JPH01185463A - 磁気検知素子 - Google Patents
磁気検知素子Info
- Publication number
- JPH01185463A JPH01185463A JP1041788A JP1041788A JPH01185463A JP H01185463 A JPH01185463 A JP H01185463A JP 1041788 A JP1041788 A JP 1041788A JP 1041788 A JP1041788 A JP 1041788A JP H01185463 A JPH01185463 A JP H01185463A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric body
- magnetic field
- magnetic
- superconductor
- stress
- Prior art date
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
固体磁気センサとしては半導体素子を使用したものが多
く、これらの磁気センサは半導体のホール効果または磁
気抵抗効果を利用したものが代表的である。
固体磁気センサとしては半導体素子を使用したものが多
く、これらの磁気センサは半導体のホール効果または磁
気抵抗効果を利用したものが代表的である。
また、ジョセフソン接合を用いた２個の超電導量子干渉
素子（Ｓｕｐｅｒ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ Ｄｅ−ｖｉｃｅ； ５ＱｔｌｌＤ）を利用し
た磁気センサがあり、感度は非常に高い。
素子（Ｓｕｐｅｒ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒ
ｅｎｃｅ Ｄｅ−ｖｉｃｅ； ５ＱｔｌｌＤ）を利用し
た磁気センサがあり、感度は非常に高い。
しかし、これらの磁気センサは、磁気を検知する磁気検
知部と、検知した信号を増幅処理する電気回路部とから
なり、磁気検知装置としては構成が複雑となっている。
知部と、検知した信号を増幅処理する電気回路部とから
なり、磁気検知装置としては構成が複雑となっている。
例えば、５ＱｔｌｌＤ磁気センサは、超電導リングの近
傍にＬＣ共振回路を配し、リング電流のヒステリシスに
よるしＣ共振回路のＱの変化を増幅することによって磁
気に対する感度を高め、これを検知している。即ち、磁
気センサとしては、ジョセフソン接合を利用した２個の
超電導リングだけでは電気信号が微弱であって、検知し
た磁気の電気信号をＬＣ共振器で増幅しなければ、検知
量を電気信号として取り出すことが難しく、この電気信
号の減衰をできる限り小さくするために、しＣ共振器を
センサ本体の近傍に配置しなければならず、センサの構
成が複雑になっている。
傍にＬＣ共振回路を配し、リング電流のヒステリシスに
よるしＣ共振回路のＱの変化を増幅することによって磁
気に対する感度を高め、これを検知している。即ち、磁
気センサとしては、ジョセフソン接合を利用した２個の
超電導リングだけでは電気信号が微弱であって、検知し
た磁気の電気信号をＬＣ共振器で増幅しなければ、検知
量を電気信号として取り出すことが難しく、この電気信
号の減衰をできる限り小さくするために、しＣ共振器を
センサ本体の近傍に配置しなければならず、センサの構
成が複雑になっている。
さらに、５ＱＵＩＤ磁気センサは、ジッセフソン接合を
利用した２個の超電導体を使用しているが、素子そのも
のが微細であって、素子作製に高度の集積回路作製技術
を必要とするとともに、作製コストが高いという欠点を
有している。
利用した２個の超電導体を使用しているが、素子そのも
のが微細であって、素子作製に高度の集積回路作製技術
を必要とするとともに、作製コストが高いという欠点を
有している。
一方、ホール効果を利用した磁気センサは、磁界を電圧
変化として検出するが、この電圧変化が磁界のみならず
素子形状にも依存するため、電圧と磁界との関係に直線
性を得難く、磁気センサとしての感度が低い、また、ホ
ール素子の材料としてＩｎＳｂ、 ＩｎＡｓ等のｍ−ｖ
族元素を使用した半導体が主流であるが、これらの材料
のホール係数には０．０５χ／℃程度の温度依存性があ
り、この温度ゆらぎによってセンサの測定精度に誤差が
生じ易い。
変化として検出するが、この電圧変化が磁界のみならず
素子形状にも依存するため、電圧と磁界との関係に直線
性を得難く、磁気センサとしての感度が低い、また、ホ
ール素子の材料としてＩｎＳｂ、 ＩｎＡｓ等のｍ−ｖ
族元素を使用した半導体が主流であるが、これらの材料
のホール係数には０．０５χ／℃程度の温度依存性があ
り、この温度ゆらぎによってセンサの測定精度に誤差が
生じ易い。
また、磁気抵抗効果を利用した磁気センサは、磁気抵抗
素子そのものが磁界強度に対して本来感度が低く、例え
ばＩｎＳｂでは、０．１５テスラ以上の磁界に対して初
めて感度を有するので、磁気抵抗効果を利用した磁気セ
ンサは高磁界の測定には通している。従って、低磁界の
測定には、０．１〜０．２テスラ程度のバイアス磁界を
付加している。
素子そのものが磁界強度に対して本来感度が低く、例え
ばＩｎＳｂでは、０．１５テスラ以上の磁界に対して初
めて感度を有するので、磁気抵抗効果を利用した磁気セ
ンサは高磁界の測定には通している。従って、低磁界の
測定には、０．１〜０．２テスラ程度のバイアス磁界を
付加している。
さらに、この磁気センサはＩＯＶ程度の動作電圧を必要
とし、センサの駆動エネルギを常時供給しなければなら
ず、素子の構成が複雑となる。
とし、センサの駆動エネルギを常時供給しなければなら
ず、素子の構成が複雑となる。
また、最近、超電導体の磁気に対する電気抵抗変化を利
用した磁気センサが考案されているが、この場合、外部
磁場と電気抵抗との関係はリニアでなく、その関係は超
電導体の特性に基づき得られる複雑な関数によって定ま
るので、これを磁気センサに使用する場合、外部磁場と
電気抵抗との複雑な関数を予め知っておく必要があるた
め、磁気センサとしての利用効率が低いという問題点が
あった。
用した磁気センサが考案されているが、この場合、外部
磁場と電気抵抗との関係はリニアでなく、その関係は超
電導体の特性に基づき得られる複雑な関数によって定ま
るので、これを磁気センサに使用する場合、外部磁場と
電気抵抗との複雑な関数を予め知っておく必要があるた
め、磁気センサとしての利用効率が低いという問題点が
あった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
であって、駆動回路、外部バイアス磁界の印加を必要と
せず、温度ゆらぎが小さく、また、作製工程が簡単な磁
気検知素子及びその使用方法の提供を目的とする。
であって、駆動回路、外部バイアス磁界の印加を必要と
せず、温度ゆらぎが小さく、また、作製工程が簡単な磁
気検知素子及びその使用方法の提供を目的とする。
本発明に係る磁気検知素子は、超電導体と、該超電導体
のマイスナ効果により生じるローレンツ力を応力として
その受圧面の１面または両面にて感知することを特徴と
し、また本発明に係る磁気検知装置は、前記磁気検知素
子複数個を１次元または２次元または３次元方向に配列
してなることを特徴とする。
のマイスナ効果により生じるローレンツ力を応力として
その受圧面の１面または両面にて感知することを特徴と
し、また本発明に係る磁気検知装置は、前記磁気検知素
子複数個を１次元または２次元または３次元方向に配列
してなることを特徴とする。
本発明に係る磁気検知素子は、磁気に対する超電導体の
マイスナ効果により生じたローレンツ力が圧電体に伝達
され、その応力によって圧電体の受圧面間に電位が生じ
、生じた電位を検出して磁気強さを検知する。
マイスナ効果により生じたローレンツ力が圧電体に伝達
され、その応力によって圧電体の受圧面間に電位が生じ
、生じた電位を検出して磁気強さを検知する。
また、本発明に係る磁気検知装置は、前記磁気検知素子
を２次元または３次元方向に配し、２次元または３次元
方向の磁気強さの分布を検知する。
を２次元または３次元方向に配し、２次元または３次元
方向の磁気強さの分布を検知する。
以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき詳述する
。第１図は本発明に係る磁気検知素子の構成を示す概略
図であって、図中１は結晶構造を有する圧電体である。
。第１図は本発明に係る磁気検知素子の構成を示す概略
図であって、図中１は結晶構造を有する圧電体である。
圧電体１の圧電効果が最も強く現れる結晶方位と直角を
なす２つの面それぞれには、電極２．２が蒸着等により
被着され、一方の電極２には、超電導体３が蒸着、貼着
等により被着され、また他方の電極２は固定板４に固定
される。さらに、画電極２，２にはリード線６が配設さ
れ、リード線６は電圧計７に接続される。
なす２つの面それぞれには、電極２．２が蒸着等により
被着され、一方の電極２には、超電導体３が蒸着、貼着
等により被着され、また他方の電極２は固定板４に固定
される。さらに、画電極２，２にはリード線６が配設さ
れ、リード線６は電圧計７に接続される。
以上のような構成の磁気検知素子による磁気検知の原理
を以下に説明する。磁気検知素子を磁界８の中に配する
と、超電導体３表面に磁界８を反溌する遮蔽電流が流れ
、このマイスナ効果によって超電導体３にローレンツ力
が生じる。なお、ローレンツ力と磁界８の磁気強さと′
の関係は２次関数である。
を以下に説明する。磁気検知素子を磁界８の中に配する
と、超電導体３表面に磁界８を反溌する遮蔽電流が流れ
、このマイスナ効果によって超電導体３にローレンツ力
が生じる。なお、ローレンツ力と磁界８の磁気強さと′
の関係は２次関数である。
次に、超電導体３に生じたローレンツ力は圧電体ｌに伝
達されるが、圧電体１は一方を固定板５に固定されてお
り、伝達されたローレンツ力が応力となって圧電体１が
圧縮または伸長し、その結果、圧電体１の両側に配され
た電極２，２間に電位が生じ、この電位がリード線６を
介して電圧計７に伝達され、電圧計７によって電位の大
きさが検出される。
達されるが、圧電体１は一方を固定板５に固定されてお
り、伝達されたローレンツ力が応力となって圧電体１が
圧縮または伸長し、その結果、圧電体１の両側に配され
た電極２，２間に電位が生じ、この電位がリード線６を
介して電圧計７に伝達され、電圧計７によって電位の大
きさが検出される。
即ち、圧電体１で生じる電位は、超電導体４から圧電体
ｌに加えられる応力に比例し、超電導体３にて生じる応
力は磁界８の磁気強さの２乗に比例するので、磁界８の
磁気強さが電圧として測定される。
ｌに加えられる応力に比例し、超電導体３にて生じる応
力は磁界８の磁気強さの２乗に比例するので、磁界８の
磁気強さが電圧として測定される。
また、磁界８が逆方向の場合は、圧電体に生じる電位の
方向が逆転するので、電圧計７の針の振れ方向によって
磁界８の方向を検知することができる。
方向が逆転するので、電圧計７の針の振れ方向によって
磁界８の方向を検知することができる。
さらに、このような磁気検知素子を複数個直列に接続す
れば、測定電圧が増幅され、磁気センサとしての感度が
向上する。
れば、測定電圧が増幅され、磁気センサとしての感度が
向上する。
また、このような磁気検知素子を２次元または３次元方
向に配列すれば、２次元または３次元方向の磁界分布を
検知することができる。
向に配列すれば、２次元または３次元方向の磁界分布を
検知することができる。
次に、本実施例の磁気検知素子の詳細につき説明する。
第２図は本発明に係る磁気検知素子の詳細な構成を示す
図であつて、第２図に基づき本実施例の磁気検知素子の
作製手順を説明する０図中１は、電圧出力係数の大きい
ＰＺＴセラミフクスからなる、直径約１０鶴、長さ約２
０ｆｉの円柱形の圧電体である。圧電体１は、図示の如
く、同一極性を有する端面を電極５を介して対向させて
２個を並設し、並設した圧電体１，１の両端には、それ
ぞれＡＩメタルからなる厚さ約２ｍのアルミニウム電極
２，２が蒸着される。一方のアルミニウム電極２は、直
径的２２ｔｍの金属製円筒１０の底面に固定され、また
、他方のアルミニウム電極２は、その周縁部が金属製円
筒１０に摺動可能に内接する金属板１１に固定される。
図であつて、第２図に基づき本実施例の磁気検知素子の
作製手順を説明する０図中１は、電圧出力係数の大きい
ＰＺＴセラミフクスからなる、直径約１０鶴、長さ約２
０ｆｉの円柱形の圧電体である。圧電体１は、図示の如
く、同一極性を有する端面を電極５を介して対向させて
２個を並設し、並設した圧電体１，１の両端には、それ
ぞれＡＩメタルからなる厚さ約２ｍのアルミニウム電極
２，２が蒸着される。一方のアルミニウム電極２は、直
径的２２ｔｍの金属製円筒１０の底面に固定され、また
、他方のアルミニウム電極２は、その周縁部が金属製円
筒１０に摺動可能に内接する金属板１１に固定される。
一方、ＢａＣＯ３１Ｃｕ２０＋ Ｙ２Ｏ３を重量比、４
：３：１の割合で混合し、この混合粉体をｉｔ／−でプ
レスし、これを２４時間大気中で仮焼する。この仮焼物
を粉砕し、再び混合してｉｔ／−でプレスし、直径２４
鶴、厚さ６ｆｉのＹ ＢａＣｕ酸化物セラミックスから
なる円板状の超電導体３を形成した後、この超電導体３
を９００℃で１６時間、空気中で焼結する。
：３：１の割合で混合し、この混合粉体をｉｔ／−でプ
レスし、これを２４時間大気中で仮焼する。この仮焼物
を粉砕し、再び混合してｉｔ／−でプレスし、直径２４
鶴、厚さ６ｆｉのＹ ＢａＣｕ酸化物セラミックスから
なる円板状の超電導体３を形成した後、この超電導体３
を９００℃で１６時間、空気中で焼結する。
この超電導体３を、金属とフリットガラスとの混合物に
よって金属板１１に接着し、接着部位を１２０℃程度に
加熱して固着させる。
よって金属板１１に接着し、接着部位を１２０℃程度に
加熱して固着させる。
また、電極５には絶縁体１２を介してリード線６が接続
され、該リード線６と、金属製円筒１０に接続されたリ
ード線６とは、電圧計７の端子にそれぞれ接続される。
され、該リード線６と、金属製円筒１０に接続されたリ
ード線６とは、電圧計７の端子にそれぞれ接続される。
以上のように形成された磁気検知素子における磁界と誘
起電位との関係を第１表に示す。なお、その際の温度ゆ
らぎは０．００１以下であった。
起電位との関係を第１表に示す。なお、その際の温度ゆ
らぎは０．００１以下であった。
従って、第１表に示すような誘起電位と磁界との２次関
数的な関係に基づき誘起電位から磁界を算出する回路を
この検知素子に接続すれば、磁気強さを直接計器から読
み取ることができる。
数的な関係に基づき誘起電位から磁界を算出する回路を
この検知素子に接続すれば、磁気強さを直接計器から読
み取ることができる。
また、本発明に係る磁気検知素子を使用した磁気センサ
と、従来の磁気センサとの特徴を第２表に比較した。
と、従来の磁気センサとの特徴を第２表に比較した。
本発明の磁気検知素子は、超電導体のマイスナ効果を利
用して素子の感度を高め、また第２表の比較から明らか
なように、駆動回路、外部バイアス回路を必要とせず、
素子の作製工程が簡単であって、さらに温度ゆらぎが小
さいという優れた効果を奏する。
用して素子の感度を高め、また第２表の比較から明らか
なように、駆動回路、外部バイアス回路を必要とせず、
素子の作製工程が簡単であって、さらに温度ゆらぎが小
さいという優れた効果を奏する。
第１表
第２表
第１図及び第２図は本発明に係る磁気検知素子の構成を
示す概略図である。 １・・・圧電体 ２・・・アルミニウム電極 ３・・・
超電導体 ４・・・固定板 ５・・・電極 ６・・・リ
ード線７・・・電圧計 ８・・・磁界 特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁理士
河 野 登 夫薬 ２２
示す概略図である。 １・・・圧電体 ２・・・アルミニウム電極 ３・・・
超電導体 ４・・・固定板 ５・・・電極 ６・・・リ
ード線７・・・電圧計 ８・・・磁界 特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁理士
河 野 登 夫薬 ２２
Claims (1)
- １、超電導体と、該超電導体のマイスナ効果により生じ
るローレンツ力を応力としてその受圧面の１面または両
面にて感知する圧電体とを備えたことを特徴とする磁気
検知素子。２、超電導体と、該超電導体のマイスナ効果
により生じるローレンツ力を応力としてその受圧面の１
面または両面にて感知する圧電体とを備えた磁気検知素
子複数個を、１次元または２次元または３次元方向に配
列してなることを特徴とする磁気検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041788A JPH01185463A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 磁気検知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1041788A JPH01185463A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 磁気検知素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01185463A true JPH01185463A (ja) | 1989-07-25 |
Family
ID=11749571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1041788A Pending JPH01185463A (ja) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 磁気検知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01185463A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6426621B1 (en) * | 1998-06-22 | 2002-07-30 | Honeywell Inc. | Method and apparatus for generating an output voltage by detecting magnetic field |
| US6975109B2 (en) | 2000-09-01 | 2005-12-13 | Honeywell International Inc. | Method for forming a magnetic sensor that uses a Lorentz force and a piezoelectric effect |
-
1988
- 1988-01-19 JP JP1041788A patent/JPH01185463A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6426621B1 (en) * | 1998-06-22 | 2002-07-30 | Honeywell Inc. | Method and apparatus for generating an output voltage by detecting magnetic field |
| US6975109B2 (en) | 2000-09-01 | 2005-12-13 | Honeywell International Inc. | Method for forming a magnetic sensor that uses a Lorentz force and a piezoelectric effect |
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