JPH01219683A

JPH01219683A - スクイッド磁力計

Info

Publication number: JPH01219683A
Application number: JP63047086A
Authority: JP
Inventors: Hide Kobayashi; 秀小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1989-09-01

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ａ８発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は、超伝導物質を用いたスクインドセ、ンサを利
用する磁力計に関し、特に、航空機等に搭載されて地磁
気の探査に用いられるスフインド磁力計に関する。

（２）従来の技術従来、地磁気の大きさを検出するには、航空機に搭載し
た光磁気共鳴磁力計によって地磁気の各直交座標成分を
スカラー量として検出し、この検出値を演算器でベクト
ル合成する方法が用いられていた。しかしながら、この
光磁気共鳴磁力計は精密な磁気探査を行うには充分な感
度を有していないため、更に高感度なスクイッドセンサ
を用いた磁力計を利用する方法が提案されている。

上述の方法は、３個のスフインドセンサを備えたスクイ
ッド磁力計を搭載した航空機の飛行方向を順次変化させ
、検出された磁気変化ベクトルの終点に新たに検出され
た磁気変化ベクトルの始点を一致させて次々に合成する
ものである。そして、前記−散点の全てを通る球又は円
の半径を演算すると、これが求める地磁気の大きさとな
る。

（３）発明が解決しようとする課題しかしながら、前述の方法では、航空機を機首方位を極
端に上下させることができないために、上下方向の角変
位を充分に確保することが困難であった。このために、
大きな磁気変化ベクトルが得られず、磁気の大きさの演
算精度が低下してしまうという問題点を有していた。

また、航空機を旋回させて機首方位を左右に変化させる
にはかなりの時間を要するので、その間に生じた磁気の
変動によって測定値に誤差が発生するという問題点を有
していた。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、スクイ
ッドセンサを搭載した航空機等の移動媒体の進行方向を
変化させることなく、精密な磁気探査を行うことが可能
なスクイッド磁力計を提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成（１）課題を解決するための手段前記課題を解決するために、本発明のスクイッド磁力計
は、スクイッド台上に互いに直交して配置された３個の
スクイッドセンサが磁気ベクトルに対して角変位するこ
とによって出力される磁気変位ベクトルから磁気ベクト
ルの絶対値を演算するスクイッド磁力計において；前記スクイッド台を、互いに異なる２軸周りに回転自在
に支持したことを特徴とする。

（２）作　用前述の構成を備えた本発明のスクイッド磁力計は、スク
イッド台を２軸周りに回転させると、このスクイッド台
に取付けられた３個のスクイッドセンサと磁気ベクトル
との間に相対角変位が生じ、各スクイッドセンサは磁気
変化ベクトルの成分を出力する。そして、スクイッド台
の回転に伴って順次出力される磁気変化ベクトルを合成
することによって磁気ベクトルの絶対値が演算される。

（３）実施例以下、図面に基づいて本発明によるスクイッド磁力計の
一実施例について説明する。

第１図は航空機に搭載して磁気異状物体の探査を行うた
めのスクイッド磁力計を示すものであって、液体窒素や
液体ヘリウムによって極低温に保たれた冷媒容器１の内
部に配置された立方体形状のスクイッド台２の互いに直
交する３面には、３個のスクイッドセンサ３Ｘ、３Ｙ、
３□が取付けられている。

第２図に示すように、このスクイッドセンサ３Ｘ、３Ｙ
、３□は、極低温で超伝導現象を起こすニオブ（Ｎｂ）
や鉛（Ｐｂ）等の超伝導物質からなるリングの一部にジ
ョセフソン結合部４ａを形成した超伝導リング４を有し
ている。この超伝導リング４の近傍には、外部の磁束を
捕えるサーチコイル５に接続するコイル６が誘導的に結
合されている。更に、超伝導リング４の近傍には、この
超伝導リング４と誘導的に結合されコイル７とコンデン
サ８を備えた高周波共振回路９が配置されており、高周
波電源１０から微弱高周波電力の供給を受けるようにな
っている。

上述のようなスクイッドセンサ３Ｘ、３Ｙ、３２を備え
たスクイッド台２は、冷媒容器１に軸支された第１の回
転軸１１の先端に固着されており、冷媒容器１の外側面
に取付けた超音波モータ１２によって１８０度毎に往復
回転運動するようになっている。そして、冷媒容器ｌは
、対向する両側面に前記第１回転軸１１と直交するよう
に固着された第２回転軸１３．１３によってフレーム１
４に軸支されており、このフレーム１４に取付けられた
超音波モータ１５によって１８０度毎に往復回転運動す
るようになっている。

前記スクイッドセンサ３ｘ、３ｙ、３□から延びるリー
ド線１６ｘ、１６ｖ、１６□は超音波モータ１２による
スクイッド台２の回転を拘束しないように中間において
螺旋巻された後、第２回転軸１３の固着された側面から
冷媒容器１の外部に導出されている。更に、このリード
線１６ｘ、１６ｖ、１６□はフレーム１４に対する冷媒
容器１の回転を拘束しないように、ケーブルスリップ機
構１７を介して対応するアンプ１８ｘ、１８ｙ。

１８□に接続している。そして、各アンプ１８ｘ、１８
Ｙ、１Ｂ□からの出力は演算器１９によって処理されて
、求める磁気ベクトルの絶対値が出力される。

次に、前述の構成を備えた本発明によるスクイッド磁力
計の一実施例の作用について説明する。

第２図において、スクイッドセンサが回転すると、地球
の磁場により磁気ベクトルＸとサーチコイル５間に相対
的な角変位が生じ、このサーチコイル５に交叉する磁束
の大きさが変化する。すると、コイル６には前記磁束の
変化量に見合った誘導電流が流れ、このコイル６によっ
て超伝導リング４に交叉する磁束が発生する。そして、
この超伝導リング４に交叉する磁束の変化量が１磁束量
子θに達する毎に、超伝導リング４のジョセフソン結合
部４ａは超伝導状態と常伝道状態のスイッチラグ動作を
繰返す、その結果、高周波共据回路９は、第３図に示す
ように、超伝導リング４に交叉する磁束が１磁束量子θ
だけ変化する度に１個のピークを持つ三角波を出力する
ことになる。従って、この出力特性に現れたピークの数
をカウントすることによって、各スクイッドセンサ３１
１゜３７，３□の回転によって生じる磁気ベクトルＸの
変化分、即ち、磁気変化ベクトル百を知ることができる
。

第１図において、超音波モータ１２，１５を駆動して、
スクイッドセンサ３ｘ、３ｙ、３□を第１回転軸１１及
び第２回転軸１３周りに１８０度毎に往復回転させると
、該スクイッドセンサ３ｘ、３ｙ、３ｚに対する磁気ベ
クトルＸの相対的な方向が変化する。すると、スクイッ
ドセンサ３ｘ、３Ｙ、３□は磁気変化ベクトル百の３軸
方向の成分をリード線１６Ｘ、１６ｖ　、１６ｚを介し
てアンプ１８ｘ、１８ｙ、１Ｂ□に出力し、このアンプ
１８ｘ　、　　１８ｙ　、　　１８□によって増幅され
た出力信号を演算器１９で処理することによって磁気ベ
クトルズの絶対値が出力される。

次に、上述のようにして求められた磁気変化ベクトル百
から、磁気ベクトルズの絶対値を演算する方法について
説明する。

第４図において、符号には磁気ベクトルＸの絶対値を半
径とする球を示している。時刻ｔ１においてスクイッド
台２に固定した直交座標系に対して磁気ベクトルＸがＸ
（ｔｌ）の方向を持っていたとする。このことは、スク
イッド台２が前記法に上の点Ｐに位置することを意味し
ている。この状態からスクイッド台２が回転を始め、時
刻ｔ２においてスクイッド台２に固定した直交座標系に
対して磁気ベクトルＸが；７（ｔ２）の方向を持ったと
する。これは、スクイッド台２が点Ｐから点Ｑに移動し
たことと同義であり、その過程においてスクイッド台２
のスクイッドセンサ３ｘ、３ｖ、３□は磁気ベクトル７
（ｔｌ）と＾（Ｌ２）の差である磁気変化ベクトル百、
を検出する。

続いて、時刻ｔ、において、スクイッド台２の回転によ
ってその直交座標系に対する磁気ベクトルズの方向がズ
（ｔ、）のようになったとする。

これは前述と同様にスクイッド台２が点Ｒに移動したこ
とと同義であり、スクイッドセンサ３ｘ。

３７．３□は磁気変化ベクトル百２を検出する。

更に、スクイッド台２が回転して時刻Ｌ４において点Ｓ
に達すると、スクイッドセンサ３ｘ、３ｙ、３□は磁気
変化ベクトル百、を検出することになる。

ところで、一般に空間上の４点が定まると、この４点を
通る球は一義的に決定される。このことは、３個の磁気
変化ベクトル”５＋　、Ｕｓ　、Ｕｓによって点Ｐ、Ｑ
、Ｒ，Ｓが決定すると、この４点を通る球の半径、すな
わち磁気ベクトルＸの絶対値が求まることを意味してい
る。

次に、このようにして得られた磁気変化ペクト）Ｌｔｄ
、　、　ｆｅｚ　、百、に基づいて磁気ベクトルズの絶
対値を算出する式を導出する。第５図において、球にの
中心０から各磁気変化ベクトル百ｌ　＋　’５２、百、
の中心へのベクトルを丁、百、τとすると、ａ＝ズ＋（
％）百。

ｂ＝＾＋百、＋　（＋Ａ）百２Ｃ＝ズ＋百ｔ　＋５ｚ　＋　（Ｖ２）百。

となる。

ここで百、と盲、百〇とＥ、Ｕユと７は直交するから、
これ等ベクトルの内積は全て零となる。

即ち、〔百、・ａ〕＝百、・　（７＋（′Ａ）百、）＝百、・
７；；＋　（＋Ａ）ｌ”５＋１”　＝。

（ｐ５ｚ　　・Ｔ）　＝７５ｚ　・（７＋ｒ５＋　＋　
（＋）　ｆｅｚ　）＝百２・Ｘ＋百２・百、＋（乙）１
百ｚｌ”＝。

（ｉ５ｓ　・ｃ）　＝５ｓ　・にＸ＋　’ｆ３＋　＋ｒ
３．　＋（％）　百＋　）＝５ｓ　・７：、　＋’ｉ５
ｓ　・’ｉ５＋　十ｒ５．　Ｈｉ、＋　Ｎ４）　　ｌ百
ｓｌ”−０となる。ここで、Ｔ５＋　＋　ｒ３ｚ　＋　
Ｄｓおよびスの各のようになる。これを、ズについて解
くと、となり、このＡｘ　、Ａｔ　、Ａｘの値によって
磁気ベクトルズの絶対値ＩズＩは、次のようにして求め
られる。

１Ｘｌ＝−ｘ　　＋　　！　　＋　　２以上、本発明に
よるスクイッド磁力針の実施例を詳述したが、本発明は
、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範
囲に記載された本発明を逸脱することなく、種々の小設
計変更を行うことが可能である。

例えば、スクイッドセンサにはニオブや鉛基外の他の超
伝導物質を用いることが可能であり、同様に、冷媒とし
て液体ヘリウムや液体窒素以外の他の低温物質を用いる
ことも可能である。

また、スクイッド台の駆動は往復回転に限らず、一方向
に連続回転させることができる。ただし、この場合には
、リード線の螺旋巻き部は全てケーブルスリップ機構に
置き換える必要がある。

更に、スクイッド台の駆動源として超音波モータに代え
て他の非磁性モータを用いることが可能であり、磁気シ
ルードを施すことによって通常のモータを用いることも
可能である。

Ｃ０発明の効果前述の本発明のスクイッド磁力計によれば、互いに直交
して配置された３個のスクィッドセンサを備えるスクイ
ッド台を互いに異なる２軸周りに回転自在に支持したこ
とにより、このスクイッド磁力計を装備した航空機等の
移動媒体の進行方向を一定に保ったままで磁気の探査を
行うことができる。

また、前記スクイッド台の角変位を必要な方向に必要な
だけ大きく取ることが可能となり、しかも該角変位が速
やかに実現されるので、磁気ベクトルの絶対値を精密に
測定することができるだけでなく、磁気ベクトルの時間
的な変動の影響を排除することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるスクイッド磁力計の一実施例の全
体図、第２図はスークィッドセンサの説明図、第３図は
スクイッドセンサの出力特性図、第４．５図は磁気ベク
トルの絶対値を求める方法の説明図である。１・・・冷媒容器、２・・・スクイッド台、３．．３゜
、３□・・・スクイッドセンサ、１１・・・第１回転軸
、１２・・・超音波モータ、１３・・・第２回転軸、１
４・・・フレーム、１５・・・超音波モータ、χ・・・
磁気ヘクトル、百・・・磁気変化ベクトル特　許　出　願　人　　　株式会社　島津製作所代理人
弁理士　　落　合　　　健岡　　　　　　　　　　１）　　中　　　隆　　　秀第
２図第３図外部磁束第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】スクイッド台上に互いに直交して配置された３個のスク
イッドセンサが磁気ベクトルに対して角変位することに
よって出力される磁気変位ベクトルから磁気ベクトルの
絶対値を演算するスクイッド磁力計において；前記スクイッド台を、互いに異なる２軸周りに回転自在
に支持したことを特徴とする、スクイッド磁力計。