JPH077046B2 - 静磁場測定装置 - Google Patents
静磁場測定装置Info
- Publication number
- JPH077046B2 JPH077046B2 JP2251494A JP25149490A JPH077046B2 JP H077046 B2 JPH077046 B2 JP H077046B2 JP 2251494 A JP2251494 A JP 2251494A JP 25149490 A JP25149490 A JP 25149490A JP H077046 B2 JPH077046 B2 JP H077046B2
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- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- detection coil
- field measuring
- strip
- measuring device
- 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.)
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/035—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using superconductive devices
- G01R33/0354—SQUIDS
- G01R33/0358—SQUIDS coupling the flux to the SQUID
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/842—Measuring and testing
- Y10S505/843—Electrical
- Y10S505/845—Magnetometer
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- 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 超伝導コンピュータ等の超伝導素子を利用した回路や脳
磁計測等の生体磁気測定などでは、外部の地磁気その他
の磁場を充分に遮蔽することが必要となる。このため
に、高性能な強磁性シールドや超伝導シールドが用いら
れるが、この性能を検査するには、nT（10-9T）程度も
しくはその以下の微弱な磁場の測定が必要とされる。本
発明はその磁場測定のための有効な手段を提供するもの
である。
磁計測等の生体磁気測定などでは、外部の地磁気その他
の磁場を充分に遮蔽することが必要となる。このため
に、高性能な強磁性シールドや超伝導シールドが用いら
れるが、この性能を検査するには、nT（10-9T）程度も
しくはその以下の微弱な磁場の測定が必要とされる。本
発明はその磁場測定のための有効な手段を提供するもの
である。
従来の技術 0.1nT程度までの微弱磁場の測定にはフラックスゲート
磁束計を用いることができるが、それ以下の磁場測定の
ために用いることが可能なのはSQUID磁束計のみであ
る。ところが、SQUID磁束計では磁場の変化分はfT（10
-15T）程度という高感度で検出することができるが、静
磁場の絶対値は本質的に測定することができない。そこ
で、Cabrera（学位論文、Stanford大学、1975）は、検
出コイルを回転させ、その時のSQUID磁束計の出力変動
から静磁場の絶対値を求めるという方法を開発した。こ
れをフリップコイル法と呼ぶ。
磁束計を用いることができるが、それ以下の磁場測定の
ために用いることが可能なのはSQUID磁束計のみであ
る。ところが、SQUID磁束計では磁場の変化分はfT（10
-15T）程度という高感度で検出することができるが、静
磁場の絶対値は本質的に測定することができない。そこ
で、Cabrera（学位論文、Stanford大学、1975）は、検
出コイルを回転させ、その時のSQUID磁束計の出力変動
から静磁場の絶対値を求めるという方法を開発した。こ
れをフリップコイル法と呼ぶ。
発明が解決しようとする問題点 前記のフリップコイル法では、検出コイルを回転しつつ
測定を行わざるを得ない。このため、検出コイル及びそ
の保持機構の回転自体によって生ずる出力変動を避けが
たい。そこで、検出コイルを360°回転して出力変動を
記録した後、磁場測定システム自身の向きを180°回転
し、その位置を出発点として検出コイルを360°回転し
て、再び出力変動を記録する。そして、２つの出力変動
の差を、外部磁場から生ずる正味の出力変動とするとい
う手法が採用されている。この方式は、装置が複雑で手
順が繁雑であるうえ、２つの出力変動の差の大きさは、
２つの出力変動自体の大きさよりはるかに小さいためS/
N比が低いという問題がある。
測定を行わざるを得ない。このため、検出コイル及びそ
の保持機構の回転自体によって生ずる出力変動を避けが
たい。そこで、検出コイルを360°回転して出力変動を
記録した後、磁場測定システム自身の向きを180°回転
し、その位置を出発点として検出コイルを360°回転し
て、再び出力変動を記録する。そして、２つの出力変動
の差を、外部磁場から生ずる正味の出力変動とするとい
う手法が採用されている。この方式は、装置が複雑で手
順が繁雑であるうえ、２つの出力変動の差の大きさは、
２つの出力変動自体の大きさよりはるかに小さいためS/
N比が低いという問題がある。
問題点を解決するための手段 本発明では、検出コイルを含む磁場測定システムは固定
して移動はさせない。一方、狭いスリットをはさんで細
長い超伝導体のストリップを平面上に並べた試料を用意
し、その試料を検出コイル面のごく近くで面に平行に移
動させる。このときのSQUID磁束計の出力変動から、試
料面に垂直な方向の静磁場の大きさを求める。
して移動はさせない。一方、狭いスリットをはさんで細
長い超伝導体のストリップを平面上に並べた試料を用意
し、その試料を検出コイル面のごく近くで面に平行に移
動させる。このときのSQUID磁束計の出力変動から、試
料面に垂直な方向の静磁場の大きさを求める。
作用 第１図は、超伝導体のストリップ（１）を並べた列の断
面図である。各ストリップ（１）は狭いスリット（２）
で隔てられている。ストリップ列に垂直に印加された磁
場の磁力線（３）は、超伝導体のストリップ（１）を貫
通できないため、スリット（２）に集中して通過する。
したがって、ストリップ（１）の幅をDS、スリット
（２）の幅をDN、面に垂直な磁場（磁束密度）をBaとす
ると、スリット（２）を通過する単位長さあたりの磁束
量はBa(DS+DN)となる。
面図である。各ストリップ（１）は狭いスリット（２）
で隔てられている。ストリップ列に垂直に印加された磁
場の磁力線（３）は、超伝導体のストリップ（１）を貫
通できないため、スリット（２）に集中して通過する。
したがって、ストリップ（１）の幅をDS、スリット
（２）の幅をDN、面に垂直な磁場（磁束密度）をBaとす
ると、スリット（２）を通過する単位長さあたりの磁束
量はBa(DS+DN)となる。
検出コイルがストリップ（１）の列の面に平行に、その
ごく近くを通過するときの出力変化を考える。検出コイ
ル（４）が第２図（ａ）の位置にあるときは、そのた
め、検出コイル（４）を通過する磁束φPCはゼロであ
る。一方、検出コイル（４）が第２図（ｂ）の位置に来
たときは、通過磁束φPC＝Ba(DS+DN)DPCとなる。ここで
DPCは検出コイルの直径である。したがって、SQUID磁束
計の出力には、通過磁束量の変動に対応した周期的変動
が見られる。
ごく近くを通過するときの出力変化を考える。検出コイ
ル（４）が第２図（ａ）の位置にあるときは、そのた
め、検出コイル（４）を通過する磁束φPCはゼロであ
る。一方、検出コイル（４）が第２図（ｂ）の位置に来
たときは、通過磁束φPC＝Ba(DS+DN)DPCとなる。ここで
DPCは検出コイルの直径である。したがって、SQUID磁束
計の出力には、通過磁束量の変動に対応した周期的変動
が見られる。
こうして、出力の周期的変動の振幅が求まると、ストリ
ップ（１）の幅DS、スリット（２）の幅DN、検出コイル
（４）の直径DPCは既知なので、面に垂直な磁場Baを求
めることが可能となる。
ップ（１）の幅DS、スリット（２）の幅DN、検出コイル
（４）の直径DPCは既知なので、面に垂直な磁場Baを求
めることが可能となる。
実施例 第３図に本発明の実施例を示す。装置全体は３重のパー
マロイ磁気シールド（記載せず）中に入っている。超伝
導薄膜のストリップ列を形成したウェハーを装着したウ
ェハーホルダー（５）は、駆動装置（６）によって、上
下動及び回転が可能である。検出コイル（４）は浮上ヘ
ッド（７）に取り付けられ、高圧ボンベ（記載せず）よ
り供給されたヘリウムガスは、流量コントローラ（８）
と熱交換器（９）を通過後、浮上ヘッド（７）の中央の
噴射口より噴き出し、放射状に流れる。この放射状の流
れの作用により、浮上ヘッド（７）とウェハーとの間隔
は一定に保たれる。この流体力学的浮上のメカニズム
は、本発明の発明者らが出願中の特願平01-065182で詳
述した通りである。検出コイル（４）はSQUID磁束計（1
0）と連結している。
マロイ磁気シールド（記載せず）中に入っている。超伝
導薄膜のストリップ列を形成したウェハーを装着したウ
ェハーホルダー（５）は、駆動装置（６）によって、上
下動及び回転が可能である。検出コイル（４）は浮上ヘ
ッド（７）に取り付けられ、高圧ボンベ（記載せず）よ
り供給されたヘリウムガスは、流量コントローラ（８）
と熱交換器（９）を通過後、浮上ヘッド（７）の中央の
噴射口より噴き出し、放射状に流れる。この放射状の流
れの作用により、浮上ヘッド（７）とウェハーとの間隔
は一定に保たれる。この流体力学的浮上のメカニズム
は、本発明の発明者らが出願中の特願平01-065182で詳
述した通りである。検出コイル（４）はSQUID磁束計（1
0）と連結している。
前項の作用の説明では、簡単のためストリップ（１）の
幅DSは検出コイル（４）の直径DPCより大きい（DS＞
DPC）と仮定したため、検出コイル（４）直下のスリッ
ト（２）の数は０か１である。一方、本実施例では直径
1mmの検出コイルに対し、幅５μｍのスリットで隔てら
れた幅400μｍのスリットで隔てられた幅400μｍのスト
リップ列を使用したため、検出コイル（４）直下のスリ
ットの数は２か３である。このため、前項に述べた通過
磁束量のφPCと垂直磁場Baとの関係式に多少の変更を要
するが同様の関係式を求めることが可能である。実際に
測定したSQUIDの出力変動より求めた通過磁束量φPCの
周期的変動は第４図に示すとおりである。13個の等間隔
の小さなピークの振幅より垂直磁場Baの大きさを求める
と14nTとなる。背景の大きなうねりは、試料保持・移動
機構から生ずるバックグラウンドである。
幅DSは検出コイル（４）の直径DPCより大きい（DS＞
DPC）と仮定したため、検出コイル（４）直下のスリッ
ト（２）の数は０か１である。一方、本実施例では直径
1mmの検出コイルに対し、幅５μｍのスリットで隔てら
れた幅400μｍのスリットで隔てられた幅400μｍのスト
リップ列を使用したため、検出コイル（４）直下のスリ
ットの数は２か３である。このため、前項に述べた通過
磁束量のφPCと垂直磁場Baとの関係式に多少の変更を要
するが同様の関係式を求めることが可能である。実際に
測定したSQUIDの出力変動より求めた通過磁束量φPCの
周期的変動は第４図に示すとおりである。13個の等間隔
の小さなピークの振幅より垂直磁場Baの大きさを求める
と14nTとなる。背景の大きなうねりは、試料保持・移動
機構から生ずるバックグラウンドである。
本実施例では、液体力学的な浮上ヘッド（７）を用いた
が、ウェハーと検出コイル（４）との小さな間隙を一定
に保持しつつウェハーの移動を可能にするメカニズムで
あれば、任意の方式でよい。本実施例ではウェハー表面
に垂直な磁場のみを測定しているが、装置の向きを変え
るなり、同様の装置を複数用意することにより、２ない
し３方向成分を測定することは可能である。
が、ウェハーと検出コイル（４）との小さな間隙を一定
に保持しつつウェハーの移動を可能にするメカニズムで
あれば、任意の方式でよい。本実施例ではウェハー表面
に垂直な磁場のみを測定しているが、装置の向きを変え
るなり、同様の装置を複数用意することにより、２ない
し３方向成分を測定することは可能である。
発明の効果 本発明は、SQUID磁束計の磁場の絶対値を計測できない
という欠点を補い、その高感度を微弱磁場の絶対値測定
に利用するための有力な手段である。
という欠点を補い、その高感度を微弱磁場の絶対値測定
に利用するための有力な手段である。
さらに、先行技術のフリップコイル法に比較して、次の
ような長所を有する。フリップコイル法では検出コイル
の回転に伴う出力変動は避けがたく、そのためコイルの
回転開始前の向きを180°変えて２回測定を行い、その
差を求めるという煩雑な手順を必要とし、そのため、測
定精度も低下する。一方、本発明の方法によれば、検出
コイルを含む磁束測定システムは固定することができる
ため、振動や電気的ノイズの低減には有利である。しか
も、超伝導ストリップ列の移動に伴いスリット通過磁束
以外の起源の出力変動があったとしても、ストリップ幅
DSとスリット幅DNとの合計（DN＋DS）の周期の出力変動
のみを出力信号から分離することは容易であり、、高S/
N比での測定に適している。
ような長所を有する。フリップコイル法では検出コイル
の回転に伴う出力変動は避けがたく、そのためコイルの
回転開始前の向きを180°変えて２回測定を行い、その
差を求めるという煩雑な手順を必要とし、そのため、測
定精度も低下する。一方、本発明の方法によれば、検出
コイルを含む磁束測定システムは固定することができる
ため、振動や電気的ノイズの低減には有利である。しか
も、超伝導ストリップ列の移動に伴いスリット通過磁束
以外の起源の出力変動があったとしても、ストリップ幅
DSとスリット幅DNとの合計（DN＋DS）の周期の出力変動
のみを出力信号から分離することは容易であり、、高S/
N比での測定に適している。
第１図は超伝導ストリップ列の断面図、第２図は検出コ
イルと超伝導ストリップの相対位置を示す図、第３図は
本発明の実施例を示す図、第４図は出力信号の周期的変
動を示す図である。 （１）……超伝導ストリップ （２）……スリット （３）……磁力線 （４）……検出コイル （５）……ウェハーホルダー （６）……駆動装置 （７）……浮上ヘッド （８）……流量コントローラ （９）……熱交換器 （10）……SQUID磁束計
イルと超伝導ストリップの相対位置を示す図、第３図は
本発明の実施例を示す図、第４図は出力信号の周期的変
動を示す図である。 （１）……超伝導ストリップ （２）……スリット （３）……磁力線 （４）……検出コイル （５）……ウェハーホルダー （６）……駆動装置 （７）……浮上ヘッド （８）……流量コントローラ （９）……熱交換器 （10）……SQUID磁束計
フロントページの続き (72)発明者 湯山 純平 神奈川県厚木市森の里２―28―２ (72)発明者 耿 ▲こん▼全 神奈川県茅ケ崎市矢畑64―２―304 グリ ーンハイムイヌヰ (72)発明者 千原 一徳 神奈川県茅ケ崎市本村４―２―40 パスト ラル茅ヶ崎204号室 (72)発明者 南 展史 神奈川県茅ケ崎市本村４―２―40 パスト ラル茅ヶ崎204号室 (72)発明者 後藤 英一 神奈川県藤沢市辻堂東海岸３―９ 湘南ハ イムＦＥ305 審査官 下中 義之 (56)参考文献 特開 昭58−169070（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−174866（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−66478（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】超伝導量子干渉素子（SQUID）型の磁束計
及び磁束トランスを備えた磁場測定装置において、磁束
トランスの一端側に設けられた検出コイル面のごく近く
を平行に、平面内で狭いスリットを隔てて並んだ超伝導
体のストリップ列を通過させることができるようにした
ことを特徴とする静磁場測定装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251494A JPH077046B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 静磁場測定装置 |
| US07/762,381 US5184072A (en) | 1990-09-20 | 1991-09-19 | Apparatus for measuring weak static magnetic field using superconduction strips and a SQUID magnetometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2251494A JPH077046B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 静磁場測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130283A JPH04130283A (ja) | 1992-05-01 |
| JPH077046B2 true JPH077046B2 (ja) | 1995-01-30 |
Family
ID=17223637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2251494A Expired - Lifetime JPH077046B2 (ja) | 1990-09-20 | 1990-09-20 | 静磁場測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5184072A (ja) |
| JP (1) | JPH077046B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5491411B1 (en) * | 1993-05-14 | 1998-09-22 | Univ Maryland | Method and apparatus for imaging microscopic spatial variations in small currents and magnetic fields |
| US20050149169A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-07-07 | Xingwu Wang | Implantable medical device |
| US20050149002A1 (en) * | 2003-04-08 | 2005-07-07 | Xingwu Wang | Markers for visualizing interventional medical devices |
| US11136667B2 (en) * | 2007-01-08 | 2021-10-05 | Eastman Kodak Company | Deposition system and method using a delivery head separated from a substrate by gas pressure |
| CN114035130B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-02-27 | 苏州卡迪默克医疗器械有限公司 | 超导磁力仪弱磁探头磁场分辨率的测试方法及装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3077538A (en) * | 1959-12-21 | 1963-02-12 | Little Inc A | Apparatus for measuring radiant flux |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP2251494A patent/JPH077046B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-19 US US07/762,381 patent/US5184072A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5184072A (en) | 1993-02-02 |
| JPH04130283A (ja) | 1992-05-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |