JPH06103340B2 - 磁気センサ - Google Patents
磁気センサInfo
- Publication number
- JPH06103340B2 JPH06103340B2 JP63021610A JP2161088A JPH06103340B2 JP H06103340 B2 JPH06103340 B2 JP H06103340B2 JP 63021610 A JP63021610 A JP 63021610A JP 2161088 A JP2161088 A JP 2161088A JP H06103340 B2 JPH06103340 B2 JP H06103340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- superconductor
- sensor
- magnetic sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- Y02E40/642—
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、測定する方向の磁束を収束する高誘磁率の強
磁性体の棒と、感度の制御可能なセラミック超電導体磁
気抵抗素子を組合わせた磁気センサに関するものであ
る。
磁性体の棒と、感度の制御可能なセラミック超電導体磁
気抵抗素子を組合わせた磁気センサに関するものであ
る。
＜従来の技術＞ 磁気センサには、磁石を用いるものとコイルを用いるも
のがある。一般的なコイルによる測定はコイルをその径
方向を回転軸にして回転させ、その回転軸と磁界の方向
との角度によって誘導される電流を測定する方法や、又
は、磁性体に励磁用コイルと検出用コイルを設け、励磁
用コイルに、磁性体を飽和状態にするときもある交流電
流を流したときに発生する検出用コイルの起動力の大き
さを検出して、磁界の方向や、その強さを測定する方法
が用いられていた。
のがある。一般的なコイルによる測定はコイルをその径
方向を回転軸にして回転させ、その回転軸と磁界の方向
との角度によって誘導される電流を測定する方法や、又
は、磁性体に励磁用コイルと検出用コイルを設け、励磁
用コイルに、磁性体を飽和状態にするときもある交流電
流を流したときに発生する検出用コイルの起動力の大き
さを検出して、磁界の方向や、その強さを測定する方法
が用いられていた。
＜発明が解決しようとする問題点＞ 従来の磁気センサに於て、コイルの回転で誘導電流を検
出するセンサは、機械的にコイルを回転させるので、構
造や取扱が複雑になった。又、磁性体の飽和と不飽和を
利用するセンサは、励磁コイルと検出コイルが必要であ
り、又、磁性体を精密な形状にする必要があった。更
に、以上に述べたコイルによる磁気センサをコイルの大
きさで感度が決まるので、磁気センサを小型化すること
は難しかった。
出するセンサは、機械的にコイルを回転させるので、構
造や取扱が複雑になった。又、磁性体の飽和と不飽和を
利用するセンサは、励磁コイルと検出コイルが必要であ
り、又、磁性体を精密な形状にする必要があった。更
に、以上に述べたコイルによる磁気センサをコイルの大
きさで感度が決まるので、磁気センサを小型化すること
は難しかった。
本発明は、従来の磁気センサの問題点を解消し構造が簡
単で、感度のよい磁気センサを提供するものである。
単で、感度のよい磁気センサを提供するものである。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明の磁気センサは、棒状の高透磁率の磁性体により
磁束を磁界の方向に指向性をもたせて収束し、その収束
した磁束を、その素子に流す電流の大きさにより感度
と、検出臨界磁界の強さが調節できるセラミック超電導
体磁気抵抗素子で測定するものである。
磁束を磁界の方向に指向性をもたせて収束し、その収束
した磁束を、その素子に流す電流の大きさにより感度
と、検出臨界磁界の強さが調節できるセラミック超電導
体磁気抵抗素子で測定するものである。
棒状の高透磁率磁性体と、セラミック超電導体磁気抵抗
素子により磁界の方向に指向性をもたせるので、これを
組み合せた磁気センサをゴニオメータに設置すれば、感
度のよい磁界方向センサになる。この超電導体磁気抵抗
素子の出力は磁界の強さに対応するので、磁性体の影響
などを補正すれば磁界の強さを知ることができる。又、
この磁気センサは、棒状磁性体と超電導体の磁気抵抗素
子を小型化しても感度を低下させないことができる。
素子により磁界の方向に指向性をもたせるので、これを
組み合せた磁気センサをゴニオメータに設置すれば、感
度のよい磁界方向センサになる。この超電導体磁気抵抗
素子の出力は磁界の強さに対応するので、磁性体の影響
などを補正すれば磁界の強さを知ることができる。又、
この磁気センサは、棒状磁性体と超電導体の磁気抵抗素
子を小型化しても感度を低下させないことができる。
＜作用＞ 本発明の磁気センサを構成する棒状の磁性体とセラミッ
ク超電導体磁気抵抗素子で磁界の方向やその強さに対し
て指向特性をもたせることができるので、この磁気セン
サは感度のよい磁界方向センサになる。
ク超電導体磁気抵抗素子で磁界の方向やその強さに対し
て指向特性をもたせることができるので、この磁気セン
サは感度のよい磁界方向センサになる。
更に、その磁気抵抗素子の出力から磁界の強さを測定す
ることができる。更にこの構成の磁気センサは小型化し
ても感度が低下しないので、狭い空間での磁界の測定、
磁界の精密な分布測定を行うことができる。
ることができる。更にこの構成の磁気センサは小型化し
ても感度が低下しないので、狭い空間での磁界の測定、
磁界の精密な分布測定を行うことができる。
＜実施例＞ 本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
第１図は、本発明の磁気センサ１の基本構成を示した図
で、棒状の高透磁率の磁性体２の中央部にセラミック超
電導体の磁気抵抗素子３を設けている。素子３には、リ
ード線４が取付けられて、電流の供給と発生電圧の測定
に用いられる。セラミックス超電導体の磁気抵抗素子３
の一実施例の構造を第２図に示した。
で、棒状の高透磁率の磁性体２の中央部にセラミック超
電導体の磁気抵抗素子３を設けている。素子３には、リ
ード線４が取付けられて、電流の供給と発生電圧の測定
に用いられる。セラミックス超電導体の磁気抵抗素子３
の一実施例の構造を第２図に示した。
第２図は、基板６にセラミック超電導体５の薄膜状の検
出部を作製し、蒸着による電極７にリード線４を接続し
ている。セラミック超電導体５はジルコニア（ZrO2）を
主成分とする基板６に、イットリウム−バリウム−銅の
酸化物（Ｙ−Ba−Cu−Ｏ）をスパッタリングによって約
10μｍの膜にし、空気中で約1000℃の熱処理をした後ホ
トリソグラフ技術と、エッチングで図のようなジグザグ
状の形状にした。超電導体５をこのようにジグザク状に
したのは、この超電導体が抵抗をもったときの抵抗Ｒを
大きくして感度を高くするためである。
出部を作製し、蒸着による電極７にリード線４を接続し
ている。セラミック超電導体５はジルコニア（ZrO2）を
主成分とする基板６に、イットリウム−バリウム−銅の
酸化物（Ｙ−Ba−Cu−Ｏ）をスパッタリングによって約
10μｍの膜にし、空気中で約1000℃の熱処理をした後ホ
トリソグラフ技術と、エッチングで図のようなジグザグ
状の形状にした。超電導体５をこのようにジグザク状に
したのは、この超電導体が抵抗をもったときの抵抗Ｒを
大きくして感度を高くするためである。
セラミック超電導体５の薄膜を前記のように、空気中で
約1000℃に加熱し数時間で冷却する方法でセラミックス
超電導体を作製すると、微細な結晶粒子の粒界が、極く
薄い絶縁膜を介するか又は、ポイント状に弱結合による
ジョセフソン接合をした集合体になる。このような超電
導体で、磁気抵抗素子８を作製すると、弱い磁界によっ
ても超電導状態が破れて電気抵抗を示し、第４図のよう
な特性を示すようになる。
約1000℃に加熱し数時間で冷却する方法でセラミックス
超電導体を作製すると、微細な結晶粒子の粒界が、極く
薄い絶縁膜を介するか又は、ポイント状に弱結合による
ジョセフソン接合をした集合体になる。このような超電
導体で、磁気抵抗素子８を作製すると、弱い磁界によっ
ても超電導状態が破れて電気抵抗を示し、第４図のよう
な特性を示すようになる。
超電導材料の磁性特性について記載した文献としては、
C.W.Chu等によるPhys.Rev.Lett.58［４］（26Jan.198
7）pp.405〜407がある。この文献には、40K以下の温度
に冷却したときのLa−Ba−Cu−Ｏ系超電導体材料に対し
て磁界を印加した場合の電気抵抗の変化を測定した結果
が記載されており、4.5kガウス以上という強い磁界にお
いて電気抵抗の変化を観察したことが報告されている。
4.5kガウスという磁界は、「粒界での弱結合によるジョ
セフソン接合」が壊される磁界より、はるかに強い磁界
であり、明らかに、上記本願のものとは、異なるもので
ある。
C.W.Chu等によるPhys.Rev.Lett.58［４］（26Jan.198
7）pp.405〜407がある。この文献には、40K以下の温度
に冷却したときのLa−Ba−Cu−Ｏ系超電導体材料に対し
て磁界を印加した場合の電気抵抗の変化を測定した結果
が記載されており、4.5kガウス以上という強い磁界にお
いて電気抵抗の変化を観察したことが報告されている。
4.5kガウスという磁界は、「粒界での弱結合によるジョ
セフソン接合」が壊される磁界より、はるかに強い磁界
であり、明らかに、上記本願のものとは、異なるもので
ある。
第４図は、縦軸は素子のもつ電気抵抗、横軸は印加した
磁界の強さＨであり、磁気抵抗素子３の特性を示す曲線
は、素子３に流す電流Ｉの大きさ別に示してある。この
図から分るように電流Ｉを大きくすると、抵抗Ｒが発生
する磁界の強さＨが小さくなり、一定のＨに対して発生
する抵抗は大きくなる。
磁界の強さＨであり、磁気抵抗素子３の特性を示す曲線
は、素子３に流す電流Ｉの大きさ別に示してある。この
図から分るように電流Ｉを大きくすると、抵抗Ｒが発生
する磁界の強さＨが小さくなり、一定のＨに対して発生
する抵抗は大きくなる。
なお、この超電導体磁気抵抗素子３は磁界の方向に依存
しない。従って、素子３に印加されている磁界の強さを
簡単に測定することができる。
しない。従って、素子３に印加されている磁界の強さを
簡単に測定することができる。
第３図は、磁気センサ１の磁性体２を示した図で、高透
磁率の強磁性体でヒステリシスの少ない純鉄，硅素銅，
又は、フェライトなどで作製した。第３図（ａ）は磁性
体の長さ方向に垂直、第３図（ｂ）はその断面を示した
図である。以上の磁性体２の中央部を横断して磁気抵抗
素子３を接着させた構成の磁気センサ１にして、磁界Ｈ
中に設置したときの磁界の分布を示したのが第５図であ
る。
磁率の強磁性体でヒステリシスの少ない純鉄，硅素銅，
又は、フェライトなどで作製した。第３図（ａ）は磁性
体の長さ方向に垂直、第３図（ｂ）はその断面を示した
図である。以上の磁性体２の中央部を横断して磁気抵抗
素子３を接着させた構成の磁気センサ１にして、磁界Ｈ
中に設置したときの磁界の分布を示したのが第５図であ
る。
第５図に於て磁気センサ１の方向と磁界の方向とがなす
角をψとすると、磁界の方向と磁気センサ１の方向が同
じでψが０のとき｛第５図（ａ）｝は磁性体２によって
磁界Ｈが収束され素子３に強い磁界を印加するが、その
両者の方向が少しでもズレて角度ψができる｛第５図
（ｂ）｝と磁性体２による磁界Ｈの収束効果は急速に弱
くなり、かつ、その角ψが大きくなると磁界Ｈが磁気セ
ンサに垂直でなくなり、素子３の周辺の磁界は、その透
磁率の差から磁性体２を通って、素子３に磁界が印加さ
れにくい状態になってくる｛第５図（ｂ），（ｃ）｝。
角をψとすると、磁界の方向と磁気センサ１の方向が同
じでψが０のとき｛第５図（ａ）｝は磁性体２によって
磁界Ｈが収束され素子３に強い磁界を印加するが、その
両者の方向が少しでもズレて角度ψができる｛第５図
（ｂ）｝と磁性体２による磁界Ｈの収束効果は急速に弱
くなり、かつ、その角ψが大きくなると磁界Ｈが磁気セ
ンサに垂直でなくなり、素子３の周辺の磁界は、その透
磁率の差から磁性体２を通って、素子３に磁界が印加さ
れにくい状態になってくる｛第５図（ｂ），（ｃ）｝。
上記の磁性体２と素子３に印加される磁界の強さの変化
との関連は、磁性体２の長さｌとその面積ｓの比（l/
s）が大きくなるほど強くなる。
との関連は、磁性体２の長さｌとその面積ｓの比（l/
s）が大きくなるほど強くなる。
以上のように、超電導体磁気抵抗素子３は、測定する磁
界Ｈの強さの大きさに従って感度が上り流す電流が小さ
くなるに従い素子３に抵抗を発生させる磁界は大きくな
る。一方の磁性体２は、その方向が磁界Ｈと一致したと
きは収束した磁界を素子３に印加するが、その両者の方
向を少しずつ変えると、磁性体２の磁界の収束効果は急
速に小さくなり、素子３による磁性体の間隔が狭いとき
は、素子３周辺の磁界は磁性体の方を通るようになり、
素子３への印加磁界は小さくなる。
界Ｈの強さの大きさに従って感度が上り流す電流が小さ
くなるに従い素子３に抵抗を発生させる磁界は大きくな
る。一方の磁性体２は、その方向が磁界Ｈと一致したと
きは収束した磁界を素子３に印加するが、その両者の方
向を少しずつ変えると、磁性体２の磁界の収束効果は急
速に小さくなり、素子３による磁性体の間隔が狭いとき
は、素子３周辺の磁界は磁性体の方を通るようになり、
素子３への印加磁界は小さくなる。
磁性体２と超電導体磁気抵抗素子３を第１図のように組
合せて、一定の磁界H0を測定したときの出力特性を示し
たのが第６図である。
合せて、一定の磁界H0を測定したときの出力特性を示し
たのが第６図である。
第６図の縦軸は磁気センサ１と出力電圧V0，横軸はセン
サ１と磁界H0の方向のなす角である。２本の曲線は素子
３に流す電流が大きいとき（Ｉ′）と、小さいとき
（Ｉ″）を示している。このように磁性体２の透磁率と
形状、及び磁気抵抗素子３に流す電流の大きさによっ
て、磁界方向に極めて敏感な出力特性をもたせることが
できる。従って、この磁気センサーを非磁性のゴニオメ
ータに設置すれば正確に磁界の方向を測定することがで
き、又、その素子３の出力から磁界の強さを計測するこ
とができる。
サ１と磁界H0の方向のなす角である。２本の曲線は素子
３に流す電流が大きいとき（Ｉ′）と、小さいとき
（Ｉ″）を示している。このように磁性体２の透磁率と
形状、及び磁気抵抗素子３に流す電流の大きさによっ
て、磁界方向に極めて敏感な出力特性をもたせることが
できる。従って、この磁気センサーを非磁性のゴニオメ
ータに設置すれば正確に磁界の方向を測定することがで
き、又、その素子３の出力から磁界の強さを計測するこ
とができる。
以上の本発明の実施例から分るように、磁性体による磁
界の収束効果と、超電導体の磁気抵抗素子の特性を組み
合せて弱い磁界に対しても高感度で、その方向と強度を
測定できる磁気センサーである。従って、超電導体も実
施例で説明したＹ−Ba−Cu−Ｏ系以外のセラミックや化
合物系の超電導体を使うことができ、この磁気抵抗素子
及び高透磁率の磁性体は目的に応じて形状を変えること
ができる。
界の収束効果と、超電導体の磁気抵抗素子の特性を組み
合せて弱い磁界に対しても高感度で、その方向と強度を
測定できる磁気センサーである。従って、超電導体も実
施例で説明したＹ−Ba−Cu−Ｏ系以外のセラミックや化
合物系の超電導体を使うことができ、この磁気抵抗素子
及び高透磁率の磁性体は目的に応じて形状を変えること
ができる。
＜発明の効果＞ 本発明は、磁界の方向に指向性をもたせる高透磁率の磁
性体と、結晶粒子の粒界の弱結合によるジョセフソン結
合の集合体から成り、弱い磁界の印加によって超電導状
態が壊れて電気抵抗を示すと共に、磁界の強さに対し感
度と測定臨界磁界の調整ができる薄いセラミック超電導
体磁気抵抗素子を組合わせた磁気センサであり、能率よ
く非常に弱い磁界の測定を行なうことができる。
性体と、結晶粒子の粒界の弱結合によるジョセフソン結
合の集合体から成り、弱い磁界の印加によって超電導状
態が壊れて電気抵抗を示すと共に、磁界の強さに対し感
度と測定臨界磁界の調整ができる薄いセラミック超電導
体磁気抵抗素子を組合わせた磁気センサであり、能率よ
く非常に弱い磁界の測定を行なうことができる。
又、本発明の構成にすれば構造が簡単であるから、作製
や取扱が容易で、小型化できる磁気センサになる。
や取扱が容易で、小型化できる磁気センサになる。
第１図は本発明の磁気センサの構成図、第２図は磁気抵
抗素子の構造図、第３図は磁性体棒の外形図、第４図は
磁気抵抗素子の特性図、第５図は磁気センサと磁界の関
連図、第６図は磁気センサの出力特性図である。 １は磁気センサ、２は磁性体、３は磁気抵抗素子、４は
リード線、５は超電導体パターン、６は基板、７は電極
である。
抗素子の構造図、第３図は磁性体棒の外形図、第４図は
磁気抵抗素子の特性図、第５図は磁気センサと磁界の関
連図、第６図は磁気センサの出力特性図である。 １は磁気センサ、２は磁性体、３は磁気抵抗素子、４は
リード線、５は超電導体パターン、６は基板、７は電極
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−17175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−140769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−195887（ＪＰ，Ａ) 特公 昭54−3634（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭54−8292（ＪＰ，Ｂ２) Ｃ．Ｗ．ｃｈｕ，ｅｔ ａｌ．：ＰＨＹ ＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ ＬＥＴＴＥＲ Ｓ，Ｖｏｌ．58，Ｎｏ．４，26 ＪＡＮＵ ＡＲＹ 1987， ｐｐ．405−407
Claims (1)
- 【請求項１】棒状の高透磁率磁性体の長さ方向のほぼ中
央横断部に、結晶粒子の粒界での弱結合によるジョセフ
ソン接合の集合体から成り、弱い磁界の印加によって上
記ジョセフソン接合の超電導状態が壊れて電気抵抗を示
す薄いセラミック超電導体磁気抵抗素子を設けたことを
特徴とする磁気センサ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021610A JPH06103340B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 磁気センサ |
| DE3888659T DE3888659T2 (de) | 1987-12-25 | 1988-12-23 | Supraleitendes Magnetwiderstandsgerät. |
| EP88312296A EP0323187B1 (en) | 1987-12-25 | 1988-12-23 | Superconductive magneto-resistive device |
| US07/289,312 US5126667A (en) | 1987-12-25 | 1988-12-23 | Superconductive magneto-resistive device for sensing an external magnetic field |
| US07/593,898 US5227721A (en) | 1987-12-25 | 1990-10-05 | Superconductive magnetic sensor having self induced magnetic biasing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021610A JPH06103340B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 磁気センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196586A JPH01196586A (ja) | 1989-08-08 |
| JPH06103340B2 true JPH06103340B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=12059807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63021610A Expired - Lifetime JPH06103340B2 (ja) | 1987-12-25 | 1988-02-01 | 磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103340B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011128028A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Sensatec Co Ltd | 磁気検出器 |
| WO2020138170A1 (ja) | 2018-12-26 | 2020-07-02 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 磁場計測装置 |
| US11497425B2 (en) | 2019-03-08 | 2022-11-15 | Asahi Kasei Microdevices Corporation | Magnetic field measurement apparatus |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS581748B2 (ja) * | 1975-05-30 | 1983-01-12 | 日本電気株式会社 | ジキケンシユツキ |
| JPS543634A (en) * | 1977-06-09 | 1979-01-11 | Nissan Motor Co Ltd | Automatic noise reducer |
| JPS548292A (en) * | 1977-06-20 | 1979-01-22 | Hitachi Ltd | Control rod for reactor |
| JPS5917175A (ja) * | 1982-07-20 | 1984-01-28 | Aisin Seiki Co Ltd | 極低温用磁場検出素子 |
| JPS59195887A (ja) * | 1983-04-21 | 1984-11-07 | Nec Corp | ヨ−ク付強磁性体磁気抵抗効果素子の製造方法 |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63021610A patent/JPH06103340B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｃ．Ｗ．ｃｈｕ，ｅｔａｌ．：ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．４，２６ＪＡＮＵＡＲＹ１９８７，ｐｐ．４０５−４０７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01196586A (ja) | 1989-08-08 |
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