to the present invention is that the magnetic sensor is constituted by combining a SQUID formed by a superconductor and a magnetic flux transformer formed by a normal conductor.
【００１３】即ち、ＳＱＵＩＤを用いた従来の磁気セン
サは、磁束トランスを含めた全ての電流路を超電導体で
製造していたので、高度な加工技術が要求される上に作
製工数が多く、更に、最終的な歩留りも低いという問題
があった。That is, in the conventional magnetic sensor using the SQUID, all current paths including the magnetic flux transformer are manufactured by the superconductor, so that a high processing technique is required and the number of manufacturing steps is large. However, there was a problem that the final yield was low.
【００１４】これに対して本発明に係る磁気センサは、
磁束トランスを常伝導体により形成しているので上記の
ような問題が生じない。即ち、ＳＱＵＩＤと磁束トラン
スとからなる磁気センサにおいて、超電導体特有の現象
を利用しているＳＱＵＩＤは不可避に超電導材料を使用
しなければならないが、ＳＱＵＩＤの感度さえ充分なら
ば、磁束トランスは必ずしも超電導体である必要はな
い。従って、磁束トランスの材料を金属等の常伝導体か
ら適宜選択すれば、酸化物超電導薄膜に対してはＳＱＵ
ＩＤを作製するための１回だけの成膜およびパターニン
グ処理を行うだけで磁気センサを完成することができ
る。尚、磁束トランスは、電気抵抗の低い材料ならばい
かなる材料を使用することもできるが、その用途に鑑み
て、非磁性体を使用することが好ましい。On the other hand, the magnetic sensor according to the present invention is
Since the magnetic flux transformer is formed of a normal conductor, the above-described problem does not occur. That is, in a magnetic sensor comprising a SQUID and a magnetic flux transformer, a SQUID utilizing a phenomenon specific to a superconductor must inevitably use a superconducting material. It doesn't have to be a body. Therefore, if the material of the magnetic flux transformer is appropriately selected from a normal conductor such as a metal, the SQUI is required for the oxide superconducting thin film.
The magnetic sensor can be completed by performing only one film forming and patterning process for manufacturing an ID. Although any material can be used for the magnetic flux transformer as long as the material has a low electric resistance, it is preferable to use a non-magnetic material in view of its use.
【００１５】このような本発明に係る磁気センサは、磁
束トランスが常伝導体で形成されているので、磁束トラ
ンスの形状、寸法等の自由度が大きい上に製造も容易で
ある。また、製造コストも低減される。In the magnetic sensor according to the present invention, since the magnetic flux transformer is formed of a normal conductor, the magnetic transformer has a large degree of freedom in the shape and dimensions of the magnetic flux transformer and is easy to manufacture. Also, manufacturing costs are reduced.
【００１６】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the following disclosure is merely an example of the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
【００１７】[0017]
【実施例】図１は、本発明に係る磁気センサの具体的な
構成例とその作製過程を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a specific configuration example of a magnetic sensor according to the present invention and a manufacturing process thereof.
【００１８】本発明に係る磁気センサの作製工程でも、
図１(a) に示すように、ＳＱＵＩＤ１と、磁束トランス
２とを別途作製し、最終的に、図３(b) に示したよう
に、両者を貼り併せて磁気センサとする。In the manufacturing process of the magnetic sensor according to the present invention,
As shown in FIG. 1A, an SQUID 1 and a magnetic flux transformer 2 are separately manufactured, and finally, as shown in FIG.
【００１９】本実施例では、ＳＱＵＩＤは酸化物超電導
薄膜をパターニングして作製している。即ち、図１(a)
に示すように、第１基板11上の酸化物超電導薄膜を適切
にパターニングすることにより、液体窒素による冷却で
動作するＳＱＵＩＤ１が得られる。In this embodiment, the SQUID is manufactured by patterning an oxide superconducting thin film. That is, FIG.
As shown in (1), by appropriately patterning the oxide superconducting thin film on the first substrate 11, an SQUID 1 operating by cooling with liquid nitrogen can be obtained.
【００２０】一方、磁束トランス２は、図１(b) に示す
ように、第２基板12上の金属薄膜、例えば、Au薄膜やAg
薄膜等をパターニングして構成することができる。この
とき、酸化物超電導薄膜とは異なり、金属薄膜は任意の
大きさのものを入手あるいは作製することができるの
で、所望の大きさ並びに形状の磁束トランスを作製する
ことができる。On the other hand, as shown in FIG. 1B, the magnetic flux transformer 2 comprises a metal thin film on the second substrate 12, such as an Au thin film or an Ag thin film.
It can be configured by patterning a thin film or the like. At this time, unlike the oxide superconducting thin film, the metal thin film can be obtained or manufactured in an arbitrary size, so that a magnetic flux transformer having a desired size and shape can be manufactured.
【００２１】なお、常伝導体を使用した磁束トランスに
は電気抵抗が生じるので、最終的に磁気センサとしての
充分な感度を実現するためには適切な設計が必要であ
る。具体的には、電気抵抗の低減を図って金属薄膜の膜
厚を厚くしたり線幅を広くしたりすることが有効であ
る。また、充分な感度を確保するために、ピックアップ
コイル２ａの有効径を充分に大きくすることも好まし
い。Since an electric resistance is generated in a magnetic flux transformer using a normal conductor, an appropriate design is required to finally realize a sufficient sensitivity as a magnetic sensor. Specifically, it is effective to increase the thickness of the metal thin film or increase the line width to reduce the electric resistance. It is also preferable that the effective diameter of the pickup coil 2a be sufficiently large in order to secure sufficient sensitivity.
【００２２】以上のようにして作製したＳＱＵＩＤ１ま
たは磁束トランス２をそれぞれ装荷した第１基板11およ
び第２基板12を貼り合わせることにより、図３(b) に示
したものと基本的には同じ構造の磁気センサが完成す
る。この磁気センサにおいて、酸化物超電導薄膜により
形成されたＳＱＵＩＤ１は、特に磁束トランスにおける
慮外の特性劣化が生じないので、設計仕様をよく反映し
た磁気センサを確実に製造することができる。By bonding the first substrate 11 and the second substrate 12 loaded with the SQUID 1 or the flux transformer 2 manufactured as described above, respectively, the structure basically the same as that shown in FIG. Is completed. In this magnetic sensor, the SQUID 1 formed by the oxide superconducting thin film does not cause unexpected deterioration of characteristics particularly in the magnetic flux transformer, and therefore, it is possible to reliably manufacture a magnetic sensor that well reflects design specifications.
【００２３】図２は、本発明に係る磁気センサの他の構
成例において特に特徴的な磁束トランスの形状を示す図
である。FIG. 2 is a diagram showing the shape of a magnetic flux transformer that is particularly characteristic in another configuration example of the magnetic sensor according to the present invention.
【００２４】同図に示すように、この実施例で使用され
る磁束トランスは、薄膜ではなく金属線により作製され
る。ここで、ピックアップコイル２ａは充分に大きな有
効径を有することが好ましく、一方、インプットコイル
２ｂは、酸化物超電導薄膜で作製できるＳＱＵＩＤに寸
法を合わせて比較的小さく成形されている。このような
磁束トランスに対して、図１に示したようなＳＱＵＩＤ
を装着することにより磁気センサが完成する。なお、ピ
ックアップコイル２ａは、例えばAg線のように電気抵抗
が低く、Au線のように化学的に安定であるもの使用する
ことが好ましい。また、使用する金属線は非磁性体であ
ることが好ましい。As shown in the figure, the magnetic flux transformer used in this embodiment is made of a metal wire instead of a thin film. Here, it is preferable that the pickup coil 2a has a sufficiently large effective diameter, while the input coil 2b is formed to be relatively small in size to a SQUID that can be made of an oxide superconducting thin film. For such a flux transformer, a SQUID as shown in FIG.
The magnetic sensor is completed by mounting the. It is preferable to use the pickup coil 2a having a low electric resistance such as an Ag wire and being chemically stable such as an Au wire. The metal wire used is preferably a non-magnetic material.
【００２５】以上のように構成された磁束トランスを用
いた磁気センサは、ピックアップコイル２ａを任意の寸
法と形状で作製することができるので、用途に応じた磁
気センサの設計が容易になる。例えば、図２に示した構
造の磁束トランスにおいて、ピックアップコイル２ａの
径を 100mmφ以上に大きくして、大きな試料の測定を行
うことが考えられるが、酸化物超電導薄膜ではこのよう
な大きな寸法は実現されていない。また、磁束トランス
２は必ずしも超電導臨界温度まで冷却する必要がないの
で、冷却装置を含む実際の装置の構成も簡素になる。In the magnetic sensor using the magnetic flux transformer configured as described above, the pickup coil 2a can be manufactured with an arbitrary size and shape, so that the design of the magnetic sensor according to the application is facilitated. For example, in the magnetic flux transformer having the structure shown in FIG. 2, it is conceivable to measure a large sample by increasing the diameter of the pickup coil 2a to 100 mmφ or more. Such a large dimension can be realized with an oxide superconducting thin film. It has not been. Further, since the magnetic flux transformer 2 does not necessarily need to be cooled to the superconducting critical temperature, the configuration of an actual device including a cooling device is also simplified.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る磁気センサはその磁束トランスが常伝導体により形成
されているので、製造工程上での超電導体の特性劣化が
なく、設計仕様に忠実な製品を歩留り良く製造すること
ができる。As described in detail above, in the magnetic sensor according to the present invention, since the magnetic flux transformer is formed of a normal conductor, the characteristics of the superconductor are not degraded in the manufacturing process, and the design specification is satisfied. A faithful product can be manufactured with high yield.
【００２７】また、磁束トランス自体は、必ずしも超電
導臨界温度まで冷却する必要はないので、冷却設備を含
めた装置全体の構成も簡素になる。Further, since the magnetic flux transformer itself does not necessarily need to be cooled to the superconducting critical temperature, the configuration of the entire apparatus including the cooling equipment is simplified.
【００２８】更に、磁束トランスの寸法並び形状につい
て設計の自由度が高いので、用途に応じて適切な磁束ト
ランスを設計することができ、磁気センサの応用範囲を
拡大することができる。Further, since the degree of freedom in designing the dimensions and the shape of the magnetic flux transformer is high, an appropriate magnetic flux transformer can be designed according to the application, and the application range of the magnetic sensor can be expanded.
【図１】本発明に係る磁気センサの具体的な構成例を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing a specific configuration example of a magnetic sensor according to the present invention.
【図２】本発明に係る磁束トランスの他の構成例を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the magnetic flux transformer according to the present invention.
【図３】ＳＱＵＩＤを用いた磁気センサの一般的な構成
をその製造過程により示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a general configuration of a magnetic sensor using a SQUID by a manufacturing process.
【図４】ＳＱＵＩＤを用いた磁気センサの一般的な構成
を、その外観により示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a general configuration of a magnetic sensor using a SQUID by its appearance.
【図５】ＳＱＵＩＤを用いた磁気センサで使用される磁
束トランスの他の形状を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another shape of the magnetic flux transformer used in the magnetic sensor using the SQUID.
１・・・ＳＱＵＩＤ、 １ａ・・弱結合、２
・・・磁束トランス、 ２ａ・・・ピックアッ
プコイル、２ｂ・・インプットコイル ３・・・
絶縁膜、11・・・第１基板、 12・・・第
２基板1 ... SQUID, 1a ... weak coupling, 2
... Flux transformer, 2a ... Pickup coil, 2b ... Input coil 3 ...
Insulating film, 11: First substrate, 12: Second substrate
Claims (1)
ンサにおいて、該ＳＱＵＩＤが弱結合を含む超電導体の
ループにより構成されており、該磁束トランスが非磁性
の常伝導体により構成されていることを特徴とする磁気
センサ。In a magnetic sensor including a SQUID and a magnetic flux transformer, the SQUID is constituted by a loop of a superconductor including a weak coupling, and the magnetic flux transformer is formed of a non-magnetic flux transformer.
A magnetic sensor comprising a normal conductor according to claim 1.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5253817A JP3022094B2 (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP5253817A JP3022094B2 (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Magnetic sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0784020A JPH0784020A (en) | 1995-03-31 |
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ID=17256552
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|---|---|---|---|
| JP5253817A Expired - Fee Related JP3022094B2 (en) | 1993-09-16 | 1993-09-16 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3022094B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101918183B1 (en) | 2017-10-27 | 2018-11-13 | 박연오 | Cap having insect and awning function |
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|---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-09-16 JP JP5253817A patent/JP3022094B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|
| 原宏編著「量子電磁気計測」社団法人電子情報通信学会、１９９１年３月、ｐ．２０及びｐ．１９３−１９５ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101918183B1 (en) | 2017-10-27 | 2018-11-13 | 박연오 | Cap having insect and awning function |
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| JPH0784020A (en) | 1995-03-31 |
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