JPH0743441A - 超電導磁気センサ - Google Patents
超電導磁気センサInfo
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- JPH0743441A JPH0743441A JP5208170A JP20817093A JPH0743441A JP H0743441 A JPH0743441 A JP H0743441A JP 5208170 A JP5208170 A JP 5208170A JP 20817093 A JP20817093 A JP 20817093A JP H0743441 A JPH0743441 A JP H0743441A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来のSQUID のようなジョセフソン接合を有
する超電導リングを必要とせず、従来のような微細加工
を必要としない、構造の簡単な然も高感度の超電導磁気
センサを得ること。 【構成】 少なくとも一部が多結晶の高温超電導体によ
り構成されたループ１と、ループ１の少なくとも一部の
インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段とを
備え、ループ１のインピーダンスの変化を測定すること
によりループに鎖交する外部磁場を測定するものであ
る。更に、ループ１に磁気的に結合されるコイル２と、
ループ１のインピーダンスを一定に保つような電流をコ
イル２に流すフィードバック手段とを備え、コイル２に
流れる電流を測定することによりループ１に鎖交する外
部磁場を測定するもの等を開示する。
する超電導リングを必要とせず、従来のような微細加工
を必要としない、構造の簡単な然も高感度の超電導磁気
センサを得ること。 【構成】 少なくとも一部が多結晶の高温超電導体によ
り構成されたループ１と、ループ１の少なくとも一部の
インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段とを
備え、ループ１のインピーダンスの変化を測定すること
によりループに鎖交する外部磁場を測定するものであ
る。更に、ループ１に磁気的に結合されるコイル２と、
ループ１のインピーダンスを一定に保つような電流をコ
イル２に流すフィードバック手段とを備え、コイル２に
流れる電流を測定することによりループ１に鎖交する外
部磁場を測定するもの等を開示する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導磁気センサに関
し、特に、高温超電導体を用いた構造の簡単な高感度の
磁気センサに関するものである。
し、特に、高温超電導体を用いた構造の簡単な高感度の
磁気センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、超電導磁気干渉デバイス、いわゆ
るSQUID(Superconductive Quantum I-nterference Devi
ce) は、磁気センサとしてその磁気検出感度が非常に高
いことから、医学や地球物理学、通信等の様々な分野で
広範な用途に供されている。
るSQUID(Superconductive Quantum I-nterference Devi
ce) は、磁気センサとしてその磁気検出感度が非常に高
いことから、医学や地球物理学、通信等の様々な分野で
広範な用途に供されている。
【０００３】図１はこのようなSQUID の構成を示す概念
図であるが、同図に示すように、かかるSQUID は、ジョ
セフソン接合を有する超電導リングからなる磁束検出部
１１と、測定場所の磁束を該磁束検出部１１に伝達する
フラックストランス１２とからなる。フラックストラン
ス１２は、対象となる測定場所の磁場を検出するピック
アップコイル１３と、ピックアップコイル１３で検出し
た磁場の磁束を磁束検出部１１に伝達する結合コイル１
４と、ピックアップ１３と結合コイル１４とを接続する
リード線１５とからなり、これらはいずれも超電導体に
より構成されている。
図であるが、同図に示すように、かかるSQUID は、ジョ
セフソン接合を有する超電導リングからなる磁束検出部
１１と、測定場所の磁束を該磁束検出部１１に伝達する
フラックストランス１２とからなる。フラックストラン
ス１２は、対象となる測定場所の磁場を検出するピック
アップコイル１３と、ピックアップコイル１３で検出し
た磁場の磁束を磁束検出部１１に伝達する結合コイル１
４と、ピックアップ１３と結合コイル１４とを接続する
リード線１５とからなり、これらはいずれも超電導体に
より構成されている。
【０００４】そして、測定場所にピックアップコイル１
３が置かれると、該ピックアップコイル１３がその場所
の磁束を捕え、該磁束により誘起された遮蔽電流がリー
ド線１５を通して結合コイル１４に送られ、この結合コ
イル１４から磁束検出部１１に磁束が伝達されることに
より測定場所における磁場が検出される。
３が置かれると、該ピックアップコイル１３がその場所
の磁束を捕え、該磁束により誘起された遮蔽電流がリー
ド線１５を通して結合コイル１４に送られ、この結合コ
イル１４から磁束検出部１１に磁束が伝達されることに
より測定場所における磁場が検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
なSQUID を高温超電導体により構成することは、その取
り扱いの容易さから極めて有用であると考えられる。し
かしながら、これを実現するには、雑音の少ないジョセ
フソン接合を有する超電導リングを作製すること、及び
前記フラックストランスを高温超電導体で構成する必要
があり、これらの作製には原理的に数μｍの微細加工と
多層に超電導体を薄い絶縁膜を挟んで構成する技術が必
要であり、このため、従来においては実現に至っていな
い。
なSQUID を高温超電導体により構成することは、その取
り扱いの容易さから極めて有用であると考えられる。し
かしながら、これを実現するには、雑音の少ないジョセ
フソン接合を有する超電導リングを作製すること、及び
前記フラックストランスを高温超電導体で構成する必要
があり、これらの作製には原理的に数μｍの微細加工と
多層に超電導体を薄い絶縁膜を挟んで構成する技術が必
要であり、このため、従来においては実現に至っていな
い。
【０００６】本発明は、このような状況の下、高温超電
導体を用いた極めて独創的な考えに基づいた超電導磁気
センサを提供するもので、従来のSQUID のようなジョセ
フソン接合を有する超電導リングを必要とせず、従来の
ような微細加工を必要としない、構造の簡単な然も高感
度の超電導磁気センサを得ることを目的とするものであ
る。
導体を用いた極めて独創的な考えに基づいた超電導磁気
センサを提供するもので、従来のSQUID のようなジョセ
フソン接合を有する超電導リングを必要とせず、従来の
ような微細加工を必要としない、構造の簡単な然も高感
度の超電導磁気センサを得ることを目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本願の請求項１に記載の発明は、少なくとも一部が多結
晶の高温超電導体により構成されたループと、前記ルー
プの少なくとも一部のインピーダンスを測定するインピ
ーダンス測定手段とを備え、前記ループのインピーダン
スの変化を測定することにより該ループに鎖交する外部
磁場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係
るものである。
本願の請求項１に記載の発明は、少なくとも一部が多結
晶の高温超電導体により構成されたループと、前記ルー
プの少なくとも一部のインピーダンスを測定するインピ
ーダンス測定手段とを備え、前記ループのインピーダン
スの変化を測定することにより該ループに鎖交する外部
磁場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係
るものである。
【０００８】請求項２に記載の発明は、少なくとも一部
が多結晶の高温超電導体により構成されたループと、前
記ループに磁気的に結合されるコイルと、前記ループの
インピーダンスを一定に保つような電流を前記コイルに
流すフィードバック手段とを備え、前記コイルに流れる
電流を測定することにより前記ループに鎖交する外部磁
場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係る
ものである。
が多結晶の高温超電導体により構成されたループと、前
記ループに磁気的に結合されるコイルと、前記ループの
インピーダンスを一定に保つような電流を前記コイルに
流すフィードバック手段とを備え、前記コイルに流れる
電流を測定することにより前記ループに鎖交する外部磁
場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係る
ものである。
【０００９】請求項３に記載の発明は、前記請求項１又
は２の発明において、前記ループは、少なくとも一部
に、多結晶高温超電導体により構成されるとともにルー
プの他の部分より臨界電流が小さくされたセンシング部
分を含むものであり、該センシング部分のインピーダン
スの変化を測定することによりループに鎖交する外部磁
場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係る
ものである。
は２の発明において、前記ループは、少なくとも一部
に、多結晶高温超電導体により構成されるとともにルー
プの他の部分より臨界電流が小さくされたセンシング部
分を含むものであり、該センシング部分のインピーダン
スの変化を測定することによりループに鎖交する外部磁
場を測定することを特徴とする超電導磁気センサに係る
ものである。
【００１０】請求項４に記載の発明は、前記請求項１の
発明において、前記ループに磁気的に結合されるコイル
を備え、前記インピーダンス測定手段は、前記コイルの
インピーダンスを測定することにより前記ループのイン
ピーダンスを測定するものであることを特徴とする超電
導磁気センサに係るものである。
発明において、前記ループに磁気的に結合されるコイル
を備え、前記インピーダンス測定手段は、前記コイルの
インピーダンスを測定することにより前記ループのイン
ピーダンスを測定するものであることを特徴とする超電
導磁気センサに係るものである。
【００１１】請求項５に記載の発明は、前記請求項３の
発明において、ループの前記センシング部分に超電導板
を重ね合わせ、前記ループの外部インダクタンスを減少
させたことを特徴とする超電導磁気センサに係るもので
ある。
発明において、ループの前記センシング部分に超電導板
を重ね合わせ、前記ループの外部インダクタンスを減少
させたことを特徴とする超電導磁気センサに係るもので
ある。
【００１２】請求項６に記載の発明は、前記請求項３の
発明において、ループの前記センシング部分に容量結合
を設けたことを特徴とする超電導磁気センサに係るもの
である。
発明において、ループの前記センシング部分に容量結合
を設けたことを特徴とする超電導磁気センサに係るもの
である。
【００１３】請求項７に記載の発明は、前記請求項１の
発明において、前記ループの被測定インピーダンスに対
して直列又は並列にコンデンサを接続し、前記被測定イ
ンピーダンスと前記コンデンサとの共振周波数付近でイ
ンピーダンスの測定を行うことを特徴とする超電導磁気
センサに係るものである。
発明において、前記ループの被測定インピーダンスに対
して直列又は並列にコンデンサを接続し、前記被測定イ
ンピーダンスと前記コンデンサとの共振周波数付近でイ
ンピーダンスの測定を行うことを特徴とする超電導磁気
センサに係るものである。
【００１４】請求項８に記載の発明は、前記請求項３の
発明において、ループの前記センシング部分に超電導板
又は金属板を重ね合わせ、ループの前記センシング部分
と該超電導板又は金属板とにより構成される伝送線路の
伝搬特性を測定することを特徴とする超電導磁気センサ
に係るものである。
発明において、ループの前記センシング部分に超電導板
又は金属板を重ね合わせ、ループの前記センシング部分
と該超電導板又は金属板とにより構成される伝送線路の
伝搬特性を測定することを特徴とする超電導磁気センサ
に係るものである。
【００１５】
【作用】本発明は、高温超電導体が多結晶でありこれら
の結晶間の結合はジョセフソン接合であることを応用し
たもので、次のような原理に基づくものである。すなわ
ち、ジョセフソン接合の超電導電子は大きな慣性を有
し、このため大きな慣性インダクタンスを有する。した
がって、多結晶の高温超電導体により構成したループ
は、非常に多くのジョセフソン接合が直列に接続されて
いることになり、このため非常に大きな慣性インダクタ
ンスを有することとなる。
の結晶間の結合はジョセフソン接合であることを応用し
たもので、次のような原理に基づくものである。すなわ
ち、ジョセフソン接合の超電導電子は大きな慣性を有
し、このため大きな慣性インダクタンスを有する。した
がって、多結晶の高温超電導体により構成したループ
は、非常に多くのジョセフソン接合が直列に接続されて
いることになり、このため非常に大きな慣性インダクタ
ンスを有することとなる。
【００１６】然も、この慣性インダクタンスＬは、そこ
を流れる超電導電流により変化する。また、この超電導
電流Ｉは、超電導線ループと鎖交する外部磁束Φに対し
て、Φ＝Ｌ・Ｉの関係で結ばれている。したがって、前
記ループに流れる超電導電流を検出すれば、ループと鎖
交する外部磁束Φを測定することができ、外部磁場を測
定することができる。
を流れる超電導電流により変化する。また、この超電導
電流Ｉは、超電導線ループと鎖交する外部磁束Φに対し
て、Φ＝Ｌ・Ｉの関係で結ばれている。したがって、前
記ループに流れる超電導電流を検出すれば、ループと鎖
交する外部磁束Φを測定することができ、外部磁場を測
定することができる。
【００１７】ところで、ジョセフソン接合では、接合を
流れる電流をＩS 、位相差をθ、電位差をＶj とし、そ
の大きさが接合の磁場侵入長より小さく、且つ周波数が
ジョセフソンプラズマ周波数より低い場合には、接合の
容量を無視することができ、この場合には次式が成立す
る。なお、Ｉ0 は臨界電流、Φ0 は量子磁束（Φ0 ≒
２．０７×１０-15 Ｗｂ）である。
流れる電流をＩS 、位相差をθ、電位差をＶj とし、そ
の大きさが接合の磁場侵入長より小さく、且つ周波数が
ジョセフソンプラズマ周波数より低い場合には、接合の
容量を無視することができ、この場合には次式が成立す
る。なお、Ｉ0 は臨界電流、Φ0 は量子磁束（Φ0 ≒
２．０７×１０-15 Ｗｂ）である。
【００１８】ＩS ＝Ｉ0 sin θ …（式１）
【００１９】 Ｖj ＝（Φ0 ／２π）・（∂θ／∂ｔ）…（式２）
【００２０】これらの式１及び式２から次式が得られ
る。
る。
【００２１】Ｖj ＝Ｌ0 ・（∂ＩS ／∂ｔ）…（式３）
【００２２】 Ｌ0 ＝Φ0 ／（２πＩ0 cos θ）＝Φ0 ／｛２πＩ0 ・（１−ｉS 2 ）1/2 ｝ …（式４）
【００２３】なお、前記式４で、ｉS ＝ＩS ／Ｉ0 であ
る。
る。
【００２４】前記式４でＬ0 は慣性インダクタンスであ
り、接合を流れる電流によって変化する。この大きさを
図３に示す。
り、接合を流れる電流によって変化する。この大きさを
図３に示す。
【００２５】したがって、電流によるインダクタンスの
変化率は、次式で表される。
変化率は、次式で表される。
【００２６】 ∂Ｌ0 ／∂ｉS ＝Ｌ0 ・｛ｉS ／（１−ｉS 2 ）｝…（式５）
【００２７】図２に示すような外部磁束と鎖交する超電
導ループを、多結晶の高温超電導体細線で作製すると、
前述のように多結晶の高温超電導体中の結晶間の繋がり
がジョセフソン接合であるので、該細線からなる超電導
ループ中には自然に非常に多くのジョセフソン接合が作
られることとなる。
導ループを、多結晶の高温超電導体細線で作製すると、
前述のように多結晶の高温超電導体中の結晶間の繋がり
がジョセフソン接合であるので、該細線からなる超電導
ループ中には自然に非常に多くのジョセフソン接合が作
られることとなる。
【００２８】このジョセフソン接合による慣性インダク
タンスＬ0 を測定する回路（これについては後述す
る。）の分解能をΔＬD 、すなわち、該測定回路により
インダクタンスの変化ΔＬD が検出できるとし、このΔ
ＬD を次式で表わす。
タンスＬ0 を測定する回路（これについては後述す
る。）の分解能をΔＬD 、すなわち、該測定回路により
インダクタンスの変化ΔＬD が検出できるとし、このΔ
ＬD を次式で表わす。
【００２９】ΔＬD ＝ｐ・Ｌ0 …（式６）
【００３０】なお、ｐ≪１である。
【００３１】超電導ループの外部インダクタンスをＬ
P 、ループと鎖交する磁束をΦP とすると、ループを流
れる電流ＩS は、次式で表される。
P 、ループと鎖交する磁束をΦP とすると、ループを流
れる電流ＩS は、次式で表される。
【００３２】ＩS ＝ΦP ／ＬP …（式７）
【００３３】前記式５及び式６から、検出できる電流分
解能ΔＩS は次式の通りとなる。
解能ΔＩS は次式の通りとなる。
【００３４】 ΔＩS ＝ｐ・Ｉ0 ・（１−ｉS 2 ）／ｉS …（式８）
【００３５】したがって、磁束分解能ΔΦP は、前記式
７から、次式のようになる。
７から、次式のようになる。
【００３６】 ΔΦP ＝ｐ・ＬP ・Ｉ0 ・（１−ｉS 2 ）／ｉS …（式９）
【００３７】ここで、例えば、インダクタンスの測定電
流ｉS の動作点をｉS ＝０．６２程度に選ぶと、磁束分
解能ΔΦP は次式のようになる。
流ｉS の動作点をｉS ＝０．６２程度に選ぶと、磁束分
解能ΔΦP は次式のようになる。
【００３８】ΔΦP ＝ｐ・ＬP ・Ｉ0 …（式１０）
【００３９】したがって、この分解能でループと鎖交す
る磁束ΦP を測定することができる。すなわち、この磁
束ΦP をもたらす外部磁場を測定することができる。
る磁束ΦP を測定することができる。すなわち、この磁
束ΦP をもたらす外部磁場を測定することができる。
【００４０】なお、実際の測定にあたっては慣性インダ
クタンスによる起電力のため超電導体に常電導電流が流
れ、損失成分が生ずる。この損失成分も外部磁場により
変化する。したがって、実際にはインピーダンス変化と
して測定が行われる。しかし、この損失成分はあまり大
きくないので、インダクタンス成分のみとみなしても差
し支えない。
クタンスによる起電力のため超電導体に常電導電流が流
れ、損失成分が生ずる。この損失成分も外部磁場により
変化する。したがって、実際にはインピーダンス変化と
して測定が行われる。しかし、この損失成分はあまり大
きくないので、インダクタンス成分のみとみなしても差
し支えない。
【００４１】そこで、以下の説明においては、インダク
タンス成分のみを対象とした説明を行うが、本発明は、
インダクタンス成分の測定のみに限定されるものではな
く、前記損失成分を含めたインピーダンスを測定するこ
とにより外部磁場を測定することも可能である。
タンス成分のみを対象とした説明を行うが、本発明は、
インダクタンス成分の測定のみに限定されるものではな
く、前記損失成分を含めたインピーダンスを測定するこ
とにより外部磁場を測定することも可能である。
【００４２】前述のように、インダクタンスＬD を測定
することにより外部磁場を測定する場合、該インダクタ
ンスＬD の測定精度により外部磁場測定の分解能が決定
される。
することにより外部磁場を測定する場合、該インダクタ
ンスＬD の測定精度により外部磁場測定の分解能が決定
される。
【００４３】ここで、インダクタンスＬD には、慣性イ
ンダクタンスＬ0 と、外部インダクタンスＬP とが含ま
れるが、外部磁場によって変化するのは慣性インダクタ
ンスＬ0 であるから、これのみを測定することが望まし
い。なお、ここで外部インダクタンスとは、これに流れ
る電流により外部空間につくる磁束により定義されるも
のである。そこで、本発明ではインダクタンス測定回路
として外部インダクタンスＬP ができるだけ含まれない
ものを種々提案する。以下、実施例を通じてこれらにつ
いて説明する。
ンダクタンスＬ0 と、外部インダクタンスＬP とが含ま
れるが、外部磁場によって変化するのは慣性インダクタ
ンスＬ0 であるから、これのみを測定することが望まし
い。なお、ここで外部インダクタンスとは、これに流れ
る電流により外部空間につくる磁束により定義されるも
のである。そこで、本発明ではインダクタンス測定回路
として外部インダクタンスＬP ができるだけ含まれない
ものを種々提案する。以下、実施例を通じてこれらにつ
いて説明する。
【００４４】
（実施例１）本発明の第１の実施例を説明する。本実施
例に係る超電導磁気センサは、図４に示すように、高温
超電導体からなるループ１と、このループ１に磁気的に
結合されるコイル２とを備えるものであり、該コイル２
からインダクタンスを測定するものである。同図の
（ｃ）に等価回路を示すが、この実施例では、外部イン
ダクタンスＬP が測定回路から大部分取り除かれる。
例に係る超電導磁気センサは、図４に示すように、高温
超電導体からなるループ１と、このループ１に磁気的に
結合されるコイル２とを備えるものであり、該コイル２
からインダクタンスを測定するものである。同図の
（ｃ）に等価回路を示すが、この実施例では、外部イン
ダクタンスＬP が測定回路から大部分取り除かれる。
【００４５】この実施例において、超電導ループ１はビ
スマス２２１２相超電導体（Ｂｉ2Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ＯX
）によって作成されている。このループ１は、厚さ５
μｍ、幅３００μｍの線状に酸化マグネシウム基板上に
焼成されたもので、一辺が２ｃｍの正方形状である。こ
の線の臨界電流Ｉ0 は、１５０μＡであった。なお、タ
リウム系やイットリウム系の高温超電導体などによって
も本実施例の超電導ループ１を構成することができる
が、好ましくは前記のようにビスマス系高温超電導体で
構成する。
スマス２２１２相超電導体（Ｂｉ2Ｓｒ2 ＣａＣｕ2 ＯX
）によって作成されている。このループ１は、厚さ５
μｍ、幅３００μｍの線状に酸化マグネシウム基板上に
焼成されたもので、一辺が２ｃｍの正方形状である。こ
の線の臨界電流Ｉ0 は、１５０μＡであった。なお、タ
リウム系やイットリウム系の高温超電導体などによって
も本実施例の超電導ループ１を構成することができる
が、好ましくは前記のようにビスマス系高温超電導体で
構成する。
【００４６】一方、コイル２は、直径０．３ｍｍの銅線
で構成された２回巻のものであり、超電導ループ１と密
に結合されている。これらループ１とコイル２の結合係
数は、０．９５である。このコイル２の電流端子２ａか
ら、周波数１００ＭＨｚの交流電流３０μＡｐ−ｐを流
し、この端子２ａ，２ａ間に発生する電圧を検出するこ
とによりそのインピーダンスを測定した。
で構成された２回巻のものであり、超電導ループ１と密
に結合されている。これらループ１とコイル２の結合係
数は、０．９５である。このコイル２の電流端子２ａか
ら、周波数１００ＭＨｚの交流電流３０μＡｐ−ｐを流
し、この端子２ａ，２ａ間に発生する電圧を検出するこ
とによりそのインピーダンスを測定した。
【００４７】外部直流磁場を変化させたときにコイル２
に発生する電圧の変化を図５に示す。コイル２に発生す
る電圧の分解能は、２０ｎＶ／√Ｈｚであったので、磁
場分解能は外部磁場が６ｎＴのとき、０．２ｐＴ／√Ｈ
ｚが得られた。
に発生する電圧の変化を図５に示す。コイル２に発生す
る電圧の分解能は、２０ｎＶ／√Ｈｚであったので、磁
場分解能は外部磁場が６ｎＴのとき、０．２ｐＴ／√Ｈ
ｚが得られた。
【００４８】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について説明する。ループのインピーダンス変化が外部
磁場に対して線形でないと実用機器としては不都合であ
るが、本実施例は、これを解決するもので、フィードバ
ック回路設けることで、ループのインピーダンス変化が
外部磁場に対して線形になるようにしたものである。な
お、これにより測定のダイナミックレンジも拡大され
る。
について説明する。ループのインピーダンス変化が外部
磁場に対して線形でないと実用機器としては不都合であ
るが、本実施例は、これを解決するもので、フィードバ
ック回路設けることで、ループのインピーダンス変化が
外部磁場に対して線形になるようにしたものである。な
お、これにより測定のダイナミックレンジも拡大され
る。
【００４９】本実施例の超電導磁気センサは、図６に示
すように、前記第１の実施例と同一の超電導ループ１
と、コイル２とを備えるものであるが、さらに、電圧検
出回路４によりコイル２の発生電圧を検出し、その信号
を用いたフィードバック回路によりコイル２に対して直
流信号をフィードバックし、外部磁場を打ち消して超電
導ループ１に鎖交する磁束を一定値に保つものである。
そして、このフィードバック回路の出力を外部磁場の変
化量として検出することにより外部磁場の測定を行う。
すように、前記第１の実施例と同一の超電導ループ１
と、コイル２とを備えるものであるが、さらに、電圧検
出回路４によりコイル２の発生電圧を検出し、その信号
を用いたフィードバック回路によりコイル２に対して直
流信号をフィードバックし、外部磁場を打ち消して超電
導ループ１に鎖交する磁束を一定値に保つものである。
そして、このフィードバック回路の出力を外部磁場の変
化量として検出することにより外部磁場の測定を行う。
【００５０】この実施例で、前記超電導ループ１に鎖交
する磁束を６ｎＴに保った結果、磁場分解能として０．
２ｐＴ／√Ｈｚが得られた。
する磁束を６ｎＴに保った結果、磁場分解能として０．
２ｐＴ／√Ｈｚが得られた。
【００５１】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例
について説明する。この実施例では、図７に示すよう
に、超電導体ループ１の一部を他の部分より細長い線で
構成し、この細線により構成されるセンシング部分１ｃ
（以下、「細線部」と称する。）に作られるジョセフソ
ン接合の数を増やした。また、この細線部１ｃの外部イ
ンダクタンスを小さくするために厚さ５μｍの超電導平
板１０を、厚さ１０μｍの絶縁体を介して重ねた。
について説明する。この実施例では、図７に示すよう
に、超電導体ループ１の一部を他の部分より細長い線で
構成し、この細線により構成されるセンシング部分１ｃ
（以下、「細線部」と称する。）に作られるジョセフソ
ン接合の数を増やした。また、この細線部１ｃの外部イ
ンダクタンスを小さくするために厚さ５μｍの超電導平
板１０を、厚さ１０μｍの絶縁体を介して重ねた。
【００５２】このように本実施例は、慣性インダクタン
スＬ0 を有する部分をループの一部とし（他の部分は無
視できる）、この部分（細線部１ｃ）の外部インダクタ
ンスを極力小さくしたものである。
スＬ0 を有する部分をループの一部とし（他の部分は無
視できる）、この部分（細線部１ｃ）の外部インダクタ
ンスを極力小さくしたものである。
【００５３】そして、このような超電導ループ１に対し
て前記第１の実施例と同様のコイル２を磁気的に結合さ
せ、ループ１のインダクタンス測定用端子１ａに、図８
に示す回路に接続し、該測定用端子間に生じる電圧を検
出し、その信号をフィードバック回路により磁場フィー
ドバック用コイル２に直流信号としてフィードバックす
る。これにより、外部磁場を打ち消し、超電導ループ１
に鎖交する磁束を６ｎＴの一定値に保つ。
て前記第１の実施例と同様のコイル２を磁気的に結合さ
せ、ループ１のインダクタンス測定用端子１ａに、図８
に示す回路に接続し、該測定用端子間に生じる電圧を検
出し、その信号をフィードバック回路により磁場フィー
ドバック用コイル２に直流信号としてフィードバックす
る。これにより、外部磁場を打ち消し、超電導ループ１
に鎖交する磁束を６ｎＴの一定値に保つ。
【００５４】そして、このフィードバック回路の出力を
外部磁場の変化量として検出することにより外部磁場の
測定を行った。このときの磁場分解能として１０ｆＴ／
√Ｈｚが得られた。
外部磁場の変化量として検出することにより外部磁場の
測定を行った。このときの磁場分解能として１０ｆＴ／
√Ｈｚが得られた。
【００５５】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、図
９に示すように、前記第３の実施例と同様の超電導ルー
プ１、磁場フィードバック用コイル２、超電導板１０、
及びフィードバック回路等を備えるものであるが、超電
導ループ１のインダクタンス測定用端子に、厚さ１０μ
ｍの絶縁体を介して銀板７，７を重ね合わせて容量結合
を行い、この直列共振周波数を１００ＭＨｚとしたもの
である。
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、図
９に示すように、前記第３の実施例と同様の超電導ルー
プ１、磁場フィードバック用コイル２、超電導板１０、
及びフィードバック回路等を備えるものであるが、超電
導ループ１のインダクタンス測定用端子に、厚さ１０μ
ｍの絶縁体を介して銀板７，７を重ね合わせて容量結合
を行い、この直列共振周波数を１００ＭＨｚとしたもの
である。
【００５６】そして、これらの銀板７，７を端子とし
て、前記第３の実施例と同様にして外部磁場の測定を行
った。このとき、磁場分解能として、３ｆＴ／√Ｈｚが
得られた。
て、前記第３の実施例と同様にして外部磁場の測定を行
った。このとき、磁場分解能として、３ｆＴ／√Ｈｚが
得られた。
【００５７】このように、本実施例ではインダクタンス
の測定にあたって、該インダクタンスとコンデンサとを
共振させてインダクタンス変化による電圧変化を大きく
し、インダクタンスの変化を鋭敏に測定できるようにし
たものである。
の測定にあたって、該インダクタンスとコンデンサとを
共振させてインダクタンス変化による電圧変化を大きく
し、インダクタンスの変化を鋭敏に測定できるようにし
たものである。
【００５８】（実施例５）次に、本発明の第５の実施例
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、図
１０に示すように、前記第３の実施例と同様の超電導ル
ープ１、磁場フィードバック用コイル２、超電導板１
０、及びフィードバック回路等を備えるものであるが、
前記フィードバック回路は、周波数−電圧変換器９及び
低周波増幅回路５を備え、超電導ループ１のインダクタ
ンス測定用端子１ａの一方と超電導板１０とに並列に負
性抵抗回路８を接続し、超電導ループ１の細線部１ｃと
超電導板１０とで構成される伝送線路の往復伝搬時間を
周期とする発振回路を構成するものである。
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、図
１０に示すように、前記第３の実施例と同様の超電導ル
ープ１、磁場フィードバック用コイル２、超電導板１
０、及びフィードバック回路等を備えるものであるが、
前記フィードバック回路は、周波数−電圧変換器９及び
低周波増幅回路５を備え、超電導ループ１のインダクタ
ンス測定用端子１ａの一方と超電導板１０とに並列に負
性抵抗回路８を接続し、超電導ループ１の細線部１ｃと
超電導板１０とで構成される伝送線路の往復伝搬時間を
周期とする発振回路を構成するものである。
【００５９】そして、この発振周波数が一定になるよう
に周波数に応じた直流信号を前記フィードバック回路に
より磁場フィードバックコイル２にフィードバックし、
外部磁場を打ち消して、超電導ループ１に鎖交する磁束
を６ｎＴの一定値に保つとともに、このフィードバック
回路の出力を外部磁場の変化量として検出することによ
り外部磁場の測定を行う。このときの磁場分解能とし
て、０．５ｆＴ／√Ｈｚが得られた。
に周波数に応じた直流信号を前記フィードバック回路に
より磁場フィードバックコイル２にフィードバックし、
外部磁場を打ち消して、超電導ループ１に鎖交する磁束
を６ｎＴの一定値に保つとともに、このフィードバック
回路の出力を外部磁場の変化量として検出することによ
り外部磁場の測定を行う。このときの磁場分解能とし
て、０．５ｆＴ／√Ｈｚが得られた。
【００６０】このように、本実施例では、前記第１乃至
第４の実施例と異なり、インダクタンスでなく、ループ
の一部を連続的に静電容量が分布する伝送線路とし、こ
の伝送線路の伝搬特性を測定するもので、これにより測
定感度を向上させることができる。
第４の実施例と異なり、インダクタンスでなく、ループ
の一部を連続的に静電容量が分布する伝送線路とし、こ
の伝送線路の伝搬特性を測定するもので、これにより測
定感度を向上させることができる。
【００６１】なお、本実施例では、測定出力をフィード
バック回路の低周波増幅回路５から取り出しているが、
これに代え、周波数カウンタにより発振周波数をカウン
トし、これを検出出力に利用してもよい。
バック回路の低周波増幅回路５から取り出しているが、
これに代え、周波数カウンタにより発振周波数をカウン
トし、これを検出出力に利用してもよい。
【００６２】（実施例６）次に、本発明の第６の実施例
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、前
記第１の実施例に係る磁気センサ（図４参照）におい
て、コイル２の電流端子２ａ，２ａと並列にコンデンサ
を接続し、これらの並列共振周波数を１００ＭＨｚとし
たものである。これに周波数１００ＭＨｚの交流電流３
０μＡｐ−ｐを流し、この端子２ａ，２ａ間に発生する
電圧を検出することによりそのインピーダンスを測定す
る。これにより、外部磁場が６ｎＴのとき、５０ｆＴ／
√Ｈｚの磁場分解能が得られ、前記第１の実施例より分
解能が向上された。
について説明する。この実施例に係る磁気センサは、前
記第１の実施例に係る磁気センサ（図４参照）におい
て、コイル２の電流端子２ａ，２ａと並列にコンデンサ
を接続し、これらの並列共振周波数を１００ＭＨｚとし
たものである。これに周波数１００ＭＨｚの交流電流３
０μＡｐ−ｐを流し、この端子２ａ，２ａ間に発生する
電圧を検出することによりそのインピーダンスを測定す
る。これにより、外部磁場が６ｎＴのとき、５０ｆＴ／
√Ｈｚの磁場分解能が得られ、前記第１の実施例より分
解能が向上された。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
従来のSQUID のようなジョセフソン接合を有する超電導
リングを必要とせず、従来のような微細加工を必要とし
ない、構造の簡単な然も高感度の超電導磁気センサを得
ることができ、医療その他、広く科学技術上の用途に供
することができ、実用上の価値は多大である。
従来のSQUID のようなジョセフソン接合を有する超電導
リングを必要とせず、従来のような微細加工を必要とし
ない、構造の簡単な然も高感度の超電導磁気センサを得
ることができ、医療その他、広く科学技術上の用途に供
することができ、実用上の価値は多大である。
【図１】従来の超電導磁気センサの一つであるSQUID の
構成を示す概念図である。
構成を示す概念図である。
【図２】超電導体により構成したループを示す概念図で
ある。
ある。
【図３】ジョセフソン接合を流れる電流による慣性イン
ダクタンスの変化を示す線図である。
ダクタンスの変化を示す線図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る超電導磁気センサ
の構成を示す概念図である。
の構成を示す概念図である。
【図５】前記第１の実施例に係る超電導磁気センサにお
いて、外部直流磁場を変化させたときにコイルに発生す
る電圧の変化を示す線図である。
いて、外部直流磁場を変化させたときにコイルに発生す
る電圧の変化を示す線図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る超電導磁気センサ
の構成を示す概念図である。
の構成を示す概念図である。
【図７】本発明の第３の実施例に係る超電導磁気センサ
の要部の構成を示す概念図である。
の要部の構成を示す概念図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る超電導磁気センサ
の構成を示す概念図である。
の構成を示す概念図である。
【図９】本発明の第４の実施例に係る超電導磁気センサ
の構成を示す概念図である。
の構成を示す概念図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る超電導磁気セン
サの構成を示す概念図である。
サの構成を示す概念図である。
【符号の説明】 １ 超電導ループ １ａ インダクタンス測定用端子 １ｂ 臨界電流測定用端子 １ｃ 細線部 ２ コイル ２ａ 電流端子 ３ 定電流源 ４ １００ＭＨｚ検波電圧検出回路 ５ 低周波増幅回路 ６ 高周波阻止コイル ７ 銀板 ８ 負性抵抗回路 ９ 周波数−電圧変換器 １０ 超電導板
Claims (8)
- 【請求項１】 少なくとも一部が多結晶の高温超電導体
により構成されたループと、 前記ループの少なくとも一部のインピーダンスを測定す
るインピーダンス測定手段とを備え、 前記ループのインピーダンスの変化を測定することによ
り該ループに鎖交する外部磁場を測定することを特徴と
する超電導磁気センサ。 - 【請求項２】 少なくとも一部が多結晶の高温超電導体
により構成されたループと、 前記ループに磁気的に結合されるコイルと、 前記ループのインピーダンスを一定に保つような電流を
前記コイルに流すフィードバック手段とを備え、 前記コイルに流れる電流を測定することにより前記ルー
プに鎖交する外部磁場を測定することを特徴とする超電
導磁気センサ。 - 【請求項３】 前記ループは、少なくとも一部に、多結
晶高温超電導体により構成されるとともにループの他の
部分より臨界電流が小さくされたセンシング部分を含む
ものであり、 該センシング部分のインピーダンスの変化を測定するこ
とによりループに鎖交する外部磁場を測定することを特
徴とする請求項１又は２に記載の超電導磁気センサ。 - 【請求項４】 前記ループに磁気的に結合されるコイル
を備え、 前記インピーダンス測定手段は、前記コイルのインピー
ダンスを測定することにより前記ループのインピーダン
スを測定するものであることを特徴とする請求項１に記
載の超電導磁気センサ。 - 【請求項５】 請求項３に記載の超電導磁気センサにお
いて、 ループの前記部分に超電導板を重ね合わせ、前記ループ
の外部インダクタンスを減少させたことを特徴とする超
電導磁気センサ。 - 【請求項６】 請求項３に記載の超電導磁気センサにお
いて、 ループの前記センシング部分に容量結合を設けたことを
特徴とする超電導磁気センサ。 - 【請求項７】 前記ループの被測定インピーダンスに対
して直列又は並列にコンデンサを接続し、 前記被測定インピーダンスと前記コンデンサとの共振点
付近の周波数でインピーダンスの測定を行うことを特徴
とする請求項１に記載の超電導磁気センサ。 - 【請求項８】 請求項３に記載の超電導磁気センサにお
いて、 ループの前記センシング部分に超電導板又は金属板を重
ね合わせ、 ループの前記センシング部分と該超電導板又は金属板と
により構成される伝送線路の伝搬特性を測定することを
特徴とする超電導磁気センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5208170A JPH0743441A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 超電導磁気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5208170A JPH0743441A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 超電導磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0743441A true JPH0743441A (ja) | 1995-02-14 |
Family
ID=16551823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5208170A Pending JPH0743441A (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 超電導磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0743441A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366076B1 (en) * | 1997-04-21 | 2002-04-02 | Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem Sa | Device with wide passband for measuring electric current intensity in a conductor |
| JP2009098145A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-05-07 | Chin-Yih Hong | 超高感度磁力減少測定システムおよびこれを用いた超高感度、洗浄不要の測定方法 |
-
1993
- 1993-08-02 JP JP5208170A patent/JPH0743441A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366076B1 (en) * | 1997-04-21 | 2002-04-02 | Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem Sa | Device with wide passband for measuring electric current intensity in a conductor |
| JP2009098145A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-05-07 | Chin-Yih Hong | 超高感度磁力減少測定システムおよびこれを用いた超高感度、洗浄不要の測定方法 |
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