JPH04164270A - Magnetic shield measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は超電導体を含む磁気シールド体、およびこれ
を使用した磁気シールド測定方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a magnetic shield containing a superconductor and a magnetic shield measurement method using the same.
［従来の技術］
数テラス以上の強磁場下で温度、歪、圧力等の状態量を
精密に計測する場合や制御を行う場合を目的としてセン
サーを使用する場合、外部磁場によるセンサーの応答誤
差の対策としては、外部磁場の極力小さな空間にセンサ
ーを配置したり、Ｅｎ場による応答誤差の少ないセンサ
ーを使用したりしている。[Prior art] When using a sensor for the purpose of precisely measuring or controlling state variables such as temperature, strain, and pressure under a strong magnetic field of several terraces or more, it is important to avoid response errors of the sensor due to external magnetic fields. Countermeasures include placing the sensor in a space where the external magnetic field is as small as possible, and using a sensor with less response error caused by the En field.
また、電気信号の変換または電圧信号増幅を行う各種の
デバイスは、ノイズ対策の一環として導電率の大きな金
属で遮蔽しているものが多い。Furthermore, many of the various devices that convert electrical signals or amplify voltage signals are shielded with metals having high conductivity as part of noise countermeasures.
［発明が解決しようとする課題］
ところで、前述した前者における問題点は、各種センサ
ーの応答誤差の対策としては、外部磁界が大きくなれば
なる程手間を要してしまう。また、後者における問題点
は、導電率が有限であるため、完全に６７主場を遮蔽す
ることが不可能となる点である。[Problems to be Solved by the Invention] Incidentally, the above-mentioned problem with the former is that the larger the external magnetic field becomes, the more time and effort is required to take measures against response errors of various sensors. Moreover, the problem with the latter is that since the conductivity is finite, it is impossible to completely shield the 67 main field.
この発明は、このような点に鑑みてなされたもので、極
低温下の強磁場および変動磁場中にて使用する各種の機
能素子に対して、磁場がもたらす機能低下の影響を防止
することができる新規な超電導磁気シールド体を提供す
ることを目的とする。また、この超電導６Ｒ気シ一ルド
体を使用した新規な６Ｒ気シールド測定方法を提供する
ことを目的とする。This invention was made in view of these points, and it is possible to prevent the effects of functional deterioration caused by magnetic fields on various functional elements used in strong magnetic fields and fluctuating magnetic fields at extremely low temperatures. The purpose is to provide a novel superconducting magnetic shield body that can Another object of the present invention is to provide a novel 6R air shield measurement method using this superconducting 6R air shield body.
［課題を解決するための手段１
この発明は、１個または複数のコイルに電流を通電する
ことによって発生した磁場中で、かつ、液体窒素温度以
下の環境において使用される温度、歪、圧力、輝度、振
動および地場の計測を行う各種センサー、上記温度、歪
、圧力、輝度、振動および磁場に対応する状態量を制御
することを目的とする各種センザー、極低温下で使用す
る電圧信号増幅器デバイスおよび電気信号変換デバイス
、あるいは極低温下で使用する温度制御用ヒーターの各
種素子を、永久電流モードの電流を流すことが可能な超
電導体を含む円筒状のリング導体の内側に挿入して使用
される超電導１ｉｆｔ気シ一ルド体およびこの超電導６
ｎ気シ一ルド体を使用した１ｉｆｌ気シールド測定方法
である。[Means for Solving the Problems 1] The present invention provides a magnetic field that is generated by passing a current through one or more coils, and is used in an environment below the temperature of liquid nitrogen, such as temperature, strain, pressure, Various sensors that measure brightness, vibration, and local conditions, various sensors that aim to control the state quantities corresponding to the above temperature, strain, pressure, brightness, vibration, and magnetic fields, and voltage signal amplifier devices used at extremely low temperatures. and electrical signal conversion devices, or various elements of temperature control heaters used at cryogenic temperatures, are used by inserting them inside a cylindrical ring conductor containing a superconductor that can flow a persistent current mode current. superconducting 1ift air shield body and this superconducting 6
This is a 1ifl air shield measurement method using an n air shield body.
［作 用］
極低温下で使用する各種機能素子に超電導体を含む円筒
状のリングを用いて電磁遮蔽を付加したことにより、外
部磁界に対する各種機能素子の機能低下を防止させるこ
とが可能となる。[Function] By adding electromagnetic shielding to various functional elements used at extremely low temperatures using a cylindrical ring containing a superconductor, it is possible to prevent functional deterioration of various functional elements due to external magnetic fields. .
［実 施 例］
以下、図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１
図（Ａ）、（Ｂ）は、超電導体を含む円筒状リング導体
の横断面図および側断面図である。超電導体を含む円筒
状リング導体４は、同軸３層から構成され、最外層は銀
安走化材１．中央は酸化物超電導体２および最内層の銀
安走化材３から構成される。そして、最内層３の内側の
円筒空間には各種機能素子が挿入される。上記円筒状リ
ング導体４の内径と長さは、磁気シールドされる各種機
能素子がリングの内側に納まるための大きさが必要とな
る。そして、酸化物超電導体２は永久電流モードの電流
が流れる構成となる。[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the drawings. 1st
Figures (A) and (B) are a cross-sectional view and a side cross-sectional view of a cylindrical ring conductor containing a superconductor. The cylindrical ring conductor 4 containing the superconductor is composed of three coaxial layers, the outermost layer being a silver chemotactic material 1. The center layer is composed of an oxide superconductor 2 and an innermost layer of a silver chemoattractant 3. Various functional elements are inserted into the cylindrical space inside the innermost layer 3. The inner diameter and length of the cylindrical ring conductor 4 need to be large enough to accommodate various functional elements to be magnetically shielded inside the ring. The oxide superconductor 2 has a configuration in which a persistent current mode current flows.
この円筒状リング導体４には、リング内の変動磁界を打
ち消す方向に誘導電流が流れる。従って、打消す必要の
ある磁場方向と円筒状リング導体４の長さ方向が互いに
垂直であってはならない。An induced current flows through this cylindrical ring conductor 4 in a direction that cancels out the fluctuating magnetic field within the ring. Therefore, the direction of the magnetic field that needs to be canceled and the length direction of the cylindrical ring conductor 4 must not be perpendicular to each other.
次に、この超電導体を含む円筒状リング導体４を用いた
磁気シールド測定方法を説明する。第２図は円筒状リン
グ導体４を用いて安定性のよい電圧信号増幅器を作成し
た例である。この例は、極低温媒体１１下における電圧
信号増幅器５を用いた試料６に生しる微小電圧測定シス
テムである。Next, a magnetic shield measurement method using the cylindrical ring conductor 4 including this superconductor will be explained. FIG. 2 shows an example of a highly stable voltage signal amplifier using a cylindrical ring conductor 4. This example is a system for measuring minute voltages generated in a sample 6 using a voltage signal amplifier 5 under a cryogenic medium 11.
デユワ−１２内には円筒状のコイル７が挿入され、コイ
ル励磁電源８に接続して試料６に磁界な印加する。一方
、このコイル内には、試料ホルダー１０に取付けた試料
６および超電導磁気シールドを行う円筒状リング導体４
が固定され、この円筒状リング導体４内には電圧増幅器
５が挿入され、上記試料６と接続し、電圧増幅器５は外
部の電気系測定システム９に接続して電圧を測定するよ
うに構成される。A cylindrical coil 7 is inserted into the dewar 12 and connected to a coil excitation power source 8 to apply a magnetic field to the sample 6. On the other hand, inside this coil, there is a sample 6 attached to a sample holder 10 and a cylindrical ring conductor 4 that performs superconducting magnetic shielding.
is fixed, a voltage amplifier 5 is inserted into the cylindrical ring conductor 4 and connected to the sample 6, and the voltage amplifier 5 is configured to be connected to an external electrical measurement system 9 to measure the voltage. Ru.
従って、電源８によりコイル７によって励６住した磁場
中に試料６が挿入され、試料ホルダー１０にリード線１
３によって接続した電源１４から電力負荷を試料６に印
加し、この時試料６に取付けられた電極に生じる微小な
電圧を評価することができる。電圧増幅器５は電磁シー
ルドを目的とする円筒状リング導体４で磁気的に遮蔽さ
れている。通常、電圧増幅器５の低電圧特性は、電磁波
、外部磁界、雰囲気中の温度変化によって安定性が悪く
なり、性能が低下する。このシステムにおいては円筒状
リング導体４の内側はコイル７の発生する電磁波または
磁界の影響を受けることがないので、電圧増幅器６を安
定に作動させることが可能となる。このシステムでは、
円筒状リング導体４および電圧増幅器６は、極低温下に
あることが条件となる。Therefore, the sample 6 is inserted into the magnetic field excited by the coil 7 by the power source 8, and the lead wire 1 is attached to the sample holder 10.
A power load is applied to the sample 6 from the power source 14 connected by 3, and the minute voltage generated at the electrode attached to the sample 6 at this time can be evaluated. The voltage amplifier 5 is magnetically shielded by a cylindrical ring conductor 4 for the purpose of electromagnetic shielding. Normally, the low voltage characteristics of the voltage amplifier 5 become unstable due to electromagnetic waves, external magnetic fields, and temperature changes in the atmosphere, and the performance deteriorates. In this system, the inside of the cylindrical ring conductor 4 is not affected by electromagnetic waves or magnetic fields generated by the coil 7, so that the voltage amplifier 6 can be operated stably. In this system,
The cylindrical ring conductor 4 and the voltage amplifier 6 are required to be at extremely low temperatures.
また、このシステムにおいて、試料６の電位が大きくな
る場合の問題点は、静電ノイズである。Further, in this system, a problem when the potential of the sample 6 becomes large is electrostatic noise.
これについては銅またはアルミシールド導体の有する性
能以上の電６ｎ遮蔽効果が円筒状リング導体４により得
られることになる。In this regard, the cylindrical ring conductor 4 provides a shielding effect that exceeds the performance of the copper or aluminum shield conductor.
上記第２図の例は、円筒状リング導体４の内側に電圧増
幅器５を設置したシステムの場合であるが、これは電圧
増幅器以外の機能素子として、熱電対、抵抗温度計、歪
ゲージおよび圧力センサー等であってもよい。これらの
機能素子は磁場中で使用される場合、厳密には校正値の
補正が必要となる。しかし、第２図で示すように円筒状
リング導体４の内側にこれらの各種センサーを配置すれ
ば補正作業が低減できる。The example shown in Fig. 2 above is a system in which a voltage amplifier 5 is installed inside a cylindrical ring conductor 4, but in this case, functional elements other than the voltage amplifier include a thermocouple, a resistance thermometer, a strain gauge, and a pressure gauge. It may also be a sensor or the like. Strictly speaking, when these functional elements are used in a magnetic field, correction of calibration values is required. However, if these various sensors are arranged inside the cylindrical ring conductor 4 as shown in FIG. 2, the correction work can be reduced.
一方、上記各種センサーを制御に使う場合には、磁場ス
ィーブ、変動磁場中においては、センサーの６Ｒ場特性
によって制御不能となることがある。On the other hand, when using the above-mentioned various sensors for control, control may become impossible due to the 6R field characteristics of the sensor in a magnetic field sweep or a fluctuating magnetic field.
円筒状リング導体４は、各種センサーに加わる磁場を消
却することが可能となり、制御は自由に行うことができ
る。The cylindrical ring conductor 4 can eliminate the magnetic field applied to various sensors, and can be freely controlled.
また、機能素子としてはヒーターを使用して温度を制御
する場合がある。極低温下で温度コントロールを行うに
はヒーターを使用する。しかし、このヒーターの抵抗は
磁場依存性があり、精密な温度コントロールを変動磁場
中で行うことは難しい。ところが、ヒーターを円筒状リ
ング導体４て取り囲むことにより、この問題は低減する
ことが可能となる。Further, as a functional element, a heater may be used to control the temperature. Heaters are used to control temperature at extremely low temperatures. However, the resistance of this heater is magnetic field dependent, making it difficult to precisely control the temperature in a fluctuating magnetic field. However, by surrounding the heater with the cylindrical ring conductor 4, this problem can be reduced.
また、機能素子としてホール素子を使う場合がある。精
度の高い磁場計測を行うとき、磁場補正を必要とする場
合がある。このような場合、円筒状リング導体の内側に
ホール素子を挿入して計測するようにすると、この中は
常に磁場を零とすることができ、零磁場補正空間として
使用できる。Further, a Hall element may be used as a functional element. When performing highly accurate magnetic field measurements, magnetic field correction may be required. In such a case, if a Hall element is inserted inside the cylindrical ring conductor for measurement, the magnetic field can always be set to zero inside the cylindrical ring conductor, and it can be used as a zero magnetic field correction space.
［発明の効果］
以上説明したとおり、この発明の６Ｒ気シールド測定方
法によれば、例えば微小電圧信号の増幅器を円筒状リン
グ導体に挿入して測定する場合、磁場が非常に大きい場
合や磁場の時間変化が大きい場合の磁場中の試料の微小
電圧を超電導磁気シールド体によって電圧増幅器の安定
性および再現性が向上したものとなる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the 6R air shield measurement method of the present invention, for example, when measuring by inserting a microvoltage signal amplifier into a cylindrical ring conductor, when the magnetic field is very large or when the magnetic field is The superconducting magnetic shield improves the stability and reproducibility of the voltage amplifier when the voltage of the sample in the magnetic field changes greatly over time.
また、極低温下で実験を行う場合には、補正。Also, make corrections when conducting experiments at extremely low temperatures.
校正等を目的に零磁場空間を必要とする場合がある。A zero magnetic field space may be required for purposes such as calibration.
この発明による円筒状リング導体は簡単に製作すること
ができ、この中に各種機能素子を挿入して超電導磁気シ
ールドを容易に施して測定することが可能となる。The cylindrical ring conductor according to the present invention can be easily manufactured, and various functional elements can be inserted into it to easily provide a superconducting magnetic shield for measurement.
第１図（Ａ）、（Ｂ）は、この発明の実施例の超電導体
を含む円筒状リング導体の横断面図および側断面図、
第２図は、円筒状リング導体を使用して磁場中の試料の
微小電圧を測定する実施例の構成図である。
１．３・・・銀安走化材 ２・・・酸化物超電導体４・
・・円筒状リング導体
５・・・増幅器 ６・・・試料７・・・コイル
８・・・キイル励磁電源９・・・電気系測定
システム
１０・・・試料ホルダー １１・極低温媒体】２・・・
デユワ−１３・・・リード線１４・・・電源
特許出願人 日立電線株式会社1A and 1B are cross-sectional views and side sectional views of a cylindrical ring conductor including a superconductor according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment for measuring a microvoltage of a sample. 1.3...Silver chemotactic agent 2...Oxide superconductor 4.
...Cylindrical ring conductor 5...Amplifier 6...Sample 7...Coil 8...Kill excitation power supply 9...Electrical system measurement system 10...Sample holder 11.Cryogenic medium】2.・・・
Dewar 13...Lead wire 14...Power supply patent applicant Hitachi Cable, Ltd.
Claims (2)
よって発生した磁場中で、かつ、液体窒素温度以下の環
境において使用される温度，歪，圧力，輝度，振動およ
び地場の計測を行う各種センサー、上記温度，歪，圧力
，輝度，振動および地場に対応する状態量を制御するこ
とを目的とする各種センサー、極低温下で使用する電圧
信号増幅デバイスおよび電気信号変換デバイス、あるい
は極低温下で使用する温度制御用のヒーターの各種素子
を、永久電流モードの電流を流すことが可能な超電導体
を含む円筒状のリング導体の内側に挿入して測定するよ
うにしたことを特徴とする磁気シールド測定方法。(1) Various types of temperature, strain, pressure, brightness, vibration, and local measurements used in a magnetic field generated by passing current through one or more coils and in an environment below liquid nitrogen temperature. Sensors, various sensors for the purpose of controlling the above-mentioned temperature, strain, pressure, brightness, vibration, and state quantities corresponding to the ground, voltage signal amplification devices and electrical signal conversion devices used at cryogenic temperatures, or cryogenic temperature Magnetism is characterized in that various elements of a heater for temperature control used in the magnetic field are inserted inside a cylindrical ring conductor containing a superconductor capable of flowing a persistent current mode current. Shield measurement method.
が銀安定化材，中央が酸化物超電導体および最内層が銀
安定化材の同軸３層から構成され、最内層内部に機能素
子を挿入する穴が形成されていることを特徴とする超電
導体を含む磁気シールド体。(2) The cylindrical ring conductor that performs magnetic shielding is composed of three coaxial layers: the outermost layer is a silver stabilizer, the center is an oxide superconductor, and the innermost layer is a silver stabilizer, and the innermost layer has a functional element inside. A magnetic shielding body including a superconductor, characterized in that a hole for insertion is formed.
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