JPH04120401A - 酸化物高温超電導変位センサー - Google Patents

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】 １゜ 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体窒素温度（７７Ｋ）で完全反磁性が得られ
る酸化物高温超電導体のコアを用い、このコアをコイル
内に挿入することにより、極めて微小な変位の計測を可
能にし、高感度で、直線性、安定性に優れた酸化物高温
超電導変位センサーに関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

超電導材料は臨界温度Ｔｃ以下の温度で電気抵抗がゼロ
になるばかりでなく、下部臨界磁場Ｈｃ１以下では超電
導体内部の磁束がすべて排除される完全反磁性（完全マ
イスナー効果）を示す材料である。

従来の変位センサーとしては、コイル内に挿入されるコ
アとして磁性体を用いたものが知られている。この場合
、磁性体コアをコイル内に挿入すると、コイルのインダ
クタンスは増加し、コイルに流す励磁電源の周波数と感
度Ｓ（変位長さと検出電圧の比、ｍ　Ｖ　／　ｍ　ｍ　
）との間には直線性がなく、特に高周波数領域（１００
ｋＨ２以上）においては応答性が劣イしし、感度Ｓを改
善することはできなかった。

最近の超電導セラミックスの臨界温度の向上に関する発
展は著しいものがあり、９０に程度の温度で超電導性（
完全反磁性）を示す酸化物セラミックスとして、Ｙ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０系酸化物に加えて、８０〜ｌｌ０ＫのＴｃ
を示す酸化物としてＢ　ｉ−８ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、
１００〜１２５にのＴｃを示す酸化物としてＴＱ−Ｂａ
−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電導セラミツクスが相次いで発見
されている。

本発明はこれら液体窒素温度（７７Ｋ）で完全反磁性を
示す酸化物高温超電導体のコアを用い、高感度で直線性
に優れ、安定性に優れた変位センサーを提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明はコ
イルと、このコイル内に挿入されたコアとを有し、コイ
ルのインダクタンスを変化させ、コアの位置変化を電圧
またはインピーダンス変化として検出する変位センサー
において、コアが酸化物高温超電導体で構成され、この
超電導体コアの完全反磁性の性質を利用した酸化物高温
超電導変位センサーにより、前記問題点を解決したもの
である。

本発明において、互いに逆向きに巻いた二つのコイルを
直線的に連結したコイルを用い、超電導コアの変位の方
向、すなわち＋または−を検出するようにした酸化物高
温超電導変位センサーとしてもよい。

また、本発明において、酸化物高温超電導体のコアは、
バルク材または基体上に厚膜を形成したものとしてもよ
い。

このように本発明ではコアとして酸化物高温超電導体を
用いているため、励磁電源の周波数ｆと感度Ｓは極めて
良い直線性（ｆ−５特性）を示し、高周波領域で使用で
き、変位長さｄ当りの検出電圧Ｖ　（Ｖ−ｄ特性）が大
きくなり、従って極めて高感度となる。

第１図は本発明に係る変位センサーの一実施例を示す。

この第１図において、変位センサーはインダクタンスを
変化させ得るコイル４内に超電導コイル３を挿入してな
り、コイル４の変位を計測するスケール１が設けられて
いる。なお、２は酸化物高温超電導コア３のホルダーで
ある。

第２図は本発明の他の実施例を示し、この例では、変位
センサーは互いに逆向きに巻いた二つのコイルを直線的
に連結したコイル４′を用い、超電導コア３の変位の方
向を検出し得るようにしたものである。

これらの変位センサーにおいて、液体窒素温度以下に冷
却した超電導コアをコイル内に挿入すると、コイルのイ
ンダクタンスは減少するように作用し、コイルを変位さ
せるとコイルのインダクタンスは直線的に変化する。第
１図の実施例ではこの変位の大きさをスケールで計測し
、また、第２図に示した実施例では変位の向きを＋また
は−として計測する。

本発明において使用する酸化物高温超電導コアは、例え
ば直径１０ｍｍ、長さ２０〜５０ｍｍのバルク材、また
は金属製あるいはセラミックス環の円筒の外周または内
周に超電導厚膜を形成したものとする。

コイルの大きさは適宜選択できるが、例えば直径５〜２
０ｍｍ、長さ１０〜２００ｍｍ、巻き数１００〜５００
０ターンであり、コイルのインダクタンスは１〜５０ｍ
Ｈとすることができる。

このような本発明の変位センサーによれば、微小振動計
、速度計、厚み計、液面計、粗さ計、圧力計、流量計、
重量計、トルク計、応カ計等の精密計測が可能となる。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、以下に示すような効果を
得ることができる。

（ａ）完全反磁性を利用するため、高感度の変位センサ
ーを得ることができる。

（ｂ）Ｖ−ｄ特性およびｆ−Ｓ特性は直線性がよい。

（ｃ）出力電圧は長時間安定である。

（ｄ）超電導コアとして各種の基板を用いた超電導厚膜
を用いることができる。

（ｅ）多数回の熱サイクル（７７Ｋ　〜３００Ｋ）を加
えても特性に変化がない。

以下に実施例を示す。

実施例１ 第１図に示されるように、内径１２ｍｍ、外形１５ｍｍ
、長さ２７ｍｍ、巻き数１８００ターンのコイル（イン
ダクタンスは１５．６ｍＨ）を用い、超電導コアとして
直径９ｍｍ、長さ２３ｍｍのＹ系酸化物超電導ロッドを
コイルの中に挿入し、ロックインアンプでコイルのイン
ダクタンス変化を測定した。このＹ系の超電導特性はＴ
ｃが９０Ｋ、臨界電流密度Ｊｃが２００Ａ／ｃｍ”であ
った。この時の励磁電源の周波数ｆ−感度Ｓ（ｍＶ／ｍ
ｍ）を第３図に示す。

この第３図より、１００　ｋ　Ｈｚの高周波数まで直線
関係が示された。また、第４図には、励磁電源の周波数
ｆをパラメータにしたＶ−ｄ　（電圧変化−変位）特性
を示した。この図から明らかなように、Ｖ−ｄ特性は極
めて良い直線性を示し、高周波領域（１００ｋＨｚ）で
は変位量に対する電圧変化が大きく、高感度の変位を測
定できた。出力電圧の時間変化を測定した結果。

出力電圧４０時間以上、完全に一定であった。

実施例２ 第２図に示されるように、実施例１に用いたと同一のコ
イル二つを逆巻きに直線的に接続したピックアップコイ
ルを用い、ロックインアンプで電圧を測定した。第５図
は超電導コアとしてＹ系厚膜（外径９ｍｍ、内径５ｍｍ
のＣｕ基基円上上厚さ５０μｍの膜を形成したもので、
Ｔｃ＝９０に、Ｊ　ｃ＝５０Ａ／ａｍ”）を用いた時の
Ｖ−ｄ特性である。また、第６図は超電導コアとして実
施例１と同一のＹ系バルク試料を用いた時のＶ−ｄ特性
である、 この結果、電圧ゼロを境にしてプラス方向とマイナス方
向の変位が示され、これにより変位方向も検出できるも
のであった。

比較例 実施例１において、超電導コアの代わりに軟鉄コアを用
いた場合、ｆ−５特性は第３図の破線で示されるように
、曲線的であり、ＬｏｏｋＨｚの高周波領域では感度が
悪くなることを示した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る変位センサーの各態
様を示す概略説明図である。 第３図は実施例１における周波数と感度との関係図であ
る。 第４図は実施例１における変位と出力電圧との関係図で
ある。 第５図および第６図は実施例２におけるＶ−ｄ特性図で
あり、第５図は超電導コアとして厚膜を、第６図は超電
導コアとしてバルク材を使用した場合をそれぞれ示す。 ■・・・スケール　　　　　２・・・ホルダー３・・・
超電導コア　　　　４・・・コイル惰１図 第３図 第４図 変イＵ　ｄ　（ｍｕ） 第５図 変イＩＩ　（ｒｒｔｒａ） 第６図 変イＥＩ（Ｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コイルと、このコイル内に挿入されたコアとを有し
   、コイルのインダクタンスを変化させ、コアの位置変化
   を電圧またはインピーダンス変化として検出する変位セ
   ンサーにおいて、コアが酸化物高温超電導体で構成され
   、この超電導体コアの完全反磁性の性質を利用した酸化
   物高温超電導変位センサー。 ２、コイルが互いに逆向きに巻いた二つのコイルを直線
   的に連結したものからなり、超電導コアの変位の方向を
   検出する請求項１記載の酸化物高温超電導変位センサー
   。 ３、酸化物高温超電導体のコアが、バルク材または基体
   上に厚膜を形成したものである請求項１または２記載の
   酸化物高温超電導変位センサー。