JPH09145810A - 超伝導量子干渉素子磁束計および非破壊検査装置 - Google Patents

超伝導量子干渉素子磁束計および非破壊検査装置

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JPH09145810A
JPH09145810A JP7304782A JP30478295A JPH09145810A JP H09145810 A JPH09145810 A JP H09145810A JP 7304782 A JP7304782 A JP 7304782A JP 30478295 A JP30478295 A JP 30478295A JP H09145810 A JPH09145810 A JP H09145810A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非破壊、非接触で金属の欠陥や腐食等の検査
を行う非破壊検査に応用するＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、コンパクトな構成の検査装置にすることを目的とす
る。 【解決手段】 基板１４上に、２個のジョセフソン接合
３と、ワッシャーコイル４と、シャント抵抗５と、ダン
ピング抵抗６と、帰還変調コイル８からなるＳＱＵＩＤ
１が超伝導薄膜で構成されており、同一の基板１４上に
磁場印加コイル９が、超伝導薄膜あるいは常伝導金属薄
膜で形成されている。磁場印加コイル９はＳＱＵＩＤ１
の周囲に複数回巻かれており、試料に直流、または交流
の検査用磁場を印加する。試料の欠陥部による磁場変化
をワッシャーコイル４で直接検出し、欠陥の位置、大き
さを検査する。磁場印加コイルがＳＱＵＩＤを形成して
いる基板と同一の基板上に集積されているため、装置の
規模の増大を抑えられ、シンプルな構成となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は非破壊、非接触で
金属の欠陥や腐食等の検査を行う非破壊検査に応用する
超伝導量子干渉素子（以下ＳＱＵＩＤという）磁束計、
およびそのＳＱＵＩＤ磁束計を用いた非破壊検査装置に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】図４に従来のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた非
破壊検査装置の構成図を示す。冷却容器１２内にＳＱＵ
ＩＤ１と、そのＳＱＵＩＤ１と超伝導接続されたピック
アップコイル２と、磁場印加コイル９が保持され、冷却
容器１２上にはＳＱＵＩＤ１の駆動回路１３が配置され
ている。ピックアップコイル２と磁場印加コイル９は、
試料１０に対向配置されており、試料１０は試料走査装
置１１上に載置されている。
【０００３】検査対象となる試料１０を試料走査装置１
１により走査させ，磁場印加コイル９から試料１０の材
質に応じて直流あるいは交流の検査用磁場を試料１０に
印加する。検査用磁場によって生じる試料１０からの磁
気信号を、ピックアップコイル２で検出する。ピックア
ップコイル２で検出した被検出磁束は、ＳＱＵＩＤ１に
伝達される。ＳＱＵＩＤ１は駆動回路１３によって磁束
計として動作する。
【０００４】試料１０が磁性材料の場合、欠陥のある部
分とない部分では透磁率が異なる。磁場印加コイル１１
によって直流磁場を試料１０に加えたとき、印加された
磁場は欠陥のある場所で歪められる。ピックアップコイ
ル２を通して、その磁場の歪みをＳＱＵＩＤ１で検出す
ることにより、欠陥の位置、大きさを検査することがで
きる。
【０００５】また、試料１０が非磁性導電性材料の場
合、磁場印加コイルにより交流磁場を試料１０に加え
る。加えられた交流磁場により試料には渦電流が生じ、
試料中の欠陥部分でその渦電流は乱れる。ピックアップ
コイル２とＳＱＵＩＤ１で渦電流の乱れを検出すること
により欠陥の位置を検出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、ＳＱＵＩＤ磁束
計を用いた検査装置は、大きな磁場印加コイルが、ＳＱ
ＵＩＤとは離れたところに備え付けられていた。この構
成では、磁場印加コイルの設置に多くのスペースが必要
となり、装置の規模が大きくなる。そのため、検査対象
となる試料が小さい場合、あるいは平面的な位置の分解
能を小さくすることが求められる用途の場合対応が困難
となるという問題点があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、磁場印加コイルを、ＳＱＵＩＤを形
成している同一の基板上に集積することにより、コンパ
クトな装置構成を持たせる超伝導量子干渉素子磁束計お
よび非破壊検査装置を提供するものである。
【０００８】このように構成されたＳＱＵＩＤ磁束計の
場合、外部に磁場印加コイルを配置することが不要とな
り、装置の規模の増大を抑えられ、シンプルな構成とな
るため、検査対象の試料が小さい場合にも、微少な平面
分解能が要求される場合にも適用可能となる。
【０００９】そしてこのＳＱＵＩＤ磁束計を用いて非破
壊検査を行う際、被検査試料への磁場の印加が容易とな
る。また、ＳＱＵＩＤの感度校正も容易となる。さらに
磁場印加コイルの材質を常伝導金属薄膜で作製すること
により、ヒートフラッシュ用ヒータとして用いることが
できる。そのため、ＳＱＵＩＤにトラップした磁束を解
除することが容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、基板上の超伝導薄膜に
形成された一対のジョセフソン接合とそのジョセフソン
接合に接続され超伝導ループを形成するワッシャーコイ
ルとそのワッシャーコイルと磁気結合された帰還変調コ
イルを有する超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素
子を磁束計として動作させるための駆動回路と、同一基
板上に形成され検査試料に所定の磁場を加えるための磁
場印加コイルとにより超伝導量子干渉素子磁束計を構成
するものである。
【００１１】上記磁場印加コイルは、上記同一基板上に
超伝導薄膜で形成してもよく、また常伝導金属薄膜で形
成してもよい。また、超伝導量子干渉素子と磁場コイル
を形成している同一基板上に、さらに、磁場を検出する
ピックアップコイルと、上記ワッシャーコイルに磁気的
に結合された入力コイルとを集積形成するようにしても
よい。
【００１２】そして、上記超伝導量子干渉素子磁束計
と、検査試料を走査するための試料走査手段と、検査試
料に印加した磁場の検出結果に基づいて検査試料の欠陥
位置を判定する手段とを備えた非破壊検査装置を構成す
ることもできる。上記のように構成されたＳＱＵＩＤ磁
束計は従来のものと比べ、磁場印加コイルをＳＱＵＩＤ
基板と同一基板上に集積形成するため、ＳＱＵＩＤ磁束
計を用いた検査装置を構成する際、その装置規模の増大
を抑えることができ、コンパクトな構成にすることがで
きる。それにより、検査対象の試料が小さい場合にも、
微少な平面分解能が要求される場合にも適用可能なＳＱ
ＵＩＤ磁束計が実現可能となる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１実施例を示すＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の平面図である。基板１４上には、２個のジョ
セフソン接合３と、ジョセフソン接合３と超伝導ループ
を形成するワッシャーコイル４と、電流−電圧特性にお
けるヒステリシスをなくすためジョセフソン接合３に並
列接続されたシャント抵抗５と、ワッシャーコイル４で
の不必要な共振を抑制するため並列接続されたダンピン
グ抵抗６が集積されている。さらにワッシャーコイル４
にはＦＬＬ（フラックス・ロックト・ループ）回路を用
いて駆動させるための帰還変調コイル８が磁気結合さ
れ、ＳＱＵＩＤ１を構成している。
【００１４】試料に直流、または交流の磁場を印加する
ため、ＳＱＵＩＤ１の周囲には磁場印加コイル９が複数
回巻かれている。磁場印加コイル９はＳＱＵＩＤ１と同
一の基板１４上に集積されている。磁場印加コイル９の
材質は超伝導薄膜でも常伝導金属薄膜でも良い。本実施
例では、磁場印加コイル９は複数回巻かれている。その
巻き数は磁場印加コイル９に流す電流値や検査試料の導
電率などに関係するものであり、単数でも複数でも良
い。
【００１５】本発明のＳＱＵＩＤ磁束計を非破壊検査に
適用した場合、磁場印加コイル９により試料に、その材
質に応じて直流磁場あるいは交流磁場を印加し、試料の
欠陥部による磁場変化をワッシャーコイル４で直接検出
し、欠陥の位置、大きさを検査する。
【００１６】試料が磁性材料の場合、欠陥のある部分と
ない部分では透磁率が異なる性質を利用し、磁場印加コ
イル９によって直流磁場を試料に加える。印加された直
流磁場は欠陥のある場所で歪められるため、その磁場の
歪みをワッシャーコイル４で検出する。
【００１７】また、試料が非磁性導電性材料の場合、磁
場印加コイルにより交流磁場を試料に加える。加えられ
た交流磁場により試料には渦電流が生じ、試料中の欠陥
部分でその渦電流は乱れる。その渦電流の乱れを磁場の
乱れとしてワッシャーコイル４で検出する。
【００１８】図２は、図１のＳＱＵＩＤ磁束計のＳＱＵ
ＩＤ１の部分を等価回路で表したものであり、図１の構
成図に対応してジョセフソン接合３、ワッシャーコイル
４、シャント抵抗５、ダンピング抵抗６、帰還変調コイ
ル８の接続関係がそれぞれの回路シンボルとともに示さ
れている。
【００１９】図３は本発明の第２実施例を示すＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の平面図である。図３も簡略化のためＳＱＵＩ
Ｄ１を等価回路で表している。前述の第１実施例では試
料の磁場変化をワッシャーコイル４で直接検出したが、
本実施例では、試料の磁場変化検出のために、専用のピ
ックアップコイルを設け、ピックアップコイルで検出し
た磁場変化をＳＱＵＩＤ１へ入力するための入力コイル
を設けた構成としたものである。
【００２０】ＳＱＵＩＤ１の周囲には複数回巻かれた磁
場印加コイル９が集積されている。さらに、ＳＱＵＩＤ
１と同一の基板１４上に集積された平面型ピックアップ
コイル２により、試料の欠陥による磁場変化を検出す
る。さらに、平面型ピックアップコイル２で検出した磁
場をワッシャーコイル４に伝達する入力コイル７がワッ
シャーコイル４に磁気結合されている。
【００２１】平面型ピックアップコイル２の形状はＳＱ
ＵＩＤと同一の基板上に集積できれば、マグネットメー
タ型でも、微分型でも良い。磁場印加コイル９は、非破
壊検査において非検査試料に加える印加磁場用として用
いられるだけでなく、ＳＱＵＩＤの感度校正を行う際に
印加する感度校正用コイルとして機能させることも可能
である。
【００２２】磁場印加コイル９は超伝導薄膜で作製して
も良いが、常伝導金属薄膜で作製することにより、ＳＱ
ＵＩＤの性能を劣化させる磁束トラップを解除するため
のヒートフラッシュ用ヒーターとして機能させることも
できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁
場印加コイルとＳＱＵＩＤが同一の基板上に集積形成さ
れているため、ＳＱＵＩＤを用いた検査装置の場合、外
部に磁場印加コイルは構築することが不要となり、装置
の規模の増大を抑えられ、シンプルな構成となる。
【００２４】そして非破壊検査を行う際、被検査試料へ
の磁場の印加が容易となる。また、ＳＱＵＩＤの感度校
正も容易となる。磁場印加コイルの材質を常伝導金属薄
膜で作製することにより、ヒートフラッシュ用ヒータと
して用いることができる。そのため、ＳＱＵＩＤにトラ
ップした磁束を解除することが容易となる等、種々の効
果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すＳＱＵＩＤ磁束計の
構成図である。
【図２】本発明の第１実施例のＳＱＵＩＤを等価回路で
表した図である。
【図３】本発明の第２実施例を示すＳＱＵＩＤ磁束計の
等価回路図である。
【図４】従来のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた非破壊検査装
置の構成図である。
【符号の説明】
１ ＳＱＵＩＤ ２ ピックアップコイル ３ ジョセフソン接合 ４ ワッシャーコイル ５ シャント抵抗 ６ ダンピング抵抗 ７ 入力コイル ８ 帰還変調コイル ９ 磁場印加コイル １０ 試料 １１ 試料走査装置 １２ 冷却容器 １３ 駆動回路 １４ 基板
フロントページの続き (72)発明者 茅根 一夫 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコー電子工業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上の超伝導薄膜に形成され、ジョセ
    フソン接合と前記ジョセフソン接合に接続され超伝導ル
    ープを形成するワッシャーコイルと前記ワッシャーコイ
    ルと磁気結合された帰還変調コイルを有する超伝導量子
    干渉素子と、 前記超伝導量子干渉素子を磁束計として動作させるため
    の駆動回路と、 前記基板上に形成され検査試料に所定の磁場を加えるた
    めの磁場印加コイルとを備えたことを特徴とする超伝導
    量子干渉素子磁束計。
  2. 【請求項２】 前記磁場印加コイルは、前記基板上に超
    伝導薄膜で形成された請求項１記載の超伝導量子干渉素
    子磁束計。
  3. 【請求項３】 前記磁場印加コイルは、前記基板上に常
    伝導金属薄膜で形成された請求項１記載の超伝導量子干
    渉素子磁束計。
  4. 【請求項４】 前記超伝導量子干渉素子と前記磁場コイ
    ルを形成している同一基板上に、さらに、磁場を検出す
    るピックアップコイルと、前記ワッシャーコイルに磁気
    的に結合される入力コイルとが集積形成された請求項１
    記載の超伝導量子干渉素子磁束計。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の超伝導量子干渉素子磁束
    計と、検査試料を走査するための試料走査手段と、検査
    試料に印加した磁場の検出結果に基づいて検査試料の欠
    陥位置を判定する手段とを備えた非破壊検査装置。
JP7304782A 1995-11-22 1995-11-22 超伝導量子干渉素子磁束計および非破壊検査装置 Expired - Fee Related JP2909807B2 (ja)

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