JP3093325B2 - 超伝導磁気センサ及びこのセンサを用いた磁界の測定方法 - Google Patents
超伝導磁気センサ及びこのセンサを用いた磁界の測定方法Info
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- JP3093325B2 JP3093325B2 JP03144830A JP14483091A JP3093325B2 JP 3093325 B2 JP3093325 B2 JP 3093325B2 JP 03144830 A JP03144830 A JP 03144830A JP 14483091 A JP14483091 A JP 14483091A JP 3093325 B2 JP3093325 B2 JP 3093325B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地磁気のような微小磁
界の３次元的な測定を行うのに適した磁界の測定方法に
関するものである。
界の３次元的な測定を行うのに適した磁界の測定方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁界は３次元的なベクトル量であり、磁
気応用の分野で３次元直交座標系を用いて磁界の測定を
行う場合には、被測定磁界の大きさ（絶対値）と、Ｘ方
向成分ないしＺ方向成分のそれぞれの大きさと方向とを
特定することが必要である。
気応用の分野で３次元直交座標系を用いて磁界の測定を
行う場合には、被測定磁界の大きさ（絶対値）と、Ｘ方
向成分ないしＺ方向成分のそれぞれの大きさと方向とを
特定することが必要である。
【０００３】従来、磁界を測定する方法としては、半導
体のホール効果を利用したホール素子や、半導体や磁性
体等の磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子をセンサと
して用いる方法が知られている。これらの素子を用いて
磁界を３次元的に測定する場合には、３個のセンサを互
いに直交させて配置し、該３個のセンサから得られる信
号に基いてＸ方向ないしＺ方向の磁界成分を測定するよ
うにしている。
体のホール効果を利用したホール素子や、半導体や磁性
体等の磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗素子をセンサと
して用いる方法が知られている。これらの素子を用いて
磁界を３次元的に測定する場合には、３個のセンサを互
いに直交させて配置し、該３個のセンサから得られる信
号に基いてＸ方向ないしＺ方向の磁界成分を測定するよ
うにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ホール素子や磁気抵抗
素子等のセンサを用いた場合の測定範囲はせいぜい数ガ
ウス〜数十キロガウスのオーダーであり、微小磁界の測
定はできなかった。また従来のセンサを用いた方法では
空間分解能が悪いという問題があった。
素子等のセンサを用いた場合の測定範囲はせいぜい数ガ
ウス〜数十キロガウスのオーダーであり、微小磁界の測
定はできなかった。また従来のセンサを用いた方法では
空間分解能が悪いという問題があった。
【０００５】弱い磁界を測定する方法としては、パーマ
ロイ等の磁心に検出巻線を巻回したフラックスゲートを
センサとして用いて、該フラックスゲートに被測定磁界
が印加されたときに生じる検出巻線の出力の変化から磁
界を測定する方法が知られている。
ロイ等の磁心に検出巻線を巻回したフラックスゲートを
センサとして用いて、該フラックスゲートに被測定磁界
が印加されたときに生じる検出巻線の出力の変化から磁
界を測定する方法が知られている。
【０００６】また核磁気共鳴（ＮＭＲ）を利用した磁界
センサや、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）を利用したセンサ
を用いる方法、或いはジョセフソン効果の磁界による干
渉性を利用して磁界を高感度で測定する超伝導量子干渉
計［スクイド（ＳＱＵＩＤ）と呼ばれる。］を用いる方
法も知られている。スクイドを用いれば、１０-9[Gaus
s] 程度までの小さな磁束密度を測定することができ
る。
センサや、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）を利用したセンサ
を用いる方法、或いはジョセフソン効果の磁界による干
渉性を利用して磁界を高感度で測定する超伝導量子干渉
計［スクイド（ＳＱＵＩＤ）と呼ばれる。］を用いる方
法も知られている。スクイドを用いれば、１０-9[Gaus
s] 程度までの小さな磁束密度を測定することができ
る。
【０００７】しかしながらフラックスゲート、ＮＭＲ、
ＥＳＲ、或いはスクイドはその構造が複雑であるため、
集積化及び小形化が困難であるという問題があった。
ＥＳＲ、或いはスクイドはその構造が複雑であるため、
集積化及び小形化が困難であるという問題があった。
【０００８】本発明の目的は、小形化及び集積化が容易
で簡単な構造のセンサを用いて微小磁界の３次元的な測
定を行うことができるようにした磁界の測定方法を提案
することにある。
で簡単な構造のセンサを用いて微小磁界の３次元的な測
定を行うことができるようにした磁界の測定方法を提案
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、磁界の測定
手段として超伝導磁気センサを用いる。本発明で用いる
超伝導磁気センサにおいては、超伝導体からなる１つの
基体に互いに直角をなす３つの平坦な磁気感知面が形成
されて該３つの磁気感知面のそれぞれに常伝導体の金属
からなる共通電極と電流電極と電圧電極とが接合され、
該３つの磁気感 知面とそれぞれの磁気感知面に接合され
た共通電極と電流電極と電圧電極とにより３つの磁気検
知部が構成されている。
手段として超伝導磁気センサを用いる。本発明で用いる
超伝導磁気センサにおいては、超伝導体からなる１つの
基体に互いに直角をなす３つの平坦な磁気感知面が形成
されて該３つの磁気感知面のそれぞれに常伝導体の金属
からなる共通電極と電流電極と電圧電極とが接合され、
該３つの磁気感 知面とそれぞれの磁気感知面に接合され
た共通電極と電流電極と電圧電極とにより３つの磁気検
知部が構成されている。
【００１０】ここで被測定磁界Ｈ中におかれた該センサ
の３つの磁気検知部をＸ方向磁気検知部、Ｙ方向磁気検
知部及びＺ方向磁気検知部として、該Ｘ方向磁気検知
部、Ｙ方向磁気検知部及びＺ方向磁気検知部のそれぞれ
の磁気感知面と直角な方向を３次元直交座標系のＸ軸、
Ｙ軸及びＺ軸の方向とする。
の３つの磁気検知部をＸ方向磁気検知部、Ｙ方向磁気検
知部及びＺ方向磁気検知部として、該Ｘ方向磁気検知
部、Ｙ方向磁気検知部及びＺ方向磁気検知部のそれぞれ
の磁気感知面と直角な方向を３次元直交座標系のＸ軸、
Ｙ軸及びＺ軸の方向とする。
【００１１】本明細書では磁界のベクトル量をＨで表
し、その絶対値をＨｓで表すものとする。また磁界Ｈの
Ｘ成分ないしＺ成分をそれぞれＨｘないしＨｚで表すも
のとする。
し、その絶対値をＨｓで表すものとする。また磁界Ｈの
Ｘ成分ないしＺ成分をそれぞれＨｘないしＨｚで表すも
のとする。
【００１２】次にセンサの温度を超伝導体の臨界温度以
下に保ち、該３つの磁気検知部の共通電極と電流電極と
を通して定電流を流した状態で共通電極と電圧電極との
間に生じる電圧をそれぞれＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ，Ｙ
方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚとす
る。
下に保ち、該３つの磁気検知部の共通電極と電流電極と
を通して定電流を流した状態で共通電極と電圧電極との
間に生じる電圧をそれぞれＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ，Ｙ
方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚとす
る。
【００１３】またセンサのＸ方向における磁界の大き
さ、Ｙ方向における磁界の大きさ、及びＺ方向における
磁界の大きさをそれぞれＸ方向磁界量Ｆｘ、Ｙ方向面磁
界量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとする。
さ、Ｙ方向における磁界の大きさ、及びＺ方向における
磁界の大きさをそれぞれＸ方向磁界量Ｆｘ、Ｙ方向面磁
界量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとする。
【００１４】本発明のセンサとしては、Ｘ方向磁気検知
電圧Ｅｘ、Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），（Ｆｘ2 ＋Ｆ
ｚ2）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）に比例する特性を有する
ものを用いる。
電圧Ｅｘ、Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），（Ｆｘ2 ＋Ｆ
ｚ2）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）に比例する特性を有する
ものを用いる。
【００１５】被測定磁界の大きさを測定する本発明の測
定方法では、センサの磁界Ｈに対するＸ方向磁気検知電
圧Ｅｘの特性、磁界Ｈに対するＹ方向磁気検知電圧Ｅｙ
の特性及び磁界Ｈに対するＺ方向磁気検知電圧Ｅｚの特
性を予め求めておく。そしてＥｘと（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ
2 ），Ｅｙと（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及びＥｚと（Ｆｙ2 ＋
Ｆｘ2 ）のそれぞれの比例関係から磁界Ｈの大きさＨｓ
＝（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ）1/2 を求める。
定方法では、センサの磁界Ｈに対するＸ方向磁気検知電
圧Ｅｘの特性、磁界Ｈに対するＹ方向磁気検知電圧Ｅｙ
の特性及び磁界Ｈに対するＺ方向磁気検知電圧Ｅｚの特
性を予め求めておく。そしてＥｘと（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ
2 ），Ｅｙと（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及びＥｚと（Ｆｙ2 ＋
Ｆｘ2 ）のそれぞれの比例関係から磁界Ｈの大きさＨｓ
＝（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ）1/2 を求める。
【００１６】更に被測定磁界の方向を測定する場合に
は、磁界ＨのＸ方向成分Ｈｘ、Ｙ方向成分Ｈｙ及びＺ方
向成分ＨｚをそれぞれＨｘ＝±Ｆｘ，Ｈｙ＝±Ｆｙ，Ｈ
ｚ＝±Ｆｚ）とし、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の
方向からそれぞれセンサに交番磁界を与えたときに、Ｘ
方向磁気検知部ないしＺ方向磁気検知部からそれぞれ検
出されるＸ方向磁気検知電圧ＥｘないしＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚを求めて、これらの検知電圧からそれぞれ交番
磁界の周波数に等しい周波数の成分を取り出し、取り出
した成分の位相を交番磁界と同周波数、同位相の参照電
圧の位相と比較することにより被測定磁界のＸ方向成分
ＨｘないしＺ方向成分Ｈｚの符号を決定する過程を更に
行う。
は、磁界ＨのＸ方向成分Ｈｘ、Ｙ方向成分Ｈｙ及びＺ方
向成分ＨｚをそれぞれＨｘ＝±Ｆｘ，Ｈｙ＝±Ｆｙ，Ｈ
ｚ＝±Ｆｚ）とし、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の
方向からそれぞれセンサに交番磁界を与えたときに、Ｘ
方向磁気検知部ないしＺ方向磁気検知部からそれぞれ検
出されるＸ方向磁気検知電圧ＥｘないしＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚを求めて、これらの検知電圧からそれぞれ交番
磁界の周波数に等しい周波数の成分を取り出し、取り出
した成分の位相を交番磁界と同周波数、同位相の参照電
圧の位相と比較することにより被測定磁界のＸ方向成分
ＨｘないしＺ方向成分Ｈｚの符号を決定する過程を更に
行う。
【００１７】上記常伝導体の金属は、金、銀、白金及び
これらの合金からなる金属群の中から選択することがで
きる。
これらの合金からなる金属群の中から選択することがで
きる。
【００１８】上記超伝導体としてはＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ
7-δ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy、（Ｂｉ1-x Ｐb
x）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy´、またはＴｌ2 Ｂａ2 Ｃ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏy"のセラミックスまたは薄膜を用いること
ができる。
7-δ、Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy、（Ｂｉ1-x Ｐb
x）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy´、またはＴｌ2 Ｂａ2 Ｃ
ａ2 Ｃｕ3 Ｏy"のセラミックスまたは薄膜を用いること
ができる。
【００１９】
【作用】本発明者は、超伝導体と常伝導体の金属との接
合部に磁界を与えると、該接合部の抵抗が磁界に応じて
変化することを確認した。これは、超伝導体と常伝導体
金属との接合部の界面の厚みが薄い領域（磁界侵入長程
度の厚みの領域）に磁力線が侵入すると、該接合部を通
して流れている電流が臨界電流以下であっても局部的に
超伝導性が失われ、接合部付近の超伝導体に抵抗が現れ
ることによると思われる。
合部に磁界を与えると、該接合部の抵抗が磁界に応じて
変化することを確認した。これは、超伝導体と常伝導体
金属との接合部の界面の厚みが薄い領域（磁界侵入長程
度の厚みの領域）に磁力線が侵入すると、該接合部を通
して流れている電流が臨界電流以下であっても局部的に
超伝導性が失われ、接合部付近の超伝導体に抵抗が現れ
ることによると思われる。
【００２０】上記超伝導磁気センサの磁気感知面に対し
て垂直に磁界が与えられると、マイスナー効果により磁
界は磁気感知面の周囲の基体端部に集中する。このとき
磁気感知面では磁力線が反発され、共通電極と超伝導体
との接合部は磁界の影響を受けない。この状態での共通
電極の接合部の抵抗は常伝導体の金属の抵抗に基づいて
生じる抵抗のみである。磁界が印加された場合の共通電
極の接合部の抵抗変化を高感度で検出するためには、こ
の接合部の抵抗をできるだけ低くしておくことが好まし
い。
て垂直に磁界が与えられると、マイスナー効果により磁
界は磁気感知面の周囲の基体端部に集中する。このとき
磁気感知面では磁力線が反発され、共通電極と超伝導体
との接合部は磁界の影響を受けない。この状態での共通
電極の接合部の抵抗は常伝導体の金属の抵抗に基づいて
生じる抵抗のみである。磁界が印加された場合の共通電
極の接合部の抵抗変化を高感度で検出するためには、こ
の接合部の抵抗をできるだけ低くしておくことが好まし
い。
【００２１】共通電極と電流電極とを通して定電流を流
した状態で共通電極と電圧電極との間の電圧を磁気検知
電圧として検出すると、該磁気検知電圧はセンサの磁気
感知面と磁界が成す角により変化し、磁気感知面が磁界
の方向と直交する方向にあるときに最小になり、該磁気
感知面が磁界の方向と平行になったときに最大になる。
した状態で共通電極と電圧電極との間の電圧を磁気検知
電圧として検出すると、該磁気検知電圧はセンサの磁気
感知面と磁界が成す角により変化し、磁気感知面が磁界
の方向と直交する方向にあるときに最小になり、該磁気
感知面が磁界の方向と平行になったときに最大になる。
【００２２】上記のセンサにおいて、Ｘ方向磁気検知部
ないしＺ方向磁気検知部の「Ｘ方向」ないし「Ｚ方向」
はそれぞれの磁気感知面がＸ方向ないしＺ方向を向いて
いる（Ｘ軸ないしＺ軸がそれぞれの磁気感知面に対して
直角な方向に伸びている）ことを意味する。
ないしＺ方向磁気検知部の「Ｘ方向」ないし「Ｚ方向」
はそれぞれの磁気感知面がＸ方向ないしＺ方向を向いて
いる（Ｘ軸ないしＺ軸がそれぞれの磁気感知面に対して
直角な方向に伸びている）ことを意味する。
【００２３】Ｘ方向磁気検知部はその磁気感知面がＸ方
向と直交しているため、該Ｘ方向磁気検知部から得られ
るＸ方向磁気検知電圧Ｅｘは磁界の方向がＸ軸方向に一
致しているときに最小になり、磁界の方向がＹ軸または
Ｚ軸の方向に一致しているときに最大になる。
向と直交しているため、該Ｘ方向磁気検知部から得られ
るＸ方向磁気検知電圧Ｅｘは磁界の方向がＸ軸方向に一
致しているときに最小になり、磁界の方向がＹ軸または
Ｚ軸の方向に一致しているときに最大になる。
【００２４】またＹ方向磁気検知部は、その磁気感知面
がＹ方向と直交しているため、該Ｙ方向磁気検知部から
得られるＹ方向磁気検知電圧Ｅｙは磁界の方向がＹ軸方
向に一致しているときに最小になり、磁界の方向がＸ軸
またはＺ軸の方向に一致しているときに最大になる。
がＹ方向と直交しているため、該Ｙ方向磁気検知部から
得られるＹ方向磁気検知電圧Ｅｙは磁界の方向がＹ軸方
向に一致しているときに最小になり、磁界の方向がＸ軸
またはＺ軸の方向に一致しているときに最大になる。
【００２５】更にＺ方向磁気検知部は、その磁気感知面
がＺ方向と直交しているため、該Ｚ方向磁気検知部から
得られるＺ方向磁気検知電圧Ｅｚは磁界の方向がＺ軸方
向に一致しているときに最小になり、磁界の方向がＸ軸
またはＹ軸の方向に一致しているときに最大になる。
がＺ方向と直交しているため、該Ｚ方向磁気検知部から
得られるＺ方向磁気検知電圧Ｅｚは磁界の方向がＺ軸方
向に一致しているときに最小になり、磁界の方向がＸ軸
またはＹ軸の方向に一致しているときに最大になる。
【００２６】ここでセンサのＸ方向における磁界の大き
さ、Ｙ方向における磁界の大きさ、及びＺ方向における
磁界の大きさをそれぞれＸ方向磁界量Ｆｘ、Ｙ方向磁界
量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとする。
さ、Ｙ方向における磁界の大きさ、及びＺ方向における
磁界の大きさをそれぞれＸ方向磁界量Ｆｘ、Ｙ方向磁界
量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとする。
【００２７】本発明において被測定磁界の大きさを測定
する場合には、超伝導体を臨界温度以下の温度に保ち、
３つの磁気検知部の共通電極と電流電極とを通して定電
流を流した状態で、センサの磁界Ｈに対するＸ方向磁気
検知電圧Ｅｘの特性、磁界Ｈに対するＹ方向磁気検知電
圧Ｅｙの特性及び磁界Ｈに対するＺ方向磁気検知電圧Ｅ
ｚの特性を予め求めておく。これらの特性においては、
Ｅｘ，Ｅｙ及びＥｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），
（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）と比例関係
を有する。これらの比例関係から磁界Ｈの大きさＨｓ＝
（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2＋Ｆｚ2 ）1/2 を求める。
する場合には、超伝導体を臨界温度以下の温度に保ち、
３つの磁気検知部の共通電極と電流電極とを通して定電
流を流した状態で、センサの磁界Ｈに対するＸ方向磁気
検知電圧Ｅｘの特性、磁界Ｈに対するＹ方向磁気検知電
圧Ｅｙの特性及び磁界Ｈに対するＺ方向磁気検知電圧Ｅ
ｚの特性を予め求めておく。これらの特性においては、
Ｅｘ，Ｅｙ及びＥｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），
（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）と比例関係
を有する。これらの比例関係から磁界Ｈの大きさＨｓ＝
（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2＋Ｆｚ2 ）1/2 を求める。
【００２８】次に被測定磁界の方向を測定する場合に、
Ｘ軸の方向からセンサに交番磁界を与えると、Ｙ方向磁
気検知部及びＺ方向磁気検知部からそれぞれ検出される
Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚに
交流成分が含まれる。このとき被測定磁界がＸ軸の正方
向に向いている場合には、磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚに
それぞれ含まれる交番磁界と周波数が等しい交流成分の
位相はＸ軸方向から加えた交番磁界と同位相になる。こ
れに対し、被測定磁界がＸ軸の負方向に向いている場合
には、磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚに含まれる交番磁界と
周波数が等しい交流成分の位相が交番磁界の位相と逆位
相になる。したがってＸ軸方向から交番磁界を与えて、
Ｙ方向磁気検知電圧またはＺ方向磁気検知電圧に含まれ
る交番磁界と周波数が等しい交流成分の位相を判定する
ことにより、被測定磁界がＹ方向磁気感知面上またはＺ
方向磁気感知面上でＸ軸の正方向に向いているかまたは
負方向に向いているかが分る。
Ｘ軸の方向からセンサに交番磁界を与えると、Ｙ方向磁
気検知部及びＺ方向磁気検知部からそれぞれ検出される
Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚに
交流成分が含まれる。このとき被測定磁界がＸ軸の正方
向に向いている場合には、磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚに
それぞれ含まれる交番磁界と周波数が等しい交流成分の
位相はＸ軸方向から加えた交番磁界と同位相になる。こ
れに対し、被測定磁界がＸ軸の負方向に向いている場合
には、磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚに含まれる交番磁界と
周波数が等しい交流成分の位相が交番磁界の位相と逆位
相になる。したがってＸ軸方向から交番磁界を与えて、
Ｙ方向磁気検知電圧またはＺ方向磁気検知電圧に含まれ
る交番磁界と周波数が等しい交流成分の位相を判定する
ことにより、被測定磁界がＹ方向磁気感知面上またはＺ
方向磁気感知面上でＸ軸の正方向に向いているかまたは
負方向に向いているかが分る。
【００２９】同様に、Ｙ軸方向からセンサに交番磁界を
与えた場合には、Ｘ方向磁気検知電圧Ｅｘ及びＺ方向磁
気検知電圧Ｅｚにそれぞれ含まれる交番磁界と周波数が
等しい交流成分の位相を判定することにより、被測定磁
界がＸ方向磁気感知面及びＺ方向磁気感知面上でＹ軸の
正負のいずれの方向に向いているかを知ることができ
る。
与えた場合には、Ｘ方向磁気検知電圧Ｅｘ及びＺ方向磁
気検知電圧Ｅｚにそれぞれ含まれる交番磁界と周波数が
等しい交流成分の位相を判定することにより、被測定磁
界がＸ方向磁気感知面及びＺ方向磁気感知面上でＹ軸の
正負のいずれの方向に向いているかを知ることができ
る。
【００３０】またＺ軸方向からセンサに交番磁界を与え
てＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ及びＹ方向磁気検知電圧Ｅｚ
にそれぞれ含まれる交番磁界と周波数が等しい交流成分
の位相を判定することにより、被測定磁界がＸ方向磁気
感知面及びＺ方向磁気感知面上でＺ軸の正負のいずれの
方向に向いているかを知ることができる。
てＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ及びＹ方向磁気検知電圧Ｅｚ
にそれぞれ含まれる交番磁界と周波数が等しい交流成分
の位相を判定することにより、被測定磁界がＸ方向磁気
感知面及びＺ方向磁気感知面上でＺ軸の正負のいずれの
方向に向いているかを知ることができる。
【００３１】上記のように、超伝導体からなる１つの基
体に互いに直角をなす３つの磁気感知面を形成して、そ
れぞれの磁気感知面に共通電極と電流電極と電圧電極と
を接合することにより３つの磁気感知部を構成すると、
３つの磁気センサを用いる場合のように面倒な位置合わ
せを行うことなく、１つの磁気センサで微小磁界の３次
元的な測定を行うことができる。
体に互いに直角をなす３つの磁気感知面を形成して、そ
れぞれの磁気感知面に共通電極と電流電極と電圧電極と
を接合することにより３つの磁気感知部を構成すると、
３つの磁気センサを用いる場合のように面倒な位置合わ
せを行うことなく、１つの磁気センサで微小磁界の３次
元的な測定を行うことができる。
【００３２】
【実施例】以下添付図面を参照して本発明の実施例を説
明する。
明する。
【００３３】［センサの原理］ 図１は本発明で用いる超伝導磁気センサ１０の基本構成
を示したもので、同図において１１は酸化物超伝導体ま
たは金属系超伝導体からなる基体である。この基体１１
は直方体ないしは立方体の形に形成され、該基体の互い
に直角を成す３つの面１１ｘないし１１ｚがそれぞれＸ
方向磁気感知面ないしＺ方向磁気感知面となっている。
Ｘ方向磁気感知面１１ｘには共通電極ｑ1xと電流電極ｑ
2xと電圧電極ｑ3xとが形成されている。これらの電極は
常伝導体の金属から成る細線を基体１１に接合すること
により形成される。電極ｑ1xないしｑ3xは、磁気感知面
１１ｘ上に所定の間隔をあけて一直線上に並べた状態で
設けられている。
を示したもので、同図において１１は酸化物超伝導体ま
たは金属系超伝導体からなる基体である。この基体１１
は直方体ないしは立方体の形に形成され、該基体の互い
に直角を成す３つの面１１ｘないし１１ｚがそれぞれＸ
方向磁気感知面ないしＺ方向磁気感知面となっている。
Ｘ方向磁気感知面１１ｘには共通電極ｑ1xと電流電極ｑ
2xと電圧電極ｑ3xとが形成されている。これらの電極は
常伝導体の金属から成る細線を基体１１に接合すること
により形成される。電極ｑ1xないしｑ3xは、磁気感知面
１１ｘ上に所定の間隔をあけて一直線上に並べた状態で
設けられている。
【００３４】同様にＹ方向磁気感知面１１ｙに常伝導体
の金属が接合されて共通電極ｑ1yと電流電極ｑ2yと電圧
電極ｑ3yとが形成され、Ｚ方向磁気感知面１１ｚに常伝
導体の金属が接合されて共通電極ｑ1zと、電流電極ｑ2z
と、電圧電極ｑ3zとが形成されている。
の金属が接合されて共通電極ｑ1yと電流電極ｑ2yと電圧
電極ｑ3yとが形成され、Ｚ方向磁気感知面１１ｚに常伝
導体の金属が接合されて共通電極ｑ1zと、電流電極ｑ2z
と、電圧電極ｑ3zとが形成されている。
【００３５】電極ｑ1y〜ｑ3y相互間の間隔及び電極ｑ1z
〜ｑ3z相互間の間隔は電極ｑ1x〜ｑ3x相互間の間隔に等
しく設定されている。
〜ｑ3z相互間の間隔は電極ｑ1x〜ｑ3x相互間の間隔に等
しく設定されている。
【００３６】常伝導体の金属と超伝導体の基体との接合
は、超音波ボンディング法またはスポット溶接法により
行うことができる。
は、超音波ボンディング法またはスポット溶接法により
行うことができる。
【００３７】本実施例の共通電極ｑ1x〜ｑ1zは、所定の
長さの銀線Ｌ1x〜Ｌ1zの中点を基体１１に接合すること
により形成し、銀線Ｌ1x〜Ｌ1zの両端をそれぞれ定電流
電源用端子ａｘないしａｚ及び電圧検出端子ｂｘ〜ｂｚ
としている。
長さの銀線Ｌ1x〜Ｌ1zの中点を基体１１に接合すること
により形成し、銀線Ｌ1x〜Ｌ1zの両端をそれぞれ定電流
電源用端子ａｘないしａｚ及び電圧検出端子ｂｘ〜ｂｚ
としている。
【００３８】また他の電極ｑ2x〜ｑ2z及びｑ3x〜ｑ3z
は、それぞれ所定の長さの銀線Ｌ2x〜Ｌ2z及びＬ3x〜Ｌ
3zの一端を基体１１に接合することにより形成し、それ
ぞれの他端をそれぞれ電流電源用端子ａx'〜ａz'及び電
圧検出端子ｂx'〜ｂz'としている。
は、それぞれ所定の長さの銀線Ｌ2x〜Ｌ2z及びＬ3x〜Ｌ
3zの一端を基体１１に接合することにより形成し、それ
ぞれの他端をそれぞれ電流電源用端子ａx'〜ａz'及び電
圧検出端子ｂx'〜ｂz'としている。
【００３９】上記磁気感知面１１ｘ〜１１ｚとそれぞれ
の面に接合された電極とによりＸ方向磁気検知部１３ｘ
ないしＺ方向磁気検知部１３ｚが構成されている。
の面に接合された電極とによりＸ方向磁気検知部１３ｘ
ないしＺ方向磁気検知部１３ｚが構成されている。
【００４０】実施例では、各電極を形成する金属として
銀を用いたが、金、白金またはこれらの合金等の他の常
伝導体金属を用いることもできる。各電極を構成する金
属としては貴金属を用いるのが好ましいが、本発明で用
いる常伝導体金属は超伝導体の基体１１に接合した際に
超伝導体の特性を完全に損なわないものであれば良く、
貴金属以外の他の金属を用いても良い。
銀を用いたが、金、白金またはこれらの合金等の他の常
伝導体金属を用いることもできる。各電極を構成する金
属としては貴金属を用いるのが好ましいが、本発明で用
いる常伝導体金属は超伝導体の基体１１に接合した際に
超伝導体の特性を完全に損なわないものであれば良く、
貴金属以外の他の金属を用いても良い。
【００４１】ここで図２ないし図４を参照して上記セン
サの原理を詳細に説明しておく。今図２に示すように、
超伝導体からなる基体１に形成した磁気感知面１ａに共
通電極ｑ1 、電流電極ｑ2 及び電圧電極ｑ3 を形成した
センサ（本発明で用いるセンサの１つの磁気検知部に相
当する。）を考え、図３に示すように、このセンサの磁
気感知面１ａに垂直な方向の磁界Ｈを与えると、マイス
ナー効果により磁力線が基体１の磁気感知面１ａから排
除され、基体１の両端側に磁力線が集中する。この状態
では、共通電極ｑ1 及び電流電極ｑ2 が磁界の影響を受
けないため、定電流源４から共通電極ｑ1 及び電流電極
ｑ2 を通して電流を流しても基体１の超伝導性は失われ
ない。このときの電圧検出手段５により検出される共通
電極ｑ1と電圧電極ｑ3 との間の電圧は、共通電極ｑ1
を構成する常伝導体の金属の抵抗による電圧降下だけで
ある。
サの原理を詳細に説明しておく。今図２に示すように、
超伝導体からなる基体１に形成した磁気感知面１ａに共
通電極ｑ1 、電流電極ｑ2 及び電圧電極ｑ3 を形成した
センサ（本発明で用いるセンサの１つの磁気検知部に相
当する。）を考え、図３に示すように、このセンサの磁
気感知面１ａに垂直な方向の磁界Ｈを与えると、マイス
ナー効果により磁力線が基体１の磁気感知面１ａから排
除され、基体１の両端側に磁力線が集中する。この状態
では、共通電極ｑ1 及び電流電極ｑ2 が磁界の影響を受
けないため、定電流源４から共通電極ｑ1 及び電流電極
ｑ2 を通して電流を流しても基体１の超伝導性は失われ
ない。このときの電圧検出手段５により検出される共通
電極ｑ1と電圧電極ｑ3 との間の電圧は、共通電極ｑ1
を構成する常伝導体の金属の抵抗による電圧降下だけで
ある。
【００４２】次に磁界Ｈが磁気感知面１ａに対してなす
角θを変えていくと、電圧検出手段５により検出される
電圧が増大していき、図４に示すようにセンサの磁気感
知面１ａに沿う方向の磁界Ｈを与えたとき（θ＝０とし
たとき）に電圧検出手段５により検出される電圧が最大
になる。
角θを変えていくと、電圧検出手段５により検出される
電圧が増大していき、図４に示すようにセンサの磁気感
知面１ａに沿う方向の磁界Ｈを与えたとき（θ＝０とし
たとき）に電圧検出手段５により検出される電圧が最大
になる。
【００４３】これは次の理由によるものと思われる。即
ち、磁力線が磁気感知面１ａに接する状態になると、磁
気感知面１ａの表面付近の極薄い層（磁場侵入長λＬ
程度）から磁力線が侵入する。電極ｑ1 ，ｑ2 の接合部
付近には定電流源４から臨界電流に比較的近い大きさの
電流が流れているため、磁気感知面の表面層に磁力線が
侵入すると接合部付近の超伝導性が局部的に失われ、超
伝導性が失われた部分の抵抗値が増大する。この状態で
は、共通電極ｑ1 の接合部の抵抗値が増大した分だけ共
通電極ｑ1 と電圧電極ｑ3 との間の電圧が高くなり、電
圧検出手段５により検出される電圧が高くなる。
ち、磁力線が磁気感知面１ａに接する状態になると、磁
気感知面１ａの表面付近の極薄い層（磁場侵入長λＬ
程度）から磁力線が侵入する。電極ｑ1 ，ｑ2 の接合部
付近には定電流源４から臨界電流に比較的近い大きさの
電流が流れているため、磁気感知面の表面層に磁力線が
侵入すると接合部付近の超伝導性が局部的に失われ、超
伝導性が失われた部分の抵抗値が増大する。この状態で
は、共通電極ｑ1 の接合部の抵抗値が増大した分だけ共
通電極ｑ1 と電圧電極ｑ3 との間の電圧が高くなり、電
圧検出手段５により検出される電圧が高くなる。
【００４４】上記のように、電圧検出手段５により検出
される電圧は、磁界Ｈの大きさと磁界Ｈが磁気感知面１
ａに対してなす角θとにより決まるため、この電圧を磁
気検知電圧として検出することにより磁界を測定するこ
とができる。
される電圧は、磁界Ｈの大きさと磁界Ｈが磁気感知面１
ａに対してなす角θとにより決まるため、この電圧を磁
気検知電圧として検出することにより磁界を測定するこ
とができる。
【００４５】定電流源４から共通電極ｑ1 と電流電極ｑ
2 とを通して流す電流Ｉは、基体１を構成する超伝導体
の臨界電流と、周囲温度（臨界温度以下）とを勘案して
適値に設定する。周囲温度及び（または）電流Ｉの大き
さにより磁界の測定感度を調整することができる。
2 とを通して流す電流Ｉは、基体１を構成する超伝導体
の臨界電流と、周囲温度（臨界温度以下）とを勘案して
適値に設定する。周囲温度及び（または）電流Ｉの大き
さにより磁界の測定感度を調整することができる。
【００４６】本発明で用いるセンサ１０は、図２に示し
たセンサを１つの磁気検知部として該磁気検知部を３つ
設け、該３つの磁気検知部の磁気感知面を互いに直角を
成すように配置したものに相当する。
たセンサを１つの磁気検知部として該磁気検知部を３つ
設け、該３つの磁気検知部の磁気感知面を互いに直角を
成すように配置したものに相当する。
【００４７】本発明の実施例では、先ずＹＢａ2 Ｃｕ3
Ｏ7-δの仮焼粉を３[ton／cm2 ］の加圧力でプレス成形
して厚さ１．５［mm］、直径１４［mm］の円板状ペレッ
トを製作した。このペレットを酸素雰囲気の炉内に入れ
て図５に示した温度過程を経て焼成することにより、臨
界温度が９３[K] の酸化物超伝導体を製造した。
Ｏ7-δの仮焼粉を３[ton／cm2 ］の加圧力でプレス成形
して厚さ１．５［mm］、直径１４［mm］の円板状ペレッ
トを製作した。このペレットを酸素雰囲気の炉内に入れ
て図５に示した温度過程を経て焼成することにより、臨
界温度が９３[K] の酸化物超伝導体を製造した。
【００４８】この酸化物超伝導体のバルクを１．５×
１．５×１２mmの直方体状にカットして基体１１を形成
し、この基体１１の３つの表面に直径５０μm の銀線を
用いて、超音波ボンディング法により前述の電極ｑ1x〜
ｑ3x、ｑ1y〜ｑ3y及びｑ1z〜ｑ3zを同じ間隔で形成し
た。各電極の面積は3.0 ×10-4［cm2 ］であった。電極
形成後、500 ℃で１時間熱処理を行った。
１．５×１２mmの直方体状にカットして基体１１を形成
し、この基体１１の３つの表面に直径５０μm の銀線を
用いて、超音波ボンディング法により前述の電極ｑ1x〜
ｑ3x、ｑ1y〜ｑ3y及びｑ1z〜ｑ3zを同じ間隔で形成し
た。各電極の面積は3.0 ×10-4［cm2 ］であった。電極
形成後、500 ℃で１時間熱処理を行った。
【００４９】ここで、３次元直交座標系のＸ軸方向にお
ける磁界の大きさ、Ｙ軸方向における磁界の大きさ、及
びＺ軸方向における磁界量の大きさをそれぞれＸ方向磁
界量Ｅｘ、Ｙ方向磁界量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとす
る。
ける磁界の大きさ、Ｙ軸方向における磁界の大きさ、及
びＺ軸方向における磁界量の大きさをそれぞれＸ方向磁
界量Ｅｘ、Ｙ方向磁界量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとす
る。
【００５０】またセンサの温度を超伝導体の臨界温度以
下の温度に保ち、前述した３つの磁気検知部の共通電極
と電流電極とを通して定電流を流した状態で共通電極と
電圧電極との間に生じる電圧をそれぞれＸ方向磁気検知
電圧Ｅｘ，Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚとする。
下の温度に保ち、前述した３つの磁気検知部の共通電極
と電流電極とを通して定電流を流した状態で共通電極と
電圧電極との間に生じる電圧をそれぞれＸ方向磁気検知
電圧Ｅｘ，Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知
電圧Ｅｚとする。
【００５１】本発明のセンサ１０においては、上記Ｘ方
向磁気検知電圧Ｅｘ、Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方
向磁気検知電圧Ｅｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），
（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）に比例する
特性を有する。
向磁気検知電圧Ｅｘ、Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ及びＺ方
向磁気検知電圧Ｅｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），
（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）に比例する
特性を有する。
【００５２】［被測定磁界の大きさの測定］ 本発明の磁界測定方法を実施する際には、上記のような
特性を有する超伝導磁気センサ１０を用い、図６に示し
たように、このセンサの共通電極ｑ1x〜ｑ1zと電流電極
ｑ2x〜ｑ2zとの間にそれぞれ定電流源１４ｘ〜１４ｚ
（共通電極と電流電極とを通して定電流を流す手段）
を、また共通電極ｑ1x〜ｑ1zと電圧電極ｑ3x〜ｑ3zとの
間にそれぞれ電圧計１５ｘ〜１５ｚ（電圧検出手段）を
接続する。定電流源１４ｘ〜１４ｚを通して共通電極と
電流電極との間に流す電流は、基体１１を構成する超伝
導体の臨界電流値よりも所定値だけ小さく設定してお
く。
特性を有する超伝導磁気センサ１０を用い、図６に示し
たように、このセンサの共通電極ｑ1x〜ｑ1zと電流電極
ｑ2x〜ｑ2zとの間にそれぞれ定電流源１４ｘ〜１４ｚ
（共通電極と電流電極とを通して定電流を流す手段）
を、また共通電極ｑ1x〜ｑ1zと電圧電極ｑ3x〜ｑ3zとの
間にそれぞれ電圧計１５ｘ〜１５ｚ（電圧検出手段）を
接続する。定電流源１４ｘ〜１４ｚを通して共通電極と
電流電極との間に流す電流は、基体１１を構成する超伝
導体の臨界電流値よりも所定値だけ小さく設定してお
く。
【００５３】上記の方法により製作したセンサ１０を液
体窒素により冷却し、種々の温度Ｔに保って、３つの磁
気検知部１３ｘ〜１３ｚのそれぞれの共通電極と電流電
極とを通して順次定電流Ｉ［mA］を流して、各磁気検知
部の共通電極と電圧電極との間に得られる磁気検知電圧
Ｅ［mV］を測定した。１つの磁気検知部についての測定
結果を図７に示した。図７においてパラメータＴ＝11Ｋ
〜100 Ｋはセンサの温度を示している。センサの温度が
臨界温度（93Ｋ）よりも高い場合には、電流Ｉと磁気検
知電圧Ｅとの関係が線形になり、該センサの温度が臨界
温度以下の場合には電流Ｉと磁気検知電圧Ｅとの関係が
非線形になる。磁界の測定を行うためには、センサ２の
温度を臨界温度以下として電流Ｉ対電圧Ｅの特性を非線
形とする必要がある。
体窒素により冷却し、種々の温度Ｔに保って、３つの磁
気検知部１３ｘ〜１３ｚのそれぞれの共通電極と電流電
極とを通して順次定電流Ｉ［mA］を流して、各磁気検知
部の共通電極と電圧電極との間に得られる磁気検知電圧
Ｅ［mV］を測定した。１つの磁気検知部についての測定
結果を図７に示した。図７においてパラメータＴ＝11Ｋ
〜100 Ｋはセンサの温度を示している。センサの温度が
臨界温度（93Ｋ）よりも高い場合には、電流Ｉと磁気検
知電圧Ｅとの関係が線形になり、該センサの温度が臨界
温度以下の場合には電流Ｉと磁気検知電圧Ｅとの関係が
非線形になる。磁界の測定を行うためには、センサ２の
温度を臨界温度以下として電流Ｉ対電圧Ｅの特性を非線
形とする必要がある。
【００５４】次に電流Ｉを一定（＝100mA ）として、磁
界Ｈの磁気感知面１１ｙに対する入射角θをパラメータ
として各磁気検知部について磁気検知電圧Ｅ［mV］と磁
界Ｈ［Gauss ］との関係を求めたところ、各磁気検知部
について図８に示すような結果が得られた。
界Ｈの磁気感知面１１ｙに対する入射角θをパラメータ
として各磁気検知部について磁気検知電圧Ｅ［mV］と磁
界Ｈ［Gauss ］との関係を求めたところ、各磁気検知部
について図８に示すような結果が得られた。
【００５５】また一定の大きさＨ（＝４Gauss ）の磁界
を与えた状態で角度θを変化させたときの磁気検知電圧
の変化を求めたところ、図９の結果が得られた。同図に
おいて縦軸は各角度θでの磁気検知電圧の変化分Ｅθを
角度θ＝０°のときの磁気検知電圧の変化分Ｅo で除し
て正規化した値を示している。図９の破線は振幅を１と
したときのｃｏｓ2 θの曲線を示している。図に白丸で
示した各点は実験値を示しており、各実験値はｃｏｓ2
θの曲線とよく一致とていることが明らかである。これ
から、各磁気検知部から得られる磁気検知電圧は（Ｈｃ
ｏｓθ）2 に相応していることが分る。
を与えた状態で角度θを変化させたときの磁気検知電圧
の変化を求めたところ、図９の結果が得られた。同図に
おいて縦軸は各角度θでの磁気検知電圧の変化分Ｅθを
角度θ＝０°のときの磁気検知電圧の変化分Ｅo で除し
て正規化した値を示している。図９の破線は振幅を１と
したときのｃｏｓ2 θの曲線を示している。図に白丸で
示した各点は実験値を示しており、各実験値はｃｏｓ2
θの曲線とよく一致とていることが明らかである。これ
から、各磁気検知部から得られる磁気検知電圧は（Ｈｃ
ｏｓθ）2 に相応していることが分る。
【００５６】上記の結果から、入射角θが９０度の場合
には、磁界Ｈを０〜数Gauss の範囲で変化させても磁気
検知電圧Ｅは全く変化しないことが分る。また入射角θ
を０度とすると比較的弱い磁界を与えても磁気検知電圧
Ｅが大きく変化する。入射角θを４５度とした場合に
は、磁気検知電圧が９０度の場合と０度の場合との間の
値をとる。
には、磁界Ｈを０〜数Gauss の範囲で変化させても磁気
検知電圧Ｅは全く変化しないことが分る。また入射角θ
を０度とすると比較的弱い磁界を与えても磁気検知電圧
Ｅが大きく変化する。入射角θを４５度とした場合に
は、磁気検知電圧が９０度の場合と０度の場合との間の
値をとる。
【００５７】本発明の測定方法では、上記超伝導磁気セ
ンサ１０を被測定磁界Ｈ中に置き、図１に示したように
センサのＸ方向磁気検知部１３ｘ、Ｙ方向磁気検知部１
３ｙ及びＺ方向磁気検知部１３ｚのそれぞれの磁気感知
面１１ｘ，１１ｙ及び１１ｚと直角な方向を３次元直交
座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向とする。
ンサ１０を被測定磁界Ｈ中に置き、図１に示したように
センサのＸ方向磁気検知部１３ｘ、Ｙ方向磁気検知部１
３ｙ及びＺ方向磁気検知部１３ｚのそれぞれの磁気感知
面１１ｘ，１１ｙ及び１１ｚと直角な方向を３次元直交
座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向とする。
【００５８】そしてセンサ１０の温度を超伝導体の臨界
温度以下に保ち、３つの磁気検知部１３ｘ〜１３ｚの共
通電極と電流電極とを通して順次定電流を流して各磁気
検知部の共通電極と電圧電極との間に生じる電圧を磁気
検知電圧として、Ｘ方向磁気検知部ないしＺ方向磁気検
知部からそれぞれＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ，Ｙ方向磁気
検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚを測定する。
温度以下に保ち、３つの磁気検知部１３ｘ〜１３ｚの共
通電極と電流電極とを通して順次定電流を流して各磁気
検知部の共通電極と電圧電極との間に生じる電圧を磁気
検知電圧として、Ｘ方向磁気検知部ないしＺ方向磁気検
知部からそれぞれＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ，Ｙ方向磁気
検知電圧Ｅｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚを測定する。
【００５９】次にＸ方向ないしＺ方向の磁気検知電圧Ｅ
ｘ，Ｅｙ及びＥｚを基に、後述するＸ方向ないしＺ方向
直交面磁界量ＦｘないしＦｚを求める。
ｘ，Ｅｙ及びＥｚを基に、後述するＸ方向ないしＺ方向
直交面磁界量ＦｘないしＦｚを求める。
【００６０】先ず磁気感知面１１ｘに対して平行に（入
射角θ＝０）既知の磁界Ｈを加え、磁気感知面１１ｘの
磁気検知電圧Ｅｘを求めることにより、図８のθ＝０°
の曲線のような磁界対磁気検知電圧特性線図を得る。
射角θ＝０）既知の磁界Ｈを加え、磁気感知面１１ｘの
磁気検知電圧Ｅｘを求めることにより、図８のθ＝０°
の曲線のような磁界対磁気検知電圧特性線図を得る。
【００６１】次いでこの線図を基に、磁気検知電圧Ｅｘ
より逆に磁界を求める。このようにして求めたＸ軸方向
における磁界の大きさをＸ方向磁界量Ｆｘと呼ぶ。
より逆に磁界を求める。このようにして求めたＸ軸方向
における磁界の大きさをＸ方向磁界量Ｆｘと呼ぶ。
【００６２】各磁気検知電圧は、それぞれ他の２方向の
磁界量が重畳していること、及び前述したように（Ｈco
s θ）2 に相応していることから、磁気検知電圧Ｅx を
次の (1) 式で表すものとする。 Ｅｘ＝ＩＫｘ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ） …(1) 同様に、磁気感知面１１ｙ及び１１ｚに対してそれぞれ
平行に既知の大きさの磁界を与えて磁気感知面１１ｙ及
び１１ｚのそれぞれについて磁界対磁気検知電圧特性線
図を求め、検出された磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚとこれ
らの特性線図とに基いて、Ｙ方向磁界量Ｆｙ及びＺ方向
磁界量Ｆｚを定める。
磁界量が重畳していること、及び前述したように（Ｈco
s θ）2 に相応していることから、磁気検知電圧Ｅx を
次の (1) 式で表すものとする。 Ｅｘ＝ＩＫｘ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ） …(1) 同様に、磁気感知面１１ｙ及び１１ｚに対してそれぞれ
平行に既知の大きさの磁界を与えて磁気感知面１１ｙ及
び１１ｚのそれぞれについて磁界対磁気検知電圧特性線
図を求め、検出された磁気検知電圧Ｅｙ及びＥｚとこれ
らの特性線図とに基いて、Ｙ方向磁界量Ｆｙ及びＺ方向
磁界量Ｆｚを定める。
【００６３】(1) 式と同様に、磁気検知電圧Ｅｙ，Ｅｚ
をそれぞれ次の(2) ，(3) 式で表すものとする。 Ｅｙ＝ＩＫｙ（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ） …(2) Ｅｚ＝ＩＫｚ（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ） …(3) ここで、Ｉは電流、Ｋｘ，Ｋｙ及びＫｚは感度係数であ
る。(2) 式及び(3) 式より、 Ｆｘ2 ＝{(Ｅｙ／ＩＫｙ）＋（Ｅｚ／ＩＫｚ)}／２−（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ） …(4) (1) 式及び（4)式より、Ｆｘは次の(5) 式で求まる。 Ｆｘ＝[{（Ｅｙ／Ｋｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ）−（Ｅｘ／Ｋｘ)}／２Ｉ］1/2 …(5) 同様に、Ｆｙ，Ｆｚはそれぞれ次の(6) 式及び(7) 式で
求まる。 Ｆｙ＝[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ）−（Ｅｙ／Ｋｙ)}／２Ｉ］1/2 …(6) Ｆｚ＝[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｋｙ）−（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(7) したがって、磁界の大きさＨｓは次の(8) 式で求められ
る。 Ｈｓ＝（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ）1/2 ＝[{（Ｅｚ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｈｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(8) 以上は３次元直交座標系で算出したものであるが、以下
に示すように、極座標系でも磁界の大きさＨｓを算出す
ることができる。
をそれぞれ次の(2) ，(3) 式で表すものとする。 Ｅｙ＝ＩＫｙ（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ） …(2) Ｅｚ＝ＩＫｚ（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ） …(3) ここで、Ｉは電流、Ｋｘ，Ｋｙ及びＫｚは感度係数であ
る。(2) 式及び(3) 式より、 Ｆｘ2 ＝{(Ｅｙ／ＩＫｙ）＋（Ｅｚ／ＩＫｚ)}／２−（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ） …(4) (1) 式及び（4)式より、Ｆｘは次の(5) 式で求まる。 Ｆｘ＝[{（Ｅｙ／Ｋｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ）−（Ｅｘ／Ｋｘ)}／２Ｉ］1/2 …(5) 同様に、Ｆｙ，Ｆｚはそれぞれ次の(6) 式及び(7) 式で
求まる。 Ｆｙ＝[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ）−（Ｅｙ／Ｋｙ)}／２Ｉ］1/2 …(6) Ｆｚ＝[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｋｙ）−（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(7) したがって、磁界の大きさＨｓは次の(8) 式で求められ
る。 Ｈｓ＝（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ）1/2 ＝[{（Ｅｚ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｈｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(8) 以上は３次元直交座標系で算出したものであるが、以下
に示すように、極座標系でも磁界の大きさＨｓを算出す
ることができる。
【００６４】ここで図１に示すように、Ｚ軸と成す角を
φ、ＸＹ軸平面上でのＸ軸と成す角をθとすると、極座
標（Ｈｓ，θ，φ）で示される磁界Ｈは、直交座標（Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）ではそれぞれ(9) 式ないし(11)式で表
される。 Ｆｘ＝Ｈｓsin φcos θ …(9) Ｆｙ＝Ｈｓsin φsin θ …(10) Ｆｚ＝Ｈｓcos φ …(11) (9) 式ないし(11)式より、(1) 式ないし(3) 式はそれぞ
れ(12)式ないし(14)式で表される。 Ｅｘ＝ＩＫｘＨｓ2 （１−sin 2 φcos 2 θ） …(12) Ｅｙ＝ＩＫｙＨｓ2 （１−sin 2 φsin 2 θ） …(13) Ｅｚ＝ＩＫｚＨｓ2 （１−cos 2 φ） …(14) (12)式ないし(14)式より、磁界の大きさＨｓは(15)式で
求まる。 Ｈｓ＝±[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｋｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(15) 同様に、θ，φが求められる。
φ、ＸＹ軸平面上でのＸ軸と成す角をθとすると、極座
標（Ｈｓ，θ，φ）で示される磁界Ｈは、直交座標（Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）ではそれぞれ(9) 式ないし(11)式で表
される。 Ｆｘ＝Ｈｓsin φcos θ …(9) Ｆｙ＝Ｈｓsin φsin θ …(10) Ｆｚ＝Ｈｓcos φ …(11) (9) 式ないし(11)式より、(1) 式ないし(3) 式はそれぞ
れ(12)式ないし(14)式で表される。 Ｅｘ＝ＩＫｘＨｓ2 （１−sin 2 φcos 2 θ） …(12) Ｅｙ＝ＩＫｙＨｓ2 （１−sin 2 φsin 2 θ） …(13) Ｅｚ＝ＩＫｚＨｓ2 （１−cos 2 φ） …(14) (12)式ないし(14)式より、磁界の大きさＨｓは(15)式で
求まる。 Ｈｓ＝±[{（Ｅｘ／Ｋｘ）＋（Ｅｙ／Ｋｙ）＋（Ｅｚ／Ｋｚ)}／２Ｉ］1/2 …(15) 同様に、θ，φが求められる。
【００６５】図１０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ極座
標（Ｈｓ，θ，φ）で表される一定の磁界Ｈ（＝４ Gau
ss）中でセンサを回転させることにより角度θ＝０°及
び３０°とし、角度φを変化させたときのＸ，Ｚ方向の
磁気検知電圧の変化を示したものである。同図におい
て、縦軸は各角度φでの磁気検知電圧の変化分Ｅφの垂
直磁界と水平磁界での出力電圧差の最大値Ｅmax で除し
て正規化した値を示している。図中の実線は（１− sin
2 φ cos2 θ）の曲線を示しており、破線は（１− cos
2 φ）の曲線を示している。また、白丸は、磁気検知電
圧Ｅｘを、黒丸は磁気検知電圧Ｅｚの実験値をそれぞれ
示しており、各実験値はそれぞれの曲線とよく一致して
いることが明らかである。したがって、(1) 式ないし
(3) 式による表記が適当であることが分かる。
標（Ｈｓ，θ，φ）で表される一定の磁界Ｈ（＝４ Gau
ss）中でセンサを回転させることにより角度θ＝０°及
び３０°とし、角度φを変化させたときのＸ，Ｚ方向の
磁気検知電圧の変化を示したものである。同図におい
て、縦軸は各角度φでの磁気検知電圧の変化分Ｅφの垂
直磁界と水平磁界での出力電圧差の最大値Ｅmax で除し
て正規化した値を示している。図中の実線は（１− sin
2 φ cos2 θ）の曲線を示しており、破線は（１− cos
2 φ）の曲線を示している。また、白丸は、磁気検知電
圧Ｅｘを、黒丸は磁気検知電圧Ｅｚの実験値をそれぞれ
示しており、各実験値はそれぞれの曲線とよく一致して
いることが明らかである。したがって、(1) 式ないし
(3) 式による表記が適当であることが分かる。
【００６６】［被測定磁界の方向の測定］ 磁界Ｈを上記の磁界量ＦｘないしＦｚを用いて表現する
と、 Ｈ＝（Ｈｘ＝±Ｆｘ，Ｈｙ＝±Ｆｙ，Ｈｚ＝±Ｆｚ） …(16) (16)式で表されるが、各磁気検知部から得られた磁気検
知電圧を用いた上記の演算によっては、各方向の成分の
符号が＋であるのか−であるのかを定めることはできな
い。
と、 Ｈ＝（Ｈｘ＝±Ｆｘ，Ｈｙ＝±Ｆｙ，Ｈｚ＝±Ｆｚ） …(16) (16)式で表されるが、各磁気検知部から得られた磁気検
知電圧を用いた上記の演算によっては、各方向の成分の
符号が＋であるのか−であるのかを定めることはできな
い。
【００６７】そこで、本発明においては、図１に示した
ように、センサ１０のＸ方向磁気感知面、Ｙ方向磁気感
知面及びＺ方向磁気感知面の側方にＸ軸方向、Ｙ軸方向
及びＺ軸方向にそれぞれの巻回軸を一致させたＸ方向変
調コイル１６ｘ，Ｙ方向変調コイル１６ｙ及びＺ方向変
調コイル１６ｚを配置し、これらのコイルに順次交流電
流を流して被測定磁界中に置かれたセンサに交番磁界を
与える。
ように、センサ１０のＸ方向磁気感知面、Ｙ方向磁気感
知面及びＺ方向磁気感知面の側方にＸ軸方向、Ｙ軸方向
及びＺ軸方向にそれぞれの巻回軸を一致させたＸ方向変
調コイル１６ｘ，Ｙ方向変調コイル１６ｙ及びＺ方向変
調コイル１６ｚを配置し、これらのコイルに順次交流電
流を流して被測定磁界中に置かれたセンサに交番磁界を
与える。
【００６８】今Ｘ方向変調コイル１６ｘにより交番磁界
を与えたとすると、Ｙ方向磁気検知部１３ｙ及びＺ方向
磁気検知部１３ｚからそれぞれ得られる磁気検知電圧Ｅ
ｙ及びＥｚに交流成分が現れる。またＹ方向変調コイル
１６ｙにより交番磁界を与えると、Ｘ方向磁気検知部１
３ｘ及びＺ方向磁気検知部１３ｚからそれぞれ得られる
磁気検知電圧に交流成分が現れる。同様に、Ｚ方向変調
コイル１６ｚにより交番磁界を与えると、Ｘ方向磁気検
知部１３ｘ及びＹ方向磁気検知部１３ｙからそれぞれ得
られる磁気検知電圧に交流成分が現れる。
を与えたとすると、Ｙ方向磁気検知部１３ｙ及びＺ方向
磁気検知部１３ｚからそれぞれ得られる磁気検知電圧Ｅ
ｙ及びＥｚに交流成分が現れる。またＹ方向変調コイル
１６ｙにより交番磁界を与えると、Ｘ方向磁気検知部１
３ｘ及びＺ方向磁気検知部１３ｚからそれぞれ得られる
磁気検知電圧に交流成分が現れる。同様に、Ｚ方向変調
コイル１６ｚにより交番磁界を与えると、Ｘ方向磁気検
知部１３ｘ及びＹ方向磁気検知部１３ｙからそれぞれ得
られる磁気検知電圧に交流成分が現れる。
【００６９】図１１は各磁気検知部から得られる磁気検
知電圧Ｅと磁界Ｈとの関係を示したもので、図８のθ＝
０の場合に相当する。磁気検知電圧Ｅは正負の磁界Ｈに
対して等しい特性を示す。正の磁界Ｈが与えられている
状態でこの磁気検知部の磁気感知面と平行な方向から交
流磁場Ｈacが与えられたとする。交流磁界Ｈacの各周波
の前の半サイクルは正方向の磁界であり、後の半サイク
ルは負方向の磁界である。従って磁気検知電圧Ｅには交
流成分Ｅacが現れる。また負の磁界Ｈが与えられている
状態で交流磁場Ｈacが与えられると、磁気検知電圧Ｅに
は上記交流成分Ｅacと逆位相の交流成分Ｅac' が得られ
る。したがって磁気検知電圧に含まれる交流成分の位相
を判定することにより、磁界Ｈの方向を求めることがで
きる。
知電圧Ｅと磁界Ｈとの関係を示したもので、図８のθ＝
０の場合に相当する。磁気検知電圧Ｅは正負の磁界Ｈに
対して等しい特性を示す。正の磁界Ｈが与えられている
状態でこの磁気検知部の磁気感知面と平行な方向から交
流磁場Ｈacが与えられたとする。交流磁界Ｈacの各周波
の前の半サイクルは正方向の磁界であり、後の半サイク
ルは負方向の磁界である。従って磁気検知電圧Ｅには交
流成分Ｅacが現れる。また負の磁界Ｈが与えられている
状態で交流磁場Ｈacが与えられると、磁気検知電圧Ｅに
は上記交流成分Ｅacと逆位相の交流成分Ｅac' が得られ
る。したがって磁気検知電圧に含まれる交流成分の位相
を判定することにより、磁界Ｈの方向を求めることがで
きる。
【００７０】図１２は磁気検知電圧から交番磁界と同じ
周波数の交流成分を取り出してその位相を判別する実験
装置の構成を示したもので、この装置では、発振器２０
から変調コイル１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ（１６ｘ，１６
ｚは図示せず。）に順次交流電流を供給し、これらの変
調コイルからセンサ１０の各磁気感知面に交番磁界を与
える。２１は直流電源で、実験ではセンサに外部磁界Ｈ
を与える代りにこの直流電源から各変調コイルに直流電
流を与えてセンサに直流磁界を加えた。尚実際の測定の
際には直流電源２１は不要である。２２は実験で用いた
定電流源で、この定電流源からセンサの各磁気検知部の
共通電極及び電流電極を通して定電流が流される。２４
は位相検出器で、この位相検出器にはセンサの各磁気検
知部から得られる磁気検知電圧がオペアンプ２３を介し
て入力されている。位相検出器２４にはまた発振器２０
から得られる交流信号が入力され、位相検出器２４の出
力はオペアンプ２５を介して電圧計２６に供給されてい
る。
周波数の交流成分を取り出してその位相を判別する実験
装置の構成を示したもので、この装置では、発振器２０
から変調コイル１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ（１６ｘ，１６
ｚは図示せず。）に順次交流電流を供給し、これらの変
調コイルからセンサ１０の各磁気感知面に交番磁界を与
える。２１は直流電源で、実験ではセンサに外部磁界Ｈ
を与える代りにこの直流電源から各変調コイルに直流電
流を与えてセンサに直流磁界を加えた。尚実際の測定の
際には直流電源２１は不要である。２２は実験で用いた
定電流源で、この定電流源からセンサの各磁気検知部の
共通電極及び電流電極を通して定電流が流される。２４
は位相検出器で、この位相検出器にはセンサの各磁気検
知部から得られる磁気検知電圧がオペアンプ２３を介し
て入力されている。位相検出器２４にはまた発振器２０
から得られる交流信号が入力され、位相検出器２４の出
力はオペアンプ２５を介して電圧計２６に供給されてい
る。
【００７１】位相検出器２４は、周知のロックインアン
プから成っていて、発振器２０から与えられる交流信号
Ｖｒを参照信号として、磁気検知電圧Ｅ（Ｅｚ）中から
参照信号と同じ周波数成分の信号を取り出して出力す
る。磁気検知電圧中に含まれる交流成分の振幅をＡと
し、該交流信号と参照信号との位相差をαとすると、ロ
ックインアンプの出力Ｖは、Ｖ＝Ａｃｏｓαで与えられ
る。即ち、位相検出器２４の出力電圧は、磁気検知電圧
中に含まれる交流成分（交番磁界と同じ周波数の成分）
と交番磁界との位相差により変化する。
プから成っていて、発振器２０から与えられる交流信号
Ｖｒを参照信号として、磁気検知電圧Ｅ（Ｅｚ）中から
参照信号と同じ周波数成分の信号を取り出して出力す
る。磁気検知電圧中に含まれる交流成分の振幅をＡと
し、該交流信号と参照信号との位相差をαとすると、ロ
ックインアンプの出力Ｖは、Ｖ＝Ａｃｏｓαで与えられ
る。即ち、位相検出器２４の出力電圧は、磁気検知電圧
中に含まれる交流成分（交番磁界と同じ周波数の成分）
と交番磁界との位相差により変化する。
【００７２】図１３はθ＝０として位相検出器から得ら
れる出力電圧Ｖと磁界Ｈとの関係を測定した結果を示し
たもので、同図より、磁界が正の場合と負の場合とで出
力電圧の極性が異なることが分る。したがってこの位相
検出器の出力電圧の極性を見ることにより、磁界の方向
を知ることができる。
れる出力電圧Ｖと磁界Ｈとの関係を測定した結果を示し
たもので、同図より、磁界が正の場合と負の場合とで出
力電圧の極性が異なることが分る。したがってこの位相
検出器の出力電圧の極性を見ることにより、磁界の方向
を知ることができる。
【００７３】例えばＹ方向変調コイル１６ｙにより交番
磁界を与えたときに磁気検知部１３ｚから得られる磁気
検知電圧Ｅｚに含まれる交流成分の位相が交番磁界の位
相と同じ位相である場合には、位相検知器２４から正極
性の出力電圧が得られる。このとき磁界のＹ方向成分Ｈ
ｙの符号は＋であることが分る。
磁界を与えたときに磁気検知部１３ｚから得られる磁気
検知電圧Ｅｚに含まれる交流成分の位相が交番磁界の位
相と同じ位相である場合には、位相検知器２４から正極
性の出力電圧が得られる。このとき磁界のＹ方向成分Ｈ
ｙの符号は＋であることが分る。
【００７４】また同じくＹ方向変調コイル１６ｙにより
交番磁界を与えたときに磁気検知部１３ｘから得られる
磁気検知電圧Ｅｘに含まれる交流成分の位相が交番磁界
の位相と逆位相である場合には、位相検出器２４から負
極性の出力電圧が得られる。このとき磁界のＹ方向成分
Ｈｙの符号は−であることが分る。
交番磁界を与えたときに磁気検知部１３ｘから得られる
磁気検知電圧Ｅｘに含まれる交流成分の位相が交番磁界
の位相と逆位相である場合には、位相検出器２４から負
極性の出力電圧が得られる。このとき磁界のＹ方向成分
Ｈｙの符号は−であることが分る。
【００７５】他の方向の成分についても同様にしてその
符号を定めることができる。
符号を定めることができる。
【００７６】なお、磁界の方向の測定に際し、センサを
φ，θの方向に時間的に変化させるように回転させる
か、または回転振動を与えるようにしてもよい。
φ，θの方向に時間的に変化させるように回転させる
か、または回転振動を与えるようにしてもよい。
【００７７】本発明の方法により磁界を測定する手順の
一例を示すフローチャートを図１５に示した。
一例を示すフローチャートを図１５に示した。
【００７８】上記の実施例では、基体１を構成する酸化
物超伝導体としてＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δを用いたが、他
の酸化物超伝導体、例えばＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ
y 、（Ｂｉ1-ｘＰbx）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy´、ま
たはＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3Ｏy"等を用いることもで
きる。
物超伝導体としてＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δを用いたが、他
の酸化物超伝導体、例えばＢｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏ
y 、（Ｂｉ1-ｘＰbx）2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy´、ま
たはＴｌ2 Ｂａ2 Ｃａ2 Ｃｕ3Ｏy"等を用いることもで
きる。
【００７９】上記の実施例では、各磁気検知部の電流電
極と電圧電極とを離して設けたが、図１４に示したよう
に、所定長さの銀線Ｌ23の中点を基体１に接合すること
により共通電極ｑ1 と同様な電極ｑ23を設けて、この電
極ｑ23を電流電極及び電圧電極として兼用するようにし
てもよい。
極と電圧電極とを離して設けたが、図１４に示したよう
に、所定長さの銀線Ｌ23の中点を基体１に接合すること
により共通電極ｑ1 と同様な電極ｑ23を設けて、この電
極ｑ23を電流電極及び電圧電極として兼用するようにし
てもよい。
【００８０】上記の実施例では、超伝導体として酸化物
超伝導体を用いたが、金属系の超伝導体を用いることも
できる。
超伝導体を用いたが、金属系の超伝導体を用いることも
できる。
【００８１】また上記の実施例では、超伝導体のブロッ
クによりセンサの基体を構成したが、直方体ないしは立
方体の基材の表面に形成した薄膜状の超伝導体をセンサ
の基体として用いることもできる。
クによりセンサの基体を構成したが、直方体ないしは立
方体の基材の表面に形成した薄膜状の超伝導体をセンサ
の基体として用いることもできる。
【００８２】本発明の測定方法は、弱い磁界の測定に適
しており、地磁気の計測、地磁気を測定して飛行物体
（人工衛星や飛行機等）の姿勢を検出する姿勢計、地磁
気の計測等に応用することができる。また工業分野にお
いては、磁気を利用した回転体の位置、角度の測定、変
位の測定、鉄片の探知、磁気探傷等に応用することもで
きる。
しており、地磁気の計測、地磁気を測定して飛行物体
（人工衛星や飛行機等）の姿勢を検出する姿勢計、地磁
気の計測等に応用することができる。また工業分野にお
いては、磁気を利用した回転体の位置、角度の測定、変
位の測定、鉄片の探知、磁気探傷等に応用することもで
きる。
【００８３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、超伝導
体からなる１つの基体に互いに直角をなす３つの磁気感
知面を形成して、それぞれの磁気感知面に共通電極と電
流電極と電圧電極とを接合することにより３つの磁気感
知部を構成したので、３つの磁気センサを用いる場合の
ように面倒な位置合わせを行うことなく、１つの磁気セ
ンサで微小磁界の３次元的な測定を行うことができる利
点がある。また本発明で用いるセンサは、超伝導基体に
共通電極と電流電極と電圧電極とを設けた簡単な構成を
有しているので、センサの小形化を図って磁界測定の空
間分解能を高めることがてきるだけでなく、センサの集
積化をも容易に図ることができる。
体からなる１つの基体に互いに直角をなす３つの磁気感
知面を形成して、それぞれの磁気感知面に共通電極と電
流電極と電圧電極とを接合することにより３つの磁気感
知部を構成したので、３つの磁気センサを用いる場合の
ように面倒な位置合わせを行うことなく、１つの磁気セ
ンサで微小磁界の３次元的な測定を行うことができる利
点がある。また本発明で用いるセンサは、超伝導基体に
共通電極と電流電極と電圧電極とを設けた簡単な構成を
有しているので、センサの小形化を図って磁界測定の空
間分解能を高めることがてきるだけでなく、センサの集
積化をも容易に図ることができる。
【図１】本発明の方法で用いるセンサを概略的に示した
斜視図である。
斜視図である。
【図２】本発明で用いるセンサの各磁気検知部の構成を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図３】本発明で用いるセンサの磁気感知面に対する磁
界の方向が９０度異なる状態を示した説明図である。
界の方向が９０度異なる状態を示した説明図である。
【図４】本発明で用いるセンサの磁気感知面に対する磁
界の方向が９０度異なる状態を示した説明図である。
界の方向が９０度異なる状態を示した説明図である。
【図５】本発明で用いるセンサの熱処理を行う際の温度
過程を示す線図である。
過程を示す線図である。
【図６】本発明で用いるセンサに電流源及び電圧検出手
段を接続した状態を示す斜視図である。
段を接続した状態を示す斜視図である。
【図７】本発明で用いるセンサの通電電流と磁気検知電
圧との関係を示す線図である。
圧との関係を示す線図である。
【図８】本発明で用いるセンサの磁気検知電圧と磁界と
の関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
【図９】本発明で用いるセンサから得られる磁気検知電
圧と、磁界がＹ軸と成す角度θとの関係を測定した結果
を示した線図である。
圧と、磁界がＹ軸と成す角度θとの関係を測定した結果
を示した線図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ極座標で表され
る磁界中でセンサの角度をθ＝０°及び３０°として、
角度φとＸ，Ｚ方向の磁気検知電圧との関係を測定した
結果を示した線図である。
る磁界中でセンサの角度をθ＝０°及び３０°として、
角度φとＸ，Ｚ方向の磁気検知電圧との関係を測定した
結果を示した線図である。
【図１１】本発明で用いるセンサに交番磁界を与えた際
の動作を説明するための線図である。
の動作を説明するための線図である。
【図１２】各磁界成分の符号を決定する過程で用いる装
置の構成を示したブロック図である。
置の構成を示したブロック図である。
【図１３】図１２の位相検出器から得られる出力と磁界
との関係を測定した結果を示す線図である。
との関係を測定した結果を示す線図である。
【図１４】本発明で用いるセンサの磁気検知部の変形例
を示した説明図である。
を示した説明図である。
【図１５】本発明の測定方法の手順の一例を示したフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
１０…超伝導磁気センサ、１１…基体、１１ｘ…Ｘ方向
磁気感知面、１１ｙ…Ｙ方向磁気感知面、１１ｚ…Ｚ方
向磁気感知面、ｑ1x〜ｑ1z…共通電極、ｑ2x〜ｑ2z…電
流電極、ｑ3x〜ｑ3z…電圧電極、１３ｘ…Ｘ方向磁気検
知部、１３ｙ…Ｙ方向磁気検知部、１３ｚ…Ｚ方向磁気
検知部、１６ｘ…Ｘ方向変調コイル、１６ｙ…Ｙ方向変
調コイル、１６ｚ…Ｚ方向変調コイル。
磁気感知面、１１ｙ…Ｙ方向磁気感知面、１１ｚ…Ｚ方
向磁気感知面、ｑ1x〜ｑ1z…共通電極、ｑ2x〜ｑ2z…電
流電極、ｑ3x〜ｑ3z…電圧電極、１３ｘ…Ｘ方向磁気検
知部、１３ｙ…Ｙ方向磁気検知部、１３ｚ…Ｚ方向磁気
検知部、１６ｘ…Ｘ方向変調コイル、１６ｙ…Ｙ方向変
調コイル、１６ｚ…Ｚ方向変調コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 四谷 任 大阪府大阪市西区江之子島２丁目１番53 号 大阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 小川 倉一 大阪府大阪市西区江之子島２丁目１番53 号 大阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 三宅 修治 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 青山 隆浩 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 川口 正幸 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (56)参考文献 特開 平２−27279（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−264879（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−239488（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18 H01L 39/22 ZAA
Claims (6)
- 【請求項１】 超伝導体からなる１つの基体に互いに直
角をなす３つの平坦な磁気感知面が形成されて該３つの
磁気感知面のそれぞれに常伝導体の金属からなる共通電
極と電流電極と電圧電極とが接合され、前記３つの磁気
感知面とそれぞれの磁気感知面に接合された共通電極と
電流電極と電圧電極とにより３つの磁気検知部が構成さ
れていることを特徴とする超伝導磁気センサ。 - 【請求項２】 前記金属は、金、銀、白金及びこれらの
合金からなる金属群の中から選択されている請求項１に
記載の超伝導磁気センサ。 - 【請求項３】 前記超伝導体はＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-δ、
Ｂｉ2 Ｓｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy 、（Ｂｉ1-x Ｐbx）2 Ｓ
ｒ2 Ｃａ2 Ｃｕ3 Ｏy´、またはＴｌ2 Ｂａ2Ｃａ2 Ｃｕ
3 Ｏy"のセラミックスまたは薄膜からなっている請求項
１または２に記載の超伝導磁気センサ。 - 【請求項４】 被測定磁界Ｈ中に置かれた前記３つの磁
気検知部をＸ方向磁気検知部、Ｙ方向磁気検知部及びＺ
方向磁気検知部として、該Ｘ方向磁気検知部、Ｙ方向磁
気検知部及びＺ方向磁気検知部のそれぞれの磁気感知面
と直角な方向を３次元直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸
の方向とし、 前記超伝導体を臨界温度以下の温度に保ち、前記３つの
磁気検知部の共通電極と電流電極とを通して定電流を流
した状態で共通電極と電圧電極との間に生じる電圧をそ
れぞれＸ方向磁気検知電圧Ｅｘ，Ｙ方向磁気検知電圧Ｅ
ｙ及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚとし、Ｘ方向における磁
界の大きさ、Ｙ方向における磁界の大きさ、及びＺ方向
における磁界の大きさをそれぞれＸ方向磁界量Ｆｘ、Ｙ
方向磁界量Ｆｙ及びＺ方向磁界量Ｆｚとしたときに、 前記Ｘ方向磁気検知電圧Ｅｘ、Ｙ方向磁気検知電圧Ｅｙ
及びＺ方向磁気検知電圧Ｅｚがそれぞれ（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ
2 ），（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ2 ）及び（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）に比
例する請求項１ないし３のいずれかに記載の超伝導磁気
センサ。 - 【請求項５】 請求項４に記載の超伝導磁気センサの前
記磁界Ｈに対するＸ方向磁気検知電圧Ｅｘの特性、磁界
Ｈに対するＹ方向磁気検知電圧Ｅｙの特性及び磁界Ｈに
対するＺ方向磁気検知電圧Ｅｚの特性を予め求めてお
き、Ｅｘと（Ｆｙ2 ＋Ｆｚ2 ），Ｅｙと（Ｆｘ2 ＋Ｆｚ
2 ）及びＥｚと（Ｆｙ2 ＋Ｆｘ2 ）のそれぞれの比例関
係から前記磁界Ｈの大きさＨｓ＝（Ｆｘ2 ＋Ｆｙ2 ＋Ｆ
ｚ2 ）1/2を求めることを特徴とする磁界の測定方法。 - 【請求項６】 前記磁界ＨのＸ方向成分Ｈｘ，Ｙ方向成
分Ｈｙ及びＺ方向成分ＨｚをそれぞれＨｘ＝±Ｆｘ，Ｈ
ｙ＝±Ｆｙ，Ｈｚ＝±Ｆｚとし、前記Ｘ軸の方向、Ｙ軸
の方向及びＺ軸の方向からそれぞれ前記センサに交番磁
界を与えたときに前記Ｘ方向磁気検知部ないしＺ方向磁
気検知部からそれぞれ検出されるＸ方向磁気検知電圧Ｅ
ｘないしＺ方向磁気検知電圧Ｅｚから交番磁界の周波数
に等しい周波数の成分を取り出し、取り出した成分の位
相を前記交番磁界と同周波数、同位相の参照電圧の位相
と比較することにより前記磁界のＸ方向成分Ｈｘないし
Ｚ方向成分Ｈｚの符号を決定する過程を更に行って前記
磁界のベクトルを特定することを特徴とする請求項５に
記載の磁界の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03144830A JP3093325B2 (ja) | 1990-09-28 | 1991-06-17 | 超伝導磁気センサ及びこのセンサを用いた磁界の測定方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26009390 | 1990-09-28 | ||
| JP2-260093 | 1990-09-28 | ||
| JP03144830A JP3093325B2 (ja) | 1990-09-28 | 1991-06-17 | 超伝導磁気センサ及びこのセンサを用いた磁界の測定方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04252978A JPH04252978A (ja) | 1992-09-08 |
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|---|---|---|---|
| JP03144830A Expired - Fee Related JP3093325B2 (ja) | 1990-09-28 | 1991-06-17 | 超伝導磁気センサ及びこのセンサを用いた磁界の測定方法 |
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| JP (1) | JP3093325B2 (ja) |
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1991
- 1991-06-17 JP JP03144830A patent/JP3093325B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04252978A (ja) | 1992-09-08 |
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