JPH0814613B2 - グラジオメ−タ - Google Patents
グラジオメ−タInfo
- Publication number
- JPH0814613B2 JPH0814613B2 JP61228260A JP22826086A JPH0814613B2 JP H0814613 B2 JPH0814613 B2 JP H0814613B2 JP 61228260 A JP61228260 A JP 61228260A JP 22826086 A JP22826086 A JP 22826086A JP H0814613 B2 JPH0814613 B2 JP H0814613B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- loop
- gradiometer
- magnetic field
- coil
- loops
- Prior art date
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は例えば生体等の被検体から得られる微小磁束
（又は磁界）を検出する磁界検出装置（以下グラジオメ
ータと称する）に関する。
（又は磁界）を検出する磁界検出装置（以下グラジオメ
ータと称する）に関する。
（従来の技術） 微小磁束（磁界）を検出するためのものとしてSQUID
（Superconducting QUantum Interference Device:超伝
導量子干渉計）が知られている。これは超伝導体からな
るリング中に１個又は２個のジョセフション素子を設
け、その磁束依存性を利用して微小磁界を検出するもの
である。このSQUIDの検出コイルとしてグラジオメータ
が利用される。以下第９図（ａ），（ｂ）を参照してグ
ラジオメータの使用例と原理を説明する。
（Superconducting QUantum Interference Device:超伝
導量子干渉計）が知られている。これは超伝導体からな
るリング中に１個又は２個のジョセフション素子を設
け、その磁束依存性を利用して微小磁界を検出するもの
である。このSQUIDの検出コイルとしてグラジオメータ
が利用される。以下第９図（ａ），（ｂ）を参照してグ
ラジオメータの使用例と原理を説明する。
いずれも超伝導材料からなるループ状の検出コイルを
同じく超伝導材料からなる入力コイルL2に接続し、これ
をSQUID素子Ｌに近接配置し、SQUID素子からの信号を検
出回路DTによって処理して出力するようになっている。
同図（ａ）は検出コイルL1を単一のループとした場合で
あり、同図（ｂ）はそれを等しい２つのコイルL1,L2に
立体的に分割し逆向きに巻いて２つのループを形成した
場合である。
同じく超伝導材料からなる入力コイルL2に接続し、これ
をSQUID素子Ｌに近接配置し、SQUID素子からの信号を検
出回路DTによって処理して出力するようになっている。
同図（ａ）は検出コイルL1を単一のループとした場合で
あり、同図（ｂ）はそれを等しい２つのコイルL1,L2に
立体的に分割し逆向きに巻いて２つのループを形成した
場合である。
同図（ａ）の場合は雑音に対する配慮のない最も基本
的なもので、超伝導体で作られたコイルL1の部分に検出
しようとする磁束密度Ｂが加わると、フラクソイドの量
子化の条件から次式がなり立つ。
的なもので、超伝導体で作られたコイルL1の部分に検出
しようとする磁束密度Ｂが加わると、フラクソイドの量
子化の条件から次式がなり立つ。
BS＋L1J＋L2J＝０ …（１） （B:磁束密度、S:コイル面積、Ｊ…電流密度） 従って、 の超伝導電流がコイルを流れてSQUIDに磁束を伝える。
この時、 （M:相互インダクタンス） となる。つまり超伝導コイルは直流磁束に対するトラン
ス（磁束トランス）として働いている。
ス（磁束トランス）として働いている。
一方同図（ｂ）の場合は下式が成り立つ。
B1S1−B2S2＋（L11＋L12＋L2）（J1＋J2）＝０ 今、S1＝S2＝S,B1＝B2＝Ｂと仮定すると、当然ながら
J2＝−J1となってコイルL2には電流が流れない。しか
し、もし磁界勾配があって、 と表されるとすると、J1＋J2＝δＪ≠０となって下式に
なる。
J2＝−J1となってコイルL2には電流が流れない。しか
し、もし磁界勾配があって、 と表されるとすると、J1＋J2＝δＪ≠０となって下式に
なる。
つまり、一様な磁界は一切検出させず、磁界勾配のみが
検出される。このような検出コイルを持つSQUIDシステ
ムがグラジオメータと呼ばれるものである。
検出される。このような検出コイルを持つSQUIDシステ
ムがグラジオメータと呼ばれるものである。
（発明が解決しようとする問題点） ところで最近多数のグラジオメータを集積化する傾向
があり、この要請に応えるための構成が必要となるが、
前記の如き立体構造のものはこれに不向きである。そこ
で平面型グラジオメータとして第10図乃至第12図に示す
ものが考えられている。第10図のものはループを左右対
称に構成したものであり、１次微分用として用いられる
ものである。第11図は点対称に４つのループを作ったも
のであり、第12図は横方向に４つのループを形成したも
ので、いずれも２次微分用として用いられるものであ
る。
があり、この要請に応えるための構成が必要となるが、
前記の如き立体構造のものはこれに不向きである。そこ
で平面型グラジオメータとして第10図乃至第12図に示す
ものが考えられている。第10図のものはループを左右対
称に構成したものであり、１次微分用として用いられる
ものである。第11図は点対称に４つのループを作ったも
のであり、第12図は横方向に４つのループを形成したも
ので、いずれも２次微分用として用いられるものであ
る。
しかしながら、いずれの場合も占有面積を大きく必要
とし、また形状の対称性が確保しにくいという問題を有
している。
とし、また形状の対称性が確保しにくいという問題を有
している。
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、占
有面積が少なく、形状の対称性を確保でき、集積化に適
したグラジオメータを提供することを目的とするもので
ある。
有面積が少なく、形状の対称性を確保でき、集積化に適
したグラジオメータを提供することを目的とするもので
ある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、同一平面上に形成された超伝導材料からな
る複数の相似形のループを備え、１つのループ内に他の
ループがその中心を同じ位置として配置されると共に、
ループの向きによりそのループに囲まれる面積に正負の
符号を付けそれらの総和を求めたとき０となるように各
ループが接続されているものである。
る複数の相似形のループを備え、１つのループ内に他の
ループがその中心を同じ位置として配置されると共に、
ループの向きによりそのループに囲まれる面積に正負の
符号を付けそれらの総和を求めたとき０となるように各
ループが接続されているものである。
（作 用） 同一平面上に同心的に相似形のループを形成している
ので占有面積の減少，形状の対称性の確保が図れる。
ので占有面積の減少，形状の対称性の確保が図れる。
（実施例） 第１図に示すものは超伝導材料からなる１本のコイル
を用いて同心円的に３個のループ１乃至３を形成したも
のであり、外側のループ２と３はそれぞれ逆巻きとして
ある。第２図に示すものは第１のコイルで外側ループ３
を形成し、第２のコイルで内側の２個のループ1,2を構
成して端部を交差させて第１のコイルに連結したもので
ある。これはいずれも２次微分型として使用される。
を用いて同心円的に３個のループ１乃至３を形成したも
のであり、外側のループ２と３はそれぞれ逆巻きとして
ある。第２図に示すものは第１のコイルで外側ループ３
を形成し、第２のコイルで内側の２個のループ1,2を構
成して端部を交差させて第１のコイルに連結したもので
ある。これはいずれも２次微分型として使用される。
次に第３図及び第４図を参照して上記グラジオメータ
の動作原理を説明する。
の動作原理を説明する。
グラジオメータはコイル近傍の信号磁界を検出する
が、遠方にあるノイズ源からのノイズ磁界を除去するも
のである。そのためには、一様な磁界中では出力がゼロ
になるように構成される。本発明では、コイルの対称性
を損わないように複数のコイルを組み合せるために、コ
イル同志を同心円状に配置するものである。第１図に示
すように３つのループからなるグラジオメータについて
みると、ループ１と２は同方向に巻かれ、ループ３とは
逆向きである。それぞれのループの面積をA1乃至A3とす
ると、 A1＋A2＝A3 とすることによってグラジオメータとなる。即ち、コイ
ルに垂直な、一様な磁界に対して誘起される電流は０と
なる。グラジオメータを第３図のようにループ３と２か
らなるコイル（同図（ａ））と、ループ１からなるコイ
ル（同図（ｂ））の組み合せと考えると、２つのコイル
の面積（それぞれA3−A2とA1）が等しいときコイルはバ
ランスすることになる。
が、遠方にあるノイズ源からのノイズ磁界を除去するも
のである。そのためには、一様な磁界中では出力がゼロ
になるように構成される。本発明では、コイルの対称性
を損わないように複数のコイルを組み合せるために、コ
イル同志を同心円状に配置するものである。第１図に示
すように３つのループからなるグラジオメータについて
みると、ループ１と２は同方向に巻かれ、ループ３とは
逆向きである。それぞれのループの面積をA1乃至A3とす
ると、 A1＋A2＝A3 とすることによってグラジオメータとなる。即ち、コイ
ルに垂直な、一様な磁界に対して誘起される電流は０と
なる。グラジオメータを第３図のようにループ３と２か
らなるコイル（同図（ａ））と、ループ１からなるコイ
ル（同図（ｂ））の組み合せと考えると、２つのコイル
の面積（それぞれA3−A2とA1）が等しいときコイルはバ
ランスすることになる。
第４図に示すように、xy平面上にグラジオメータを置
き、ｚ方向に磁界BZがあるとすると、BZ＝B0の一様磁界
だけではなくBZ＝BXX＋BYYのように一定の勾配をもった
磁界もキャンセルされる。第３図でいえば、外側のコイ
ルのループ（２−３）上の左側と右側の点での磁界の和
は、一様勾配の磁界のものとでは、ループ１の中心の磁
界に等しい。このことによって一様磁界もキャンセルさ
れることになる。即ち、本発明によるグラジオメータ
は、２次微分型の 但しr2＝x2＋y2の動作をしていることになる。
き、ｚ方向に磁界BZがあるとすると、BZ＝B0の一様磁界
だけではなくBZ＝BXX＋BYYのように一定の勾配をもった
磁界もキャンセルされる。第３図でいえば、外側のコイ
ルのループ（２−３）上の左側と右側の点での磁界の和
は、一様勾配の磁界のものとでは、ループ１の中心の磁
界に等しい。このことによって一様磁界もキャンセルさ
れることになる。即ち、本発明によるグラジオメータ
は、２次微分型の 但しr2＝x2＋y2の動作をしていることになる。
これに対し、従来の２次微分平面型グラジオメータの
動作は、∂2BZ/∂x2若しくは∂2BZ/∂ｘ∂ｙで表され、
明らかに対称性が悪い。そのために検出された磁界の分
布BZ（x,y）は、著しく変形させられてしまう。これに
対し、本発明のグラジオメータでは上の関係で示される
ように（x,y）面内での回転対称性が完全に保たれるた
め、検出された磁界の分布BZ（x,y）は、元の磁界分布
と同様なものとなる。
動作は、∂2BZ/∂x2若しくは∂2BZ/∂ｘ∂ｙで表され、
明らかに対称性が悪い。そのために検出された磁界の分
布BZ（x,y）は、著しく変形させられてしまう。これに
対し、本発明のグラジオメータでは上の関係で示される
ように（x,y）面内での回転対称性が完全に保たれるた
め、検出された磁界の分布BZ（x,y）は、元の磁界分布
と同様なものとなる。
本発明のグラジオメータは、多重ループを組み合せて
構成し、各々のループの向きにより正負の符号をつける
と、 とするものであるので、第１図の３重ループがその基本
形であるが、ループを４重,5重…とすることは可能であ
り、その原理と動作においては同じである。しかし、ル
ープ間の結合の仕方により、直列型と並列型がある。直
列型は、いわゆる「一筆書き」ができるように、一本の
線に分解されるもので第１図はその基本形である。並列
型はコイルを並列に組み合せ、一様磁界のもとでは誘起
される電流の総和がゼロとなるようにしたものであり、
第２図ではループ（１−２）からなるコイルとループ３
が並列に結合している。これが並列型の基本形である。
構成し、各々のループの向きにより正負の符号をつける
と、 とするものであるので、第１図の３重ループがその基本
形であるが、ループを４重,5重…とすることは可能であ
り、その原理と動作においては同じである。しかし、ル
ープ間の結合の仕方により、直列型と並列型がある。直
列型は、いわゆる「一筆書き」ができるように、一本の
線に分解されるもので第１図はその基本形である。並列
型はコイルを並列に組み合せ、一様磁界のもとでは誘起
される電流の総和がゼロとなるようにしたものであり、
第２図ではループ（１−２）からなるコイルとループ３
が並列に結合している。これが並列型の基本形である。
本発明は前記実施例に限定されず種々の変形実施が可
能である。例えば前記実施例ではループを円環状にして
同心円状に各ループを形成したが、第５図乃至第７図に
示すように角形状のループを形成してよい。第５図は３
重ループの直列型を示し、第６図は３重ループの並列型
を示し、第７図は５重ループの直列型を示している。ま
たループをスパイラル状にすることも可能で、コイル内
に一様に多重の螺旋ループを作り、感度を上げることが
できる。第８図はこれを示したもので、コイル内の互い
に逆向きの螺旋ループの囲む面積の総和が等しくなるよ
うにしてある。
能である。例えば前記実施例ではループを円環状にして
同心円状に各ループを形成したが、第５図乃至第７図に
示すように角形状のループを形成してよい。第５図は３
重ループの直列型を示し、第６図は３重ループの並列型
を示し、第７図は５重ループの直列型を示している。ま
たループをスパイラル状にすることも可能で、コイル内
に一様に多重の螺旋ループを作り、感度を上げることが
できる。第８図はこれを示したもので、コイル内の互い
に逆向きの螺旋ループの囲む面積の総和が等しくなるよ
うにしてある。
［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば以下に示すような種々の
効果が得られる。
効果が得られる。
（１） グラジオメータを構成するコイルの対称性が良
いため、検出した磁界の空間分布をゆがめない。例えば
多数のグラジオメータを配置若しくは１個のグラジオメ
ータを空間的にスキャンして磁界分布を計測するとき、
磁界がある点で極大値をもち、等高線が同心円状となる
ような磁界分布を想定すると、本発明のグラジオメータ
の動作∂2BZ/∂r2により殆ど類似の磁界パターンが計測
される。この効果は非常に重要である。従来型のグラジ
オメータの動作（一方向だけの微分∂2BZ/∂x2,2方向に
わたる微分∂2BZ/∂ｘ∂ｙ）では、容易に想像できるよ
うに測定された磁界の空間分布は、もとのものとは大き
く異なってしまう。
いため、検出した磁界の空間分布をゆがめない。例えば
多数のグラジオメータを配置若しくは１個のグラジオメ
ータを空間的にスキャンして磁界分布を計測するとき、
磁界がある点で極大値をもち、等高線が同心円状となる
ような磁界分布を想定すると、本発明のグラジオメータ
の動作∂2BZ/∂r2により殆ど類似の磁界パターンが計測
される。この効果は非常に重要である。従来型のグラジ
オメータの動作（一方向だけの微分∂2BZ/∂x2,2方向に
わたる微分∂2BZ/∂ｘ∂ｙ）では、容易に想像できるよ
うに測定された磁界の空間分布は、もとのものとは大き
く異なってしまう。
（２） 平面型であるため一枚の基板上にリソグラフィ
ー技術を用いて多数のグラジオメータが作成でき、かつ
dcSQUIDセンサと組み合せて（グラジオメータセンサ）
システムを基板上に集積化できる。このことにより制作
コストが下がり、また、コイルバランスが向上してノイ
ズ除去率が良くなる。
ー技術を用いて多数のグラジオメータが作成でき、かつ
dcSQUIDセンサと組み合せて（グラジオメータセンサ）
システムを基板上に集積化できる。このことにより制作
コストが下がり、また、コイルバランスが向上してノイ
ズ除去率が良くなる。
（３） 特にループを多数巻にしたコイルからの出力が
大きくなるため、その後段に接続されるSQUID素子のノ
イズを実効的に低減化することができる。
大きくなるため、その後段に接続されるSQUID素子のノ
イズを実効的に低減化することができる。
第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明の他の実施
例、第３図（ａ），（ｂ）及び第４図は本発明の動作原
理を説明するための図、第５図乃至第８図は本発明の変
形例を示す図であり、第９図（ａ），（ｂ）はグラジオ
メータの従来例を説明するための図、第10図乃至第12図
は従来のグラジオメータの形状を示す図である。 １乃至３……コイルループ、L1……検出コイル、L2……
入力コイル、SQUID……超伝導量子干渉計。
例、第３図（ａ），（ｂ）及び第４図は本発明の動作原
理を説明するための図、第５図乃至第８図は本発明の変
形例を示す図であり、第９図（ａ），（ｂ）はグラジオ
メータの従来例を説明するための図、第10図乃至第12図
は従来のグラジオメータの形状を示す図である。 １乃至３……コイルループ、L1……検出コイル、L2……
入力コイル、SQUID……超伝導量子干渉計。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−38670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−108973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−25274（ＪＰ，Ａ) Ｐ．Ｃａｒｅｌｌｉ ａｎｄ Ｖ．Ｆｏ ｇｌｉｅｔｔｉ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ ｓ．54（10），Ｏｃｔｏｂｅｒ1983ＰＰ. 6065−6067
Claims (2)
- 【請求項１】同一平面上に形成された超伝導材料からな
る複数の相似形のループを備え、１つのループ内に他の
ループがその中心を同じ位置として配置されると共に、
ループの向きによりそのループに囲まれる面積に正負の
符号を付けそれらの総和を求めたとき０となるように各
ループが持続されていることを特徴とするグラジオメー
タ。 - 【請求項２】前記超伝導材料は線材又は薄膜である特許
請求の範囲第１項記載のグラジオメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228260A JPH0814613B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | グラジオメ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61228260A JPH0814613B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | グラジオメ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6383682A JPS6383682A (ja) | 1988-04-14 |
| JPH0814613B2 true JPH0814613B2 (ja) | 1996-02-14 |
Family
ID=16873683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61228260A Expired - Lifetime JPH0814613B2 (ja) | 1986-09-29 | 1986-09-29 | グラジオメ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814613B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08313609A (ja) * | 1995-05-22 | 1996-11-29 | Seiko Instr Inc | 径方向微分型ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4320341A (en) * | 1980-01-17 | 1982-03-16 | Sperry Corporation | Method and apparatus for balancing the magnetic field detecting loops of a cryogenic gradiometer using trimming coils and superconducting disks |
| DE3324208A1 (de) * | 1983-07-05 | 1985-01-17 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Supraleitendes gradiometerspulensystem fuer eine vorrichtung zur mehrkanaligen messung schwacher, sich aendernder magnetfelder |
-
1986
- 1986-09-29 JP JP61228260A patent/JPH0814613B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｐ．ＣａｒｅｌｌｉａｎｄＶ．Ｆｏｇｌｉｅｔｔｉ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５４（１０），Ｏｃｔｏｂｅｒ１９８３ＰＰ．６０６５−６０６７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6383682A (ja) | 1988-04-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
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| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
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| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |