JPH0943328A - 超電導磁気検出装置 - Google Patents
超電導磁気検出装置Info
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- JPH0943328A JPH0943328A JP7193491A JP19349195A JPH0943328A JP H0943328 A JPH0943328 A JP H0943328A JP 7193491 A JP7193491 A JP 7193491A JP 19349195 A JP19349195 A JP 19349195A JP H0943328 A JPH0943328 A JP H0943328A
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- sensor
- magnetic field
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セラミック超電導磁気抵抗素子を用いて10
-9ガウス程度以上の磁気検出感度を示す超電導磁気検出
装置を提供する。 【解決手段】 超電導磁気検出装置は、発振器1と抵抗
2と変調磁場発生用コイル3とで構成された変調磁場発
生装置と、セラミック超電導磁気抵抗素子からなると共
に磁界を検出するセンサ4と、このセンサ4の電流端子
に定電流を供給する定電流源5と、コンデンサ6とコイ
ル7とで構成されると共にセンサ4の電圧端子に接続さ
れたLC直列共振回路と、センサ4からの磁気信号を増
幅すると共にコイル7の電圧端子に接続された差動増幅
器とを備えている。
-9ガウス程度以上の磁気検出感度を示す超電導磁気検出
装置を提供する。 【解決手段】 超電導磁気検出装置は、発振器1と抵抗
2と変調磁場発生用コイル3とで構成された変調磁場発
生装置と、セラミック超電導磁気抵抗素子からなると共
に磁界を検出するセンサ4と、このセンサ4の電流端子
に定電流を供給する定電流源5と、コンデンサ6とコイ
ル7とで構成されると共にセンサ4の電圧端子に接続さ
れたLC直列共振回路と、センサ4からの磁気信号を増
幅すると共にコイル7の電圧端子に接続された差動増幅
器とを備えている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導磁気検出装
置に関し、詳しくは弱結合特性を示す結晶粒界を有する
セラミック超電導磁気抵抗素子を用いて磁界に対する感
度を著しく向上させた超電導磁気検出装置に関する。
置に関し、詳しくは弱結合特性を示す結晶粒界を有する
セラミック超電導磁気抵抗素子を用いて磁界に対する感
度を著しく向上させた超電導磁気検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、磁界を検出する素子として、
半導体のホール効果を応用したホール素子や半導体、磁
性体の磁気抵抗効果を応用した磁気抵抗素子が広く用い
られてきた。これらの素子は常温で使用されるものであ
り、10-3〜10-4ガウス程度の磁気感度が得られる
が、それ以上の感度を得ることは不可能であった。一
方、10-10ガウスを示す高感度なものとして、超電導
体を使用した超電導量子干渉素子SQUIDがあるが、
その動作には極低温(4K)を必要とし、液体ヘリウム
を使用するため、装置が極めて高価であり、また、その
操作も複雑であった。その後、高い磁気検出感度を有
し、かつ、液体窒素温度(77K)で簡便に使用できる
高温超電導体を用いたセラミック超電導磁気抵抗素子が
開発された。そして、このセラミック超電導磁気抵抗素
子を利用した高感度磁気検出装置は、交流磁界変調方式
を使用することにより10-7ガウス程度の磁界分解能を
有していた。
半導体のホール効果を応用したホール素子や半導体、磁
性体の磁気抵抗効果を応用した磁気抵抗素子が広く用い
られてきた。これらの素子は常温で使用されるものであ
り、10-3〜10-4ガウス程度の磁気感度が得られる
が、それ以上の感度を得ることは不可能であった。一
方、10-10ガウスを示す高感度なものとして、超電導
体を使用した超電導量子干渉素子SQUIDがあるが、
その動作には極低温(4K)を必要とし、液体ヘリウム
を使用するため、装置が極めて高価であり、また、その
操作も複雑であった。その後、高い磁気検出感度を有
し、かつ、液体窒素温度(77K)で簡便に使用できる
高温超電導体を用いたセラミック超電導磁気抵抗素子が
開発された。そして、このセラミック超電導磁気抵抗素
子を利用した高感度磁気検出装置は、交流磁界変調方式
を使用することにより10-7ガウス程度の磁界分解能を
有していた。
【0003】上記セラミック超電導磁気抵抗素子をセン
サとして使用した場合の外部磁場と出力電圧との相関関
係は、図5に示すような特性を有する。なお、この相関
関係はセンサに定電流I=4.5mAを流した場合に測定
されたものである。図5において、任意の点をとって磁
電変換率を求めると、磁電変換率(V/G)=16×1
0-3(V)/74.2×10-3(G)=0.216とな
る。
サとして使用した場合の外部磁場と出力電圧との相関関
係は、図5に示すような特性を有する。なお、この相関
関係はセンサに定電流I=4.5mAを流した場合に測定
されたものである。図5において、任意の点をとって磁
電変換率を求めると、磁電変換率(V/G)=16×1
0-3(V)/74.2×10-3(G)=0.216とな
る。
【0004】図6はセラミック超電導磁気抵抗素子を用
いた従来の磁気検出装置の動作原理を示す構成図であ
る。図6において、この磁気検出装置は、発振器40と
抵抗41と変調磁場発生用コイル42とからなる変調磁
場発生装置と、セラミック超電導磁気抵抗素子からなる
センサ44と、該センサ44にDC バイアス電流を印
加するための定電流源43と、センサ44の電圧端子か
ら得られる微弱磁気信号を増幅するための低雑音4nV/
√Hzの差動増幅器45及び46とを備えている。すなわ
ち、図6の磁気検出装置では、差動増幅器45及び46
を二段(1段目10倍、2段目2000倍)にして使用
している。
いた従来の磁気検出装置の動作原理を示す構成図であ
る。図6において、この磁気検出装置は、発振器40と
抵抗41と変調磁場発生用コイル42とからなる変調磁
場発生装置と、セラミック超電導磁気抵抗素子からなる
センサ44と、該センサ44にDC バイアス電流を印
加するための定電流源43と、センサ44の電圧端子か
ら得られる微弱磁気信号を増幅するための低雑音4nV/
√Hzの差動増幅器45及び46とを備えている。すなわ
ち、図6の磁気検出装置では、差動増幅器45及び46
を二段(1段目10倍、2段目2000倍)にして使用
している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近注
目を浴びている心磁場、肺磁場等の生体磁気計測や金属
材料の欠陥、腐食等の非破壊検査、地下資源探査等への
応用には、10-9ガウスレベルの磁界分解能が必要であ
る。よって、上述した従来の増幅手段によれば、1段目
の差動増幅器45前段でのセラミック超電導磁気抵抗素
子からなるセンサ44の磁電変換率が0.2〜0.05
V/G程度のため(図5参照)、10-9ガウスレベルの
非常に微弱な磁気信号を差動増幅器45及び46で増幅
すると、この磁気信号が増幅器45及び46の入力電圧
雑音に埋もれてしまうという問題がある。
目を浴びている心磁場、肺磁場等の生体磁気計測や金属
材料の欠陥、腐食等の非破壊検査、地下資源探査等への
応用には、10-9ガウスレベルの磁界分解能が必要であ
る。よって、上述した従来の増幅手段によれば、1段目
の差動増幅器45前段でのセラミック超電導磁気抵抗素
子からなるセンサ44の磁電変換率が0.2〜0.05
V/G程度のため(図5参照)、10-9ガウスレベルの
非常に微弱な磁気信号を差動増幅器45及び46で増幅
すると、この磁気信号が増幅器45及び46の入力電圧
雑音に埋もれてしまうという問題がある。
【0006】すなわち、10-9ガウスレベルの磁気信号
を測定するためには、低雑音4nV/√Hzの差動増幅器の
前段で磁電変換率(V/G)=4(nV/√Hz)/1(nG
/√Hz)=4(V/G)程度は必要であり、1桁から2
桁程度磁電変換率が不足していた。さらに、上記のよう
に高利得で差動増幅器を使用しているため、2段で使用
する場合、増幅器の入力電圧雑音が利得により倍増し、
結果として出力から得られる磁気信号の雑音レベルが増
加してしまう、すなわち、S/Nが上がらないという問
題がある。
を測定するためには、低雑音4nV/√Hzの差動増幅器の
前段で磁電変換率(V/G)=4(nV/√Hz)/1(nG
/√Hz)=4(V/G)程度は必要であり、1桁から2
桁程度磁電変換率が不足していた。さらに、上記のよう
に高利得で差動増幅器を使用しているため、2段で使用
する場合、増幅器の入力電圧雑音が利得により倍増し、
結果として出力から得られる磁気信号の雑音レベルが増
加してしまう、すなわち、S/Nが上がらないという問
題がある。
【0007】図7は、DC SQUIDを使用した従来
の磁気検出装置の動作原理を示す構成図である。図7に
示すように、この磁気検出装置は、発振器50と変調磁
場発生用コイル51とからなる変調磁場発生装置と、D
C SQUID53と、このDC SQUID53にバ
イアス電流を印加するための定電流源52と、コイル5
4とコンデンサ55とで構成されたLC直列共振回路
と、差動増幅器56とを備えている。この磁気検出装置
は、コンデンサ55の両端より磁気信号を検出し、差動
増幅器56に入力するものである。しかし、この場合、
差動増幅器56においてDC増幅器の入力トランジスタ
をバイアスするのに必要な入力バイアス電流のため、外
部容量、すなわちコンデンサ55の両端に静電気が蓄積
して充電が行われ、結果として、差動増幅器56の出力
は飽和し、安定な動作を得ることが難しいという問題が
ある。
の磁気検出装置の動作原理を示す構成図である。図7に
示すように、この磁気検出装置は、発振器50と変調磁
場発生用コイル51とからなる変調磁場発生装置と、D
C SQUID53と、このDC SQUID53にバ
イアス電流を印加するための定電流源52と、コイル5
4とコンデンサ55とで構成されたLC直列共振回路
と、差動増幅器56とを備えている。この磁気検出装置
は、コンデンサ55の両端より磁気信号を検出し、差動
増幅器56に入力するものである。しかし、この場合、
差動増幅器56においてDC増幅器の入力トランジスタ
をバイアスするのに必要な入力バイアス電流のため、外
部容量、すなわちコンデンサ55の両端に静電気が蓄積
して充電が行われ、結果として、差動増幅器56の出力
は飽和し、安定な動作を得ることが難しいという問題が
ある。
【0008】また、本発明で使用するセラミック超電導
磁気抵抗素子は、磁気信号ゼロのとき数百Ωの抵抗を有
する。よって、定電流I=数mAをセンサに流す場合、セ
ンサの出力電圧は、数百mV程度となる(図5参照)。従
って、コンデンサにセンサの出力電圧のほとんどがかか
るため、コンデンサから出力電圧を取ると、結果とし
て、その電圧を増幅器が数千倍に増幅し、出力が飽和し
てしまい、測定不可能になるという問題もある。
磁気抵抗素子は、磁気信号ゼロのとき数百Ωの抵抗を有
する。よって、定電流I=数mAをセンサに流す場合、セ
ンサの出力電圧は、数百mV程度となる(図5参照)。従
って、コンデンサにセンサの出力電圧のほとんどがかか
るため、コンデンサから出力電圧を取ると、結果とし
て、その電圧を増幅器が数千倍に増幅し、出力が飽和し
てしまい、測定不可能になるという問題もある。
【0009】そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑み
てなされたものであり、セラミック超電導磁気抵抗素子
を用いて10-9ガウス程度以上の磁気検出感度を示す超
電導磁気検出装置を提供することを目的とする。
てなされたものであり、セラミック超電導磁気抵抗素子
を用いて10-9ガウス程度以上の磁気検出感度を示す超
電導磁気検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、弱結
合特性を示す結晶粒界を有するセラミック超電導磁気抵
抗素子からなると共に磁界を検出するセンサと、変調磁
場を発生させると共に発生した変調磁場を前記センサに
印加する変調磁場発生手段と、前記センサからの磁気信
号のうち、共振周波数と等しい変調周波数の磁気信号を
選択するための磁気信号選択手段と、当該磁気信号選択
手段により選択された磁気信号を増幅するための増幅手
段とを備えたことを特徴とする超電導磁気検出装置であ
る。
合特性を示す結晶粒界を有するセラミック超電導磁気抵
抗素子からなると共に磁界を検出するセンサと、変調磁
場を発生させると共に発生した変調磁場を前記センサに
印加する変調磁場発生手段と、前記センサからの磁気信
号のうち、共振周波数と等しい変調周波数の磁気信号を
選択するための磁気信号選択手段と、当該磁気信号選択
手段により選択された磁気信号を増幅するための増幅手
段とを備えたことを特徴とする超電導磁気検出装置であ
る。
【0011】請求項2の発明は、請求項1において、前
記磁気信号選択手段はLC直列共振回路であり、かつ、
当該LC直列共振回路のコイルの両端の電圧を前記増幅
手段に入力することを特徴とする超電導磁気検出装置で
ある。
記磁気信号選択手段はLC直列共振回路であり、かつ、
当該LC直列共振回路のコイルの両端の電圧を前記増幅
手段に入力することを特徴とする超電導磁気検出装置で
ある。
【0012】請求項3の発明は、請求項1又は2におい
て、前記センサに印加する変調磁場の変調周波数を1kH
z以上とすることを特徴とする超電導磁気検出装置であ
る。
て、前記センサに印加する変調磁場の変調周波数を1kH
z以上とすることを特徴とする超電導磁気検出装置であ
る。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の超電導磁
気検出装置の動作原理を示す構成図である。図1に示す
ように、本発明にかかる超電導磁気検出装置は、基本的
に、発振器1と抵抗2と変調磁場発生用コイル3とで構
成された変調磁場発生装置と、弱結合特性を示す結晶粒
界を有するセラミック超電導磁気抵抗素子からなると共
に磁界を検出するセンサ4と、このセンサ4の電流端子
に定電流(I=4.5mA)を供給する定電流源5と、コ
ンデンサ6とコイル7とで構成されると共にセンサ4の
電圧端子に接続されたLC直列共振回路と、センサ4か
らの磁気信号を増幅すると共にコイル7の電圧端子に接
続された差動増幅器(図示せず)とを備えている。
を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の超電導磁
気検出装置の動作原理を示す構成図である。図1に示す
ように、本発明にかかる超電導磁気検出装置は、基本的
に、発振器1と抵抗2と変調磁場発生用コイル3とで構
成された変調磁場発生装置と、弱結合特性を示す結晶粒
界を有するセラミック超電導磁気抵抗素子からなると共
に磁界を検出するセンサ4と、このセンサ4の電流端子
に定電流(I=4.5mA)を供給する定電流源5と、コ
ンデンサ6とコイル7とで構成されると共にセンサ4の
電圧端子に接続されたLC直列共振回路と、センサ4か
らの磁気信号を増幅すると共にコイル7の電圧端子に接
続された差動増幅器(図示せず)とを備えている。
【0014】上記変調磁場発生装置は、変調磁場を発生
させると共に発生した変調磁場(変調周波数=共振周波
数=10kHz)及びDC磁気信号をセンサ4に印加する
ものである。また、上記LC直列共振回路は、センサ4
からの磁気信号のうち、共振周波数と等しい変調周波数
の磁気信号を選択するものであり、このLC直列共振回
路のコイル7の両端の電圧VLは差動増幅器に入力され
る。さらに、セラミック超電導磁気抵抗素子は、液体窒
素温度(77K)に保持されている。なお、センサ4に
印加する変調磁場の変調周波数は1kHz以上であること
が望ましい。その理由としては、特に生体の心臓や脳か
ら発生する磁界は数10Hzの周波数成分を有しており、
そのため変調周波数がその領域にかからないように考慮
する必要があるからである。上記の場合、センサ4の電
圧端子の出力からは10kHzの交流信号が得られ、LC
直列共振回路に流れる。
させると共に発生した変調磁場(変調周波数=共振周波
数=10kHz)及びDC磁気信号をセンサ4に印加する
ものである。また、上記LC直列共振回路は、センサ4
からの磁気信号のうち、共振周波数と等しい変調周波数
の磁気信号を選択するものであり、このLC直列共振回
路のコイル7の両端の電圧VLは差動増幅器に入力され
る。さらに、セラミック超電導磁気抵抗素子は、液体窒
素温度(77K)に保持されている。なお、センサ4に
印加する変調磁場の変調周波数は1kHz以上であること
が望ましい。その理由としては、特に生体の心臓や脳か
ら発生する磁界は数10Hzの周波数成分を有しており、
そのため変調周波数がその領域にかからないように考慮
する必要があるからである。上記の場合、センサ4の電
圧端子の出力からは10kHzの交流信号が得られ、LC
直列共振回路に流れる。
【0015】図1において、センサ4の超電導状態時の
抵抗値をr、センサ4の出力電圧をE、コンデンサ6の
静電容量をC、コイル7のインダクタンスをLとすれ
ば、回路のインピーダンスZはZ=r+j(ωL−1/
ωC)となり、インピーダンスの絶対値|Z|は|Z|
=√(r2−(ωL−1/ωC)2)となる。ここで、f
(ω=2πf)が共振周波数f0となるとき、ωL=1
/ωC、ω=1/√(LC)が成り立ち、インピーダン
スの絶対値は|Z|=√(r2)=Rとなり最小値とな
る(図2参照)。よって、回路を流れる電流は、I’=
E/rとなり最大となる。(図3参照)。すると、コイ
ル7の両端の電圧VLは、VL=ωLE/r=2πfLE
/rとなり、センサ4の出力電圧Eは2πfL/r倍で
得られることになる。特にfが高く、Lが大きく、rが
小さければより大きな出力電圧が得られる。これにより
差動増幅器前段でのセンサ4の磁電変換率が向上し、磁
気検出感度が向上する。
抵抗値をr、センサ4の出力電圧をE、コンデンサ6の
静電容量をC、コイル7のインダクタンスをLとすれ
ば、回路のインピーダンスZはZ=r+j(ωL−1/
ωC)となり、インピーダンスの絶対値|Z|は|Z|
=√(r2−(ωL−1/ωC)2)となる。ここで、f
(ω=2πf)が共振周波数f0となるとき、ωL=1
/ωC、ω=1/√(LC)が成り立ち、インピーダン
スの絶対値は|Z|=√(r2)=Rとなり最小値とな
る(図2参照)。よって、回路を流れる電流は、I’=
E/rとなり最大となる。(図3参照)。すると、コイ
ル7の両端の電圧VLは、VL=ωLE/r=2πfLE
/rとなり、センサ4の出力電圧Eは2πfL/r倍で
得られることになる。特にfが高く、Lが大きく、rが
小さければより大きな出力電圧が得られる。これにより
差動増幅器前段でのセンサ4の磁電変換率が向上し、磁
気検出感度が向上する。
【0016】図4は、本発明にかかる超電導磁気検出装
置の一実施形態を示す構成図である。図4に示すよう
に、セラミック超電導磁気抵抗素子11はデュワー28
内の液体窒素中に浸漬されて、77Kに冷却保持されて
いる。なお、本実施形態で使用されたセラミック超電導
磁気抵抗素子11の超電導体は、その粒界が極めて薄い
絶縁膜、又は、常電導体膜を介在して結合したものか、
あるいは、ポイント状に弱く結合したもので、磁界によ
り容易にその超電導状態が破れる構成にしてある。使用
した超電導体は、高温超電導体として知られているY1
Ba2Cu3O7-X系である。これはミアンダ状にパター
ニングされており、電流、電圧端子が設けてある。
置の一実施形態を示す構成図である。図4に示すよう
に、セラミック超電導磁気抵抗素子11はデュワー28
内の液体窒素中に浸漬されて、77Kに冷却保持されて
いる。なお、本実施形態で使用されたセラミック超電導
磁気抵抗素子11の超電導体は、その粒界が極めて薄い
絶縁膜、又は、常電導体膜を介在して結合したものか、
あるいは、ポイント状に弱く結合したもので、磁界によ
り容易にその超電導状態が破れる構成にしてある。使用
した超電導体は、高温超電導体として知られているY1
Ba2Cu3O7-X系である。これはミアンダ状にパター
ニングされており、電流、電圧端子が設けてある。
【0017】セラミック超電導磁気抵抗素子11の周囲
には、変調磁場発生用コイル12、地磁気補正用コイル
13、標準磁場信号発生用コイル14がそれぞれ設けて
ある。この変調磁場発生用コイル12には、発振器15
と抵抗26とが接続されており、発振器15より10kH
zの電流を変調磁場発生用コイル12に供給することに
より変調磁場を発生させる。同様に、地磁気補正用コイ
ル13には定電流源17が接続され、標準磁場信号発生
用コイル14には抵抗27と発振器16とが接続されて
おり、それぞれ地磁気補正用磁場、標準磁場が発生す
る。発生したこれらの磁場はセラミック超電導磁気抵抗
素子11からなるセンサに印加される。また、定電流源
18はシールドツイストペア線19を介してセラミック
超電導磁気抵抗素子11の電流端子へ直流電流I=4.
5mAを印加する。
には、変調磁場発生用コイル12、地磁気補正用コイル
13、標準磁場信号発生用コイル14がそれぞれ設けて
ある。この変調磁場発生用コイル12には、発振器15
と抵抗26とが接続されており、発振器15より10kH
zの電流を変調磁場発生用コイル12に供給することに
より変調磁場を発生させる。同様に、地磁気補正用コイ
ル13には定電流源17が接続され、標準磁場信号発生
用コイル14には抵抗27と発振器16とが接続されて
おり、それぞれ地磁気補正用磁場、標準磁場が発生す
る。発生したこれらの磁場はセラミック超電導磁気抵抗
素子11からなるセンサに印加される。また、定電流源
18はシールドツイストペア線19を介してセラミック
超電導磁気抵抗素子11の電流端子へ直流電流I=4.
5mAを印加する。
【0018】上述したように、センサに変調磁場発生用
コイル12より発生した変調磁場を印加し、さらに測定
すべき磁気信号が加わると、セラミック超電導磁気抵抗
素子11の電圧端子から変調された出力電圧が得られ
る。その得られた出力電圧は、シールドツイストペア線
20を介してコンデンサ21とコイル22とで構成され
たLC直列共振回路に入力される。ここで、変調周波数
(10kHz)にLC直列共振回路の共振周波数が一致す
るようにコイル22のインダクタンスL=400mHとコ
ンデンサ21の静電容量(C=500pF)+(C`=1
00pF可変)とを組み合わせてあるので、コイル22の
両端から得られる変調された磁気信号は最大限に増幅さ
れることになる。この場合、LC直列共振回路による増
幅度は、約10倍となる。
コイル12より発生した変調磁場を印加し、さらに測定
すべき磁気信号が加わると、セラミック超電導磁気抵抗
素子11の電圧端子から変調された出力電圧が得られ
る。その得られた出力電圧は、シールドツイストペア線
20を介してコンデンサ21とコイル22とで構成され
たLC直列共振回路に入力される。ここで、変調周波数
(10kHz)にLC直列共振回路の共振周波数が一致す
るようにコイル22のインダクタンスL=400mHとコ
ンデンサ21の静電容量(C=500pF)+(C`=1
00pF可変)とを組み合わせてあるので、コイル22の
両端から得られる変調された磁気信号は最大限に増幅さ
れることになる。この場合、LC直列共振回路による増
幅度は、約10倍となる。
【0019】そして、コイル22の両端から得られる増
幅された磁気信号をさらに低雑音差動増幅器(×256
0)23及びロックイン増幅器24に入力する。ここで
ロックイン増幅器24には、発振器15からの参照信号
も入力されるので、変調周波数成分の信号を検出するこ
とになる。そして最終的に交流成分をカットするため、
低域フィルタ25に入力する。以上の回路動作により測
定している磁場の強さを電圧として取り出す。また、特
に外部の電磁波の影響を除くために、LC直列共振回路
及び低雑音差動増幅器23は、シャーシ29に収納され
ている。
幅された磁気信号をさらに低雑音差動増幅器(×256
0)23及びロックイン増幅器24に入力する。ここで
ロックイン増幅器24には、発振器15からの参照信号
も入力されるので、変調周波数成分の信号を検出するこ
とになる。そして最終的に交流成分をカットするため、
低域フィルタ25に入力する。以上の回路動作により測
定している磁場の強さを電圧として取り出す。また、特
に外部の電磁波の影響を除くために、LC直列共振回路
及び低雑音差動増幅器23は、シャーシ29に収納され
ている。
【0020】次に、上記の構成を有する回路の磁気検出
感度を測定した。A点での磁気検出感度を測定するため
に、まずセンサに定電流4.5mAを流した。また、発振
器16より、標準磁場発生用コイル(5.3G/A)1
4に変調電流を供給し、変調磁場203.07×10-6
G(10kHz)を発生させセンサに印加した。そして、
A点の出力にFFTアナライザーを接続することで、以
下に示す結果を得た。 A点の出力電圧Vout=1.17(Vpp) 磁電変換率(V/G)=1.17/(203.07×10-6)=8420.74(V/G) 10Hzにおける雑音N=-95.4dBV=33.96×10-6(Vpp) 差動増幅器の前段での磁電変換率(V/G)=8420.74/2560=
3.29(V/G) 以上より、LC直列共振回路をセンサの電圧端子と差動
増幅器間に使用することで、差動増幅器の前段でのセン
サの磁電変換率が、従来の0.2〜0.05(V/G)
程度から3.29(V/G)に増大し、1桁から2桁向
上した。また、A点での感度は、2.02×10-9(G
/√Hz)であった。
感度を測定した。A点での磁気検出感度を測定するため
に、まずセンサに定電流4.5mAを流した。また、発振
器16より、標準磁場発生用コイル(5.3G/A)1
4に変調電流を供給し、変調磁場203.07×10-6
G(10kHz)を発生させセンサに印加した。そして、
A点の出力にFFTアナライザーを接続することで、以
下に示す結果を得た。 A点の出力電圧Vout=1.17(Vpp) 磁電変換率(V/G)=1.17/(203.07×10-6)=8420.74(V/G) 10Hzにおける雑音N=-95.4dBV=33.96×10-6(Vpp) 差動増幅器の前段での磁電変換率(V/G)=8420.74/2560=
3.29(V/G) 以上より、LC直列共振回路をセンサの電圧端子と差動
増幅器間に使用することで、差動増幅器の前段でのセン
サの磁電変換率が、従来の0.2〜0.05(V/G)
程度から3.29(V/G)に増大し、1桁から2桁向
上した。また、A点での感度は、2.02×10-9(G
/√Hz)であった。
【0021】従って、本発明の超電導磁気検出装置は、
弱い磁界にも粒界の接合による作用で高い感度をもつこ
とができるセラミック超電導磁気抵抗素子を用いて、1
0-9ガウスレベルの磁界分解能を実現することができる
ものである。また、本発明の原理を用いることにより、
低周波での10-9ガウスレベル磁界信号測定において、
信号増幅のための低雑音4nV/√Hzレベルを実現でき
る。
弱い磁界にも粒界の接合による作用で高い感度をもつこ
とができるセラミック超電導磁気抵抗素子を用いて、1
0-9ガウスレベルの磁界分解能を実現することができる
ものである。また、本発明の原理を用いることにより、
低周波での10-9ガウスレベル磁界信号測定において、
信号増幅のための低雑音4nV/√Hzレベルを実現でき
る。
【0022】
【発明の効果】請求項1に記載の超電導磁気検出装置に
よれば、弱結合特性を示す結晶粒界を有するセラミック
超電導磁気抵抗素子からなる磁界検出センサと、変調磁
場を発生させてセンサに印加する変調磁場発生手段と、
センサからの磁気信号のうち、共振周波数と等しい変調
周波数の磁気信号を選択する磁気信号選択手段とを具備
することにより、超電導磁気抵抗素子の磁電変換率が従
来のものより高くなり、また低ノイズとなるため磁気検
出感度の向上を図ることができる。
よれば、弱結合特性を示す結晶粒界を有するセラミック
超電導磁気抵抗素子からなる磁界検出センサと、変調磁
場を発生させてセンサに印加する変調磁場発生手段と、
センサからの磁気信号のうち、共振周波数と等しい変調
周波数の磁気信号を選択する磁気信号選択手段とを具備
することにより、超電導磁気抵抗素子の磁電変換率が従
来のものより高くなり、また低ノイズとなるため磁気検
出感度の向上を図ることができる。
【0023】請求項2に記載の超電導磁気検出装置によ
れば、磁気信号選択手段をLC直列共振回路とすること
により、磁気検出におけるノイズを除去することができ
る。さらに、LC直列共振回路のコイルの両端の電圧を
磁気信号を増幅するための増幅手段に入力することによ
り、安定、かつ、低ノイズで磁気信号を増幅でき、磁気
検出感度の向上を図ることができる。
れば、磁気信号選択手段をLC直列共振回路とすること
により、磁気検出におけるノイズを除去することができ
る。さらに、LC直列共振回路のコイルの両端の電圧を
磁気信号を増幅するための増幅手段に入力することによ
り、安定、かつ、低ノイズで磁気信号を増幅でき、磁気
検出感度の向上を図ることができる。
【0024】請求項3に記載の超電導磁気検出装置によ
れば、センサに印加する変調磁場の変調周波数を1kHz
以上とすることにより、変調周波数を生体の心臓や脳か
ら発生する磁界の数十Hz程度の周波数領域にかからない
ようにすることができ、磁気検出感度の向上を図ること
ができる。
れば、センサに印加する変調磁場の変調周波数を1kHz
以上とすることにより、変調周波数を生体の心臓や脳か
ら発生する磁界の数十Hz程度の周波数領域にかからない
ようにすることができ、磁気検出感度の向上を図ること
ができる。
【図1】本発明の超電導磁気検出装置の動作原理を示す
構成図である。
構成図である。
【図2】本発明の超電導磁気検出装置を動作させた場合
の周波数に対するLC直列共振回路のインピーダンスの
絶対値|Z|の変化を示す特性図である。
の周波数に対するLC直列共振回路のインピーダンスの
絶対値|Z|の変化を示す特性図である。
【図3】本発明の超電導磁気検出装置を動作させた場合
の周波数に対するLC直列共振回路内を流れる電流及び
コイルの両端の電圧の変化を示す特性図である。
の周波数に対するLC直列共振回路内を流れる電流及び
コイルの両端の電圧の変化を示す特性図である。
【図4】本発明にかかる超電導磁気検出装置の一実施形
態を示す構成図である。
態を示す構成図である。
【図5】セラミック超電導磁気抵抗素子をセンサとして
使用した場合の外部磁場と出力電圧との相関関係を示す
図である。
使用した場合の外部磁場と出力電圧との相関関係を示す
図である。
【図6】セラミック超電導磁気抵抗素子を用いた従来の
磁気検出装置の動作原理を示す構成図である。
磁気検出装置の動作原理を示す構成図である。
【図7】DC SQUIDを用いた従来の磁気検出装置
の動作原理を示す構成図である。
の動作原理を示す構成図である。
1 発振器 2 抵抗 3 変調磁場発生用コイル 4 センサ 5 定電流源 6 コンデンサ 7 コイル
Claims (3)
- 【請求項1】 弱結合特性を示す結晶粒界を有するセラ
ミック超電導磁気抵抗素子からなると共に磁界を検出す
るセンサと、変調磁場を発生させると共に発生した変調
磁場を前記センサに印加する変調磁場発生手段と、前記
センサからの磁気信号のうち、共振周波数と等しい変調
周波数の磁気信号を選択するための磁気信号選択手段
と、当該磁気信号選択手段により選択された磁気信号を
増幅するための増幅手段とを備えたことを特徴とする超
電導磁気検出装置。 - 【請求項2】 前記磁気信号選択手段はLC直列共振回
路であり、かつ、当該LC直列共振回路のコイルの両端
の電圧を前記増幅手段に入力することを特徴とする請求
項1記載の超電導磁気検出装置。 - 【請求項3】 前記センサに印加する変調磁場の変調周
波数を1kHz以上とすることを特徴とする請求項1又は
2記載の超電導磁気検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7193491A JPH0943328A (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 超電導磁気検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7193491A JPH0943328A (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 超電導磁気検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0943328A true JPH0943328A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16308931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7193491A Pending JPH0943328A (ja) | 1995-07-28 | 1995-07-28 | 超電導磁気検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0943328A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102183736A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-09-14 | 上海奥波信息科技有限公司 | 一种弱磁场测量装置及方法 |
KR101487337B1 (ko) * | 2014-08-13 | 2015-01-28 | 국방과학연구소 | 직렬 rlc 공진을 이용한 광대역 교류 자기 센서 시험 장치 및 방법 |
JP2020008380A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 富士通株式会社 | 磁気測定モジュール、磁気特性測定装置及び磁気特性測定方法 |
WO2020113467A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种感应式磁传感器及电磁勘探设备 |
-
1995
- 1995-07-28 JP JP7193491A patent/JPH0943328A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102183736A (zh) * | 2011-02-28 | 2011-09-14 | 上海奥波信息科技有限公司 | 一种弱磁场测量装置及方法 |
KR101487337B1 (ko) * | 2014-08-13 | 2015-01-28 | 국방과학연구소 | 직렬 rlc 공진을 이용한 광대역 교류 자기 센서 시험 장치 및 방법 |
JP2020008380A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 富士通株式会社 | 磁気測定モジュール、磁気特性測定装置及び磁気特性測定方法 |
WO2020113467A1 (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种感应式磁传感器及电磁勘探设备 |
US11914092B2 (en) | 2018-12-05 | 2024-02-27 | Institute Of Geology And Geophysics, The Chinese Academy Of Sciences | Inductive magnetic sensor and electromagnetic prospecting equipment |
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