JPH0217475A - 磁気測定装置 - 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〉 この発明は、微弱な磁界を測定することができる磁気測
定装置に関する。

〈従来の技術〉 結晶粒界を有する超電導体が磁界に対して敏感に動作す
ることを利用して、超電導体に作用する微弱磁界を高精
度で測定できろことはよく知られている。

従来、超電導体を用いて磁界強度を測定する方法として
第７図に示すような方法がある。この方法は、セラミッ
ク超電導体１の両端に電流電極２を設けてセラミック超
電導体１に所定の電圧をかけると共に、セラミック超電
導体ｌの両端に電圧電極３を設けてセラミック超電導体
ｌの両端電圧を電圧計７によって測定する方法である。

セラミック超電導体１は外部磁界によってその抵抗値が
敏感に変化する。したがって、上述の状態におけるセラ
ミック超電導体ｌに外部からの磁界６を作用させ、セラ
ミック超電導体１の両端電圧の変化を計測することによ
って磁界６の強度変化を精度良く測定することができる
のである。

最近、上述のように微弱な磁気強度を精度良く測定でき
る超電導体を用いた磁気測定装置を使って、生体が発す
る電気信号を磁気変化として捕らえて生体の状態を知る
ことによって、医学の面で役に立てようとする試みがな
されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の超電導体を用いた磁気測定装
置を実際に医学上において利用しようとすると次のよう
な問題がある。

まず第１に、通常超電導性を得るために、セラミック超
電導体全体を液化ガス（例えば、７７°Ｋ（−１９６℃
）の液体窒素）によって冷却する必要がある。したがっ
て、磁気測定素子を液体窒素に浸すか、あるいは液体窒
素の表面付近に設置した状態にし、磁気測定素子の方向
や位置が変わっても完全にその状態を保つ必要がある。

また、医学において使用する場合には、磁気測定素子を
冷却するために用いられる７７°Ｋ（−１９６℃）の液
体窒素が流出して人体に害を及ぼさないようにしなけれ
ばならない。すなわち、磁気検出部の構造には十分な配
慮をしなければならず、その構造にはある程度の制約が
伴うという問題がある。

第２に、上記磁気測定装置によって外部磁界をａｌｌ＋
定する場合には、外部磁界を直接磁気検出部に作用させ
なければならない。ところが、上述のように磁気測定素
子は液体窒素内に入っているため、磁気検出部すなわち
セラミック超電導体を被測定部である生体に近付けるこ
とが困難であるという問題かある。

第３に、生体から発せられる磁界の強度は微弱な乙ので
ある。したがって、実際に医学上において」二連の磁気
測定装置を使用する場合には、地磁気の影響を考慮しな
ければならない。すなわち、地磁気の強度は１０−’Ｔ
（テスラ）程度であるか、生体から発せられるような微
弱な磁界を測定するような場合には無視できないのであ
る。したがって、地磁気の影響を無くずようにしなけれ
ばならないという問題がある。

第４に、磁気検出部はセラミック超電導体によって構成
されているためマイスナー効果か生しる。

そのため、セラミック超電導体に作用する外部磁界に乱
れが生じ、精度良く外部磁界の強度を測定できないとい
う問題がある。

そこで、この発明の目的は、外部磁界を測定する際に、
磁気検出部の設置場所に制約がなく、地磁気の影響およ
びマイスナー効果の影響がなく、かつ安全性に優れた磁
気測定装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明の磁気測定装置は、
外部磁界が作用して上記外部磁界の時間的変化に応じた
電流を発生する磁気検出体と、上記磁気検出体に接続さ
れて上記磁気検出体によって発生した電流に基づいて磁
界を発生する磁気発生体と、冷却媒体によって冷却され
ると共に１．上記磁気発生体によって発生した磁界が作
用する位置に配置されて、この磁界の強度に応じて電気
的特性が変化する超電導体と、上記超電導体の電気的特
性変化を検出する検出手段を備えたことを特徴としてい
る。

〈作用〉 磁気検出体に外部磁界が作用すると、上記磁気検出体に
よって上記外部磁界の時間的変化に応じた電流が発生さ
れる。さらに、この磁気検出体から発生した電流が磁気
発生体に流入すると、上記磁気発生体によって上記電流
に基づいた磁界が発生される。そうすると、上記磁気発
生体によって発生された磁界が超電導体に作用してこの
超電導体の電気的特性が変化し、この超電導体の電気的
特性変化が検出手段によって検出される。したがって、
上記磁気検出体と上記超電導体とを分離して配置するこ
とによって、上記超電導体のみを例えば液化ガスによっ
て冷却することが可能となる。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明の磁気測定装置の概略構成図である。

ループ１２の両端とコイル１３の両端との間をリード線
１６によって接続し、コイル１３の一方の開口部の外側
近傍にはセラミック超電導体ＩＩを配置する。このセラ
ミック超１ｕ導体１１は、第７図に示すように、その両
端には所定電圧の電流を印加し、その両端間の電圧変化
を測定できるようにしておく。そして、このように構成
されたコイルＩ３およびセラミック超電導体１１をシー
ルド部材Ｉ７の中に収める。このシールド部材１７はセ
ラミック超電導体１１を冷却するための液化ガスを収納
すると共に、外部磁界をシールドする役目を有する。

上記構成の磁気測定装置によって外部磁界強度を測定す
る際には、ループ１２を外部磁界１４の磁束中に配置す
る。そうすると、ループＩ２には強度φ１の磁界１４に
よってｄφ、／ｄｔなる起電力が生じる。一方、この起
電力によってコイル１３に電流が流れて強度φ、なる磁
界１５が発生する。

そして、この磁界φ２はセラミック超電導体１１に作用
し、セラミック超電導体１１の両端間の抵抗値が変化す
る。すなわち、セラミック超電導体１１の両端電圧を計
測することによって磁界１５の強度φ２を計測すること
ができる。

さらに、上述のように磁界１５の強度φ、は磁界１４の
強度φ、を微分した値に対応するから、セラミック超電
導体１１の両端電圧を計測することによって磁界１４の
強度φ１の微分値を得ることができることになる。この
ように、この発明の磁気測定装置によって外部磁界の強
度そのものを測定することはできない。しかしながら、
医学上において重要なのは生体からの磁界の時間的変化
分であるので、この外部磁界の時間的変化を表す値が得
られれば充分である。また、磁界１４の強度φ１の値そ
のものを知る必要がある場合は、上述の方法によって得
られた磁界１４の強度の時間的変化値　ｄφ、／ｄｔを
例えばコンピュータによって処理することによって極め
て簡単に求めることができるので問題はない。

本実施例における磁気測定装置は、ノールド部材１７内
の液化ガスに浸されたコイル１３とセラミック超電導体
ＩＩからなる本体部とループ１２からなる磁気検出部と
はリード線６を介して分離されている。したがって、液
化ガスに浸されていない磁気検出部を設置する位置や構
造は全く自由となり、どのような位置においても自由に
外部磁界を測定することができる。さらに、ループ１２
を横切る磁界１４のみに基づいて外部磁界強度の時間的
変化を測定できるから、この磁気測定装置は強い指向性
を何し、測定したい磁界のみを検出することができる。

したがって、ループ１２を直接人体の胸等に取り付けて
心臓の鼓動によって生じる心臓磁界等を測定することが
可能になる。その際に、リード線１６があまり長いと外
部からノイズを拾う場合がある。したがって、２本のリ
ード線Ｉ６は巻き合わせにし、外部を静電気的にあるい
は磁気的ｊｑンールドすることが好ましい。

また、地磁気は時間的に変化することがない。

ところが本実施例における磁気測定装置においては外部
磁界の時間的変化を測定するので、時間的に変化しない
地磁気はこの磁気測定装置によっては検出されない。し
たがって、地磁気の影響は完全に取り除かれるのである
。

また、本実施例における磁気測定装置は、磁気検出部に
超電導体を使用していないので、超電導体特有の現象で
あるマイスナー効果によって磁界１４の強度φ１が乱れ
ることがない。一方、コイル１３によって発生する磁界
１５はセラミック超電導体１１のマイスナー効果の影響
を受けるが、磁界１５の強度φ２とセラミック超電導体
１１の両端電圧は常に一定の関係において変換されてい
るので全く問題はないのである。

上記実施例においては、磁気検出部をループＩ２によっ
て構成しているが、この発明はこれに限定されるもので
はない。すなわち、磁気検出部はコイルによって構成し
てらよい。その場合に、磁気検出部のコイルの巻き数と
本体部のコイル１３の巻き数とはｌ：１にする必要はな
く、その用途によっていずれか一方の巻き数を大きくし
てもよい。

上記実施例においては、セラミック超電導体ｌｌをコイ
ルＩ３の一方の開口部の外側近傍に配置し、シールド部
材１７内に満たされた液化ガスの中に浸しているが、こ
の発明においてはこれに限定される６のではない。ずな
イっち、第２図に示すように、コイル１３をセラミック
超電導体１１に巻き付けてもよい。また、セラミック超
゛１−ｕ導体１１に対する磁界１５以外の外部磁界の影
響をシールド部材１７によって完全にシールドできない
場合や、より高い測定精度を必要とする場合には、次に
示す実施例のように構成してもよい。

第３図はセラミック超電導体１１に対する外部磁界を完
全にシールドできない場合や、より高い測定精度を必要
とする場合の磁気測定装置の実施例における本体部の断
面図である。この磁気測定装置は箱型のシールド部材１
７の中に液化ガス２２て満たされた発泡スチロール等か
らなる液化ガス容器２１を入れる。一方、セラミック超
電導体１１に巻き付けたコイル１３を超電導体によって
形成された超電導体シールド部材２０の中に収める。そ
して、このコイル１３とセラミック超電導体１１とが収
まった超電導体シールド部材２０を上記液化ガス２２の
中に浸して、セラミック超電導体１１が液化ガス２２の
中に完全に浸されるようにする。すなわち、この磁気測
定装置は、コイル１３が巻き付いたセラミック超電導体
１１を超電導体シールド部材２０で覆うことによって、
超電導体ノールド部＋４２０のマイスナー効果を利用し
てセラミック超電導体１１に対する外部磁界を完全に７
−ルトづ−ろのである。この場合はセラミック超電導体
１１と超電導体シールド部材２０とを同一の液化ガス２
２によって冷却するので装置の複雑化を防止できる。ま
た、コイル１３を超電導体によって構成すればコイル１
３によって生じろ磁界の集磁効果が高まり感度が更によ
くなる。

第４図は上記実施例とは更に異なる実施例におけるコイ
ル１３の図である。このコイル１３は磁性体のコア２３
に巻き付け、より強い磁界をセラミック超電導体１１に
作用させることによって感度向上を図ったしのである。

上記各実施例においては、使い易さの点を考慮して、ル
ープ１２は常温下に設置するようにしているが、この発
明においてはこれに限定されるものではない。すなわち
、第５図に示すように、ループ１２およびリード線１６
を超電導体によって溝成し、このループ１２およびリー
ド線１６を本体部と同一のシールド部材１７の中に収め
てセラミック超電導体ＩＩと同一の液化ガス２２の中に
浸してもよい。こうすることによって、リング１２の集
磁効果が高まり更に感度を高めることができる。

第６図は上述の第５図における磁気測定装置を１枚のセ
ラミック基板２４上に形成したものである。この磁気測
定装置は、セラミック基板２４の表面にスクリーン印刷
または蒸着によって第１ループ２５の一端と第２ループ
２６の一端とを連続して形成し、第１ループ２５の他端
と第２ループ２６の他端とをジャンパ線２７によって接
続して構成する。このジャンパ線２７はスルーホールを
通してセラミック基板２４の裏面に構成してもよい。第
６図においてはセラミック超電導体素子の図示を省略し
ているが、実際にセラミック超電導体素子を設ける場合
には、第１ループ２５によって第２ループ２６に発生す
る磁界が作用する位置に設置すればよい。すなわち、第
２ループ２６の中央部あるいはセラミック基板２４の裏
面に、第１ループ２５や第２ループ２６と同様の方法に
よりて形成することができる。

ここで、」−述の第５図および第６図の磁気測定装置の
ように、ループ１２とコイル１３あるいは第１ループ２
５と第２ループ２６を超電導体または低い抵抗値の物質
によって構成する場合には、外部磁界の変化によって例
えばループ１２およびコイル１３を流れ始めた電流が流
れ続けたり、その８石１に分布がある場合には発振を起
こす場合がある。そこで、コイル１３あるいは第２ルー
プ２６に並列に抵抗を接続する必要がある。また、その
場合の上記抵抗は常時接続されるのではなく、スイッヂ
ング素子によって接続を“オン−オフ”するようにして
らよい。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の磁気測定装置は、
磁気検出体によって外部磁界の時間的変化に応じた電流
を発生し、磁気発生体によって」二足電流に基づいた磁
界を発生し、冷却媒体によって冷却された超電導体の電
気的特性を上記磁気発生体によって発生した磁界の強度
に応じて変化させ、この超電導体の７ｕ気的特性変化を
検出手段によって検出することによって外部磁界の時間
的変化を、１１す定するようにしたので、上記磁気検出
体と超電導体を分離して配置することができる。したが
って、超電導体のみを冷却することができるので磁気検
出体の設置場所に制約かなく、マイスナー効果や地磁気
の影響がなく、安全性に優れた磁気測定装置を得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における磁気測定装置の概
略図、第２図は上記実施例におけるコイルとセラミック
超電導体の変形例を示す図、第３図は上記各実施例とは
異なる磁気測定装置における本体部の断面図、第４図は
上記各実施例とは異なるコイルおよびセラミック超電導
体の変形例を示す図、第５図は上記各実施例とは異なる
磁気測定装置の概略断面図、第６図は上記実施例を実現
するための一例を示す図である。 ＩＩ・・・セラミック超電導体、１２・・・ループ、１
３・・コイル、　　１４・・・外部磁界、１５・・・磁
界、６・・・リード線、Ｉ７・・シールド部材、０・・
・超電導体ソールド部伺、 ■・・・液化ガス容器、　２２・り液化ガス、４・・・
セラミック基板、２５・・・第１ループ、６・・第２ル
ープ、　　　２７・・・ジャンパ線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部磁界が作用して上記外部磁界の時間的変化に
   応じた電流を発生する磁気検出体と、上記磁気検出体に
   接続されて、上記磁気検出体によって発生した電流に基
   づいて磁界を発生する磁気発生体と、 冷却媒体によって冷却されると共に、上記磁気発生体に
   よって発生した磁界が作用する位置に配置されて、この
   磁界の強度に応じて電気的特性が変化する超電導体と、 上記超電導体の電気的特性変化を検出する検出手段を備
   えたことを特徴とする磁気測定装置。