JPH0748429B2 - 可変インダクタンス装置および磁界強度測定装置 - Google Patents

可変インダクタンス装置および磁界強度測定装置

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JPH0748429B2
JPH0748429B2 JP63220716A JP22071688A JPH0748429B2 JP H0748429 B2 JPH0748429 B2 JP H0748429B2 JP 63220716 A JP63220716 A JP 63220716A JP 22071688 A JP22071688 A JP 22071688A JP H0748429 B2 JPH0748429 B2 JP H0748429B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> この発明は、超電導体を磁芯としたコイルの磁芯に流れ
る電流を変化させてコイルのインダクタンスを変える可
変インダクタンス装置、および、既知の電流が供給され
た超電導体を磁芯としたコイルのインダクタンスを測定
することによって磁界強度を測定する磁界強度測定装置
に関する。
<従来技術> 従来、コイルのインダクタンスを変える可変インダクタ
ンス装置として第12図に示すようなものがある。この可
変インダクタンス装置は、コイル31内に比透磁率μが1
より大きい磁性体片32を挿入し、上記磁性体片32をコイ
ル31内で軸方向に機械的に動かすことによって、コイル
31の端子33,34より見たインダクタンスを変えるもので
ある。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、上記従来の可変インダクタンス装置は、
コイル31の端子33,34から見たインダクタンスを変える
ために、コイル31内に挿入された磁性体片32を機械的に
動かすようにしているため、上記磁性体片32を高速に動
かすことが困難である。したがって、高速にインダクタ
ンスを変化させることができないという問題がある。ま
た、上記磁性体片32を遠方より動かすことも困難であ
り、遠方よりインダクタンスを変化させることができな
いという問題もある。
そこで、この発明の目的は、操作が簡単であり、しかも
高速にインダクタンスを変えることができる可変インダ
クタンス装置を提供することにある。
<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するため、この発明の可変インダクタン
ス装置は、超電導体を磁芯とするコイルと、上記超電導
体に流す電流を変化させる電流変化手段を備えて、上記
電流を変化させることによって上記コイルのインダクタ
ンスを変化させることを特徴としている。
また、この発明の磁界強度測定装置は、外部より既知の
電流が供給される超電導体を磁芯としたコイルと、上記
コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定
手段を備えて、上記コイルのインダクタンスを測定する
ことによって外部磁界の強度を測定することを特徴とし
ている。
<作用> この発明の可変インダクタンス装置において、電流変化
手段によって超伝導体に流す電流を変化させると、この
超伝導体を流れる電流の変化に応じて超電導体の磁気特
性が変化する。そうすると、上記超電導体はコイルの磁
芯を成しているため、上記コイルの磁芯そのものの磁気
特性が変化して上記コイルのインダクタンスが変化す
る。したがって、超伝導体に流す電流を変化することに
よってコイルのインダクタンスを変化させることができ
る。
また、この発明の磁界強度測定装置において、超伝導体
からなる磁芯に外部から既知の電流を供給しつつ、外部
磁界強度を変化させると超電導体の磁気特性が変化す
る。そうすると、上記超電導体はコイルの磁芯になって
いるため、上記超電導体の磁気特性の変化に応じてコイ
ルのインダクタンスが変化する。したがって、インダク
タンス測定手段によって上記コイルのインダクタンスを
測定することにより、外部磁界の強度を測定することが
できる。
<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。
この発明は超電導体の反磁性特性(すなわち、マイスナ
ー効果)を利用するものである。
まず、第11図により超電導状態について説明する。超電
導状態が及び範囲は、臨界温度Tc,臨界磁界Hcおよび臨
界電流Jcの3つの臨界値を結ぶ曲面(以下、T−H−J
臨界面と言う)によって制限される。つまり、このT−
H−J臨界面を越えると超電導状態は急激に消滅してし
まい、このT−H−J臨界面内において超電導状態が実
現するのである。上記T−H−J臨界面内においては、
超電導体はよく知られているように電気抵抗が零であ
り、完全反磁性(マイスナー効果)の性質を示す。ま
た、超電導体は上記T−H−J臨界面の外部では超電導
状態は破れ完全反磁性を示さない。
第1図はこの発明の可変インダクタンス装置の一実施例
を示す。この可変インダクタンス装置は、超電導体1を
磁芯としてコイル2を巻き、例えば液化窒素で臨界温度
Tc以下に冷却したものである。この状態において上記可
変インダクタンス装置の端子3−4間のインダクタンス
L1を測定する。次に磁芯1に外部磁界を作用させた状態
で端子3−4間のインダクタンスL3を測定すると、両イ
ンダクタンスの間にはL1<L3の関係がある。これは、第
11図に示すように、超電導体1の温度が液化窒素によっ
て冷却されることによって温度TNに固定され、超電導
体1が超電導状態を示していたが、外部磁界によってそ
の温度−磁界−電流が上記T−H−J臨界面に達し、コ
イル2の磁芯である超電導体1の磁気的性質がマイスナ
ー効果すなわち反磁性を失うためと考えられる。
第2図(a)は第1図の超電導体1に対する外部磁界B
と端子3−4間のインダクタンスLとの関係を示す。外
部磁界BによるインダクタンスLの変化は、第2図
(a)に示すようにI,IIおよびIIIの領域に区分され
る。外部磁界Bに応じてインダクタンスLが変化するII
の領域は、超電導体1の材料,構造および作成条件等に
よって、広くすることも狭くすることも可能である。し
たがって、用途によってどのような特性のものを使用す
るかを決定すればよい。例えば、外部磁界界Bの変化に
対してインダクタンスLをアナログ的に変化させる場合
は、IIの領域が広いものがよい。セラミック超電導体の
場合はT−H−J臨界面がある厚みを持っている。した
がって、磁芯としてセラミック超電導体を用いると、上
記IIの領域の広い可変インダクタンス装置が得られる。
また、外部磁界Bの強度がある値より大きいか小さいか
によってインダクタンスの値をL1かL3かを判断する場合
は、IIの領域が狭くてもよい。
外部磁界の変化に伴うインダクタンスの変化は、第2図
(a)に示すように超電導体1に流す電流(以下、磁芯
電流と言う)によって変化する。第2図(a)は磁芯電
流Iをパラメータとした場合の外部磁界Bとインダクタ
ンスLとの関係を示す。磁芯電流Iが大きいほど低い磁
界BでインダクタンスLが変化する。これは、磁芯電流
Iが大きいほど少ない磁界BでT−H−J臨界面の外部
に温度−磁界−電流の作用点が移るためと考えられる。
第2図(b)は磁界Bをパラメータとした場合の磁芯電
流IとインダクタンスLとの関係を示す。磁芯電流Iに
対するインダクタンスLの変化は、外部磁界Bに対する
インダクタンスLの変化と殆ど同じ傾向を示す。
上述の特性より、超電導体1を磁芯としたコイル2は、
コイル2に作用させる外部磁界Bおよび超伝導体1の磁
芯に流す磁芯電流Iの大きを変化することによってイン
ダクタンスを変えることができる。第2図(a)あるい
は第2図(b)においては外部磁界Bと電流Iとを同時
に変化させているが、いずれか一方のみを変化させても
差し支えない。
上記構成の可変インダクタンス装置において、端子3−
4間に流れる電流により、この電流を打ち消すような電
流が超電導体1に流れる。この超電導体1に流れる電流
を防止するためには、コイル2の磁芯の構造を次のよう
にすればよい。すなわち、第3図の磁芯は、超電導体21
を板状に形成し、その表面を互いに絶縁した状態で張り
合わせた構造にしている。この場合、外部磁界Bの変化
量に対するインダクタンスLの変化量は、外部磁界Bの
方向によって変わるため、指向性の強い可変インダクタ
ンス装置を得ることができる。また、第4図の磁芯は、
棒状に形成した複数の超電導体22を互いに絶縁して束ね
たものである。この構造の磁芯は、上記棒状に形成した
超電導体22の表面に絶縁物層を形成し、その絶縁物層が
形成された棒状の超電導体22を絶縁性物質によって固め
て形成してもよい。さらに、第5図の磁芯は、帯状に形
成した超電導体23を巻き上げて、その各層間を絶縁した
ものである。しかしながら、磁芯は総てこのようにしな
ければならないということはなく、用途によって無垢の
柱状のものやパイプ状のものであってもよい。
このように、この発明に係る超電導体を磁芯としたコイ
ルは、第6図のように外部磁界Bと磁芯電流Iとによっ
てインダクタンスを変化することができる回路素子であ
る(この場合、磁芯電流Iは直流であっても時間と共に
変化するものであっってもよい)。すなわち、第7図に
示すように、超電導体7を磁芯としたコイル5に磁石6
を近付けるとインダクタンスL(B)は変化する。しか
も変化する磁界Bは磁芯電流Iによって制御できる。し
たがって、インダクタンスL(B)は磁石6の位置や方
向の変化による磁界強度の変化によって変化させること
ができる。また、インダクタンスL(B)は磁芯電流I
の変化によっても変えることができる。
第8図(a)は上記実施例とは異なる実施例であり、コ
イル13により外部磁界を作るものである。可変インダク
タンス装置のコイル12は、第1図の場合と同様に超電導
体11を磁芯とし、例えば液化窒素で臨界温度Tc以下に冷
却したものである。電源14は外部磁界を作るための電源
であり、コイル13はこの電源14からの電圧に応じて変化
する外部磁界Bを発生する。そうすると、コイル1の端
子間のインダクタンスL(B)はコイル13による磁界強
度変化に応じて変化する。したがって、電源14からの電
圧に応じてインダクタンスを変化させることができるの
である。
第8図(b)の実施例は、超伝導体の磁芯を流れる磁芯
電流Iを変化させてインダクタンスL(I)を変えるも
のである。すなわち、電源24からの信号に基づいて磁芯
電流Iを変化して、コイル12の端子間のインダクタンス
L(I)を上記磁芯電流Iに応じて変化するものであ
る。
ここで、上述の第8図(a)および第8図(b)の実施
例における上記電源14は、直流電流あるいは時間と共に
変化する電源あるいは両者が重畳された電源のいずれで
あってもよい。また、第8図(a)および第8図(b)
の実施例を組み合わせて、外部磁界Bと磁芯電流Iとを
同時に変化させてインダクタンスを変化するようにして
もよい。
上記可変インダクタンス装置は、上述のように外部磁界
および磁芯電流の変化に応じてインダクタンスを変化さ
せることができる。このことは取りも直さず、既知の磁
芯電流下で上記可変インダクタンス装置のコイルのイン
ダクタンスを測定することによって、外部磁界の強度を
測定することができるということである。
第9図は上述のような可変インダクタンス装置を用いた
タンク回路である。このタンク回路の外部磁界強度Bお
よび磁芯電流Iにおける共振周波数f(B)は、f
(B)=/(2π L(B)・C)で与えられる。した
がって、このようなタンク回路を発振回路に応用する
と、上記発振回路のコイルを磁界強度Bのところに置
き、磁芯に磁芯電流Iを流せば、この発振回路は磁芯電
流Iに応じた所定の周波数f(B)で発振する(この際
の磁芯電流Iは零であってもよい)。すなわち、この発
振回路の発振周波数f(B)よりその箇所の磁界強度B
を知ることができるのである。上記発振回路の構成は従
来技術をそのまま利用すればよいので詳細は省略する。
ここで、外部磁界Bの変化をインダクタンスLの変化に
よってアナログ的に検出する場合は、第2図におけるII
の領域が広いものがよく、外部磁界Bの強度がある値よ
りも大きいか小さいかを判別する場合は、IIの領域が狭
くてもよいことは言うまでもない。また、磁芯電流Iの
値を変えることにより、磁界Bの測定範囲を自由に選ぶ
ことができる。この場合磁芯電流Iは直流である必要は
なく時間と共に変化してもよい。
従来、磁界強度を測定する場合はホール素子等を用い、
抵抗値を測定することによって行っていたため低い精度
の測定値しか得られなかった。しかしながら、この方法
によれば磁界強度の変化をインダクタンスの変化として
測定することができるため、高い精度で磁界強度を測定
することができる。
上記発振回路はその発振信号をパルスに整形することに
よって、デジタル信号として処理することができる。ま
た、発振周波数を適当な値に選ぶことにより、第10図の
ように発振周波数f(B)の発振信号を送信機15の簡単
なアンテナで空中に輻射して、無線受信機16によって受
信することも可能である。
第8図(a)に示すようなコイルによって外部磁界を作
る可変インダクタンス装置および第8図(b)に示すよ
うな磁芯電流を変化させる可変インダクタンス装置を、
タンク回路のインダクタンスLとして発振器を構成す
る。そうすると、電源14の電圧信号をFM変調することが
可能となる。また、上記コイルによって外部磁界を作る
可変インダクタス装置を、タンク回路のインダクタンス
Lとした無線受信機においては、電源14の電圧により受
信周波数を自由にコントロールすることができる。しか
も、測定可能な磁界範囲は磁芯電流によって選択でき
る。したがって、未知の周波数の無線信号を検出するこ
とができる。
さらに、フィルタ回路の一部として上記可変インダクタ
ンス装置を使用することにより、フィルタ回路の特性を
簡単にコントロールすることができる。
<発明の効果> 以上より明らかなように、この発明の可変インダクタン
ス装置は、コイルの磁芯を超電導体で成し、電流変化手
段によって超電導体に流す電流を変化させて上記磁芯そ
のものの磁気特性を変えることによって、上記コイルの
インダクタンスを変化させるようにしたので、操作が簡
単であり、高速にインダクタンスを変化させることが可
能となる。
また、この発明の磁界強度測定装置は、外部から既知の
電流が供給される超電導体を磁芯としたコイルと、上記
コイルのインダクタンスを測定するインダクタンス測定
手段を備えて、上記コイルのインダクタンスを測定する
ことによって外部磁界の強度を測定するようにしたの
で、高い精度で遠方より磁界強度を測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の可変インダクタンス装置の概略図、
第2図(a)は上記実施例における磁芯電流をパラメー
タとした場合の外部磁界強度とインダクタスとの関係を
示す図、第2図(b)は外部磁界をパラメータとした場
合の磁芯電流とインダクタンスとの関係を示す図、第3
図,第4図および第5図は上記実施例における磁芯の構
造例を示す図、第6図は上記実施例における外部磁界の
変化によるインダクタンスの変化の説明図、第7図は上
記実施例における外部磁界の変化方法の一例を示す図、
第8図(a)は上記実施例とは異なる実施例の概略図、
第8図(b)はさらに異なる実施例の概略図、第9図は
上記可変インダクタンス装置を用いたタンク回路の概略
図、第10図は第9図のタンク回路を送信機に組み込んだ
実施例の概略図、第11図はT−H−J臨界面の説明図、
第12図は従来の可変インダクタンス装置の概略図であ
る。 1,7,11,21,22,23……超電導体、 2,5,12,13……コイル、3,4……端子、 6……磁石、14,24……電源、15……送信機、 16……受信機。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導体を磁芯とするコイルと、上記超電
    導体に流す電流を変化させる電流変化手段を備えて、上
    記電流を変化させることによって上記コイルのインダク
    タンスを変化させることを特徴とする可変インダクタン
    ス装置。
  2. 【請求項2】外部より既知の電流が供給される超電導体
    を磁芯としたコイルと、上記コイルのインダクタンスを
    測定するインダクタンス測定手段を備えて、上記コイル
    のインダクタンスを測定することによって外部磁界の強
    度を測定することを特徴とする磁界強度測定装置。
JP63220716A 1988-09-02 1988-09-02 可変インダクタンス装置および磁界強度測定装置 Expired - Lifetime JPH0748429B2 (ja)

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JPS61150204A (ja) * 1984-12-24 1986-07-08 Nec Corp 電流制御型可変インダクタ

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