JPH0875834A - 磁気センサの製造方法 - Google Patents

磁気センサの製造方法

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JPH0875834A
JPH0875834A JP6235999A JP23599994A JPH0875834A JP H0875834 A JPH0875834 A JP H0875834A JP 6235999 A JP6235999 A JP 6235999A JP 23599994 A JP23599994 A JP 23599994A JP H0875834 A JPH0875834 A JP H0875834A
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squid
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transformer
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Yuichi Hisagai
裕一 久貝
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Abstract

(57)【要約】 【構成】SQUIDと該SQUIDと共通の磁界に配置
されたインプットコイルを含む磁束トランスとを組み合
わせてなる磁気センサを製造する際に、種々の値のイン
ダクタンスを有する複数のSQUIDに対して、該SQ
UIDの各々の値に対して最適な巻き数のインプットコ
イルを備えた磁束トランスを使用した場合に得られる有
効磁束捕獲面積に対して所定の割合の性能が得られるよ
うなインプットコイルの特定の巻き数を選択し該複数の
SQUIDの何れに対しても該特定の巻き数のインプッ
トコイルを備えた磁束トランスを組み合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサの製造方法
に関する。より詳細には、本発明は、酸化物超電導薄膜
により形成されたSQUIDと磁束トランスとを組み合
わせて構成される磁気センサを製造する際に、その仕様
を決定する新規な方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導材料の開発は超電導技術の
実用化に大きく寄与することが期待されている。即ち、
酸化物超電導材料はその超電導臨界温度が高く、単に高
い温度で超電導現象を利用できるだけではなく、臨界温
度よりも充分に低い温度まで容易に冷却できるので超電
導現象を安定させた状態で使用できる等、多くの利点が
知られている。
【0003】一方、超電導現象を利用したデバイスとし
て最も基本的なもののひとつにSQUIDがある。SQ
UIDは、少なくともひとつの弱結合を含む環状の超電
導電流路により形成されており、自身の内部を通過する
磁束の変動により出力電圧が変化する。このようなSQ
UIDの特性を利用して極めて高感度な磁気センサが構
成できるので、酸化物超電導材料により形成されたSQ
UIDは多くの分野で実用化が期待されている。
【0004】図2は、SQUIDを用いた磁気センサの
典型的な構成とその製造過程を示す図である。
【0005】図2(a) に示すように、磁気センサは、第
1基板11上に形成された弱結合1aを含む超電導ループ
からなるSQUID1と、第2基板12上に形成されたピ
ックアップコイル2aおよびインプットコイル2bを含
む磁束トランス2とから構成されている。ここで、第2
基板12上の磁束トランス2では、ピックアップコイル2
aの巻き数が1回であるのに対して、インプットコイル
2bは巻き数が多くなっている。このため、インプット
コイル2bの中心側をピックアップコイル2aに接続す
る接続線路がインプットコイル2b自身と短絡しないよ
うに、インプット2a上には部分的に絶縁膜3が形成さ
れている。
【0006】これらの部材は、図2(b) に示すように、
第1基板11および第2基板12を貼り合わせることにより
磁気センサとして完成する。このとき、SQUID1の
中心と、インプットトコイル2bの中心とが一致するよ
うに両者は貼り合わされ、磁界の検出はピックアップコ
イル2a側で行われる。なお、SQUIDと磁束トラン
スとは、絶縁性接着剤あるいは適当なスペーサにより相
互に絶縁されている。このような構成により、磁気セン
サとしての入力感度を調節することができるほか、物理
的なレイアウトの選択の範囲が広くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のような磁気セン
サを作製する場合、使用するSQUIDの特性とそれに
組み合わせる磁束トランスの特性とは相互に関係があ
り、両者を組み合わせて得られる磁気センサの性能は、
各構成要素単独の特性もさることながら、両者のマッチ
ングにより強く影響される。このため、SQUIDを用
いた磁気センサを作製する場合は、SQUID単独の特
性、例えばインダクタンスに合わせて磁束トランスのイ
ンプットコイルの仕様を決定する必要がある。
【0008】しかしながら、同じ仕様で作製されたSQ
UIDでも、実際に完成した各製品の特性は必ずしも一
定ではない。また、用途によっては磁気センサをマルチ
チャンネルで使用するために各SQUIDのインダクタ
ンスを意図的に変える場合もある。このために、SQU
IDを用いた磁気センサを製造する場合は、対応するS
QUIDのインダクタンスに合わせて磁束トランスのイ
ンプットコイルの巻き数を個別に決定しなければならず
設計段階でも製造段階でも極めて効率が悪いという問題
がある。
【0009】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解決し、使用するSQUIDに組み合わせる磁束トラ
ンスの仕様を容易且つ効率良く選択することができ、最
終的に磁気センサとしての高い性能を再現性良く発揮さ
せることができる新規な製造方法を提供することをその
目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明に従うと、
SQUIDと該SQUIDと共通の磁界に配置されたイ
ンプットコイルを含む磁束トランスとを組み合わせてな
る磁気センサを製造する際に、種々の値のインダクタン
スを有する複数のSQUIDに対して、該SQUIDの
各々の値について最適な巻き数のインプットコイルを備
えた磁束トランスを使用した場合に得られる有効磁束捕
獲面積に対して所定の割合の性能が得られるようなイン
プットコイルの特定の巻き数を選択し、該複数のSQU
IDの何れに対しても該特定の巻き数のインプットコイ
ルを備えた磁束トランスを組み合わせるように設計する
ことを特徴とする製造方法が提供される。
【0011】
【作用】従来の磁気センサの製造方法では、使用するS
QUID毎に、そのインダクタンスに応じてひとつずつ
最適値なインプットコイルの巻き数を算出して磁束トラ
ンスを作製しなければならなかった。これに対して、本
発明に係る方法では、特定のSQUIDに対する最適値
ではなく、一定の範囲の値のインダクタンスを有するS
QUIDに対して充分なマッチングがとれるようなイン
プットコイルの巻き数を決定して磁束トランスを作製す
る点に主要な特徴がある。
【0012】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎ
ず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【0013】
【実施例】SQUIDを用いた磁気センサの性能を評価
するための代表的な評価項目として磁場分解能が挙げら
れる。磁場分解能は、使用したSQUIDの磁束分解能
を有効磁束捕獲面積Aeff で割ることにより得られ、S
QUIDに磁束トランスを組み合わせることは有効磁束
捕獲面積Aeff を大きくすることができることを意味し
ている。従って、例えば、一定の磁束分解能を有するS
QUIDを使用して磁気センサを設計する場合、有効磁
束捕獲面積Aeff が大きくなるように磁束トランスの仕
様を決定する必要がある。
【0014】磁気センサにおける有効磁束捕獲面積A
eff は、下記の〔式1〕により表すことができる。
【0015】
【式1】Aeff =AS +Ap 〔α(Li ・LS 1/2
/(Li +Lp ) 但し、上記〔式1〕において、Aeff は磁気センサの有
効磁束捕獲面積、ASはSQUID単体での有効磁束捕
獲面積、Ap はピックアップコイルの磁場検出面積、L
i 、LS およびLp は、インプットコイル、SQUID
およびピックアップコイルの各インダクタンスをそれぞ
れ示す。
【0016】ここで、〔式1〕において、ピックアップ
コイルの磁場検出面積Ap に対して非常に小さいSQU
ID単体の有効磁束捕獲面積AS は無視し、インプット
コイルとSQUIDとの結合係数αが理想的な状態(α
=1)であると考え、更に、ある磁気センサにおいて、
SQUIDのインダクタンスLS 、SQUID単体の磁
束捕獲面積AS 、ピックアップコイルのインダクタンス
p およびピックアップコイルの磁場検出面積Ap が一
定であるとすると、インプットコイルとピックアップコ
イルの各インダクタンスが互いに等しいとき(Li =L
p )に有効磁束捕獲面積Aeff が最大になる。今、イン
プットコイルの巻き数nに対してLi =n2 S という
関係から、インプットコイルの最適な巻き数nは下記の
〔式2〕で表すことができる。
【0017】
【式2】n=(Lp /LS 1/2
【0018】そこで、従来の方法で磁気センサを設計す
る場合は、使用するSQUIDのインダクタンスに応じ
て、最終的に得られる磁気センサの有効磁束捕獲面積A
effが最も大きくなるようなインプットトランスの巻き
数nを決定していた。但し、この方法では、複数のSQ
UIDに対しては、それぞれのSQUIDのインダクタ
ンスに合わせて最適のインプットコイルの巻き数を決定
する必要があった。
【0019】これに対して、本発明に係る製造方法によ
れば、特定のSQUIDに対して最適なインプットコイ
ルの巻き数を選択するのではなく、SQUIDのインダ
クタンスについて一定の範囲を想定し、その範囲内で、
最適な巻き数のインプットコイルを有する磁束トランス
を使用した場合に対して一定の範囲以上の性能が常に得
られるような磁束トランスのインプットコイルの巻き数
を選択する。
【0020】即ち、例えば、前記した〔式1〕におい
て、Aeff の最大値に対して85%以上の有効磁束捕獲面
積Aeff を得るためには、下記の式〔式3〕を満足する
ようなnを捜せばよい。
【0021】
【式3】Ap 〔nLS /(n2 S +Lp )〕≧0.85A
p /〔2(Lp /LS 1/2
【0022】即ち、下記の〔式4〕を解けばよい。
【0023】
【式4】LS 2 −〔(1/0.85){2(Lp /LS
1/2 }LS 〕n+Lp ≦0
【0024】尚、Y1Ba2Cu37-x なる組成を有する酸
化物超電導薄膜によりSQUIDを作製する場合、イン
ダクタンスが20pHよりも低いものを作製することは酸
化物超電導薄膜に対するパターニング技術の限界等から
難しい。一方、インダクタンスが 100pHを越えると77
Kで動作させたときのSQUIDの出力電圧VPPが低下
して結局は磁束分解能が低下してしまう。従って、実際
に使用できるSQUIDのインダクタンスは20〜100 p
Hの範囲内となる。
【0025】図1は、磁気センサにおける磁束トランス
のインプットコイルの巻き数と有効磁束捕獲面積Aeff
との関係を、20、40、60、80および100 pHのインダク
タンスを有するSQUIDについて併せて示すグラフで
ある。尚、図1では、ピックアップコイルのインダクタ
ンスは23nH、ピックアップコイルの磁場検出面積は24
0mm2 としている。このグラフから有効磁束捕獲面積A
eff が最適値の85%以上になる巻き数を読み取るか〔式
4〕を計算することにより下記の表1に示すような値が
得られる。
【0026】
【表1】
【0027】即ち、上記表1から、インプットコイルの
巻き数を19〜27とすれば、20pHから 100pHのインダ
クタンスを有するSQUIDに対して、最適値の85%以
上の有効磁束捕獲面積が得られるということが判る。そ
こで、本実施例では、インプットコイルの巻き数として
20回を選択し、 240mm2 の磁場検出面積Ap と23nHの
インダクタンスLp とを有するピックアップコイルと組
み合わせた磁束トランスを設計して、前記した種々のイ
ンダクタンスを有するSQUIDに組み合わせて磁気セ
ンサを構成した。それぞれの組合せにより得られる磁気
センサの有効磁束捕獲面積Aeff の計算値を、各SQU
IDに対する最適値で設計した磁束トランスを使用した
磁気センサの有効磁束捕獲面積Aeff の計算値と比較し
て表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】表2に示す結果から明らかなように、巻き
数を20としたインプットコイルを備えた磁束トランス
は、20〜100 pHのインダクタンスを有するSQUID
に対しても最適値で設定した磁束トランスを使用した場
合に比較して87%以上の有効磁束捕獲面積Aeff が実現
される。このように、本発明によれば、単一の仕様の磁
束トランスを用いているにもかかわらず大きな有効磁束
捕獲面積を有する複数の磁気センサが得られる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る磁気センサの製造方法によれば、単一の仕様の磁束ト
ランスを使用しながら、様々なインダクタンス値を有す
るSQUIDを用いて特性の良好な磁気センサを製造す
ることが可能になる。
【0031】また、マルチチャンネルシステムにおいて
SQUIDのインダクタンスを変えてある場合でも、一
定の仕様の磁束トランスで対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】磁気センサにおける磁束トランスのインプット
コイルの巻き数nと、磁気センサの有効磁束捕獲面積A
eff との関係を、種々のインダクタンスを有するSQU
IDについて計算した結果を示すグラフである。
【図2】SQUIDを用いた磁気センサの一般的な構成
とその製造過程とを示す図である。
【符号の説明】
1・・・SQUID、 1a・・弱結合、 2・・・磁束トランス、 2a・・ピックアップコイル、 2b・・インプットコイル、 3・・・絶縁膜、 11・・・第1基板、 12・・・第2基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SQUIDと該SQUIDと共通の磁界に
    配置されたインプットコイルを含む磁束トランスとを組
    み合わせてなる磁気センサを製造する際に、 種々の値のインダクタンスを有する複数のSQUIDに
    対して、該SQUIDの各々の値について最適な巻き数
    のインプットコイルを備えた磁束トランスを使用した場
    合に得られる有効磁束捕獲面積に対して所定の割合の性
    能が得られるようなインプットコイルの巻き数を選択
    し、 該複数のSQUIDの何れに対しても上記選択した巻き
    数のインプットコイルを備えた磁束トランスを組み合わ
    せることを特徴とする製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載された製造方法において、
    前記SQUIDおよび前記磁気トランスが、Y1Ba2Cu3
    7-x なる組成の複合酸化物超電導薄膜により形成され
    ていることを特徴とする製造方法。
  3. 【請求項3】請求項2に記載された製造方法において、
    20〜100 pHの範囲のインダクタンスを有する複数のS
    QUIDに対して、各SQUIDに対応した最適仕様の
    磁束トランスを使用した場合の有効磁束捕獲面積の85%
    以上が常に得られるような磁束トランスの巻き数を選択
    することを特徴とする製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111025203A (zh) * 2019-11-27 2020-04-17 中国船舶重工集团有限公司第七一0研究所 一种squid器件感应线圈
WO2022102155A1 (ja) * 2020-11-10 2022-05-19 スミダコーポレーション株式会社 フラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュール
WO2022244399A1 (ja) 2021-05-18 2022-11-24 スミダコーポレーション株式会社 磁場測定装置および磁場測定方法
WO2023013234A1 (ja) 2021-08-03 2023-02-09 スミダコーポレーション株式会社 磁場測定装置および磁場測定方法

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WO2022244399A1 (ja) 2021-05-18 2022-11-24 スミダコーポレーション株式会社 磁場測定装置および磁場測定方法
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