JPH0259684A

JPH0259684A - 超電導磁力計

Info

Publication number: JPH0259684A
Application number: JP21131088A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ookawa; 大川　訓生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-08-25
Filing date: 1988-08-25
Publication date: 1990-02-28

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】〔産業上の利用分野〕この発明は高感度なベクトル磁気センサである超電導量
子干渉素子（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｌｎｇ　Ｑｕａ
ｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅ　、
以下ＳＱ、ＤＩＤ素子と呼ぶ〕を用いた超電導磁力計に
関するものである。

〔従来の技術〕

第９因は従来の超電導磁力計の一実施例を示すブロック
図である。図中、（１）はＥＩＱ、Ｕ　ＩＤ素子であ５
，５ＱＵＩＤ素子（１）は超電導リング（２）、超電導
リング＋２１中に設けられ几ジョセフソン素子（３１，
＋４１゜超電導リング（２）と磁気的に結合した変調帰
還コイル（５）から構成される。（６）は５ＱＵＩＤ素
子（１）を駆動し所望の出力を取り出すための駆動回路
であり。

以下のものから構成される。即ち、（７）は直流電流源
、（８）は移相器、（９）は前置増幅器、　＋１（ｌは
乗算器。

αυは積分器、Ｃ２は帰還抵抗である。積分器αυは積
分増幅器α３．積分コンデンサ（Ｉ４．積分器スイッチ
（１９から構成される。（ＩｅはＳＱＵより素子（１）
に変調信号を、移相器（８）に参照信号を送る発振器で
ある。

上記駆動回路（６）は一般にＦ　Ｌ　Ｌ　（Ｆｌｕｘ　
ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ　　）回路と呼ばれる公知のもの
であり、その基本的な動作は例えばＲｅｖｉｅｗ　ｏｆ
　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ工ｎ８℃ｒｕｍｅｎｔ　Ｖｏｌ
、　５５　、１９８４年の第９５２頁〜第９５７頁等に
詳細な説明が記載されている。超電導リング（２）は−
例として線幅１５μｍ、膜厚ｚｏｏｎｍ、外径ａｏｏ　
ｐｍ　ｘ　ａｏｏ　μｍの超電導材料から形成する。材
料としてはｐｂ金合金Ｎｂ、あるいは−例としてＹＢａ
（３１）−０等の超電導材料が用いられる。

次に動作について説明する。５ＱＵＩＤ素子（１）を例
えば液体ヘリウムに浸すなどして冷却し超電導状態に転
移させ、被測定磁界中に置く。ここで例えば地磁気など
の被測定磁界の強度（絶対値）をＨＥ、超電導リング（
２）の面積をＡｓ、超電導リング（２）を含む平面Ｐ１
と被測定磁界とがなす角度を第１０図のように８１と定
めると、超電導リング（２）の検知磁束φとＨＥ　との
間には０式の関係が成立り、ＩＥＱＵより素子（１）は
ベクトルセンサとして動作する。

φ＝　ＨＥＩＩＡＳ＠　ｓｉｎ　（δリ　　　　■一方
、超電導リング（２）におけるフラクソイドの量子化条
件と、２つのジョセフソン素子（３１，＋４１における
直流ジョセフソン効果とにょ５．ＳＱＵより索子（１）
の端子Ａ−Ｂｌ口」に電位差を生じることなく流すこと
の出来る超電導電流の最大値１出はφの関数となる。超
電導リング（２）のインダクタンスＬＳの存在を無視し
、■＝０とみなすと工ｍは０式のように表わされる。

ここで、ＩＣはジョセフソン素子ｆ３１．　＋４１それ
ぞれの臨界電流値である。又、φ０は磁束量子であシ、
その値はＺＯ７Ｘ１０−１５ｗｂである。０式より緬は
φに対してφｏ’を周期として変化することがわかる。

実際にはＬＳ　が有限の値を持つため工ｍとφとの関係
は０式からすれ、　　Ｉｍの最小値は０とはならないが
、この場合にもＩｍはφに対してφ０　全周期として変
化する。上記のようなＩｍの変化に対応してＳＱＵより
素子の電流−電圧（ニーＶ）特性も又、検知磁束φに対
して磁束量子φ０を周期として変化する。第１）図（ａ
）は８ＱＵより素子のニー■特性を示し友ものであ夛、
φ＝ｎφ０゜φ＝　（ｎ＋１／２）φ０の時にそれぞれ
曲線Ｃ２曲線ＤＯようになカ、φの値に応じてこの間を
連続して変化する。友だし、ｎは整数である。図中、　
ｘｍ１ニーはそれぞれφ＝ｎφ０．φ＝（ｎ＋１／２）
φ０の時の超電導を流の最大値である。そこで、　　１
ｍｌより若干大きな直流バイアス電流Ｉｂ　を流し、端
子Ａ−Ｂ間の電位差Ｖをφに対して測定すると、■はφ
に対して第１）図（１））のように磁束量子φ０　を周
期として変化する。

以上が５ＱＵＩＤ素子（１）の動作についての説明であ
るが２次に＆動回路（６）２発掘器αυを含めた超電導
磁力計全体の動作について説明する。直流電流源（７）
から例えばＩｂ＝　Ｌ　１　工＋ｎ１程度のバイアス電
流Ｉｂ　を流し、さらに発振器αｅから変調帰還コイル
（５）を介して変調磁束を加える。−例としてこの変ｘ
ｉ束は振幅１／２φｏ（ｐ−ｐ）２周波数ｆ＝１００Ｋ
Ｈｚの正弦波である。この時点で検知磁束φかφ＝ｎφ
０又はφ＝　（ｎ＋１７２）φ０であればＳＱＵよりの
動作点は第１）図（１））中のＥ点又はＦ点、すなわち
極小又は極大の位置にあり、　　ＳＱ、［］より素子（
１）の端子Ａ　−Ｂ間に発生する出力電圧の周波数ｆの
成分は零である。検知磁束φが変化して動作点がすれる
と周波数ｆの成分が現われ、Ｇ点　すなわちφ＝（ｎ上
１／４）φ０　において最大になる。又、同じくＨ点で
も周波数ｆの成分は最大になるが、その位相はＧ点に対
して逆相となる。このようなＳＱＵより素子（１）の出
力電圧を前置増幅器（９）で増幅した後。

乗算器αＧにおいて周波数ｆの参照信号と掛は合わし位
相検波する。

ただし２発損器αＧが発生した参照信号は、移相器（８
）において最適に位相シフトされ掛算器α０に入力され
る。乗算器Ｑ（１の出力は積分器αＤにより積分された
後、変調帰還コイル（５）を流れる帰還電流Ｉｆとして
５ＱＬＩ　ＩＤ素子（１）に負帰還され、動作点を常に
φ＝ｎφ０又はφ＝（ｎ＋ｔ／２）φ０の位置に固定す
る。

預分器αＤは積分器スイッチα５を開いた時刻から積分
全開始するため、動作点は積分器スイッチＱ９を開いた
時刻において最も近い極大又は極小の位置に内定（磁束
ロツクノされる。磁束ロック後は積分器スイッチα５全
開い友時刻における検知磁束を出力零の原点とし、そこ
からの検知磁束の相対的な変化量Δφに比例した電圧ｙ
　ｏｕｔを出力する。

検知磁束の変化量Δφと出力を圧ｙ　ｏｕｔとの関係は
。

となる。ただし、　Ｍｆは変調帰還コイル（５）と超電
導リング（２）との相互インダクタンス、Ｒｆは帰還抵
抗α２の値である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超電導磁力計は上記のようにベクトル磁気センサ
であるＳＱＵより素子全１個しか備えていないこと、又
、ｍ東口ツク時における８ＱＵより素子の検知磁束を知
ることが出来ないことから、被測定磁界の強度（絶対値
）や入射角度を検出することが出来ないという問題点か
あっｆｃ。

この発明は上記のような問題点全鱗消するためになされ
たもので、被測定磁界の強度と入射角度とを高精度に検
出することの出来る超電導磁力計を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超電導磁力計は、ベクトル磁気センサで
ある５ＱＵＩＤ素子を互いに所定の角度をなす３＋面上
に配置し、各ＳＱ、ＵＩＤ素子を駆動する駆動回路に接
続した初期値算出回路と直交成分算出回路、さらに、直
交成分算出回路に接続した磁界強度算出回路と磁界入射
角算出回路とを備えたものである。

〔作用〕

この発明に係る超電導磁力計は、互いに所定の角度を成
す３平面上に配置されたＳＱＵより素子が被測定磁界の
異なる３成分を検出し、磁束ロック時刻からの検知磁束
の相対的な変化量に比例し比信号を各駆動回路から出力
する。この出力をもとに初期値算出回路が磁束ロック時
刻における被測定磁界の非直交座標系での３成分を算出
する。この３成分は磁束ロック時刻における各ＳＱ、Ｕ
より素子の検知磁束に比例するものである。次にこの算
出値と各駆動回路の出力をもとに、＠変成分算出回路が
被測定磁界の直交座標系における３成分を算出する。さ
らにこの算出値を用いて磁界強度算出回路か被測定磁界
の強度を算出し、又、その強度と直交座標系における各
成分をもとに磁界入射角算出回路が被測定磁界の入射角
を算出する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例である超電導磁力計を示すブロ
ック図である。αη、住δ、ｒ１９はセンサブロック（
支）の互いに所定の角度をなす３平面上のそれぞれに配
置した５ＱＵＩＤ索子であり、−例として所定の角度が
９０度の場合を示している。

５ＱＵＩＤ索子αη、αＳ、Ｕ９はいずれも従来の実施
例で説明し７ｔｊ　Ｓ　ＱＵより素子ｆｉｌと同じもの
である。ＱＵの、ａ！３１はそれぞれＳＱ、Ｕより素子
α力、ａ砂、０９を駆動し、所望の出力を得る駆動回路
であり、−例として従来の実施例で説明した駆動回路（
６）と同じものである。αｅは発振器であり、従来のも
のと同じものであるが、ここでは一つの発振器で３個の
８Ｑｔ］ＩＤ素子αｎ、　（１８，ａ９を駆動する場合
を示している。Ｃ！４１は初期値算出回路、四は直交成
分算出回路。

■は磁界強度算出回路、＠は磁界入射角算出回路である
。次に第１図中に記載した各信号について説明する。Δ
Ｕ、ΔＶ、ΔＷはそれぞれ駆動回路ａｌｌ。

（ハ）、Ｃ２３の出力ｒ　　ｕＯ＋　ｖＯ＊　ＷＯは初
期値算出回路（２）によす算出し次磁束ロック時刻ｔｏ
における被測定磁界の非直交座標系での３成分である。

ｕ□　。

ｖＯ＊　”Ｏは時刻１（、におけるＳＱＵより素子αη
、Ｕ。

α９の検知磁束に比例するものである。ΔｕｌＩＩ、Δ
ｖ（Ｂ。

ΔＷｒｎはｕ□　、　Ｖ□　、　Ｗ□算出後の任意の時
刻ｔｍにおける駆動回路ａｌｌ、　ｃｐ、　ａの出力＊
　ｘｍ　＋　７ｍ　、ｚｍは直交成分算出回路［有］に
より算出した時刻ｔｍにおける被測定磁界の直交座標系
における３成分、　ＨＥは被測定磁界の強度（絶対値）
、θ１．θ２は被測定磁界の入射角度である。

以下の説明ではｕｖｗ非直交座標系とｘｙｚ直交座標系
とを導入する。上記２つの座標系の関係を第２図のよう
に定め、Ｕ軸とＶ軸、Ｖ軸とＷ軸。

Ｗ軸とＵ軸とのなす角度をそれぞれ（９０＋α〕ｃＬｅ
ｇｒｅｅ　　　（９０＋β）　ｄｅｇｒｅｅ　　（９０
＋　１　）　ｄｅｇｒｅｅとする。第２図においてｚ軸
とＷ軸とを一致させているが、−膜性は失なわれない。

第３囚は５ＱＩＪＩＤ素子αη、　Ｉｌｌ、　７１９と
ｕｖｗ非直交座標系との関係’ｋｌ／示したものであジ
、ｕ、ｖ、ｗ＠はそれぞれ５ＱＵＩＤ索子αη、　ｕ８
１．　［１９の感度軸方向、すなわち、超電導リングを
含む平面の法線方向に一致する。

次にこの発明による超電導磁力計の動作について説明す
る。

５ＱＵＩＤ素子αη、αＢ、ａ９を例えば液体ヘリクム
に浸すなどして冷却し、超電導に転移させる。次に駆動
回路ｃ１））、　ｒｉｂ、　ｃ！３から５Ｑｏｘｎ素子
４ｎ、ｎｓ。

（１９のそれぞれにバイアス電流を流す。次に発撮器α
ＧからＳＱ、Ｕより素子α、７１．　（１８，（１９に
変調信号イを。

又、駆動回路ｃ！１）．　Ｊ　＠へ参照信号口を加え、
駆動回路なり、の、■内の３つの積分器スイッチを同時
に開き、８ＱＵより素子αｎ、α秒、α９を同時に磁束
ロックする。その後の駆動回路α７１．α秒、α９の動
作は従来の場合と同じである。

以後、上記超電導磁力計が例えば航空機等の移動物体に
搭載されている場合を考え、地磁気を被測定磁界とみな
す。航空機の姿勢変化にともない地磁気の入射角度は変
化し、駆動回路２１＋、　Ｃ２Ｘ５．のの出力ΔＵ、Δ
Ｖ、ΔＷも時々刻々と変化する。

ここで駆動回路−，ｃｏ、　１２３内の３個の秋分器ス
イッチが同時に開かれて磁束ロックした時刻ｔ−ｔ。

とし２時刻ｔｏにおける地磁気のｕｖｗ非直交座標系で
の成分表示を（ｕｏ　＊　Ｔｏ　、　Ｗｏ　）とする。

次に時刻ｔＨまでに地磁気の入射角が変化したとする。

時刻ｔＨにおける地磁気のＸ７２直交座標系での成分表
示ｔ（Ｘｎ　、７ｎ、Ｚｎ　）、　　ｕｖｗ非直交座標
系での成分表示を（ｕＨ、ＶＨ，ＷＨ）、駆動回路（２
ｉｄ、　Ｅ、　ｏの出力を（ΔｕＨ、Δｖｎ、ΔＷＱ　
）とすると、これらの間には次のような関係がある。

ここでａ１）〜ａ３３はｕｖｗ非直交座標系からＸ７２
直交座標系への座標変換行列の要素であシ。

ａｌｔ　＝　ｔ／ｃｏｓｒａ１２＝０ａｌ　５　”　５ｌｆｌ　ｒ　／ｃＯＳ　７”ａ２ｔ　
＝　（、ｓｉｎα＋ｓｉｎβ５ｉｎｒ　）　／　（Ｓ　
＠Ｃ０５ｉ　）ａ２２＝ｃＯｓγ／５ａ２３　”　（ｓｉｎβ＋ｓｉｎγｓｉｎα）／（Ｓ１
）ｃＯ５ｒ）ａ３１　＝　Ｑａ３２　＝　０ａ５５　＝　１である。ただし。

Ｓ　＝　　１−５ｉｎ２α−ｓ　ｉｎ　２β−５ｉｎ２
γ−２ｓｉｎαｓｉｎβ５ｉｎｒとする。

一般にある時刻ｔｎ　、ｔｎ＋１　、ｔｎ＋２１・川・
・、ｔｎ＋□の間、地磁気の磁界強度ＨＥが一定であれ
ば、直交座標系において各成分の２乗和は常に一定であ
シ。

１（ｘ２＝＝　Ｘ２ｎ＋　７２Ｈ＋　ｚ２ｎ”　ｘ２ｎ
＋１　＋　ｙ２ｎ−Ｈ＋　Ｚ２ｎ＋１”　Ｘ２ｎ十ｍ　
＋　７２ｎ−１−ｍ　＋　Ｚ２ｎ−４−ｍ　　□■が成
立する。

そこで時刻ｔｎ　ｐ　ｔｎ＋１　、ｔｎ＋２　における
駆動回路２１）、　ＣＦ２．　ｗの出力（Δｕｆｉ　、
Δｖｎ　＋ΔＷｎ）　。

（Δｕｎ＋１　　、Δｖｎ＋１　−Δ”ｎ＋１）　　＊
　（Δｕｎ＋２Ｉ　ΔＶｎ＋２゜Δｗｎ＋２　）を初期
値算出回路＠に記憶しておき、それらの値と式■、■の
関係から初期値算出回路＠において方程式を解いてｕ□
、Ｖ○＋　”ｏ　Ｏ値を算出する。

一例として、α＝β＝γ＝０．すなわち、ＢＱＴＩＩＤ
素子αη、ａＳ、α９が完全に直交３軸に配置されてい
る場合には式■、■による方程式はＣｕｏ＋Δｕｎ）２
＋（ｖｏ＋Δｖｎ）２＋（Ｗｏ＋ΔＷｎ）２＝（ｕｏ＋
Δｕｎ＋１）２＋（ｖＯ＋Δｖｎ＋１）２＋（ｗＯ＋Δ
”ｎ＋１）２”　　（ｕｏ十Δｕ！’１＋２）２＋（ｖ
ｏ十ΔＶｎ＋２）２−１−　（ｗ□＋Δ”ｎ＋２）　２
■となる。ｕ□　、　Ｖ□　、　Ｗ□の値金求めるに１
ｌｔ（ΔＵ。

ΔＶ、Δｗ）の実測値は少なくとも３組以上必要である
。

以上が初期値算出回路＠の動作であり２次に直交成分算
出回路（ハ）の動作について説明する。

一般に磁界の入射角度は、直交座標系のある一軸を起点
として、他の２軸を中心とした座標系の回転角度θ１　
（エレベーション）と０２（アジマスノとにょジ表現出
来る。第４図は一例として２軸を起点として座標系の回
転角度θ１．θ２を定義する図であジ、θ１はｘ４１）
を中心とした回転角度。

ｖ２　は７４ｍｋ中心とし次回転角度である　ここで−
ｇＯａｅｇｒｅｓ≦θ１≦＋９０ｄｅｇｒｅｅ、　Ｑｄ
ｅｇｒｅｅ≦０２　＃　３６０ｄθｇｒｅｅ　　として
も地磁気の入射角の全てを網羅しており一般性は失なわ
れない。

時刻ｔｍにおいて地磁気が上記のような磁界入射角０１
．θ２で入射しているものとする。地磁気の直交座椋系
での成分表示’ｋ（ｘｍ、７＋ｍ、Ｚｍ　）。

この時の駆動回路Ｃｌ１ｌ、　ｃｌ′Ｘ５．■の出力を
（ΔＵの。

４７ｍ　＊ΔＷｍ　）とすると次の関係が成立する。

前述のようにａ１２”ａＳ１　＝＝ａ３２＝Ｑ　、　ａ
３３＝１であるから、■式はＸｍ　＝　　Ｈｇ、ＣＯＳθ１　Ｓｌｎθ２＝ａ１）（
ｕＯ十Δｕ［＋］ノ＋ａ１３　（Ｗｏ＋ΔＷｍ）■ ｙｍ　＝　−−ＨＥｓ１）１）θ１　　＝　ａ２１　（
ｕＯ＋Δｕｍ）＋ａ２２（Ｖｏ＋ΔＶｒｎ）＋ａ２６（
Ｗｏ＋ΔＷｍ）　　　　　　　　　　■Ｚｍ＝　）（Ｂ
ＣＯ！１θＩ　ＣＯ３θ２　＝　Ｗ□＋ΔＷｍ　　　　
　　　ｅ）となる。

そこで、初期値算出回路＠で算出したｕ□　、　Ｖｏ。

ＷＯＯ値と駆動回路Ｃ！υ、ｅａ、？！３の出力Δ”ｍ
　＋４７ｍ　＋ΔＷｍとを用いて、直交成分算出回路（
２）において。

■、■、［相］式に従ってＸａｌ、７ｍ　、　Ｚｍの値
を算出する０次にＸｍ、３’ｍ、Ｚｍの算出値をもとに
磁界強度算出回路（１）において０式に従い、地磁気の
磁界強度ＨＥを算出する。

Ｈ，＝　、／”；四Ｔフ丁＝孔　　　　０一方、０式よ
り０１＝　ｓｉ「’　［ｙｍ／Ｉ（ｇＪ０式よ〕。

θ２＝５１「１［ｘｒｎ／ＨＥｃｏＳθ１］＝ｓｊｎ−
１［ｘｍ／　ＨＢｃｏｓ（３ｉｎ”　ｔ　ｙｒＪＨｙ、
月］−０［相］式より。

θ２　＝＝ｃｏｓ　＋　［Ｚｌｌ　／　ＨＥＣＯ５Ｉ／
　１　］＝Ｃ０Ｓ’　［ｚｍ／　ＨＢＣＯ５（ｓｉｎ　
’　（７１’ＨＫ月］−■■関係があるから、算出した
Ｘｍ　、　７ｍ　＊　ＺｍとＨＢＯ値を用いて磁界入射
角算出回路節において◎。

◎、Ｏ式からθ１．θ２の値を算出する。θ２の値は０
．＠の２つの式から求めることが出来るため一般に複数
の値が解の候補となるが、◎、Ｏ式両方を同時に満足す
るθ２の値ｆｉｒ：解とする。

なお、　５ＱＩＪＩＤ素子αη、　ｆｉｌｌｌ、　１９
はセンサブロック＠上の３平面上に直接形成してもよい
し、あるいは又、　　５Ｑｔｌより素子αη、錦、α９
をそれぞれ別の平面基板上に形成し、それぞれの基板を
センサブロック偶の３平面上に固着してもよい。又、駆
動回路２１）．　Ｊ　＠は従来の駆動回路（６）と同等
の機能を有するものであれば他のものでもよく９例えば
駆動回路の出力をＡ／Ｄ変換し比後、ディジタル信号と
して初期値算出回路＠や直交成分算出回路四へ伝送すれ
ば、伝送中における電磁誘導ノイズの影響を受けにくく
なる利点がある。さらに、上記説明ではＳＱ、ｔｌＩＤ
索子αｎ、αｇ、＋１９は、超電導り／グ中に２つのジ
ョセフソン素子を含み直流バイアス電流金泥して駆動す
るＤＣ−８ＱＵ４Ｄであるとして説明を行ったが、超電
導リング中に１つのジョセフソン素子を含み、交流電流
で駆動するＲＦＳＱＵＩＤ’ｉ用いる場合にも出力官号
を上記説明と同様に処理すればＩＨＢ；、θ１．θ２金
検出することが出来る。

なお、上記実施例において、初期値算出回路Ｑ４１が式
■、Φ）の関係からｕＯ＋　ｖＯ＋　”ＯＯ値を算出す
るにはΔＵ、ΔＶ、ΔＷＫ開する測定データが３組以上
必要であり、各データの測定においては地磁気の磁界強
度Ｈ１が一定であることが必要であった。

これに反し２通常の実験室では数百γ（ガノマクの５０
　Ｈ２あるいは６０　Ｈｚの商用電源周波数の雑音が存
在し、又、航空機搭載時には４００　Ｈｚの電源雑音が
存在し、これらが地磁気に重畳している。このため、初
期値算出回路＠が採取した各測定データにおいてＨＥＯ
値にばらつきが生じ、ＶＱ。

ｕ□、Ｗｏ　　Ｏ％出値に誤差が生じる。そこで第５図
に示すように駆動回路Ｑυ、）、（ハ）と初期値算出回
路＠との間のそれぞれにローパスフィルタ■、■Ｃ＋＋
１を備え、電源雑音等の交流磁気雑音を除去すればｕｏ
、ｖｏ、Ｗｏの算出積上が向上し、磁界強度ＨＥ磁界入
射角θ１．θ２を精度良く算出することが出来る。この
ローパスフィルタはアナログフィルタでもよいし、ある
いは又、駆動回路Ｃ１）ｌ、■、■と初期値算出回路＠
との間全ディジタル信号で伝送する場合にはテイジタル
フィルタでもよい。

又、さらに、初期値算出回路＠において式■。

■の関係からｕ□　、　ｖ□　、　ｗ□Ｏ値を求める友
めにはΔＵ、ΔＶ、ΔＷに関する３組の測定データにお
いて地磁気の入射角がそれぞれ異なることが必要である
。例えば３組の測定データにおいて地磁気の入射角が一
定であるとすると。

となジ、■、■式の関係からｕ□　、　ＶＯ、Ｗ□の値
を求めることは出来ない　又、地磁気の入射角度の変化
が微小である場合にもｕｏ、ｖｏ、ＷＯの算出値に誤差
が生じる。そこでＢＱＴＪＸＤ素子αｎ、ｔｉＢ、α９
を例えは−１０ａｅｇｒｅθ　程度回転させる非磁性の
回転機構を設け、　　（ｕｏ　、”７ｏ　、Ｗｏ　）算
出のもとになる３組のデータの測定時に地磁気の入射角
度がそれぞれの組において異なるように回転すれば。

ｕＯ＋ｖＯ＋”Ｏの値を精度よく算出することができ磁
界強度ＨＫ　ｐ磁界入射角度θ１　θ２を正確に求める
ことが出来る。第６図はセンサブロック員。

ＢＱＵより素子αＤ、α♂、１９’ｉ収納するデユワ−
６υとセンサブロック■をデユワ−Ｇｌｌに固定するセ
ンサブロック支持機構（至）を設け、デユワ−Ｇｌｌに
非磁性回転機構（至）を備えた場合の一実施例の構成を
示すブロック図である。

又、さらに　ＥＩＱＵＩＤ素子のそれぞれに磁気的に結
合した入力コイルと、入力コイルと超電導閉ループを構
成する検出コイルとを備えて被測定磁界全検出してもよ
い。

第７図において例はＳＱＵより素子、Ｑは５ＱＵＩ：Ｄ
素子倶の超電導リング（２）と磁気的に結合した入力コ
イル、ｃ８は上記入力コイル時と一つの超電導閉ループ
を構成する検出コイルである　この場合上記超電導閉ル
ープにおける磁束の量子化条件によ九ＨＥ”ＡＰ＠８ｉｎ（δ２〕−■ｔ　（Ｌｉ　十Ｌｐ　
）＝　ｎφ　　＠が成立する。［相］式において。

）］、ＨＥ：　被測定磁界（地磁気〕の強度Ａｐ：　　
検出コイル圓のループ面積 δ２：　検出コイル（３）のループ面Ｐ２と被測定磁界
とがなす角度Ｉｔ：　　入力コイル缶と検出コイル（支）が構成する
超電導閉ループ内を流れるしやへい電流Ｌ１：　　入力
コイル（至）の自己インダクタンスＬｐ：　　検出コイ
ル国の自己インダクタンスであり、角度δ２は第８図の
ように定めるものとする。ただし０式は、検出コイル（
至）のループ面積Ａｐが超電導リング（２）のループ面
積ＡＳと比較して十分大きく、超電導リング（２）や入
力コイル（至）に鎖交する磁束が検出コイル圓に鎖交す
る磁束に比べて無視出来る程小さい時に成立する。［相
］式より。

超電導リング（２）に伝達される磁束φ８は、入力コイ
ルａと超電導リング（２）との相互インダクタンスをＭ
ｌ　とすると。

φＢ＝Ｍｉ　・工１．＝　　　　　　　　Ａｐ＠ＨＢ１
）ｓｉｎＬδ２ノＬｉ　十ＬｐＭｌ −ｎφＯ。

Ｌｉ　＋Ｌｐとなる。０式と０式とによシ。

Ａｐ　＞　Ａｓ　　　　　　　　　　　　［相］Ｌ１　
＋Ｌｐとなるようにすれば、超電導リング（２）のみを用いて
検出する場合に比べて１（Ｅやδ２の変化をよ）感度よ
く検出することが出来、磁界強度ＨＦｉ　ｒ磁界入射角
θ１．θ２をよジ精度よく検出することが出来る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、高感度なベクトル磁
気センサである５ＱＵＩＤ素子を互いに所定の角度をな
す３平面上に配置し、各５ＱＵＩＤ素子を駆動する駆動
回路に接続し友初期値算出回路と直交成分算出回路、さ
らに、直交成分算出回路と接続した磁界強度算出回路と
磁界入射角算出回路と全備えたため、被測定磁界の強度
と入射角度とを同時に高精度に検出することの出来る超
電導磁力計が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である超電導磁力計の構成
を示すブロック図、′第２囚はＸ７Ｚ直交座標系とｕｖ
ｗ非直交座標系との関係を示す因。第３図はｕｖｗ非直交座標系とＢＱＵ　より素子との位
置関係を示す囚、第４図はＸ７２直交座標系のＸ軸を中
心とした座標回転角度θ１とｙ軸を中心とした座標回転
角度θ２の定義を示す図、第５図はこの発明の他の発明
である超電導磁力計の構成の一実施例を示すブロック図
、第６因はこの発明の他の発明である超電導磁力計の一
実施例を示すブロック図、第７因はこの発明、あるいは
この発明の他の発明である超電導磁力計に用いるＳＱ、
ＵＩＤ素子の他の実施例を示す構成図、第８図は角度δ
２を定義する図、第９図は従来の８Ｑ、ＵＩＤ磁力計の
一実施例を示すブロック図１、第１０図は角度δ１を定
義する図、第１）図はＳＱＵより素子の特性図である。図において、αＧは発去器、ａｎ、αＳ、１９は５ｑＵ
ＩＤ素子、１２Ｑはセンサブロック、Ｃ１υ、■、ノは
駆動回路、＠は初期値算出回路、＠は直交成分算出回路
、（至）は磁界強度算出回路、＠は磁界入射角算出回路
、（２）、■、■はローパスフィルタ、Ｇυはデユワ−
２■はセンサブロック支持機構、＠は非磁性回転機構、
軸はＳＱＵより索子、（至）は入力コイル。 ■は検出コイルである。なお図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）センサブロックの互いに所定の角度をなす３平面
上のそれぞれに配置した超電導量子干渉素子、上記超電
導量子干渉素子を駆動する駆動回路、上記超電導量子干
渉素子へ変調信号を、また上記駆動回路へ参照信号を発
振する発振器、上記駆動回路と接続し上記駆動回路の出
力を受けて、被測定磁界の非直交座標系における３成分
を算出する初期値算出回路、上記駆動回路と上記初期値
算出回路とに接続し両者の出力を受けて、被測定磁界の
直交座標系における３成分を算出する直交成分算出回路
、上記直交成分算出回路に接続し上記直交成分算出回路
の出力を受け、被測定磁界の強度を算出する磁界強度算
出回路、上記磁界強度算出回路と上記直交成分算出回路
に接続し両者の出力を受けて被測定磁界の入射角を算出
する磁界入射角算出回路とを具備したことを特徴とする
超電導磁力計。
（２）上記センサブロックと上記超電導量子干渉素子を
収納するデユワーと、上記センサブロックをデユワーに
固定するセンサブロック支持機構を設け、上記デユワー
に非磁性回転機構を備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第（１）項記載の超電導磁力計。
（３）上記超電導量子干渉素子に磁気的に結合した入力
コイルと、上記入力コイルと超電導閉ループを構成する
検出コイルとを備えたことを特徴とする特許請求の範囲
第（１）項および第（２）項いずれか記載の超電導磁力
計。