JPH0769406B2 - 磁気センサー - Google Patents
磁気センサーInfo
- Publication number
- JPH0769406B2 JPH0769406B2 JP63065489A JP6548988A JPH0769406B2 JP H0769406 B2 JPH0769406 B2 JP H0769406B2 JP 63065489 A JP63065489 A JP 63065489A JP 6548988 A JP6548988 A JP 6548988A JP H0769406 B2 JPH0769406 B2 JP H0769406B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- coil
- strength
- magnetic
- oscillator
- 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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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、磁界の強度を測定する新規な磁気センサーに
関するものである。この磁気センサーは例えば、磁石の
周りの磁界の強度を測定するためのセンサー、距離を測
定する非接触距離センサーや角度センサー、あるいは従
来のホール素子等の磁気センサーの用途に使用しうる磁
気センサーとして有用である。
関するものである。この磁気センサーは例えば、磁石の
周りの磁界の強度を測定するためのセンサー、距離を測
定する非接触距離センサーや角度センサー、あるいは従
来のホール素子等の磁気センサーの用途に使用しうる磁
気センサーとして有用である。
従来の技術 従来、磁気センサーとしては、例えばホール素子や磁気
抵抗素子等を用いる半導体磁気センサーや磁性体を用い
る磁気センサーがある。このうち、半導体磁気センサー
は電気部品として使用できる簡便さを持つため、磁力
計、接近センサー、回転数センサー等の工業機器として
広く使用されているものの、その作動原理が電子やホー
ル等の荷電キャリヤーが磁界中を動くと、運転方向に垂
直なローレンツ力を受けるという物理現象に基づくた
め、素子に働く磁界のうち素子に垂直な成分の強度しか
測定し得ないという欠点がある。このため、これらの素
子を用いて空間の一点の磁界の強度を測定する際には、
素子を常に磁界に垂直に置かなければ正確な磁界の強度
を測定し得ないという不都合がある。また、これらの半
導体磁気センサーは素子の中心部が半導体で構成されて
いるため、温度変化による特性変動に基づく誤差が大き
い上、半導体磁気センサーは電圧出力を有するため、誘
導電圧による誤差を生じ易く不安定であるという欠点も
ある。
抵抗素子等を用いる半導体磁気センサーや磁性体を用い
る磁気センサーがある。このうち、半導体磁気センサー
は電気部品として使用できる簡便さを持つため、磁力
計、接近センサー、回転数センサー等の工業機器として
広く使用されているものの、その作動原理が電子やホー
ル等の荷電キャリヤーが磁界中を動くと、運転方向に垂
直なローレンツ力を受けるという物理現象に基づくた
め、素子に働く磁界のうち素子に垂直な成分の強度しか
測定し得ないという欠点がある。このため、これらの素
子を用いて空間の一点の磁界の強度を測定する際には、
素子を常に磁界に垂直に置かなければ正確な磁界の強度
を測定し得ないという不都合がある。また、これらの半
導体磁気センサーは素子の中心部が半導体で構成されて
いるため、温度変化による特性変動に基づく誤差が大き
い上、半導体磁気センサーは電圧出力を有するため、誘
導電圧による誤差を生じ易く不安定であるという欠点も
ある。
一方、磁性体磁気センサーは半導体磁気センサーより高
感度であるものの、半導体磁気センサーと同様、素子に
働く磁界のうち素子に垂直な成分の強度しか測定し得な
いという欠点がある。
感度であるものの、半導体磁気センサーと同様、素子に
働く磁界のうち素子に垂直な成分の強度しか測定し得な
いという欠点がある。
このような事情から、近来は超電導材料の超電導特性を
活かして高精度の磁気検出を行う方法が種々提案されて
いる。例えば、円環状の超電導材料内にジョセフソン結
合部を形成したSQUIDによれば、量子磁束レベルでの極
めて高精度な磁界強度の測定が行えるのである。
活かして高精度の磁気検出を行う方法が種々提案されて
いる。例えば、円環状の超電導材料内にジョセフソン結
合部を形成したSQUIDによれば、量子磁束レベルでの極
めて高精度な磁界強度の測定が行えるのである。
また、超伝導体は多結晶試料であることから異方性を示
さないので、超伝導体に作用する外部磁界の向きに拘わ
らず、外部磁界の強度に応じた磁束が超伝導体内部へ侵
入するので、従来の磁性体磁気センサーや半導体磁器セ
ンサーのように、測定精度が素子の形状や磁界の向きに
左右されることもない。
さないので、超伝導体に作用する外部磁界の向きに拘わ
らず、外部磁界の強度に応じた磁束が超伝導体内部へ侵
入するので、従来の磁性体磁気センサーや半導体磁器セ
ンサーのように、測定精度が素子の形状や磁界の向きに
左右されることもない。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、SQUIDを用いた磁気センサは未だ研究段
階であると共に、実現に際しては高精度の製造技術が必
要になる。また、第一種超電導材料が示す顕著なマイス
ナー効果を利用して、超電導材料に作用した外部磁界を
検出する磁気測定方法や磁気測定素子が、例えば特開昭
55−37975号公報や特開昭59−90096号公報等で提案され
ているが、当該超電導材料特有の臨界磁界と外部磁界の
磁界強度とに相関性を与える構成が必要である。しか
も、第一種超電導体の臨界温度は第２種超伝導体に比し
て低温であり、必ずしも簡易な構成で磁界強度の測定を
行えるとは言えない点もあった。
階であると共に、実現に際しては高精度の製造技術が必
要になる。また、第一種超電導材料が示す顕著なマイス
ナー効果を利用して、超電導材料に作用した外部磁界を
検出する磁気測定方法や磁気測定素子が、例えば特開昭
55−37975号公報や特開昭59−90096号公報等で提案され
ているが、当該超電導材料特有の臨界磁界と外部磁界の
磁界強度とに相関性を与える構成が必要である。しか
も、第一種超電導体の臨界温度は第２種超伝導体に比し
て低温であり、必ずしも簡易な構成で磁界強度の測定を
行えるとは言えない点もあった。
そこで、本発明は、十分に精度の高い磁界強度の測定を
比較的簡単な構造で実現できる磁気センサーの提供を目
的とするものである。
比較的簡単な構造で実現できる磁気センサーの提供を目
的とするものである。
課題を解決するための手段 本発明者らは、磁界の方向に関係なくあらゆる方向の磁
界強度を測定しうる磁気センサーを開発するため種々研
究を重ねた結果、コアとしての超電導材料にコイルを巻
いたコイル体とコンデンサーから成るLC発振器を所定の
測定状態で用いることにより、所期の目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明に至った。
界強度を測定しうる磁気センサーを開発するため種々研
究を重ねた結果、コアとしての超電導材料にコイルを巻
いたコイル体とコンデンサーから成るLC発振器を所定の
測定状態で用いることにより、所期の目的を達成しうる
ことを見出し、この知見に基づいて本発明に至った。
すなわち、本発明に係る磁気センサーは、第２種超電導
材料よりなるコア（１）にコイル（２）を巻回したコイ
ル体とコンデンサー（電気回路３に含む）とから成るLC
発振器と、該LC発振器のコアを超電導状態に保持する冷
却手段（例えば冷却剤５）と、上部臨海磁界と下部臨海
磁界の範囲内でコイル体に作用する外部磁界の強度に応
じて変化する上記LC発振器の発振周波数を取得する周波
数取得手段（例えば周波数カウンタ４）とを備え、超電
導状態にあるコアに侵入する磁束量に応じてコイル体の
自己誘導係数が変化することをLC発振器の発信周波数に
対応させ、発信周波数からコイル体に作用する外部磁界
の強度を測定するようにしたものである。
材料よりなるコア（１）にコイル（２）を巻回したコイ
ル体とコンデンサー（電気回路３に含む）とから成るLC
発振器と、該LC発振器のコアを超電導状態に保持する冷
却手段（例えば冷却剤５）と、上部臨海磁界と下部臨海
磁界の範囲内でコイル体に作用する外部磁界の強度に応
じて変化する上記LC発振器の発振周波数を取得する周波
数取得手段（例えば周波数カウンタ４）とを備え、超電
導状態にあるコアに侵入する磁束量に応じてコイル体の
自己誘導係数が変化することをLC発振器の発信周波数に
対応させ、発信周波数からコイル体に作用する外部磁界
の強度を測定するようにしたものである。
本発明において用いるコイル体は、通常、超電導材料の
周りを被覆し、この周囲にコイルを巻くことにより作製
される。
周りを被覆し、この周囲にコイルを巻くことにより作製
される。
このような被覆方法としては、例えばエポキシ樹脂など
の被覆材で被覆する方法などが用いられる。
の被覆材で被覆する方法などが用いられる。
本発明において用いる第２種超電導材料としては、特に
制限されず、例えば合金系、金属間化合物、カルコゲナ
イドやイットリウム等の希土類元素やビスマスを含むセ
ラミックス系材料などが挙げられる。
制限されず、例えば合金系、金属間化合物、カルコゲナ
イドやイットリウム等の希土類元素やビスマスを含むセ
ラミックス系材料などが挙げられる。
本発明においては、コイルのコアを超電導状態にする手
段としては、常法に従い、例えば超電導物質の臨界温度
に応じて適宜冷却剤を用いたり、気体の断熱膨張に伴う
温度降下を利用した各種の冷凍器を用いるなどの手段を
用いることができる。
段としては、常法に従い、例えば超電導物質の臨界温度
に応じて適宜冷却剤を用いたり、気体の断熱膨張に伴う
温度降下を利用した各種の冷凍器を用いるなどの手段を
用いることができる。
作 用 本発明の磁気センサーは第２種超電導材料をコアとする
コイルを磁界の強度の検出部として使用するものであ
る。一般に超電導材料はその臨界温度以下の温度ではマ
イスナー効果により超電導材料の内部に磁界が侵入しな
い。このため超電導材料をコアにしたコイルではコアを
構成する超電導材料がその臨界温度以下では臨界温度以
上におけるよりも自己誘導係数（Ｌ）が小さくなる。し
たがって、 の公式に従って、臨界温度以下におけるLC発振器の周波
数（ｆ）は臨界温度以上の場合より大きくなる。この状
態で第２種超電導材料の下部臨界磁界以上の被測定磁界
の中にコアを置くと、コアは超電導層と常電導層とが混
在した状態になり、磁界は少しずつコアの内部に侵入す
るようになる。この状態ではコイルの自己誘導係数
（Ｌ）はコアを下部臨界磁界中に置く場合に比べて大き
くなり、上式にしたがってLC発振器の周波数（ｆ）は小
さくなる。
コイルを磁界の強度の検出部として使用するものであ
る。一般に超電導材料はその臨界温度以下の温度ではマ
イスナー効果により超電導材料の内部に磁界が侵入しな
い。このため超電導材料をコアにしたコイルではコアを
構成する超電導材料がその臨界温度以下では臨界温度以
上におけるよりも自己誘導係数（Ｌ）が小さくなる。し
たがって、 の公式に従って、臨界温度以下におけるLC発振器の周波
数（ｆ）は臨界温度以上の場合より大きくなる。この状
態で第２種超電導材料の下部臨界磁界以上の被測定磁界
の中にコアを置くと、コアは超電導層と常電導層とが混
在した状態になり、磁界は少しずつコアの内部に侵入す
るようになる。この状態ではコイルの自己誘導係数
（Ｌ）はコアを下部臨界磁界中に置く場合に比べて大き
くなり、上式にしたがってLC発振器の周波数（ｆ）は小
さくなる。
本発明の磁力センサーはこの原理に基づき、被測定磁界
の強度を求めるために、LC発振器の周波数を検出するよ
うに工夫したものである。具体的な発振周波数（ｆ）の
検出法としては周波数計による検出、ｆ−Ｖ変換器によ
る検出、発振周波数を波形整形してそのパルス幅を計測
する検出等、通常の周波数の検出法を適宜使用し得る。
また、本発明の磁気センサーは、外部磁界を作用させる
コイル体のコアとして第２種超伝導材料を用いるものと
してあるので、コイル体に働くあらゆる方向の磁界の強
度を磁界の方向に無関係に測定することが可能となる。
すなわち、磁性体磁気センサーや半導体磁器センサーの
如く、センサーの向きを磁界と垂直に保持する等の注意
を払って磁界強度の測定を行う必要がないので、工業用
の磁気センサーとしても有用である。
の強度を求めるために、LC発振器の周波数を検出するよ
うに工夫したものである。具体的な発振周波数（ｆ）の
検出法としては周波数計による検出、ｆ−Ｖ変換器によ
る検出、発振周波数を波形整形してそのパルス幅を計測
する検出等、通常の周波数の検出法を適宜使用し得る。
また、本発明の磁気センサーは、外部磁界を作用させる
コイル体のコアとして第２種超伝導材料を用いるものと
してあるので、コイル体に働くあらゆる方向の磁界の強
度を磁界の方向に無関係に測定することが可能となる。
すなわち、磁性体磁気センサーや半導体磁器センサーの
如く、センサーの向きを磁界と垂直に保持する等の注意
を払って磁界強度の測定を行う必要がないので、工業用
の磁気センサーとしても有用である。
実施例 以下、図面に基づき本発明の実施例について述べる。
第１図は本発明に係る磁気センサーの１例の説明図であ
る。１はコイルのコアで寸法10mm×15mm×5mmのイット
リウム系超電導材料を、２は超電導材料をコアとするコ
イルで、コアに線径約0.1mmのエナメル線を50回巻いた
ものを、３はLC発振器のコイル以外の部分でコンデンサ
ーとトランジスタ増幅器とから構成される電気回路を、
４はLC発振器の発振周波数を計数する周波数カウンター
を、５は超電導状態を実現するための冷却剤を、６はセ
ンサーに磁界を印加するためのコイルで、直径16cmのボ
ビンに26.5cmの幅に100回巻きつけたものを、７はセン
サーに磁界を印加するためコイルに電流を流す電源をそ
れぞれ示す。なお、本実施例においては、周波数カウン
タ４が、上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内でコイル
体に作用する外部磁界の強度に応じて変化するLC発振器
の発振周波数を取得する周波数取得手段として機能する
のである。
る。１はコイルのコアで寸法10mm×15mm×5mmのイット
リウム系超電導材料を、２は超電導材料をコアとするコ
イルで、コアに線径約0.1mmのエナメル線を50回巻いた
ものを、３はLC発振器のコイル以外の部分でコンデンサ
ーとトランジスタ増幅器とから構成される電気回路を、
４はLC発振器の発振周波数を計数する周波数カウンター
を、５は超電導状態を実現するための冷却剤を、６はセ
ンサーに磁界を印加するためのコイルで、直径16cmのボ
ビンに26.5cmの幅に100回巻きつけたものを、７はセン
サーに磁界を印加するためコイルに電流を流す電源をそ
れぞれ示す。なお、本実施例においては、周波数カウン
タ４が、上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内でコイル
体に作用する外部磁界の強度に応じて変化するLC発振器
の発振周波数を取得する周波数取得手段として機能する
のである。
上記のような構成よりなる第１図の装置において、電源
７によってコイル６に電流を流すと、外部磁界がコイル
体に作用することとなる。ここで、外部磁界の磁界強度
が上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内であれば、第二
種超伝導材料よりなるコア１に磁束が侵入した混合状態
となる。この侵入した磁束の侵入深さは外部磁界の強度
に応じて変化するので、コイル２の自己誘導係数も変化
することとなる。すなわち、外部磁界の磁界強度に応じ
た発信周波数の信号がLC発振器から得られるのである。
したがって、周波数取得手段たる周波数カウンタ４のカ
ウント値を、コイル体に作用する磁界強度と発信周波数
との対応関係についての既知のデータに当てはめること
で、当該カウント値に応じた外部磁界の磁界強度を得る
ことができるのである。
７によってコイル６に電流を流すと、外部磁界がコイル
体に作用することとなる。ここで、外部磁界の磁界強度
が上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内であれば、第二
種超伝導材料よりなるコア１に磁束が侵入した混合状態
となる。この侵入した磁束の侵入深さは外部磁界の強度
に応じて変化するので、コイル２の自己誘導係数も変化
することとなる。すなわち、外部磁界の磁界強度に応じ
た発信周波数の信号がLC発振器から得られるのである。
したがって、周波数取得手段たる周波数カウンタ４のカ
ウント値を、コイル体に作用する磁界強度と発信周波数
との対応関係についての既知のデータに当てはめること
で、当該カウント値に応じた外部磁界の磁界強度を得る
ことができるのである。
このような磁気センサーにおいて、コイルを液体窒素で
冷却した状態で発振周波数を計数したところ、発振周波
数は4.988MHzであった。この状態でセンサーに磁界を印
加するためコイル７に１〜10Aの電流を流したところ、
第２図に示すように電流に応じて発振周波数が減少する
ので、電流と磁界の強度との間には密接な関係があり、
磁界強度を測定するセンサーとして優れていることは明
らかである。
冷却した状態で発振周波数を計数したところ、発振周波
数は4.988MHzであった。この状態でセンサーに磁界を印
加するためコイル７に１〜10Aの電流を流したところ、
第２図に示すように電流に応じて発振周波数が減少する
ので、電流と磁界の強度との間には密接な関係があり、
磁界強度を測定するセンサーとして優れていることは明
らかである。
なお、上記第２図の実験例で示した如く、LC発振器の発
信周波数とコイル体に作用する外部磁界の磁界強度（磁
束密度）とが略々比例する範囲内で外部磁界の磁界強度
を測定する場合には、LC発振器の発信周波数から発外部
磁界の磁界強度の算出が簡便になるが、LC発振器の発信
周波数とコイル体に作用する外部磁界の磁界強度が比例
関係にない領域においても磁界強度を求めることができ
るのは、上述した通りである。
信周波数とコイル体に作用する外部磁界の磁界強度（磁
束密度）とが略々比例する範囲内で外部磁界の磁界強度
を測定する場合には、LC発振器の発信周波数から発外部
磁界の磁界強度の算出が簡便になるが、LC発振器の発信
周波数とコイル体に作用する外部磁界の磁界強度が比例
関係にない領域においても磁界強度を求めることができ
るのは、上述した通りである。
発明の効果 以上説明したように、本発明に係る磁気センサーによれ
ば、上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内でコイル体に
作用する外部磁界の強度に応じて変化するLC発振器の発
信周波数を取得し、該発信周波数からコイル体に作用す
る外部磁界の強度を求めるものとしたので、超電導材料
を用いているにも拘わらず、極めて簡単な構造の磁気セ
ンサーとすることができる。しかも、第２種超伝導材料
に応じて定まる上部臨界磁界と下部臨界磁界との範囲内
において、外部磁界の磁界強度を測定できるので、磁界
強度に応じた第２種超伝導材料を用いることとで、汎用
性の高い磁気センサーとすることができる。加えて、コ
イル体のコアに用いる第２種超電導材料には液体窒素温
度域において超電導特性を示すものもあることから、冷
却手段も簡単な構成とすることが可能である。
ば、上部臨界磁界と下部臨界磁界の範囲内でコイル体に
作用する外部磁界の強度に応じて変化するLC発振器の発
信周波数を取得し、該発信周波数からコイル体に作用す
る外部磁界の強度を求めるものとしたので、超電導材料
を用いているにも拘わらず、極めて簡単な構造の磁気セ
ンサーとすることができる。しかも、第２種超伝導材料
に応じて定まる上部臨界磁界と下部臨界磁界との範囲内
において、外部磁界の磁界強度を測定できるので、磁界
強度に応じた第２種超伝導材料を用いることとで、汎用
性の高い磁気センサーとすることができる。加えて、コ
イル体のコアに用いる第２種超電導材料には液体窒素温
度域において超電導特性を示すものもあることから、冷
却手段も簡単な構成とすることが可能である。
第１図は本発明の磁気センサーの１例を示す説明図、第
２図は本発明の磁気センサーにより磁界の強度を測定し
た結果を示すグラフである。１はコイルのコア、２はコ
イル、３はLC発振器のコイル以外の部分でコンデンサー
とトランジスタ増幅器とから構成される電気回路、４は
LC発振器の発振周波数を計数する周波数カウンター、５
は超電導状態を実現するための冷却剤、６はセンサーに
磁界を印加するためのコイル、７はセンサーに磁界を印
加するためコイルに電流を流す電源をそれぞれ示す。
２図は本発明の磁気センサーにより磁界の強度を測定し
た結果を示すグラフである。１はコイルのコア、２はコ
イル、３はLC発振器のコイル以外の部分でコンデンサー
とトランジスタ増幅器とから構成される電気回路、４は
LC発振器の発振周波数を計数する周波数カウンター、５
は超電導状態を実現するための冷却剤、６はセンサーに
磁界を印加するためのコイル、７はセンサーに磁界を印
加するためコイルに電流を流す電源をそれぞれ示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−212375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−37975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−90069（ＪＰ，Ａ) 特公 昭44−31012（ＪＰ，Ｂ１) 昭和63年度電気関係学会東海支部連合大 会講演集Ｐ．274（昭和63年９月)
Claims (1)
- 【請求項１】第２種超電導材料よりなるコアにコイルを
巻回したコイル体とコンデンサーとから成るLC発振器
と、該LC発振器のコアを超電導状態に保持する冷却手段
と、上部臨海磁界と下部臨海磁界の範囲内でコイル体に
作用する外部磁界の強度に応じて変化する上記LC発振器
の発振周波数を取得する周波数取得手段とを備え、超電
導状態にあるコアに侵入する磁束に応じてコイル体の自
己誘導係数が変化することをLC発振器の発信周波数に対
応させ、発信周波数からコイル体に作用する外部磁界の
強度を測定するようにしたことを特徴とする磁気センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63065489A JPH0769406B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 磁気センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63065489A JPH0769406B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 磁気センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01237478A JPH01237478A (ja) | 1989-09-21 |
| JPH0769406B2 true JPH0769406B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=13288562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63065489A Expired - Lifetime JPH0769406B2 (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 磁気センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769406B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5537975A (en) * | 1978-09-11 | 1980-03-17 | Toshiba Corp | Superconductive magnetism measuring element |
| JPS5990069A (ja) * | 1982-11-16 | 1984-05-24 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁界測定法 |
-
1988
- 1988-03-17 JP JP63065489A patent/JPH0769406B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 昭和６３年度電気関係学会東海支部連合大会講演集Ｐ．２７４（昭和６３年９月） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01237478A (ja) | 1989-09-21 |
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