JPH0335181A - 超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法 - Google Patents
超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法Info
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- JPH0335181A JPH0335181A JP17030389A JP17030389A JPH0335181A JP H0335181 A JPH0335181 A JP H0335181A JP 17030389 A JP17030389 A JP 17030389A JP 17030389 A JP17030389 A JP 17030389A JP H0335181 A JPH0335181 A JP H0335181A
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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】
〈産業上の利用分野〉
本発明は、セラミック超電導体の粒界効果を利用した磁
気抵抗効果を用いる磁界測定装置に於て、セラミック超
電導磁気抵抗効果が高感度で働く領域を使用して高精度
な磁界測定を行なう方法に関するものである。
気抵抗効果を用いる磁界測定装置に於て、セラミック超
電導磁気抵抗効果が高感度で働く領域を使用して高精度
な磁界測定を行なう方法に関するものである。
〈従来の技術〉
従来、一般的な磁界測定は、半導体のホール効果を利用
したホール素子か、半導体又は磁性体の磁気抵抗素子を
用いたものであった。しかし、以上のような素子を用い
ると磁界分解能は１０−３ガウス程度が限界であった。
したホール素子か、半導体又は磁性体の磁気抵抗素子を
用いたものであった。しかし、以上のような素子を用い
ると磁界分解能は１０−３ガウス程度が限界であった。
従来、特に微弱な磁界の測定には、超電導量子干渉デバ
イス（ＳＱＵＩＤ）が用いられていた。しかし、５ＱＵ
ＩＤは超電導体の間に極めて薄い絶縁膜を設けたジョセ
フソン接合を形成する必要があり、高度な製造技術が必
要なこと、及び、その５ＱＵＩＤを用いて磁界を測定す
るときも、冷却や雑音除去、及び出力信号の処理などの
取り扱いは簡単ではなかった。
イス（ＳＱＵＩＤ）が用いられていた。しかし、５ＱＵ
ＩＤは超電導体の間に極めて薄い絶縁膜を設けたジョセ
フソン接合を形成する必要があり、高度な製造技術が必
要なこと、及び、その５ＱＵＩＤを用いて磁界を測定す
るときも、冷却や雑音除去、及び出力信号の処理などの
取り扱いは簡単ではなかった。
以上のような状況から、本発明者らはセラミック超電導
体がその粒界の特性により、微弱な磁界の印加によって
その超電導状態が破れ抵抗をもつこと、及びその抵抗は
印加磁界の強さの増大とともに急速に増大することを見
出だすと共に、新規な磁気抵抗効果を応用した高性能磁
気センサとして特願昭６２−２３８８６９などで提案し
ている。以上のセラミック超電導体の磁気センサは、そ
の超電導状態が破れる大きさの磁界印加時に極めて大き
い磁気抵抗増加率をもつこと、及び、素子の構成が簡単
で印加電流の大きさで感度の制御も可能であり、出力の
計測も簡単なことから、高い感度をもち作製が簡単で計
測操作が容易な超電導磁気センサとして期待されている
。
体がその粒界の特性により、微弱な磁界の印加によって
その超電導状態が破れ抵抗をもつこと、及びその抵抗は
印加磁界の強さの増大とともに急速に増大することを見
出だすと共に、新規な磁気抵抗効果を応用した高性能磁
気センサとして特願昭６２−２３８８６９などで提案し
ている。以上のセラミック超電導体の磁気センサは、そ
の超電導状態が破れる大きさの磁界印加時に極めて大き
い磁気抵抗増加率をもつこと、及び、素子の構成が簡単
で印加電流の大きさで感度の制御も可能であり、出力の
計測も簡単なことから、高い感度をもち作製が簡単で計
測操作が容易な超電導磁気センサとして期待されている
。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、上記の超電導磁気抵抗素子は、印加磁界
の強さに対する抵抗値の増加の関係が線形でないため、
その抵抗値から印加磁界の強さの絶対値を算出すること
が困難なことがあるという問題があった。
の強さに対する抵抗値の増加の関係が線形でないため、
その抵抗値から印加磁界の強さの絶対値を算出すること
が困難なことがあるという問題があった。
本発明は、従来の超電導センナを用いた磁界測定方法が
もつ課題を解消し、構造が簡単な磁気センサにより容易
に精度よく磁界を測定する方法を提供することを目°的
としている。
もつ課題を解消し、構造が簡単な磁気センサにより容易
に精度よく磁界を測定する方法を提供することを目°的
としている。
〈課題を解決するための手段〉
本発明による磁界測定は非線形の超電導磁気抵抗効果を
もつ磁気抵抗素子に、コイルを用いるバイアス磁界印加
手段を設け、バイアス磁界の強さを制御して前記磁気抵
抗素子をその磁気抵抗感度の大きい範囲内に設定した抵
抗値に一致させるものである。磁気抵抗素子を設定した
抵抗値にする磁界の強さは判っていて、バイアス磁界は
磁気抵抗素子の高感度範囲の特性を利用して正確に調整
することができ、そのバイアス磁界の強さはコイルの電
流値で示されるので、上記２つの磁界の強さの差から測
定する外部磁界の強さを出すことができる。
もつ磁気抵抗素子に、コイルを用いるバイアス磁界印加
手段を設け、バイアス磁界の強さを制御して前記磁気抵
抗素子をその磁気抵抗感度の大きい範囲内に設定した抵
抗値に一致させるものである。磁気抵抗素子を設定した
抵抗値にする磁界の強さは判っていて、バイアス磁界は
磁気抵抗素子の高感度範囲の特性を利用して正確に調整
することができ、そのバイアス磁界の強さはコイルの電
流値で示されるので、上記２つの磁界の強さの差から測
定する外部磁界の強さを出すことができる。
本発明に用いた超電導磁気抵抗素子１の典型的特性を示
したのが第４図である。この図は横軸が該素子に印加し
た磁界の強さで、縦軸の左側が実線の曲線（ａ）で表し
た該素子の抵抗値（Ω）を示し、右側は、該素子の印加
磁界に対する磁気抵抗増加率（Ω／Ｇ ）を点線の曲線
（ｂ）で示したもののスケールである。
したのが第４図である。この図は横軸が該素子に印加し
た磁界の強さで、縦軸の左側が実線の曲線（ａ）で表し
た該素子の抵抗値（Ω）を示し、右側は、該素子の印加
磁界に対する磁気抵抗増加率（Ω／Ｇ ）を点線の曲線
（ｂ）で示したもののスケールである。
第４図（ａ）は、その素子の印加磁界が極く弱いときは
抵抗がなく、一定の強さの磁界印加から突然抵抗をもつ
状態になり、かつ、印加磁界の強さの増大とともに急激
に抵抗が増加していることを示している。これは第４図
（ｂ）での抵抗値の変化率が大きい領域を利用すること
で高感度な磁界測定が可能なことを示している。更に、
第４図（ａ）抵抗値と印加磁界の強さは線形の関係でな
く、従って、その抵抗値から印加磁界の絶対値を正確に
算出するのが難しいことを示している。
抵抗がなく、一定の強さの磁界印加から突然抵抗をもつ
状態になり、かつ、印加磁界の強さの増大とともに急激
に抵抗が増加していることを示している。これは第４図
（ｂ）での抵抗値の変化率が大きい領域を利用すること
で高感度な磁界測定が可能なことを示している。更に、
第４図（ａ）抵抗値と印加磁界の強さは線形の関係でな
く、従って、その抵抗値から印加磁界の絶対値を正確に
算出するのが難しいことを示している。
以上のような超電導磁気抵抗素子の特性から、本発明で
は該素子の磁界の強さの変化に対する抵抗値の変化の大
きい領域内に磁気抵抗の基準値を決め、素子にバイアス
磁界を印加するコイルの電流値を制御して該素子の抵抗
値を基準値に合せると、電流値を精密に制御することが
できるのでその電流値から正確な外部磁界の強さを計測
できるものである。
は該素子の磁界の強さの変化に対する抵抗値の変化の大
きい領域内に磁気抵抗の基準値を決め、素子にバイアス
磁界を印加するコイルの電流値を制御して該素子の抵抗
値を基準値に合せると、電流値を精密に制御することが
できるのでその電流値から正確な外部磁界の強さを計測
できるものである。
〈作 用〉
印加磁界の強さに対する出力抵抗が線形の関係にならな
いが、一定の磁界の強さに於て高感度特性をもつ超電導
磁気抵抗素子を用いる外部磁界の測定を、該素子にバイ
アス磁界を印加するコイルを設け、測定する磁界とバイ
アス磁界の和の磁界が該素子の高感度領域の設定抵抗値
になるよう該コイルに流した電流値から、正確な外部磁
界の計測を行なうもので、使用した超電導磁気抵抗素子
の高感度範囲の特性を、磁界の正確な測定に効果的に利
用す・るものである。
いが、一定の磁界の強さに於て高感度特性をもつ超電導
磁気抵抗素子を用いる外部磁界の測定を、該素子にバイ
アス磁界を印加するコイルを設け、測定する磁界とバイ
アス磁界の和の磁界が該素子の高感度領域の設定抵抗値
になるよう該コイルに流した電流値から、正確な外部磁
界の計測を行なうもので、使用した超電導磁気抵抗素子
の高感度範囲の特性を、磁界の正確な測定に効果的に利
用す・るものである。
〈実施例〉
本発明の実施例を図面を参照して説明する。
先ずはじめに、本実施例に使用したセラミック超電導磁
気抵抗素子の作製方法と、該素子の構成及びその特性に
ついて説明する。
気抵抗素子の作製方法と、該素子の構成及びその特性に
ついて説明する。
第５図は、該素子に用いるセラミック超電導膜のスプレ
ーパイロリシスによる作製方法の概要を示したものであ
る。
ーパイロリシスによる作製方法の概要を示したものであ
る。
セラミック超電導体はＹＢ！１２ ＣｕＢ ０７−δ
の組成であり、核層の形成する安定化ジルコニアの基板
７を、ヒーター９で３５０℃に加熱した基板台８に固定
しておき、一方、セラミック超電導体の組成元素の硝酸
塩であるＹ（ＮＯ３）３・６Ｈ２０、Ｂａ（ＮＯ８）２
及びＣｕ（ＮＯ３）２・Ｈ２Ｏを所定の組成比になるよ
う秤量し、水溶液にした上、噴霧器１０のタンクに注入
して釦〈。注入した水溶液は噴霧器１０から高圧の空気
又は窒素ガスなどにより細かい霧にして、基板７に吹き
付ける。基板７に到達した該霧は基板７の熱によってセ
ラミック膜になる。続いて、作製した膜を空気中で９５
０℃を５分間保つアニールにより超電導特性をもつ膜に
した。この膜は１００Ｋから電気抵抗が急速に下がり、
８１にで完全に電気抵抗がなくなり超電導状態になる特
性を示した。
の組成であり、核層の形成する安定化ジルコニアの基板
７を、ヒーター９で３５０℃に加熱した基板台８に固定
しておき、一方、セラミック超電導体の組成元素の硝酸
塩であるＹ（ＮＯ３）３・６Ｈ２０、Ｂａ（ＮＯ８）２
及びＣｕ（ＮＯ３）２・Ｈ２Ｏを所定の組成比になるよ
う秤量し、水溶液にした上、噴霧器１０のタンクに注入
して釦〈。注入した水溶液は噴霧器１０から高圧の空気
又は窒素ガスなどにより細かい霧にして、基板７に吹き
付ける。基板７に到達した該霧は基板７の熱によってセ
ラミック膜になる。続いて、作製した膜を空気中で９５
０℃を５分間保つアニールにより超電導特性をもつ膜に
した。この膜は１００Ｋから電気抵抗が急速に下がり、
８１にで完全に電気抵抗がなくなり超電導状態になる特
性を示した。
以上のように形成した超電導膜は１．第６図のようにそ
の膜を分断するスリットを機械的に形成することで、メ
アンダ形状にし、続いて電流電極と電圧電極をＴｉの蒸
着膜で作製した上、非磁性のパッケージに乾燥窒素と共
に封入して超電導磁気抵抗素子１にしている。
の膜を分断するスリットを機械的に形成することで、メ
アンダ形状にし、続いて電流電極と電圧電極をＴｉの蒸
着膜で作製した上、非磁性のパッケージに乾燥窒素と共
に封入して超電導磁気抵抗素子１にしている。
以上のように作製した超電導磁気抵抗素子１には、電流
端子を定電流源２に接続して一定の電流を流しておき、
素子に抵抗が発生したときの抵抗値を電圧端子間に発生
する電圧として、電圧計で測定している。
端子を定電流源２に接続して一定の電流を流しておき、
素子に抵抗が発生したときの抵抗値を電圧端子間に発生
する電圧として、電圧計で測定している。
以上の超電導磁気抵抗素子のバイアス電流を変えた特性
を示したのが第７図である。この図は素子ｌ゛を液体窒
素温度の７７Ｋに保って測定したグラフであり、横軸が
素子１に印加した磁界の強さ、縦軸が素子１に発生した
抵抗値を示している。又、各曲線に表示された電流値は
素子１の電流電極を通して素子１に流したバイアス電流
を示している。
を示したのが第７図である。この図は素子ｌ゛を液体窒
素温度の７７Ｋに保って測定したグラフであり、横軸が
素子１に印加した磁界の強さ、縦軸が素子１に発生した
抵抗値を示している。又、各曲線に表示された電流値は
素子１の電流電極を通して素子１に流したバイアス電流
を示している。
第７図のグラフから判るように、素子に発生する磁気抵
抗はバイアス電流の増加と共に太きくなり、又、抵抗が
発生する臨界磁界も小さくなっている。
抗はバイアス電流の増加と共に太きくなり、又、抵抗が
発生する臨界磁界も小さくなっている。
以上の超電導磁気抵抗素子１の特性を活用したのが、次
の実施例で説明する本発明の磁界の測定方法である。
の実施例で説明する本発明の磁界の測定方法である。
第１実施例
超電導磁気抵抗素子１を用いた本発明の第１実施例の構
成を示したのが第１図である。
成を示したのが第１図である。
この実施例は素子１の出力電圧を測定しながら、素子１
の出力電圧が一定値になるようバイアス磁界コイルにフ
ィードバックした電流を流し、その電流値から外部磁界
の強さを測定するものである。
の出力電圧が一定値になるようバイアス磁界コイルにフ
ィードバックした電流を流し、その電流値から外部磁界
の強さを測定するものである。
第１図の素子１は７７Ｋに冷却し定電流源２から１ｍＡ
の定電流を流しておき、外部磁界印加による出力電圧を
フィードバック電源３に入力している。電源７は入力電
圧と設定した一定値との比較を行ない、その差を小さく
するよう素子ｌにバイアス磁界を印加するコイル４に流
す電流を制御する出力動作を行なう。
の定電流を流しておき、外部磁界印加による出力電圧を
フィードバック電源３に入力している。電源７は入力電
圧と設定した一定値との比較を行ない、その差を小さく
するよう素子ｌにバイアス磁界を印加するコイル４に流
す電流を制御する出力動作を行なう。
コイル４は、銅線を１０回巻いた構成で、流した電流に
対して素子に印加する磁界９；ｌＯガウス／Ａになって
いる。
対して素子に印加する磁界９；ｌＯガウス／Ａになって
いる。
以上の構成の測定装置にかいて素子の基準出力電圧を２
ｍＶに設定して、この基準との差を少なくするようにフ
ィードバック電源３を作動させてバイアス磁界コイルへ
の電流を制御した。実施例の回路系ではそのノイズレベ
ルから、電流の分解能は１０μＡであっ°たので、この
測定システムでの磁界分解能はｌＯ″″４ガウスになっ
た。
ｍＶに設定して、この基準との差を少なくするようにフ
ィードバック電源３を作動させてバイアス磁界コイルへ
の電流を制御した。実施例の回路系ではそのノイズレベ
ルから、電流の分解能は１０μＡであっ°たので、この
測定システムでの磁界分解能はｌＯ″″４ガウスになっ
た。
第２実施例
第２図に示した構成が、本発明の磁界測定の第２実施例
である。
である。
この第２実施例が上記第１実施例と異なるところは、変
調磁界コイル５を加えて交流バイアス磁界も素子１に印
加したこと、及び、素子からの出力は交流電圧分のみフ
ィードバック電源に入力し、基準の電圧振幅になるよう
バイアス磁界コイル４への電流を制御したことである。
調磁界コイル５を加えて交流バイアス磁界も素子１に印
加したこと、及び、素子からの出力は交流電圧分のみフ
ィードバック電源に入力し、基準の電圧振幅になるよう
バイアス磁界コイル４への電流を制御したことである。
以上の他の動作は第１実施例と同じであるから説明を省
略する。
略する。
本実施例にかいては、変調コイル５にピーク値が１ｍＡ
で１００Ｈｚの電流を流したとき素子１に振幅０．０２
ｍＶの交流出力が得られた。この交流出力は変調磁界の
周期と同期させる増幅が可能であり、ノイズの影響が減
少できて、磁界分解能を１Ｏ−５ガウスにすることがで
きた。
で１００Ｈｚの電流を流したとき素子１に振幅０．０２
ｍＶの交流出力が得られた。この交流出力は変調磁界の
周期と同期させる増幅が可能であり、ノイズの影響が減
少できて、磁界分解能を１Ｏ−５ガウスにすることがで
きた。
第３実施例
第３図に示した構成が本発明の第３の実施例である。第
３実施例が第１実施例と異なるところは、バイアス電流
に交流の変調電流を加えたことと、素子ｌからの出力を
第２′＊施例と同じように交流分にしたことであり、他
の部分の動作は前に説明した実施例と同じであるから、
説明を省略する。
３実施例が第１実施例と異なるところは、バイアス電流
に交流の変調電流を加えたことと、素子ｌからの出力を
第２′＊施例と同じように交流分にしたことであり、他
の部分の動作は前に説明した実施例と同じであるから、
説明を省略する。
本実施例に於ても素子からの出力を同期増幅する方法を
用いたが、素子１のバイアス電流によるノイズからか磁
界分解能は５ Ｘ １０−５ガウスであった。
用いたが、素子１のバイアス電流によるノイズからか磁
界分解能は５ Ｘ １０−５ガウスであった。
以上の実施例は、本発明の超電導磁気抵抗効果による磁
界測定方法を説明したもので、本発明は実施例の形状や
接続による測定方法に限定されない。
界測定方法を説明したもので、本発明は実施例の形状や
接続による測定方法に限定されない。
又、実施例の超電導磁気抵抗素子のセラミック超電導膜
は、スプレーパイロリシス法によるＹ−ＢＢ−Ｃｕ−０
膜で説明したが、粒界に弱結合などを形成し、磁界に対
し高い非線形の感度をもつ超電導膜であれば、材料はＢ
１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔｔ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−０系などの超電導体でもよく、成膜方法もスパッタ法
、電子ビーム法あるいはＣＶＤ法などによるものでも、
本発明の効果を得ることができる。
は、スプレーパイロリシス法によるＹ−ＢＢ−Ｃｕ−０
膜で説明したが、粒界に弱結合などを形成し、磁界に対
し高い非線形の感度をもつ超電導膜であれば、材料はＢ
１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔｔ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ
−０系などの超電導体でもよく、成膜方法もスパッタ法
、電子ビーム法あるいはＣＶＤ法などによるものでも、
本発明の効果を得ることができる。
〈発明の効果〉
本発明は、コイルに流す電流値で印加バイアス磁界が可
変なバイアス磁界発生手段を設けることで、セラミック
超電導磁気抵抗素子の非線形な特性により測定を複雑化
することなく、高感度の範囲の利用により、精度の高い
磁界の測定を行なうものである。
変なバイアス磁界発生手段を設けることで、セラミック
超電導磁気抵抗素子の非線形な特性により測定を複雑化
することなく、高感度の範囲の利用により、精度の高い
磁界の測定を行なうものである。
第１図は本発明の第１実施例の構成図、第２図は本発明
の第２実施例の構成図、第８図は本発明の第３実施例の
構成図、第４図は超電導磁気抵抗特性を示す図、第５図
は実施例のセラミック超電導膜作製方法を示す概要図、
第６図は１実施例の超電導磁気抵抗素子の構成図、第７
図は超電導磁気抵抗素子の特性図である。 １・・・超電導磁気抵抗素子、２・・・定電流源、３・
・・フィードバック電源、４・・・バイアス磁界用コイ
ル、５・・・変調磁界用コイル、７・・・基板、８・・
・基板台、９・・・ヒーター １０・・・噴霧器。
の第２実施例の構成図、第８図は本発明の第３実施例の
構成図、第４図は超電導磁気抵抗特性を示す図、第５図
は実施例のセラミック超電導膜作製方法を示す概要図、
第６図は１実施例の超電導磁気抵抗素子の構成図、第７
図は超電導磁気抵抗素子の特性図である。 １・・・超電導磁気抵抗素子、２・・・定電流源、３・
・・フィードバック電源、４・・・バイアス磁界用コイ
ル、５・・・変調磁界用コイル、７・・・基板、８・・
・基板台、９・・・ヒーター １０・・・噴霧器。
Claims (1)
- １、印加磁界の強さに非線形の超電導磁気抵抗効果を示
す磁気抵抗素子を用いた磁界の測定に於て、前記磁気抵
抗素子に測定する外部磁界の他にバイアス磁界を印加す
るコイルを設け、前記コイルには前記磁気抵抗素子の出
力を設定した一定値にさせるバイアス磁界を発生する電
流を制御して流すフィードバック電源を接続し、前記コ
イルの印加電流値から外部磁界を測定することを特徴と
する超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17030389A JPH0335181A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法 |
| EP90307187A EP0406024B1 (en) | 1989-06-30 | 1990-06-29 | Method and device for sensing a magnetic field with use of a magneto-resistive property of a superconductive material |
| DE1990612455 DE69012455T2 (de) | 1989-06-30 | 1990-06-29 | Verfahren und Gerät zum Feststellen eines magnetischen Feldes mit einer Magnetwiderstandseigenschaft eines supraleitenden Materials. |
| US07/773,765 US5254945A (en) | 1989-06-30 | 1991-10-10 | Magneto-resistive superconductive device and method for sensing magnetic fields |
| US08/034,877 US5352978A (en) | 1989-06-30 | 1993-03-19 | Apparatus for sensing a magnetic field with a superconductive material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17030389A JPH0335181A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0335181A true JPH0335181A (ja) | 1991-02-15 |
Family
ID=15902469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17030389A Pending JPH0335181A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 超電導磁気抵抗効果による磁界測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0335181A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011141969A1 (ja) * | 2010-05-14 | 2013-07-22 | 株式会社日立製作所 | 磁界角計測装置およびこれを用いた回転角計測装置 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP17030389A patent/JPH0335181A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2011141969A1 (ja) * | 2010-05-14 | 2013-07-22 | 株式会社日立製作所 | 磁界角計測装置およびこれを用いた回転角計測装置 |
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