KR100507608B1 - Coupling Method Between Pickup Coil and SQUID Loop in Direct-Coupled SQUID Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 픽업코일과 스퀴드 루프 연결에 사용되는 연결도선을 일측은 폭이 넓고 다른 일측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 제작하여 적용함으로써 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하면서도 인덕턴스를 줄이도록 한 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것으로, According to the present invention, the connection wire used for connecting the pickup coil and the squid loop is manufactured in a form in which one side is wider and narrower toward the other side, thereby reducing inductance while maintaining the effect of reducing interference due to superconducting current. The present invention relates to a pickup coil and a squid loop connection device of a series coupled type squid sensor,
미약 자기장을 검출하되 검출 감도를 높이기 위한 것으로 인덕턴스가 큰 픽업코일과, 상기 픽업코일에서 검출되는 전류가 흐르는 것으로 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프와, 상기 픽업코일과 스퀴드 루프 사이를 흐르게 하는 초전도 도선을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서, 상기 픽업코일측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 길게 형성하고, 스퀴드 루프측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 이루어진 것이 특징이며; A pickup coil having a high inductance for detecting a weak magnetic field and increasing detection sensitivity, a squid loop having a small inductance through which a current detected by the pickup coil flows, and a superconducting wire flowing between the pickup coil and the squid loop A series-coupled squid sensor, characterized in that the superconducting wire connected to the pick-up coil side is formed relatively long, and the superconducting wire connected to the squid loop side is formed relatively short;
본 발명의 초전도 도선을 이용하게 되면 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.The use of the superconducting wire of the present invention provides an effect of keeping the inductance to a minimum while maintaining a sufficient distance to effectively remove the interference of the magnetic field of the pickup coil and the squid loop stage.
Description
본 발명은 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것으로, 특히 픽업코일과 스퀴드 루프 연결에 사용되는 연결도선을 일측은 폭이 넓고 다른 일측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 제작하여 적용함으로써 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하면서도 인덕턴스를 줄이도록 한 것을 특징으로 하는 직렬결합형 스퀴드 센서의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pickup coil and a squid loop connection device of a series-coupled squid sensor, and in particular, a connection wire used for connecting the pickup coil and the squid loop is manufactured in a form in which one side is wider and narrower toward the other side. The present invention relates to a pickup coil and a squid loop connection device of a series coupled type squid sensor, which reduces inductance while maintaining an effect of reducing interference caused by superconducting current.
초전도 양자간섭소자(SQUID; Superconducting Quantum Interference Device)는, 2개의 초전도체가 매우 얇은 절연막을 사이에 두고 격리되어 있을 경우, 터널효과에 의해서 전자가 특수한 쌍(쿠퍼쌍)을 이루어 절연막을 통과하게 되는 소위 조셉슨효과(Josephson Effect)를 이용하여 미소 자속, 예를 들면 지구 자기장의 대략 일억분의 일 정도의 극히 미약한 자기장까지도 검출할 수 있도록 한 소자이다. Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) is a so-called superconducting quantum interference device (SQUID), in which electrons pass through an insulating film by a tunnel effect when two superconductors are separated by a very thin insulating film. Using the Josephson Effect, it is possible to detect even minute magnetic fluxes, even the weakest magnetic field of about one hundred millionth of the earth's magnetic field.
이러한 초전도 양자간섭소자는 계측기, 심자계, 뇌자계와, 잠수함 탐지기, 자원탐사용 기기 및 비파괴검사기 등의 다양한 분야에 응용되고 있다.Such superconducting quantum interference devices have been applied to various fields such as measuring instruments, core magnetic fields, brain magnetic fields, submarine detectors, resource exploration devices, and non-destructive testers.
한편, 스퀴드 센서는 도 1에 도시한 바와 같이, 미약 자기장의 검출 감도를 높이기 위해 인덕턴스가 큰 픽업코일(10)과 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프(20)로 이루어져 있으며, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)를 초전도 도선(30)으로 직접 연결하는 직접 결합형 구조로 이루어져 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the squid sensor includes a pickup coil 10 having a large inductance and a squid loop 20 having a small inductance in order to increase detection sensitivity of a weak magnetic field, and a pickup coil 10 and a squid loop. It consists of a direct coupling type to directly connect the 20 to the superconducting wire (30).
그리고, 자기장을 검출하면서 발생하는 초전도 전류는 픽업코일(10)로부터 초전도 도선(30)을 통해 스퀴드 루프(20)에 흐르게 된다.The superconducting current generated while detecting the magnetic field flows from the pickup coil 10 to the squid loop 20 through the superconducting wire 30.
이때, 자기장이 상호간에 간섭을 일으킬 수 있기 때문에 이것을 방지하기 위하여 연결도선(초전도 도선, 30)의 길이가 어느 정도 유지되어야 하므로 초전도 도선(30)의 인덕턴스가 커지게 된다. 상기 초전도 도선(30)이것의 인덕턴스는 스퀴드 루프(20)의 인덕턴스에 비해 무시할 수 없는 큰 값이므로 이러한 결합에 있어서 검출신호의 손실을 발생하게 된다.At this time, since the magnetic field may cause interference with each other, the inductance of the superconducting wire 30 is increased because the length of the connecting wire (superconducting wire 30) must be maintained to a certain degree. Since the inductance of the superconducting wire 30 is not negligible compared to the inductance of the squid loop 20, the detection signal is lost in such coupling.
즉, 직접 결합형 스퀴드 센서에서 자기장을 검출하면서 발생하는 초전도 전류는 픽업코일(10)로부터 스퀴드 루프(20)에 흐르며 이것에 의해 상호간의 간섭을 방지하기 위하여 연결도선의 길이가 어느 정도 유지되어야 하는데, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)간의 거리를 거리확보와 인덕턴스를 줄이는 것을 동시에 만족시키기 곤란한 문제가 있었던 것이다.That is, the superconducting current generated while detecting the magnetic field in the direct coupled type squid sensor flows from the pick-up coil 10 to the squid loop 20. As a result, the length of the connecting wire must be maintained to prevent mutual interference. In other words, it is difficult to satisfy the distance between the pickup coil 10 and the squid loop 20 to secure the distance and reduce the inductance at the same time.
결국, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)간의 일정한 거리를 유지하면서 동시에 인덕턴스를 줄이기 위해서는 이들을 상호 연결하는 초전도 도선의 형태를 변형할 필요성이 있다.As a result, in order to reduce the inductance while maintaining a constant distance between the pickup coil 10 and the squid loop 20, it is necessary to modify the shape of the superconducting wires interconnecting them.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 초전도 도선을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a superconducting wire which can keep the inductance to a minimum while maintaining a sufficient distance to effectively remove the interference of the magnetic field of the pick-up coil and the squid loop stage. .
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,As a means for achieving the above object,
본 발명은 미약 자기장을 검출하되 검출 감도를 높이기 위한 것으로 인덕턴스가 큰 픽업코일과, 상기 픽업코일에서 검출되는 전류가 흐르는 것으로 인덕턴스가 작은 스퀴드 루프와, 상기 픽업코일과 스퀴드 루프 사이를 흐르게 하는 초전도 도선을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서, 상기 픽업코일측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 길게 형성하고, 스퀴드 루프측에 연결되는 초전도 도선의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 이루어진 것이 특징이다.The present invention is to detect a weak magnetic field, but to increase the detection sensitivity, a pickup coil having a large inductance, a squid loop having a small inductance by flowing a current detected by the pickup coil, and a superconducting wire flowing between the pickup coil and the squid loop. In the series coupled type squid sensor comprising a relatively long area of the superconducting wire connected to the pick-up coil side, characterized in that formed by forming a relatively short area of the superconducting wire connected to the squid loop side.
또한, 상기 초전도 도선의 형태는 삼각형인 것이 특징이다.In addition, the shape of the superconducting wire is characterized in that the triangle.
또한, 상기 초전도 도선의 형태는 사다리꼴 형태인 것이 특징이다.In addition, the superconducting wire is characterized in that the trapezoidal shape.
또한, 상기 초전도 도선의 경사면이 계단형상인 것이 특징이다. In addition, the inclined surface of the superconducting wire is characterized in that the step shape.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 구성도로써, 2 is a block diagram of the present invention,
픽업코일(10)과, 스퀴드 루프(20)와, 초전도 도선(30)을 포함하는 직렬결합형 스퀴드 센서에 있어서,In the series coupled type squid sensor comprising a pickup coil 10, a squid loop 20, and a superconducting wire 30,
상기 픽업코일(10)측에 연결되는 초전도 도선(30)의 면적을 상대적으로 넓게 형성하고, 스퀴드 루프(20)측에 연결되는 초전도 도선(30)의 면적을 상대적으로 짧게 형성하여 제작한다.The area of the superconducting wire 30 connected to the pick-up coil 10 side is formed relatively wide, and the area of the superconducting wire 30 connected to the squid loop 20 side is formed relatively short.
본 발명에서의 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20) 간의 거리를 충분히 확보하면서 초전도 도선(30)을 삼각형의 형태로 하였다(도 2의 D). The superconducting wire 30 was formed in the shape of a triangle while sufficiently securing the distance between the pickup coil 10 and the squid loop 20 in the present invention (D of FIG. 2).
픽업코일(10)에 연결되는 부분의 도선(30)은 넓게 하고, 스퀴드 루프(20)에 가까울 수록 폭을 줄여서 초전도 전류에 의한 간섭현상을 줄이는 효과를 유지하고, 인덕턴스를 줄이는 연결방법이 본 발명의 구성이다.The connection 30 of the portion connected to the pickup coil 10 is wider, and the closer to the squid loop 20, the width is reduced, thereby maintaining the effect of reducing interference caused by superconducting current, and reducing the inductance. It is the composition.
참고로 도 1은 일반적으로 이루어지고 있는 기존기술의 설계방법인데 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)사이를 접속하는 초전도 도선(30)은 폭 7um, 길이 80um로 설계한 스퀴드 센서이며, 본 발명에 적용되는 도 2는 초전도 도선(30)의 전체 길이는 80um이나, 밑변의 폭을 50um로 설정하고, 상부로 올라갈 수로 서서히 줄이도록 하여 60um길이까지 폭 7um로 줄이는 방법으로 실시한 예이다.For reference, Figure 1 is a design method of a conventional technique that is generally made, the superconducting wire 30 connecting between the pickup coil 10 and the squid loop 20 is a squid sensor designed with a width of 7um, 80um in length, 2 is applied to the invention is an example in which the total length of the superconducting wire 30 is 80um, but the width of the bottom side is set to 50um, and reduced to 7um to 60um length by gradually reducing the number to the top.
이 결과 본 발명으로 설계하여 제작한 스퀴드 센서의 감도와 직접 연관되는 유효면적은 약 15% 정도이상 향상되었다.As a result, the effective area directly related to the sensitivity of the squid sensor designed and manufactured by the present invention is improved by about 15% or more.
본 발명의 삼각꼴 내지는 사다리꼴로 제작한 초전도 도선(30)을 계단형으로 변형하여 실시하여도 동일한 효과가 발생할 것이다.The same effect will occur even if the superconducting wire 30 made of a triangular or trapezoidal shape of the present invention is deformed in a step shape.
즉, 삼각꼴이나 사다리꼴 초전도 도선(30)에서 빗변을 이루는 부분을 아래는 넓고 위로 갈수록 좁아지는 계단형으로 변형할 수 있다.That is, the portion forming the hypotenuse in the triangular or trapezoidal superconducting wire 30 can be transformed into a stepped shape that is wider at the bottom and narrower at the top.
이하에서 본 발명이 동작을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the present invention below.
먼저, 자기장이 발생할 수 있는 영역에서 미약한 자기장 신호가 발생하게 되면 자기장의 변화량에 따라 픽업 코일(10)측에서 일정한 전류가 발생하게 된다.First, when a weak magnetic field signal is generated in a region where a magnetic field may occur, a constant current is generated at the pickup coil 10 side according to the amount of change in the magnetic field.
상기 전류는 스퀴드 루프(20)로 입력되고, 상기 스퀴드 루프(20)는 이를 해석하기 위한 처리회로(도시하지 않음)로 입력되어 자기장의 분포를 해석할 수 있도록 한다.The current is input to the squid loop 20, and the squid loop 20 is input to a processing circuit (not shown) for analyzing the same so as to analyze the distribution of the magnetic field.
이때, 상기 스퀴드 루프(20)로 입력되는 전류는 초전도 도선(30)을 통하도록 하는바, 이는 픽업 코일(10)과 스퀴드 루프(20) 사이에 자기장에 따른 상호 간섭이 발생할 수 있기 때문이며, 상기 초전도 도선(30)을 통해 전류흐름을 유도하면서 픽업코일과 스퀴드 루프(20) 사이를 일정 길이만큼 벌려놓아 상호 간섭을 최소화시킨다.In this case, the current input to the squid loop 20 allows the superconducting wire 30 to pass through, because mutual interference due to a magnetic field may occur between the pickup coil 10 and the squid loop 20. While inducing current flow through the superconducting wire 30, the gap between the pickup coil and the squid loop 20 by a predetermined length to minimize mutual interference.
본 발명에서는 상기 연결도선중 픽업코일(10)측은 단면적이 크게, 그리고 스퀴드 루프측은 단면적이 작게 되도록 전체 형태를 삼각꼴 내지는 사다리꼴 형태로 하였는바, 이는 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20) 사이를 일정간격 벌려놓으면서도 동시에 인덕턴스값을 줄일 수 있도록 하기 위해서이다.In the present invention, the pick-up coil 10 side of the connecting wire has a large cross-sectional area, and the squid loop side has a triangular or trapezoidal shape such that the cross-sectional area is small, which is between the pick-up coil 10 and the squid loop 20. In order to reduce the inductance value at the same time apart from the gap.
즉, 픽업코일(10)과 스퀴드 루프(20)를 연결하는 초전도 도선(30)의 면적을 크게 하여 인덕턴스 값을 줄이도록 하여 스퀴드 루프(20)의 인덕턴스값에 미치는 영향력을 최소화함으로써 보다 정확한 전류측정이 이루어질 수 있도록한 것이다.That is, more accurate current measurement by minimizing the influence on the inductance value of the squid loop 20 by reducing the inductance value by increasing the area of the superconducting wire 30 connecting the pickup coil 10 and the squid loop 20. This would be done.
결국, 본 발명을 이용하게 되면 스퀴드 센서의 설계에 있어서 모든 것은 동일하고 초전도 도선(30)만 다른 스퀴드 센서를 제공하여 최소한의 변형으로 최대한의 효과를 기대할 수 있으며, 본 발명으로 설계한 스퀴드 센서 유효면적(측정감도는 유효면적에 비례함)은 기존 기술로 제작한 것 보다 약 15% 이상 향상되는 결과를 얻게 되었다.After all, if the present invention is used in the design of the squid sensor, everything is the same and only the superconducting wire 30 is different, so that the maximal effect can be expected with minimal deformation, and the squid sensor designed according to the present invention is effective. The area (measurement sensitivity is proportional to the effective area) is improved by about 15% more than that produced by conventional technology.
상술한 바와 같이 본 발명의 초전도 도선을 이용하게 되면 픽업코일과 스퀴드 루프단의 자기장의 간섭을 효과적으로 제거하기 위해 충분한 거리를 유지하면서도 동시에 인덕턴스를 최소한으로 줄일 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the use of the superconducting wire of the present invention provides an effect of keeping the inductance to a minimum while maintaining a sufficient distance to effectively remove the interference of the magnetic field of the pickup coil and the squid loop stage.
도 1은 일반적인 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of a typical pickup coil and squid loop connection device
도 2는 본 발명의 픽업코일과 스퀴드 루프 연결장치 구성을 나타내는 본 발명의 실시예를 나타낸 도면.Figure 2 is a view showing an embodiment of the present invention showing the configuration of the pickup coil and squid loop connection device of the present invention.
도 3은 본 발명의 변형 예를 나타내는 도면.3 is a view showing a modification of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing
10: 픽업코일10: Pickup Coil
20: 스퀴드 루프20: squid loop
30: 초전도 도선30: superconducting wire
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