JPH0249155A - 物質の導電度の特性を記述する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、全体として渦電流測定に関するものであり、
更に詳しくいえば、誘起電圧の変化または特性を記述す
るべき物質を囲む結合されている誘導素子の発振周波数
の変化を用いて物質の導電度の特性を記述する非接触装
置および方法に関するものである。

〔従来の技術〕

高温超電導物質についての関心が劇的に高まってきてい
る。この関心によって、簡単な非接触導電度の特性を記
述する技術に対する需要が生じてきた。その理由は、試
料（とくに薄膜）への接点の取付けが困難で、接合部に
おいて物質を大幅に変えることがしばしばあるからであ
る。超電導物質に外部磁界が加えられた時に「スクリー
ニング」電流すなわち「シールド」電流が生ずる。それ
らの電流は、導電物質中の渦電流が消失するのに「スク
リーニング」電流は消失しないことを除き、それらの電
流は導電物質中の渦電流に類似する。

抵抗率および磁化率を測定するために相互誘導技術およ
び自己誘導技術が永年にわたって用いられてきた。たと
えば、Ｒｅｖ、Ｓｃ１．Ｉｎ５ｔｒｕ１１．４７，１７
２（１９７６）所載の「コンタクトレス・メソッド・オ
ブ・メージャーリング・レジスティビティ　（Ｃｏｎｔ
ａ−ｃｔｌｅｓｓ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒ
ｉｎｇ　Ｒｅ５ｉｓｔｉｖｉｔｙ）　Ｊと題するジエー
・デイ・クラウリイ（Ｊ、Ｄ、Ｃｒｏｖｌｅｙ）および
ティー・ニー・ラブリン（Ｔ、Ａ、Ｒａｂｓｏｎ）の論
文には、試料に電気的に接触することなしに抵抗率を測
定するために誘導電流を用いる装置が記載されている。

−次コイルが二次コイルから軸線方向に分離され、試料
がそれらのコイルの間に挿入される。二次コイル中に誘
起された電圧は一次コイルの駆動磁界によるものばかり
でなく、試料中で誘導された電流の磁界にもよるもので
ある。

それら２つの磁界は位相が９０度異なる。位相を感知す
るロツクイ・ン増幅器が、駆動磁界が誘起する電圧およ
び誘導電流を抑制して、誘導電流による直角信号を測定
する。誘起電圧の周波数依存性は１〜４０ＫＨｚの間で
測定されてきた。その論文の筆者は、その論文に記載さ
れている技術を高抵抗率範囲へ拡張することを制限する
主な要因が位相を検出する検出器の周波数制限と、誘導
電流効果と比較した容量性結合効果の相対的な大きさと
である、と述べている。誘起電圧は、加えられた電流の
周波数の二乗で変化するから、より高い周波数で測定す
ると有利である。また、それらの筆者は、結合されたイ
ンダクタ・ブリッジとして４個のコイルを用いることも
述べている。Ｉ？ｅｖ、Ｓｃｉ。

ｌｎｓｔｒｕｍ、５５，７６１（１９８４）所載のアー
ル・ビー・ゴールドファーブ（Ｒ，Ｂ、Ｇｏｌｄｆ’ａ
ｒｂ）およびジエー・ブイ’？イナービニ（Ｊ、Ｖ、Ｍ
ｌｎｅｒｖｉｎｌ）の「キャリブレーション・オンφニ
ーシー・スケブトメータ・フォー・シリンドリカル・ス
ペシミンス（Ｃａｌｉｂ−ｒａｔｉｏｎ　ｏｆ’　ＡＣ
Ｓｕｓｃｅｐｔｏｍｅｔｅｒ　ｆｏｒ　Ｃｙｒｉｎｄｒ
ｉｃａｌＳｐｅｃｉｆｆｌｅｎｓ）Ｊと題する論文に、
相互インダクタンスの計算を基にして較正を行う交流磁
化早計を用いて円筒形試料の磁化率の大きさの絶対値を
測定する技術が記載されている。その装置と測定はクラ
ウリイとラブリンの前記論文に記載されている装置およ
び測定に類似する。

Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、１１３．１２０（１９５９）所載の
エフユクト・オン・ザ・エネルギー・ギャップ・オン・
ザ・ペネトレーション・デプス・オン・スーパーコンダ
クタース（Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｎｅｇｙ　
Ｇａｐ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｅｎｅ−ｔｒａｔｉｏｎ　Ｄ
ｅｐｔｈ　ｏｒ　５ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）　
Ｊ　と題するニー・エル・シャウロウ（Ａ、Ｌ、Ｓｃｈ
ａｗｌｏν）およびジー・イー・デブリン（Ｇ、Ｅ、Ｄ
ｅｖｌｉｎ）の論文に、インダクタンスが侵透深さに応
じて変化するソレノイドの磁心として検査中の試料が機
能するような低周波（１００ＫＩ（ｚ）法により超電導
すず結晶の侵透深さの温度依存性を測定する技術が記載
されている。コイルがコンデンサにより共振させられ、
そのコイルに組合わされて発振器のタンク回路を構成す
る。したがって、インダクタンスが発振器の周波数を制
御する。侵透深さが変化すると発振器の周波数が変化す
るから、発振器の周波数を正確に測定できる。基本的に
は、シャウロウおよびデブリンの技術は自己インダクタ
ンス測定である。シャウロウおよびデブリンの論文には
、検査する試料はソレノイドの体積に良く一致しなけれ
ばならないから、ソレノイドを冷却液体の中に浸さなけ
ればならないということも述べられている。

超電導の薄い（ミクロン台）板の上限磁界を測定でき、
２〜３　Ｍ　ＩＩ　ｚで動作する装置が、ジャーナル・
オン・ロウ・テンベレーチャーΦフィジックス（Ｌｏｗ
　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｈｙｓｉｃｓ）５６．Ｎ
ｏｓ、５／［ｉ、５４５〜５７４（１９８４）所載のア
ッパー・クリティカル・フィールズ、オン・ザ・スーパ
ーコンダクティング・ジーヤード・コンバウンズ・ＮＢ
　　Ｔａ　Ｓｅ　　（ＵｐｐｅｒＣｒｌｔｉｃａｌ　Ｆ
ｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ
ｌｎｇ　Ｌａｙｅ−ｒｃｄ　Ｃｏａｐｏｕｎｄｓ　ＮＢ
　　Ｔａ　５ｅ）Ｊと題するビー・ジェー・ダルリンプ
ル（Ｂ、Ｊ、Ｄａｌｒｙｍｐｌｅ）およびデイ−・イー
・プロパー（Ｄ、Ｅ、Ｐｒｏｂｅｒ）の論文において論
じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

任意の基体（とくに薄膜のような広くて平らな表面）上
の物質の臨界温度を高周波で測定する技術は示されてい
ない。異なる技術を用いて類似のデータを供給する超電
導共振空胴法も、通常の基体が空胴の磁界にさらされる
場合には使用できない。このことはとくに重要である。

というのは高温超電導物質の多くの用途（すなわち、コ
ンピュータ、汎用電子技術、加速装置空胴等）がＩ　Ｇ
　ＩＩ　ｚをこえる周波数で動作する必要があるからで
ある。

したがって、それらの超電導物質の特性をそれらの周波
数で記述しなければならないであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、導電体が損失の多い基体に取付けられている
場合を含めて、物質に電気的に接触することなしに物質
の導電度を測定できる。また、本質的は物質へ電気的に
接触することなしに物質の導電度を測定することもでき
る。更に、本発明は、超電導物質に電気的に接触するこ
となしに超電導物質の臨界温度の領域を供給できる。

本発明は、超電導物質に電気的に接触することなしに、
超電導物質の臨界温度の領域の特性を記述できる。

本発明に従って、本発明の装置は直列共振ＬＣ回路を有
する電子的発振器手段と、この電子的発振器の発振周波
数を測定する周波数カウンタとを含み、前記直列共振Ｌ
Ｃ回路の誘導部材が第１の誘導手段と、この第１の誘導
手段に直列接続されて、前記第１の誘導手段とは全体と
して逆向きに配置された第２の誘導手段とを備え、検査
中の物質が第１の誘導手段と第２の誘導手段の間に配置
される。

電子的発振器手段は、前記誘導部材に直列接続された１
個の容量素子と、前記誘導部材および前記少くとも１個
の容量素子と直列の少くとも１個の増幅器とを含むこと
が好ましい。

第１の誘導素子と第２の誘導素子はほぼ同一直線上の軸
線を有するほぼ平らな線コイルを含むことが好ましい。

また、はぼ平らな線コイルの面積が検査中の物質の物理
的寸法と比較して大きくないことが好ましい。

また、本発明の装置は検査中の物質を選択した温度まで
冷却する冷却手段と、検査中の物質の温度を決定する温
度測定手段と、前記第１の誘導手段と前記第２の誘導手
段および前記冷却手段ならびに前記温度測定手段および
検査中の試料を囲んで、それらに低圧環境を提供する真
空室手段とを含むことが好ましい。

本発明の別の面においては、本発明の装置は、第１の誘
導手段と、この第１の誘導素子に直列接続されて、前記
第１の誘導素子とは全体として逆向きに配置された第２
の誘導素子と、第１の誘導素子を駆動する発振信号発生
手段と、第２の誘導素子に印加された電圧を測定する電
圧モニタ手段と、検査中の超電導物質を選択した温度に
する冷却手段と、検査中の超電導物質の温度を決定する
温度測定手段と、第１の誘導素子と第２の誘導素子およ
び冷却手段ならびに温度測定手段および検査中の超電導
物質を囲んで、それらに低圧環境を提供する真空室手段
とを含む。

本発明の更に別の面においては、本発明の方法は、検査
する物質を結合されている２つの誘導素子の間に置く過
程と、その物質を冷却する過程と、２つの誘導素子の一
方を交流信号で励起する過程と、第２の誘導素子に誘起
された電圧を測定する過程とを含む。

２つの誘導素子の一方を励起する過程に用いられる交流
信号の周波数で共振させるために各誘導素子を調節する
ことが好ましい。

本発明の更に別の面において、本発明の方法は、検査す
る物質を直列接続されている２つの誘導素子の間に置く
過程と、その物質を冷却する過程と、誘導素子に持続し
た電子的振動を行わせる過程と、その電子的振動の周波
数を測定する過程とを含む。

本発明の別の面において、本発明の装置は、検査中の物
質に近接して配置される線ループアンテナ手段と、この
線ループアンテナ手段とともに共振回路を形成するため
に前記線ループアンテナ手段に電気的に接続された直列
コンデンサと、前記線ループアンテナ手段および前記直
列コンデンサ手段に組合わされて振動する直接接続され
た増幅器と、振動するその共振回路の共振周波数を離れ
て測定するための容量性プローブと、検査中の超電導物
質を選択した温度にする冷却手段と、検査中の超電導物
質の温度を決定する温度測定手段と、線ループアンテナ
手段と容量性プローブおよび前記冷却手段ならびに温度
測定手段および検査中の超電導物質を囲んで、それらに
低圧環境を提供する真空室とを含む。

本発明の更に別の面において、本発明の装置は、検査中
の物質に近接して配置され、一端が接地された線ループ
アンテナと、この線ループアンテナ手段と協同して発振
する、入力端子が線ループアンテナにおける並列電気的
接続により駆動される増幅器と、この共振回路の共振周
波数を離れて１ｐ１定するための容量性プローブ手段と
、検査中の超電導物質を選択した温度にする冷却手段と
、線ループアンテナと前記容量性プローブ手段および冷
却手段ならびに温度測定手段および検査中の超電導物質
とを囲んで、それらに低圧環境を提供する真空室とを含
む。

本発明の更に別の面において、本発明の装置は、検査中
の物質に近接して配置された、電子的発振器に含まれて
いる直列共振ＬＣ回路中の誘導素子である単一コイル誘
導センサと、電子的発振器手段の周波数を測定する周波
数カウンタとを含む。

発振器センサは物質よりはるかに小さくできる。

電子的発振器は、誘導センサに直列接続された少くとも
１個の容量素子と、誘導センサに直列接続された少くと
も１個の増幅器で構成することが好ましい。

誘導センサは試料の表面上を動くことができることも好
ましい。

本発明の利点には、検査中の物質に電気的に接触しない
こと、低ノイズであること、分解能が高いこと、直流抵
抗率１ｌ１１定で見られる細い線状の物質の導電度を測
定するのとは異なって物質のバルク特性をｎ１定するこ
と、測定が迅速であること（典型的にとる共振空胴中の
特性づけ・・・１０倍長い）、試料の形状には無関係で
あること、および高周波で測定できることが含まれる。

簡単にいえば、本発明は、高温超電導物質の臨界温度と
遷移領域の幅を５　Ｍ　ＩＩ　ｚ〜Ｉ　Ｇ　ＩＩ　ｚの
周波数範囲で決定できるようにするものである。本発明
は任意の試料の抵抗率の特性を記述することを含むと一
般化できる。この技術は、共振ＬＣ回路の一部を構成す
る１個または複数のインダクタの近くに試料を配置する
過程と、自己インダクタンス（または、２個以上のイン
ダクタが含まれる時は相互インダクタンス）の変化を試
料温度の変化として測定する過程とを含む。というのは
、シールド電流の流れが導電度の変化により影響を受け
るからである。試料とインダクタは真空室の内部に置か
れる。試料は銅の「低温フィンガ」により冷却される。

その低温フィンガは液体ヘリウムにより冷却される。イ
ンダクタは室温に保たれる。

本発明の一実施例においては、一対の結合された検出コ
イルが、直列接続され、電子的発振器中の直列共振ＬＣ
回路の誘導部材として用いられる。

試料がコイルの間に置かれると、発振周波数が試料の抵
抗率の関数として変化する。この方法は分解能が高い。

発振器のドリフトによって確度か制限される。補償され
ていない発振器の場合には、長時間ドリフトはＩ　Ｋ　
Ｈｚ／待時間り小さく、短時間発振器（周波数−変調）
ノイズは、±５０Ｈｚより小さいことが試験により示さ
れている。それらの誤差は、典型的な試料によりひき起
される周波数推移（すなわち、試料の寸法に応じて５０
〜１０００ＫＩｌｚ）と比較して比較的小さい。

本発明の誘起電圧測定実施例においては、相互インダク
タンスの変化が、一対の円板形検出コイルの間に置かれ
た試料の抵抗率の変化により、それらのコイルの間で相
互インダクタンスの変化が検出される。すなわち、試料
の抵抗率の変化により相互インダクタンスが変えられる
。相互インダクタンスが変化すると結合が変化し、−次
インダクタにより二次インダクタに誘起される電圧のレ
ベルが変化する。したがって、二次コイル中に誘起され
て、デジタル蓄積型オッシロスコープにより測定される
電圧の相対的な大きさは試料の抵抗率の関数である。急
な勾配が超電導の遷移を示す。

１個の検出コイルを使用できる。銅箔とアルミニウム箔
の近くの１回巻きインダクタによる実験の結果、この技
術を１．５ＧＨｚをこえる周波数で使用できることが判
定している。この単一コイル、自己インダクタンス法は
広い面積の膜、厚い基体にめっきされた膜、または空胴
の内壁面に付着された膜にとくに良く適する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、本発明の装置の発振器周波数推移実施例の略図が
示されている第１図を参照する。液体ヘリウムにより冷
却されている低温フィンガー２によって超電導試料１０
が冷却される。試料１０は、線１８により直接接続され
た、２個の全体として平らな誘導コイル１４と１６の間
に置かれる。試料と、低温フィンガと、コイルとは、Ｏ
リングによりシールされている真空室２０の中に置かれ
る。

その真空室はそれらの要素に低圧環境をもたらす。

相互インダクタンスの値は次のようにして間接的に測定
される。試料１０中にシールド電流が存在すると、コイ
ル１４と１６の間の相互インダクタンス（Ｍ）の大きさ
が小さくなる。コイル１４と１６の自己インダクタンス
をそれぞれＬｌ。

Ｌ　とすると、合計インダクタンスしＴは次式で与えら
れる。

ＬＴ−Ｌ１＋Ｌ２±２Ｍ この式の２Ｍの項の十と−の符号は、コイルを磁束が加
え合わされるモード、または磁束が差し引かれるモード
でそれぞれ巻くことにより選択できる。Ｍが減少すると
（より低い温度において、シールド電流の増大のために
）Ｌ、も増大する。実効インダクタンスがＬＴであるコ
イル１４．１６が共振容量２２へ直列接続される。この
組合わせは、発振器２２の再生帰還経路中の周波数決定
ＬＣ回路として使用できる。増幅器２６と直流阻止コン
デンサ２８が発振器２４の回路を完成する。

コンデンサ２２の値だけが共振に十分な影響を及ぼすよ
うに、コンデンサ２８はコンデンサ２２よりはるかに大
きい。発振周波数は発振器の能動回路の位相推移と、漂
遊容量等により影響され、動作の概略周波数（ｆ）は である。ここに、ＣＲは共振容ｆｆ１２２にほぼ等しく
、ＬＴは上記のようにト目互インダクタンス（Ｍ）の関
数である。その相互インダクタンスは試料１０の中に誘
導されたシールド電流の大きさの関数である。そのシー
ルド電流の大きさは試料の抵抗率（ρ）の関数であるか
ら、発振器の周波数〔は試料の抵抗率の関数である。

ｆ−ｆ　（ｅ）　　　　　ｆ−ｆ　（ρ）そうすると、
高温超電導試料に対しては典型的には２０〜３００“Ｋ
である対象とする範囲にわたって試料の温度を変化する
間に、発振周波数がエレクトロニックカウンタ３０によ
って測定される。

製造者により０．０１χまで較正された炭素−ガラス抵
抗器３２により、試料温度を各場合に／１１１１定し、
指示器３４で指示した。直線補間により生じた誤差は±
１χより小さかった。試料温度か一様でないことによる
影響を最小にするために、約１゛に７分の温度変化で周
波数を測定した。発振器の周波数は試料の抵抗率により
変えられる。

第２図は第１図に示されている本発明の装置の詳しい略
図である。コイル１４と１６は３２ゲージの銅線を２０
回巻きしたもので、直径は５〜６關である。コイルの間
隔は約５ｍｍである。この２コイル構造により、試料の
動きに対してはほとんど感じなくなり、とくに、試料が
コイルの間の中心点近くにある時は試料の動きにはほと
んど影響されなくなった。コンデンサ２２は約１６旧１
ｚに共振するために調節される。典型的な測定では、超
電導遷移温度で５００ＫＨｚの周波数推移を生じた。試
料が自身で支持しない状況においては、サファイヤのよ
うな非導電性物質のシートの間に試料をサンドイッチ状
にはさむことができる。薄膜のような他の場合には、超
電導物質を損失が比較的大きい誘電体に取付けることが
できる。

第３図は第２図に示す装置を用いて ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘの超電導試料について行った測定の
結果を示すグラフである。このグラフには発振器２４の
周波数推移が試料温度の関数として描かれている。

第４図は本発明の誘起電圧測定実施例の略図を示す。コ
イル１６の出力電圧と試料温度の関係を示すグラフは、
交流抵抗率と試料温度の関係を示すグラフについて予測
されるものである。

この技術では、高温超電導試料１０が結合されている２
個の誘導センサ１４と１６の間に置かれる。ｒｆ信号源
３６が一層センサコイル１４を駆動し、二次コイル１６
が誘起電圧を測定する装置でモニタされる。デジタル蓄
積型オツシロスコープ、電圧計等を利用できる。同調コ
ンデンサ４０゜４２をそれぞれ用いて各コイルは選択し
た動作周波数で共振させられる。そうすると結合と感度
が高くなる。試料の抵抗率が高い（すなわち、常温〜３
００°Ｋにおいて）か、セラミック（または非常に薄い
ニオブ膜）を測定すると、出力はより低い温度における
よりも一般に高い。試料の抵抗率が低くなると（高温超
電導体試料に対してＴが３００°Ｋから２０°にへ低く
される）、高温酸化銅超電導試料中に誘導されたシール
ド電流が、二次コイル中に誘導された電磁界を打消す電
磁界を発生する。したがって、試料が臨界温度（〜９０
”Ｋ）に近づくと、試料中のシールド電流が増大するた
めに二次コイル電圧が低くなる。超電導物質が遷移点を
通って非常に低い交流抵抗率になると、二次コイルは超
電導物質により一層コイルからしやへいされる。しゃへ
いの範囲はコイルの寸法および間隔に関連する試料の寸
法の関数である。一般に、測定の確度と感度を高くする
ためには、本発明の全ての実施例においては、試料の大
きい寸法に対してコイル寸法を大きくしてはならない。

第５図は電圧測定器３８で測定したセンサインダクタ１
６の出力電圧を、Ｇ　ｄ　Ｂ　ａ２　Ｃｕ３０　ｘ超電
導物質試料の温度の関数として示すグラフである。用い
た各コイルは約８ＭＨｚで共振し、２６ゲージの銅線を
１０回巻いて製作したものである。

コイルの面の直径は１ｃｍで、コイルの間隔はＩ　ｃｍ
であった。臨界遷移温度（Ｔ　　）の値が第５図に示さ
れている。

第６図と第７図は、試料１０へ結合された単一センサー
インダクタ４４を用いる本発明の高周波実施例を示す。

試料が超電導になるにつれてシールド電流が増加した結
果としてセンサの自己インダクタンスが小さくなる。

第６図において、単一ループインダクタ４４が、ライン
ストレッチャ５０と、広帯域ｒｆ増幅器４６と、直列同
調コンデンサ４８とに直列接続された時に、発振器を構
成する。コンデンサ４８とラインストレッチャ５０を調
節すると共振周波数の基本値が決定される。センサ４４
の自己インダクタンスで変化する共振周波数を決定する
ために、容量性プローブ５２とカウンタ３０が用いられ
る。

第７図は本発明の並列共振実施例を示す。主誘導ループ
６２のタップ６０が増幅器４６へ帰還して発振を起させ
る。ループ６２の小さい部分４８の自己インダクタンス
が試料１０の抵抗率の変化で変化させられる。銅箔とア
ルミニウム箔の近くの１回巻きインダクタによる試験に
よって、この技術を１．５ＧＨｚより高い周波数で使用
できることが判明した。この単一コイル、自己インダク
タンス法は広い膜、厚い基体にめっきされた膜、損失の
大きい基体にめっきされた膜、または空胴の内壁にめっ
きされた膜にとくに応用できる。

本発明の装置は、温度が臨界温度に近い、または臨界温
度より高い時に、分解能が現在一致していない超電導物
質の抵抗率の特性を記述することが判明している。（非
常に高品質の試料に対する）分解能は臨界温度より十分
に低い温度に対しては低い。その理由は、試料の周囲に
磁界にいくらか残留洩れがあるからである。この洩れに
より、試料のしゃへい効果の増大が洩れ磁界と比較して
小さい時に、変化を分解することが一層困難になる。

たとえば、磁界の５％が完全に超電状態の試料をバイパ
スする場合について考える。そうすると、臨界温度より
十分に低い温度では試料が「はとんど」超電導の状態か
ら「完全に」超電導の状態へ変化するから、たとえば５
．０２％の結合から５．０１％の結合への一層の結合の
減少における差を観測することは困難となる。試料の周
囲の磁界の洩れの問題をできるだけ小さくするためには
、コイルの寸法を試料の寸法と比較して小さくしなけれ
ばならないことは明らかである。

第３図と第５図にそれぞれ示されている超電導物質の温
度と、周波数推移、または誘起電圧との関係を示すグラ
フは、試料の超電導遷移領域を示すが、試料の実際の抵
抗率がそれらのパラメータ（非常に高い対称性の試料形
状を除く）に関連させることはいくらか困難である。第
８図のグラフａ、ｂは発振器の発振周波数および帰還ル
ープ減衰の計算と、環状試料の抵抗値との関係をそれぞ
れ示す。それらの計算は第１図の回路に適用される。各
コイル１４．１６と試料の結合度は０．　３であり、各
コイルは３２ゲージの銅線を２０回巻いて製作したもの
である。環状を選択した理由は計算を簡単にするためで
ある。より巧妙な計算では、第３図と第５図の測定結果
を、任意の形の抵抗率決定に原則的にあてはめることが
できる。実際の抵抗率の値は（抵抗率特性が未知である
）試料の測定値を（抵抗率特性が既知である）同じ形状
の試料の測定値と比較することによって得ることもでき
る。

第９ａ図は、第１図の２コイル実施例に構成と動作が類
似する本発明の単一コイル実施例の略図である。第９ｂ
図は第９ａ図に示す実施例の等価発振器回路を示す。先
に述べたように、試料の表面導電度を測定するために単
一の検出コイルを使用できる。とくに、広い面積の膜の
研究には自己インダクタンス測定が良く適する。インダ
クタンスがしてあるコイル６４が、銅製の低温フィンガ
１２により冷却されるサファイヤの基体６８に付着され
た膜６６の近くに設けられる。このコイルは第９ｂ図に
示されている帰還発振器回路の部分を形成する。その発
振器回路はコンデンサ２２と増幅器２６を含む。抵抗７
０により発振器から分離されているカウンタ３０を用い
て発振周波数が測定される。コイルと、膜と、基体と、
低温フィンガは真空室の中に入れられる。試料基体の温
度が温度計３２により測定される。その測定値は読取器
３４により読取られる。

第９図に示す装置は試料の形または寸法が特定のもので
あることが必要でなく、更に詳しくいえば超電導体をセ
ンサで囲む必要はない。センサは試料よりはるかに小さ
くてき、試料に対してセンサを動くことができるように
したとすると、対象とする局限されている領域の高分解
能マツピングのために採用できる。更に、試料の一方の
表面を他方の表面とは独立に測定できる。

従来の４本リード抵抗率測定技術より本発明が優れてい
る点は次の通りである。

（１）試料の電気的に接触させる必要がない。このこと
は高温超電導物質にとっては重要である。

というのは、電気的に接触させることが困難で、測定前
に試料表面の諸特性を電気的接触か変わる傾向があるか
らである。このことは、直接接触により影響される「表
面」が試料の全体の厚さであり得る薄膜の場合にとくに
重大な問題である。接触の用意をする必要性がないため
に測定の準備時間が大幅に短くなる。

（２）周波数推移測定に固有のものは低ノイズ、高分解
能である。すなわち、６桁または７桁高い発振周波数の
測定は、直接接触測定における非常に低い交流または直
流の電圧の典型的である２桁または４桁高い測定と対比
すべきである。超電導物質についての従来の直接接触交
流抵抗率測定で観察される低電圧は、複雑で、費用のか
かるフェーズロックループを用いることを一般に必要と
する。

（３）従来の抵抗率測定は単一の細い超電導経路（極め
て小さい体積の試料を表すことができる）だけで零抵抗
値を示す。しかし、本発明は「バルク」特性、少くとも
、選択した動作周波数において、少くともスキン浸透す
なわちロンドン（Ｌｏｎ−ｄｏｎ）浸透まで測定する。

（４）　　この周波数推移測定装置は、試料がコイルの
間の中心場所の近くに位置させられた時には、マイクロ
ホン雑音に対する感度が最低である。

以上、本発明の４つの実施例について説明した。

それらの実施例は本発明を限定するものでなく、それら
の実施例は種々変更できることは明らかである。たとえ
ば、複数の試料を同時に測定できる装置は超電導産業に
おいて製品解析のために有用であろう。更に、発振器の
直列共振回路の代りにシャント接地並列共振インダクタ
ンス−コンデンサ回路を使用できることが明らかである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導試料の特性を記述することに応用された
本発明の装置の発振器の周波数推移実施例の略図、第２
図は増幅器と測定回路の詳細を示す、本発明に示されて
いる装置の実施例のより詳細な略図、第３図は超電導物
質の試料の温度の関数として発振器の周波数の推移を示
すグラフ、第４図は本発明の誘導電圧測定実施例の略図
、第５図は超電導物質の試料の温度の関数としてセンサ
インダクタの出力電圧を示すグラフ、第６図は直列共振
回路で示されている本発明の高周波、１ｌｌ−ループア
ンテナ実施例の略図、第７図は並列共振回路で示されて
いる本発明の第２の高周波、ｌｉ　−＋ループアンテナ
実施例の略図、第８図は試料の抵抗値の関数として、計
算した発振器の周波数と、帰還ループアンテナとを示す
グラフ、第９ａ図は超電導物質試料の特性づけに応用す
る本発明の単一コイル発振器周波数推移実施例の略図、
第９ｂ図は第９ａ図に示されている実施例の等価発振器
回路図である。 １２・・・低温フィンガ、１４，１６．６４・・・誘導
コイル、２０・・・真空室、２２・・・共振容量、２４
・・・発振器、２６．４６・・・増幅器、３０・・・カ
ウンタ、３８・・・電圧測定器、４０．４２・・・同調
コンデンサ、４４・・・単一ループセンサ、６２・・・
誘導ループ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直列共振ＬＣ回路を有する電子的発振器手段と、こ
   の電子的発振器手段の発振周波数を測定するカウント手
   段とを組合わせて備え、前記直列共振ＬＣ回路の誘導部
   材が第１の誘導手段と、この第１の誘導手段に直列接続
   されて、前記第１の誘導手段とは全体として逆向きに配
   置された第２の誘導手段とを備え、検査中の物質が第１
   の誘導手段と第２の誘導手段の間に配置されることを特
   徴とする物質の導電度の特性を記述する装置。 ２、請求項１記載の装置において、前記電子的発振器手
   段は、誘導部材に直列接続された少くとも１個の容量素
   子と、前記誘導部材および前記少くとも１個の容量素子
   と直列の少くとも１個の増幅器手段とを更に備えたこと
   を特徴とする装置。 ３、請求項１記載の装置において、前記第１の誘導手段
   と前記第２の誘導手段は線コイルを含むことを特徴とす
   る装置。 ４、請求項３記載の装置において、前記第１の誘導手段
   と前記第２の誘導手段の物理的寸法は検査中の物質の物
   理的寸法より小さいことを特徴とする装置。 ５、請求項１記載の装置において、検査中の物質を選択
   した温度まで冷却する冷却手段と、検査中の物質の温度
   を決定する温度測定手段とを更に備えたことを特徴とす
   る装置。 ６、請求項５記載の装置において、前記第１の誘導手段
   と、前記第２の誘導手段と、前記冷却手段と、前記温度
   測定手段と、検査中の物質とを囲んで、それらに低圧環
   境を提供する真空室手段とを更に備えたことを特徴とす
   る装置。 ７、ａ、直列共振ＬＣ回路と、少くとも１個の容量素子
   と、少くとも１個の増幅器手段とを有する電子的発振器
   手段であって、前記直列共振ＬＣ回路の誘導部材が第１
   の誘導手段と、この第１の誘導手段に直列接続されて、
   前記第１の誘導手段とは全体として逆向きに配置された
   第２の誘導手段とを備え、前記容量素子は誘導部材に直
   列接続され、前記増幅器手段は前記誘導部材および前記
   少くとも１個の容量素子と直列に接続され、検査中の物
   質が第１の誘導手段と第２の誘導手段の間に配置される
   、前記電子的発振器手段と、 ｂ、共振周波数を測定するカウント手段と、ｃ、検査中
   の超電導物質を選択した温度に する冷却手段と、 ｄ、検査中の超電導物質の温度を決定する 温度測定手段と、 ｅ、前記第１の誘導手段と、前記第２の誘 導手段と、前記冷却手段と、前記温度測定手段と、検査
   中の超電導物質とを囲んで、それらに低圧環境を提供す
   る真空室手段と、 を備えたことを特徴とする超電導物質の特性を記述する
   装置。 ８、請求項７記載の装置において、前記第１の誘導手段
   と前記第２の誘導手段は線コイルを含むことを特徴とす
   る装置。 ９、請求項７記載の装置において、前記第１の誘導手段
   と前記第２の誘導手段の物理的寸法は検査中の物質の物
   理的寸法より小さいことを特徴とする装置。 １０、ａ、第１の誘導手段と、 ｂ、この第１の誘導手段とは全体として 逆向きに配置された第２の誘導手段と、 ｃ、前記第１の誘導手段を駆動する発振 信号発生手段と、 ｄ、前記第２の誘導手段に印加された電 圧を測定する電圧モニタ手段と、 ｅ、前記第１の誘導手段と前記第２の誘 導手段の間に配置されている検査中の超電導物質を選択
   した温度にする冷却手段と、 ｆ、検査中の超電導物質の温度を決定す る温度測定手段と、 ｇ、前記第１の誘導手段と、前記第２の 誘導手段と、前記冷却手段と、前記温度測定手段と、検
   査中の超電導物質とを囲んで、それらに低圧環境を提供
   する真空室手段と、 を備えたことを特徴とする超電導物質の特性を記述する
   装置。 １１、検査する物質を結合されている２つの誘導素子の
   間に置く過程と、その物質を冷却する過程と、２つの誘
   導素子の一方を交流信号で励起する過程と、第２の誘導
   素子に誘起された電圧を測定する過程とを備えたことを
   特徴とする超電導物質の特性を記述する方法。 １２、請求項１１記載の方法において、２つの誘導素子
   の一方を励起する前記過程に用いられる交流信号の周波
   数で共振させるために各誘導素子を調節する過程を更に
   備えたことを特徴とする方法。 １３、検査する物質を結合されている２つの誘導素子の
   間に置く過程と、その物質を冷却する過程と、２つの誘
   導素子の一方を交流信号で励起する過程と、第２の誘導
   素子に誘起された電圧を測定する過程と、誘導素子に持
   続した電子的振動を行わせる過程と、その電子的振動の
   周波数を測定する過程とを備えたことを特徴とする超電
   導物質の特性を記述する方法。 １４、ａ、検査中の物質に近接して配置される線ループ
   アンテナ手段と、 ｂ、この線ループアンテナ手段とともに 共振回路を形成するために前記線ループアンテナ手段に
   電気的に接続された直列コンデンサ手段と、ｃ、前記線
   ループアンテナ手段および前 記直列コンデンサ手段と協同して、動作周波数を有する
   共振振動回路を構成する増幅器手段と、ｄ、この共振回
   路の動作周波数を離れて 測定するための容量性プローブ手段と、 を備えることを特徴とする物質の導電度の特性を記述す
   る装置。 １５、請求項１４記載の装置において、 ａ、検査中の超電導試料物質を選択した 温度にする冷却手段と、 ｂ、検査中の超電導物質の温度を決定す る温度測定手段と、 ｃ、前記線ループアンテナ手段と、前記 容量性プローブ手段と、前記冷却手段と、前記温度測定
   手段と、検査中の超電導物質とを囲んで、それらに低圧
   環境を提供する真空室手段と、を更に備えたことを特徴
   とする装置。 １６、ａ、検査中の物質に近接して配置され、一端が接
   地された線ループアンテナ手段と、ｂ、この線ループア
   ンテナ手段と協同し て、動作周波数を有する共振振動回路を構成する増幅器
   手段と、 ｃ、この共振回路の動作周波数を離れて 測定するための容量性プローブ手段と、 を更に備え、前記増幅器への入力端子が前記線ループア
   ンテナ手段へ電気的に並列接続されることを特徴とする
   物質の導電度の特性を記述する装置。 １７、請求項１６記載の装置において、 ａ、検査中の超電導物質を選択した温度 にする冷却手段と、 ｂ、検査中の超電導物質の温度を決定す る温度測定手段と、 ｃ、前記線ループアンテナ手段と、前記 容量性プローブ手段と、前記冷却手段と、前記温度測定
   手段と、検査中の超電導物質とを囲んで、それらに低圧
   環境を提供する真空室手段と、を更に備えたことを特徴
   とする装置。 １８、検査中の膜を保持する支持手段と、直列共振ＬＣ
   回路を有する電子的発振器手段と、この電子的発振器手
   段の発振周波数を測定するカウント手段とを備え、前記
   直列共振ＬＣ回路の誘導部材が、検査中の物質の近くに
   全体として配置されることを特徴とする膜の導電度の特
   性を記述する装置。 １９、請求項１８記載の装置において、前記電子的発振
   器手段は、前記誘導部材に直列接続された少くとも１個
   の容量素子と、前記誘導手段および前記少くとも１個の
   容量素子と直列に少くとも１個の増幅器手段とを更に備
   えたことを特徴とする装置。 ２０、請求項１８記載の装置において、前記誘導手段は
   線コイルを含むことを特徴とする装置。 ２１、請求項２０記載の装置において、前記誘導手段の
   物理的寸法は検査中の物質の物理的寸法と比較して小さ
   いことを特徴とする装置。 ２２、請求項１８記載の装置において、前記支持手段と
   検査中の膜を選択した温度まで冷却する冷却手段と、検
   査中の膜の温度を決定する温度測定手段とを更に備えた
   ことを特徴とする装置。 ２３、請求項２２記載の装置において、前記誘導手段と
   、前記支持手段と、前記冷却手段と、前記温度測定手段
   と、検査中の膜とを囲んで、それらに低圧環境を提供す
   る真空室手段とを更に備えたことを特徴とする装置。