JPH0335182A - 超電導磁界測定装置 - Google Patents

超電導磁界測定装置

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JPH0335182A
JPH0335182A JP1170306A JP17030689A JPH0335182A JP H0335182 A JPH0335182 A JP H0335182A JP 1170306 A JP1170306 A JP 1170306A JP 17030689 A JP17030689 A JP 17030689A JP H0335182 A JPH0335182 A JP H0335182A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は粒界に弱結合を有する超電導体の磁気抵抗効果
を利用する磁界の測定に於て、バイアス磁界の印加によ
り超電導磁気抵抗効果の高感度範囲を利用する測定法に
関するものである。
〈従来の技術〉 従来、磁界の検出や測定には、半導体又は磁性体材料を
用いた磁気抵抗素子が一般的に利用されていた。特に高
電子移動度の半導体であるInSb。
InAs等での形状効果9強磁性体金属であるFe−N
%Co−Ni等の配向効果を用いた素子が実用化されて
いる。
また、酸化物超電導体の弱結合による超電導体の磁気抵
抗効果を利用し微弱な磁界の検出や測定を行なう方法も
開発されている。
〈発明が解決しようとする課題〉 以上の半導体や磁性体材料を用いた磁気抵抗素子は、測
定する磁界の強さが小さいとき、磁界の変化に対する磁
気抵抗素子抵抗の変化が小さいため、永久磁石などでバ
イアス磁界を印加してその磁気抵抗素子の感度や、その
直線性の良い範囲に移して感度を向上させる方法がとら
れているが、微弱な磁界を正確に測定することは難しか
った。
また超電導体の磁気抵抗効果を用いるものは、その出力
電圧に10Hz以下の低周波のゆらき現象があり、直流
又は10 Hz以下の周波数のバイアス電流を用いた測
定では微弱な磁界の測定が困難であった。
本発明は従来の磁界測定方法がもっていた課題を解消し
、高い精度で効率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。
〈課題を解消するための手段〉 前記の磁界測定に関する課題を解決するのは超電導体の
磁気抵抗効果を、その特有のゆらぎ周波以上の周波数で
利用する方法である。つ1す、粒界に弱結合をもつ超電
導体の両端近くへ一対の電流電極と電圧電極を設けた構
成の超電導磁気抵抗素子は、外部電源から電流電極を通
して印加されたバイアス電流値で決る一定値以上の強さ
の磁界が印加されたとき超電導体は常電導状に遷移し、
その遷移点から急速に増大する電気抵抗値と、それに比
例した出力電圧が電圧電極から出力される。
上記の超電導磁気抵抗素子にその個有のゆらぎ周波数に
影響されない高い周波数の交流バイアス磁界も印加し、
その超電導磁気抵抗素子の出力と、交流バイアス磁界発
生信号をロックインアンプに入力することで、その素子
の出力から交流バイアス磁界による成分をと9出し、そ
の出力を超電導磁気抵抗素子の特性と比較して、外部磁
界の強さを測定するものである。
なお、上記の超電導磁気抵抗素子を高感度の磁界の強さ
の範囲にするための直流バイアス磁界印加手段も設ける
ことで測定を便利にしている。
く作 用〉 超電導磁気抵抗素子に対し、同一の方向に交流磁界発生
用コイルと直流磁界発生用コイルの2つのコイルを設け
ることで、その素子の高感度部を用い精度の良い磁界測
定を行なうものである。
コイルの交流磁界発生で、その素子の電圧電極に発生す
る出力は、その磁界発生信号とロックインアンプに入力
し、精度よく、交流磁界による成分のみ測定できる。又
、その素子に既知の強さの直流磁界を印加するコイルか
らの磁界の強さを変え、前記ロックインアンプの出力を
変えて微弱磁界の高感度の測定を可能にしている。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第2図に示した超電導磁気抵抗素子14は本実施例で使
用した素子14を詳細に説明するものである。第2図は
、非磁性の基板l上に、微小な酸化物超電導体粒子が極
く薄い絶縁膜を介するか、ポイント状で結合する弱結合
の集合体からなる超電導膜2を形成し、膜2を機械的加
工でミアンダ状にした上、チタン(Ti)を蒸着法で、
電流電極3 a v  3 bと電圧電極4a* 4b
を形成し、超電導磁気抵抗素子14を形成している。第
2図ら)は素子14の正面図で、この素子を使用すると
き電流電極8a、8bに定電流電源5を接続し、電圧電
極に出力電圧測定器を接続することを示している。第2
図(b)は素子の断面図である。
第3図は、第2図の超電導膜2を、スプレーパイロリシ
ス法で作製する装置の概要を示している。
Y−Ba−Cu−0系の超電導体のときは、原料のY 
(NOs  )s  ・6 Hz Os Ba (NO
s h及びCu(NOs h ・8H冨0  を所定の
組成化(YBazCus )に秤量し、水溶液7にし、
スプレーガン9の容器8に入れ、圧縮空気をパイプ10
から送り、スプレーガン9から小量ずつ噴霧11にして
、ヒーター12で約600℃に加熱した基板13に吹き
つけ熱分解によりセラミック化している状態を示した。
以上の超電膜は厚さ約10μmにし空気中での熱処理を
行った。
上記超電導膜は、他の組成にしてもよく、作製条件を変
えたシ他の作製方法を用いてもよい。又膜厚は1から1
0μmの間で良好な結果を得た。
以上のようにして、第2図のような構成にした超電導磁
気抵抗素子14は、第1図に示したように、同一方向に
バイアス磁界を印加する2つのコイV14と15の中央
部にセットし、磁気ノイズのない磁気シールド室内で測
定した。
コイ/l/15には交流電源に接続し、コイ/l/16
は直流電源に接続して、それぞれ交流磁界と直流磁界を
素子14に印加できる状態にしである。
(コイルの電源の図示は省略した。) 以上の構成による素子14の出力特性の1例を示したの
が第4図である。この図は超電導磁気抵抗素子14の電
流電@aを介し10mAのバイアス電流を流した状態で
、コイA/16を用いて直流パイアヌ磁界を印加し、素
子14の出力を測定したものである。この縦軸は素子の
出力で、横軸は直流バイアス電流の強さを示している。
次の第5図は、第4図で説明した超電導磁気抵抗素子1
4の測定条件に於て、横軸のように直流バイアス磁界を
変えたとき、素子の出力に含1れる雑音の大きさをその
周波数別に縦軸に示している。
第5図から、素子14からのノイズは印加磁界の強さで
の変化は少なく、数Hz以下の低周波数でのノイズが大
きいことを示し、直流や低周波磁界により精密な磁界測
定が困難なことを示している。
本発明は、上記の超電導磁気抵抗素子14の特性に対し
、次に述べる方法により直流又は低周波で変化する磁界
も素子14のノイズに影響されることなく、正確に測定
するものである。
本発明の1実施例の交流波形を示したのが第6図である
。この第6図も第1図の構成にして、コイIv15によ
I)IKHzで+100 mGaussの正弦波を印加
しである(第6図(a)の波形)。
以上のようにコイ/l/15に交流電流を流した状態に
於てコイ/l/16に、所定の電流を流し、第4図で説
明した内容のグラフ図である第7図のA。
B、C,D及びE点になる直流バイアス磁界を印生 加したとき対応して発疼する素子14の交流山波形が第
6図の(b)、 (c)、 (d)−(e)及び(f)
になることを示している。
以上の出力信号と交流磁界発生信号とをロックインアン
プに入力し、lKH2戒分の成分狭帯域で抽出するため
、ノイズの実効値を低く押えることが可能になる。
上記のロックインアンプの概要を、第8図のブロック図
で示した。素子14の電圧電極4からの出力は差動増幅
器で20倍に増幅され、ロックインアンプに入力される
。一方参照入力として、前記正弦波発生器のI K H
z信号が用いられる。
ロックインアンプの原理は次のようになっている。入力
信号V 8 w参照信号Vrを次のように表わす。
Vr  =  Acos(ωrt+θ)  −−−(1
)Vs  =  cos(ωst)  ・・・・自・(
2)ここでA:定数、ωr :参照信号の角速度。
θ:位相角、ωS 二人力信号の角速度である。上の2
つの信号をPhase  5ensitive  De
tector(位相比較器)で乗算すると、次の信号V
psdになる。
Vpsd=Acos(ωrt+θ)IICOs(ωst
)・ ・ ・(3) ここでωr とωSが等しいから(3)式の第2項が直
流成分になる。又、ローパスフィルターで(3)式の第
1項の交流成分を除くので、ローパスフィルターからの
出力VLP  は次のようになる。
こ\でvLPを最大にするには、参照信号と入力信号の
位相差を零にするようロックインアンプを調整すればよ
いことになる。以上のようにして交流印加磁界による周
波数成分のみを直流電圧として取出すことができる。
コイ/l/15に流す直流電流値を変えたときの直流バ
イアス磁界の強さを横軸にし、縦軸にロックインアンプ
の出力にし、測定の結果を記入したのが第9図である。
第9図では印加した直流磁界による動作点の微分磁気感
度がロックインアンプ出力として測定されているが、直
流磁界が零の近くでは前述したように超電導磁気抵抗素
子の出力特性から出力波形は第6図(c)Gi)le)
のようになシ、本実施例では線形領域が存在した。この
線形領域を用いロックインアンプのローパスフィルター
の時定数を100m5ecとすることで、直流から数H
zの磁界を0.1mGauasの分解能で測定すること
ができた。
以上が実施例についての説明であるが、本発明は実施例
により限定されるものでなく、超電導磁気抵抗素子への
バイアス磁界の大きさ、印加する交流バイアス磁界の強
さ9周波数、又は、印加する直流バイアス磁界の印加の
有無、又は、その強さの変化により磁界測定の範囲や精
度の変更が可能なものである。
又、実施例で2つのコイルで説明したバイアス磁界も、
1つのコイルに直流と交流を流す方式にしてもよい。更
に、ロックインアンプのローパスフィルターの時定数を
変えることで数Hz以上で変化する磁界を測定すること
も可能にできる。
構成も、超電導磁気抵抗素子と同じ基板上にバイアス磁
界印加用コイルを薄膜で形成し、磁気測定の安定化と、
作製の簡易化を図ることもできる。
〈発明の効果〉 本発明は、超電導磁気抵抗素子がもつ数Hz以下の固有
の低周波数ノイズの影響を除き微弱な磁界も高い分解能
での測定が可能になる方法である。
又、素子やコイルの小型化が可能であシ微小磁界の空間
的分布も測定可能であシ医療や非破壊検査など種々の分
野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の概要斜視図、第2図は実施
例の超電導磁気抵抗素子の構造図、第8図はスプレーパ
イロリシスによるセラミック作製法の説明図、第4図は
実施例の超電導磁気抵抗素子への直流バイアス磁界−出
力特性図、第5図は第4図の素子の直流バイアス磁界−
ノイズ特性図、第6図、は直流バイアス磁界の強さ一出
力波形図、第7図は第6図の動作点を示す図、第8図は
ロックインアンプのブロック図、第9図は本発明の実施
例の直流磁界−ロックインアンプ出力特性図である。 1.13・・・基板、  2・・・超電導膜、  3・
・・電流電極、  4・・・電圧電種、  5・・・定
電流電源、 6・・・電圧計、 7・・・水溶液、  
8・・・容器、 9・・・スプレーガン、   10・
・・パイプ、   11・・・噴霧。 12・・・ヒーター  14・・・超電導磁気抵抗素子
。 15・・・交流バイアス磁界用コイル、  16・・・
直流バイアス磁界用コイル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、弱結合粒界を有する超電導体からなる磁気抵抗素子
    を用いた磁界測定装置において、前記磁気抵抗素子に交
    流バイアス磁界を印加する手段を設け、該磁気抵抗素子
    からの前記交流バイアス磁界印加により発生した出力信
    号により外部磁界の測定を行なうことを特徴とする超電
    導磁界測定装置。 2、前記磁気抵抗素子に印加する交流バイアス磁界の方
    向に直流バイアス磁界印加手段も有することを特徴とす
    る請求項1記載の超電導磁界測定装置。
JP1170306A 1989-06-30 1989-06-30 超電導磁界測定装置 Expired - Fee Related JPH0814614B2 (ja)

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