JPH05297093A - 磁気センサ - Google Patents
磁気センサInfo
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- JPH05297093A JPH05297093A JP4126861A JP12686192A JPH05297093A JP H05297093 A JPH05297093 A JP H05297093A JP 4126861 A JP4126861 A JP 4126861A JP 12686192 A JP12686192 A JP 12686192A JP H05297093 A JPH05297093 A JP H05297093A
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- Japan
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- squid
- coil
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- magnetic sensor
- magnetic
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 可撓性基板５上に成膜された酸化物超電導薄
膜で構成されたプレーナ型ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１と、磁束
トランス２とを備える磁気センサ。磁束トランス２のピ
ックアップコイル４を任意の方向に向けることが可能で
ある。 【効果】 磁束トランス２のピックアップコイル４の中
心軸をプレーナ型ＳＱＵＩＤ１の主たる面に対し、垂直
でない角度できるので、被測定磁場の磁束がプレーナ型
ＳＱＵＩＤ１に垂直に入射せず、プレーナ型ＳＱＵＩＤ
１のジョセフソン接合のトンネル電流に悪影響を与えな
い。従って、発生電圧が向上し、実質的に高感度にな
る。
膜で構成されたプレーナ型ＤＣ−ＳＱＵＩＤ１と、磁束
トランス２とを備える磁気センサ。磁束トランス２のピ
ックアップコイル４を任意の方向に向けることが可能で
ある。 【効果】 磁束トランス２のピックアップコイル４の中
心軸をプレーナ型ＳＱＵＩＤ１の主たる面に対し、垂直
でない角度できるので、被測定磁場の磁束がプレーナ型
ＳＱＵＩＤ１に垂直に入射せず、プレーナ型ＳＱＵＩＤ
１のジョセフソン接合のトンネル電流に悪影響を与えな
い。従って、発生電圧が向上し、実質的に高感度にな
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、酸化物超電導体を使用したＳ
ＱＵＩＤを備える感度が高い磁気センサに関する。
より詳細には、本発明は、酸化物超電導体を使用したＳ
ＱＵＩＤを備える感度が高い磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳＱＵＩＤは、ジョセフソン素子を利用
した超高感度磁気センサであり、磁束量子Φ0（ｈ／２
ｅ）以下のきわめて微小な磁束を電圧に変換して測定す
ることができる。ＳＱＵＩＤは、超電導リングに１個ま
たは２個のジョセフソン接合を挿入した構成であり、そ
れぞれＲＦ−ＳＱＵＩＤ、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと呼ばれて
いる。一般に、ＳＱＵＩＤは超電導磁束トランスと組み
合わせて使用される。図２に超電導磁束トランスと組み
合わせたＳＱＵＩＤの概念図を示す。
した超高感度磁気センサであり、磁束量子Φ0（ｈ／２
ｅ）以下のきわめて微小な磁束を電圧に変換して測定す
ることができる。ＳＱＵＩＤは、超電導リングに１個ま
たは２個のジョセフソン接合を挿入した構成であり、そ
れぞれＲＦ−ＳＱＵＩＤ、ＤＣ−ＳＱＵＩＤと呼ばれて
いる。一般に、ＳＱＵＩＤは超電導磁束トランスと組み
合わせて使用される。図２に超電導磁束トランスと組み
合わせたＳＱＵＩＤの概念図を示す。
【０００３】図２において、ＳＱＵＩＤ１は、ＳＱＵＩ
Ｄ１と結合された入力コイル３を備える磁束トランス２
と組み合わされている。磁束トランス２のピックアップ
コイル４に垂直な磁束Ｂが加えられると、磁束トランス
２内の磁束を０に保つために磁束トランス２にループ電
流が発生し、入力コイル３を介してＳＱＵＩＤ１に磁束
が結合する。
Ｄ１と結合された入力コイル３を備える磁束トランス２
と組み合わされている。磁束トランス２のピックアップ
コイル４に垂直な磁束Ｂが加えられると、磁束トランス
２内の磁束を０に保つために磁束トランス２にループ電
流が発生し、入力コイル３を介してＳＱＵＩＤ１に磁束
が結合する。
【０００４】図３に、酸化物超電導体を使用したプレー
ナ形ＤＣ−ＳＱＵＩＤの概念図を示す。図３のＳＱＵＩ
Ｄは、中心にホール部11を有する矩形の酸化物超電導薄
膜で構成されたワッシャ部10と、ワッシャ部10からほぼ
水平に突出したやはり酸化物超電導薄膜で構成された接
続部14および15と、接続部14および15の間からホール部
11に達するスリットと、接続部14および15を結合し、両
端にジョセフソン接合12および13を有する超電導電極17
とを具備する。磁束トランスと組み合わせた磁気センサ
を構成する場合には、ワッシャ部10上に磁束トランスの
入力コイルを配置する。
ナ形ＤＣ−ＳＱＵＩＤの概念図を示す。図３のＳＱＵＩ
Ｄは、中心にホール部11を有する矩形の酸化物超電導薄
膜で構成されたワッシャ部10と、ワッシャ部10からほぼ
水平に突出したやはり酸化物超電導薄膜で構成された接
続部14および15と、接続部14および15の間からホール部
11に達するスリットと、接続部14および15を結合し、両
端にジョセフソン接合12および13を有する超電導電極17
とを具備する。磁束トランスと組み合わせた磁気センサ
を構成する場合には、ワッシャ部10上に磁束トランスの
入力コイルを配置する。
【０００５】酸化物超電導体を使用したＳＱＵＩＤの場
合には、ジョセフソン接合12および13に作製が容易な弱
結合型の接合を使用することが多い。図４に酸化物超電
導体による弱結合型ジョセフソン接合の一例の断面図を
示す。図４の弱結合型ジョセフソン接合は、段差46を有
する基板45上に成膜された酸化物超電導薄膜40で構成さ
れている。酸化物超電導薄膜40の段差46上の部分は結晶
粒界43になっており、その両側の部分41、42はそれぞれ
単結晶の酸化物超電導体結晶で構成されている。上記の
酸化物超電導薄膜においては、単結晶の部分41、42は、
結晶粒界43を障壁とした弱結合型のジョセフソン接合を
構成している。このジョセフソン接合においては、トン
ネル電流はほぼ水平に流れる。
合には、ジョセフソン接合12および13に作製が容易な弱
結合型の接合を使用することが多い。図４に酸化物超電
導体による弱結合型ジョセフソン接合の一例の断面図を
示す。図４の弱結合型ジョセフソン接合は、段差46を有
する基板45上に成膜された酸化物超電導薄膜40で構成さ
れている。酸化物超電導薄膜40の段差46上の部分は結晶
粒界43になっており、その両側の部分41、42はそれぞれ
単結晶の酸化物超電導体結晶で構成されている。上記の
酸化物超電導薄膜においては、単結晶の部分41、42は、
結晶粒界43を障壁とした弱結合型のジョセフソン接合を
構成している。このジョセフソン接合においては、トン
ネル電流はほぼ水平に流れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁気センサ
では、いずれも磁束トランスのピックアップコイルとプ
レーナ型ＳＱＵＩＤとが、ほぼ同一の平面上に配置され
ている。即ち、磁束トランスのピックアップコイルの中
心軸が、プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に対して垂直
になる。そのため、ピックアップコイルの中心軸に垂直
である被測定磁場の磁束が、ピックアップコイルだけで
なく、プレーナ型ＳＱＵＩＤをも貫通することになる。
では、いずれも磁束トランスのピックアップコイルとプ
レーナ型ＳＱＵＩＤとが、ほぼ同一の平面上に配置され
ている。即ち、磁束トランスのピックアップコイルの中
心軸が、プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に対して垂直
になる。そのため、ピックアップコイルの中心軸に垂直
である被測定磁場の磁束が、ピックアップコイルだけで
なく、プレーナ型ＳＱＵＩＤをも貫通することになる。
【０００７】上記の磁束の方向は、ジョセフソン接合の
トンネル電流の流れる方向に垂直であるので、トンネル
電流が影響を受けてＳＱＵＩＤの発生電圧が低下する。
そのため、磁気センサの実質的な感度が低下する。そこ
で、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決した高
感度の磁気センサを提供することにある。
トンネル電流の流れる方向に垂直であるので、トンネル
電流が影響を受けてＳＱＵＩＤの発生電圧が低下する。
そのため、磁気センサの実質的な感度が低下する。そこ
で、本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決した高
感度の磁気センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、超電導
電線路で構成され、互いに接続されたピックアップコイ
ルおよび入力コイルを備える磁束トランスと、該磁束ト
ランスの入力コイルと結合されたプレーナ型ＳＱＵＩＤ
とを備える磁気センサにおいて、前記ピックアップコイ
ルの中心軸が、前記プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に
対して垂直でない角度で配置されていることを特徴とす
る磁気センサが提供される。
電線路で構成され、互いに接続されたピックアップコイ
ルおよび入力コイルを備える磁束トランスと、該磁束ト
ランスの入力コイルと結合されたプレーナ型ＳＱＵＩＤ
とを備える磁気センサにおいて、前記ピックアップコイ
ルの中心軸が、前記プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に
対して垂直でない角度で配置されていることを特徴とす
る磁気センサが提供される。
【０００９】また、本発明においては、可撓性を有する
基板上に成膜された酸化物超電導薄膜による超電導電線
路で構成され、互いに接続されたピックアップコイルお
よび入力コイルを備える磁束トランスと、該磁束トラン
スの入力コイルと結合され、酸化物超電導体が使用され
ているプレーナ型ＳＱＵＩＤを備え、前記ピックアップ
コイルの中心軸を、前記プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる
面に対して垂直でない角度で配置可能であることを特徴
とする磁気センサが提供される。
基板上に成膜された酸化物超電導薄膜による超電導電線
路で構成され、互いに接続されたピックアップコイルお
よび入力コイルを備える磁束トランスと、該磁束トラン
スの入力コイルと結合され、酸化物超電導体が使用され
ているプレーナ型ＳＱＵＩＤを備え、前記ピックアップ
コイルの中心軸を、前記プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる
面に対して垂直でない角度で配置可能であることを特徴
とする磁気センサが提供される。
【００１０】
【作用】本発明の磁気センサは、磁束トランスとプレー
ナ型ＳＱＵＩＤとを組み合わせて構成されており、磁束
トランスのピックアップコイルの中心軸がプレーナ型Ｓ
ＱＵＩＤの主たる面に垂直でないことを主要な特徴とす
る。本発明の磁気センサにおいては、ピックアップコイ
ルの中心軸はプレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に対して
平行であることが最も好ましい。即ち、本発明の磁気セ
ンサにおいては、プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面を、
測定する磁場の磁束の方向（通常ピックアップコイルの
中心軸に平行である）に垂直にならないよう配置するこ
とが可能になる。
ナ型ＳＱＵＩＤとを組み合わせて構成されており、磁束
トランスのピックアップコイルの中心軸がプレーナ型Ｓ
ＱＵＩＤの主たる面に垂直でないことを主要な特徴とす
る。本発明の磁気センサにおいては、ピックアップコイ
ルの中心軸はプレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に対して
平行であることが最も好ましい。即ち、本発明の磁気セ
ンサにおいては、プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面を、
測定する磁場の磁束の方向（通常ピックアップコイルの
中心軸に平行である）に垂直にならないよう配置するこ
とが可能になる。
【００１１】上記本発明のＳＱＵＩＤでは、被測定磁場
の磁束がプレーナ型ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合を垂
直に貫通しない。従って、被測定磁場の磁束がジョセフ
ソン接合のトンネル電流に大きな影響を与えることがな
く、発生電圧が向上して高感度、高精度の磁場測定が可
能である。
の磁束がプレーナ型ＳＱＵＩＤのジョセフソン接合を垂
直に貫通しない。従って、被測定磁場の磁束がジョセフ
ソン接合のトンネル電流に大きな影響を与えることがな
く、発生電圧が向上して高感度、高精度の磁場測定が可
能である。
【００１２】本発明の磁気センサは、例えば可撓性を有
する基板上に成膜した所定の形状の酸化物超電導薄膜で
構成することが可能である。即ち、可撓性を有する基板
上に酸化物超電導薄膜を成膜し、Arイオンミリング、反
応性イオンエッチング等で加工してプレーナ型ＳＱＵＩ
Ｄを形成し、さらに、絶縁膜および酸化物超電導薄膜を
プレーナ型ＳＱＵＩＤに積層する。この酸化物超電導薄
膜をやはりArイオンミリング、反応性イオンエッチング
等で加工して磁束トランスを形成すれば、本発明の磁気
センサが得られる。
する基板上に成膜した所定の形状の酸化物超電導薄膜で
構成することが可能である。即ち、可撓性を有する基板
上に酸化物超電導薄膜を成膜し、Arイオンミリング、反
応性イオンエッチング等で加工してプレーナ型ＳＱＵＩ
Ｄを形成し、さらに、絶縁膜および酸化物超電導薄膜を
プレーナ型ＳＱＵＩＤに積層する。この酸化物超電導薄
膜をやはりArイオンミリング、反応性イオンエッチング
等で加工して磁束トランスを形成すれば、本発明の磁気
センサが得られる。
【００１３】本発明の磁気センサに使用する可撓性基板
としては、例えばＹＳＺ、ハステロイ、ポリイミド等が
好ましい。また、ＳＱＵＩＤ、磁束トランスは、Ｙ1Ba2
Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等の薄
膜で構成することが好ましい。さらに、その成膜方法と
しては、スパッタリング法、ＭＢＥ法、レーザアブレー
ション法等を例示することができる。
としては、例えばＹＳＺ、ハステロイ、ポリイミド等が
好ましい。また、ＳＱＵＩＤ、磁束トランスは、Ｙ1Ba2
Cu3Ｏ7-X、Bi2Sr2Ca2Cu3Ｏx 、Tl2Ba2Ca2Cu3Ｏx 等の薄
膜で構成することが好ましい。さらに、その成膜方法と
しては、スパッタリング法、ＭＢＥ法、レーザアブレー
ション法等を例示することができる。
【００１４】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものではな
い。
【００１５】
【実施例】図１に、本発明の磁気センサの一例の概念図
を示す。図１の磁気センサは、可撓性のＹＳＺ基板５上
に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜で構成さ
れたプレーナ型のＳＱＵＩＤ１と、やはりＹＳＺ基板５
上に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜で構成
された磁束トランス２とを具備する。磁束トランス２
は、互いに接続されているピックアップコイル４と入力
コイル３とを具備し、入力コイル３は、ＳＱＵＩＤ１上
にＳＱＵＩＤ１とは絶縁されて配置されており、さらに
ＳＱＵＩＤ１と結合されている。入力コイル３は、図１
のような矩形でなく、螺旋状の場合もある。また、ＳＱ
ＵＩＤ１は図３に示したプレーナ型ＤＣ−ＳＱＵＩＤで
ある。
を示す。図１の磁気センサは、可撓性のＹＳＺ基板５上
に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜で構成さ
れたプレーナ型のＳＱＵＩＤ１と、やはりＹＳＺ基板５
上に成膜されたＹ1Ba2Cu3Ｏ7-X酸化物超電導薄膜で構成
された磁束トランス２とを具備する。磁束トランス２
は、互いに接続されているピックアップコイル４と入力
コイル３とを具備し、入力コイル３は、ＳＱＵＩＤ１上
にＳＱＵＩＤ１とは絶縁されて配置されており、さらに
ＳＱＵＩＤ１と結合されている。入力コイル３は、図１
のような矩形でなく、螺旋状の場合もある。また、ＳＱ
ＵＩＤ１は図３に示したプレーナ型ＤＣ−ＳＱＵＩＤで
ある。
【００１６】尚、図示されていないが、実際の磁気セン
サでは、駆動回路が接続されており、そのための配線が
ＳＱＵＩＤ１に設けられている。また、駆動回路によっ
てはさらにフィードバックコイルが設けられることがあ
る。
サでは、駆動回路が接続されており、そのための配線が
ＳＱＵＩＤ１に設けられている。また、駆動回路によっ
てはさらにフィードバックコイルが設けられることがあ
る。
【００１７】上記本発明の磁気センサは、可撓性を有す
る基板上に成膜された酸化物超電導薄膜で主に構成され
ているので、ピックアップコイル４を任意の方向に向け
ることが可能である。従って、測定する磁場の磁束が、
ピックアップコイル４を垂直に貫通するが、ＳＱＵＩＤ
１には、極めて浅い角度で入射し、ＳＱＵＩＤ１のジョ
セフソン接合のトンネル電流に影響を与えないような配
置を行うことが可能である。従って、本発明の磁気セン
サは、発生電圧が向上し、実質的に高感度になる。
る基板上に成膜された酸化物超電導薄膜で主に構成され
ているので、ピックアップコイル４を任意の方向に向け
ることが可能である。従って、測定する磁場の磁束が、
ピックアップコイル４を垂直に貫通するが、ＳＱＵＩＤ
１には、極めて浅い角度で入射し、ＳＱＵＩＤ１のジョ
セフソン接合のトンネル電流に影響を与えないような配
置を行うことが可能である。従って、本発明の磁気セン
サは、発生電圧が向上し、実質的に高感度になる。
【００１８】上記本発明の磁気センサと、ピックアップ
コイルおよびプレーナ型ＳＱＵＩＤがほぼ同一の平面上
に配置されている従来の磁気センサにより磁束の測定を
行った。それぞれの磁気センサを液体窒素により冷却し
ながら測定したところ、従来のＳＱＵＩＤはdV/dφ＝10
（μｖ／φi）で、磁場感度は１×10-4（φ0／（Hz）
1/2)at１Hzであった。それに対し、本発明のＳＱＵＩＤ
は、dV/dφ＝20（μｖ／φi）と発生電圧が２倍にな
り、磁場感度も５×10-5（φ0／（Hz）1/2)at１Hzと２
倍向上した。
コイルおよびプレーナ型ＳＱＵＩＤがほぼ同一の平面上
に配置されている従来の磁気センサにより磁束の測定を
行った。それぞれの磁気センサを液体窒素により冷却し
ながら測定したところ、従来のＳＱＵＩＤはdV/dφ＝10
（μｖ／φi）で、磁場感度は１×10-4（φ0／（Hz）
1/2)at１Hzであった。それに対し、本発明のＳＱＵＩＤ
は、dV/dφ＝20（μｖ／φi）と発生電圧が２倍にな
り、磁場感度も５×10-5（φ0／（Hz）1/2)at１Hzと２
倍向上した。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気セン
サは、ピックアップコイルの中心軸がプレーナ型ＳＱＵ
ＩＤの主たる面に対して、垂直でない配置が可能であ
る。従って、被測定磁場が、プレーナ型ＳＱＵＩＤのジ
ョセフソン接合のトンネル電流に影響しないので、発生
電圧が向上し、実質的に感度が向上する。
サは、ピックアップコイルの中心軸がプレーナ型ＳＱＵ
ＩＤの主たる面に対して、垂直でない配置が可能であ
る。従って、被測定磁場が、プレーナ型ＳＱＵＩＤのジ
ョセフソン接合のトンネル電流に影響しないので、発生
電圧が向上し、実質的に感度が向上する。
【図１】本発明の磁気センサの一例の概念図である。
【図２】ＳＱＵＩＤを使用した磁気センサの概念図であ
る。
る。
【図３】プレーナ型ＤＣ−ＳＱＵＩＤの一例の平面図で
ある。
ある。
【図４】酸化物超電導体を使用した弱結合型ジョセフソ
ン接合の断面図である。
ン接合の断面図である。
１ ＳＱＵＩＤ ２ 磁束トランス ３ 入力コイル ４ ピックアップコイル ５ 可撓性基板 10 ワッシャ部 11 ホール部 12、13 ジョセフソン接合 14、15 接続部 16 スリット
Claims (2)
- 【請求項１】 超電導電線路で構成され、互いに接続さ
れたピックアップコイルおよび入力コイルを備える磁束
トランスと、該磁束トランスの入力コイルと結合された
プレーナ型ＳＱＵＩＤとを備える磁気センサにおいて、
前記ピックアップコイルの中心軸が、前記プレーナ型Ｓ
ＱＵＩＤの主たる面に対して垂直でない角度で配置され
ていることを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】 可撓性を有する基板上に成膜された酸化
物超電導薄膜による超電導電線路で構成され、互いに接
続されたピックアップコイルおよび入力コイルを備える
磁束トランスと、該磁束トランスの入力コイルと結合さ
れ、酸化物超電導体が使用されているプレーナ型ＳＱＵ
ＩＤを備え、前記ピックアップコイルの中心軸を、前記
プレーナ型ＳＱＵＩＤの主たる面に対して垂直でない角
度で配置可能であることを特徴とする磁気センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4126861A JPH05297093A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4126861A JPH05297093A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05297093A true JPH05297093A (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=14945659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4126861A Pending JPH05297093A (ja) | 1992-04-20 | 1992-04-20 | 磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05297093A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535134A (ja) * | 2002-08-07 | 2005-11-17 | コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション | 超電導量子干渉装置 |
| US7698962B2 (en) * | 2006-04-28 | 2010-04-20 | Amsted Rail Company, Inc. | Flexible sensor interface for a railcar truck |
| JP2011181559A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fujitsu Ltd | 磁束トランス及び同軸立体型グラジオメータ |
-
1992
- 1992-04-20 JP JP4126861A patent/JPH05297093A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005535134A (ja) * | 2002-08-07 | 2005-11-17 | コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション | 超電導量子干渉装置 |
| US7698962B2 (en) * | 2006-04-28 | 2010-04-20 | Amsted Rail Company, Inc. | Flexible sensor interface for a railcar truck |
| JP2011181559A (ja) * | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Fujitsu Ltd | 磁束トランス及び同軸立体型グラジオメータ |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001024 |