JPH0799390B2 - 磁気検出装置 - Google Patents

磁気検出装置

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JPH0799390B2
JPH0799390B2 JP63120066A JP12006688A JPH0799390B2 JP H0799390 B2 JPH0799390 B2 JP H0799390B2 JP 63120066 A JP63120066 A JP 63120066A JP 12006688 A JP12006688 A JP 12006688A JP H0799390 B2 JPH0799390 B2 JP H0799390B2
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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、超電導材料よりなる磁気抵抗素子を用いて
生体磁気や地磁気等による微弱磁界を測定できるように
した磁気検出装置に関する。
<従来の技術> 従来、このような磁気検出装置としては第5図に示すよ
うなものがある。この磁気検出装置はアルミナ板等の非
磁性絶縁性基板(図示せず)上にシルクスクリーンやス
プレーによって製作された超電導材料よりなる磁気抵抗
素子51に、この磁気抵抗素子51の両端に設けられた電流
電極52a,52bを介してマイクロアンペアからミリアンペ
アオーダの電流を流し、その電流電極52a,52bより内側
に設けられた電圧電極53a,53b間の電圧を測定すること
により、上記電圧電極53a,53b間の磁気抵抗素子51の抵
抗Rを測定するようにしている。
上記抵抗Rは磁気抵抗素子51に作用する磁界Bによって
変わり、電流が一定の場合の磁界Bに対する抵抗Rの変
化は第6図に示すようになる。従って、この抵抗Rを測
定することにより磁界を測定することができる。
<発明が解決しようとする課題> ところで、上記磁気抵抗素子51の基板の垂直方向に磁気
隙があって、その磁気隙によって磁気抵抗素子51に作用
する磁界Bが第7図(A)に示すように時間と共に変化
した場合、抵抗Rは第7図(C)に示すようになる。次
に、同じような状況下で第7図(B)に示すような磁界
Bが作用した場合の抵抗Rはやはり第7図(C)のよう
になる。すなわち、上記従来の磁気検出装置では、第7
図(A)および(B)に示すような極性の異なる磁界が
磁気抵抗素子51に作用しても、抵抗値は共に第7図
(C)に示すようになり、磁界の極性の違いを検出でき
ないという問題がある。このことは、例えば心磁等によ
る微弱磁界をもとに医療診断を行なう場合等には大きな
問題となる。
そこで、この発明の目的は、超電導材料よりなる磁気抵
抗素子を用いて微弱磁界の極性の違いを検出することが
できる磁気検出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、この発明は、超電導材料より
なる磁気抵抗素子と、その磁気抵抗素子の抵抗を検出す
る検出部を有して磁界を測定する磁気検出装置におい
て、被測定磁界の周波数よりも大きな周波数の電圧を発
生する交流電源と、上記交流電源に接続され、上記交流
電源の周波数と同じ周波数の交流磁界を上記磁気抵抗素
子に作用させるように発生するループ回路と、被測定磁
界と上記ループ回路が発生した交流磁界が上記磁気抵抗
素子に同時に作用したときに上記検出部が検出した検出
信号を微分する第1微分回路と、上記交流電源が発生し
た電圧信号を微分する第2微分回路と、上記第1微分回
路の出力をうけて零ボルトをスライス電圧として二値化
する第1二値化回路と、上記第2微分回路の出力をうけ
て零ボルトをスライス電圧として二値化する第2二値化
回路と、上記第1二値化回路の出力と上記第2二値化回
路の出力をうけて、上記両出力が同じ極性を持っている
か否かを判別する判別回路と、上記判別回路が上記両出
力が同じ極性を持っていると判別したときに、上記検出
部が検出した検出値をそのまま出力し、上記判別回路が
上記両出力が同じ極性を持っていないと判別したとき
に、上記検出部が検出した検出値をその正負を反転させ
て出力する選択反転回路と、上記選択反転回路が出力し
た検出値から上記交流磁界の周波数と同じ周波数の成分
を除去するローパスフィルタとを備えたことを特徴とし
ている。
<作用> 交流電源が被測定磁界の周波数よりも十分大きな周波数
の電圧を発生し、上記交流電源に接続されたループ回路
が、上記交流電源の周波数と同じ周波数の交流磁界を磁
気抵抗素子に作用させるように発生する。そして被測定
磁界と上記ループ回路が発生した交流磁界が上記磁気抵
抗素子に同時に作用したときに検出部が検出した検出信
号が第1微分回路によって微分され、さらに第1二値化
回路によって零ボルトをスライス電圧として二値化され
る。一方、上記交流電源が発生した電圧信号が第2微分
回路によって微分され、さらに第2二値化回路によって
零ボルトをスライス電圧として二値化される。そして、
判別回路が上記第1二値化回路の出力と上記第2二値化
回路の出力をうけて、この両出力が同じ極性を持ってい
るか否かを判別し、選択反転回路が、上記判別回路が上
記両出力が同じ極性を持っていると判別したときに、上
記検出部が検出した検出値をそのまま出力し、上記判別
回路が上記両出力が同じ極性を持っていないと判別した
ときに、上記検出部が検出した検出値をその正負を反転
させて出力する。次にローパスフィルタが、上記選択反
転回路が出力した検出値から上記交流磁界の周波数と同
じ周波数の成分を除去する。
このように、被測定磁界と交流磁界が磁気抵抗素子に同
時に作用したときに検出部が検出した検出値の増減の極
性と交流磁界を発生するための電圧の増減の極性との同
異を判別して、両極性が同じ場合は検出値をそのまま出
力し、両極性が異なる場合は検出値をその正負を反転さ
せて出力するようにしているので、被測定磁界の極性に
応じた極性の測定値を得ることができる。
<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。
第1図はこの発明の一実施例における主要部の概略構成
図である。
第1図において、1は非磁性絶縁性基板、2は上記基板
1上に形成された膜状セラミック超電導体よりなる磁気
抵抗素子、3は上記基板1上に印刷技術により上記磁気
抵抗素子2と一体構造で形成されたループ線、4は上記
ループ線に電流を流して磁界を発生させるための励磁電
源である。
上記励磁電源4を交流電源とし、上記ループ線3に交流
磁界を発生させて、被測定磁界をその極性と共に測定す
るようにした磁気検出装置の測定回路の一例を第2図に
示し、この測定回路の動作を説明するための磁界の波形
と回路各部における波形を第3図に示す。
第3図(A)は被測定磁界の波形を示している。この被
測定磁界は、従来例において第7図(B)に示した被測
定磁界と同様に時間によって極性が異なっている。ま
た、第3図(B)は上記ループ線3によって発生される
交流磁界を示している。この交流磁界は図では理解を容
易にするために実際の周波数より低く描かれているが、
上記第3図(A)に示された被測定磁界の周波数に比べ
て十分大きな周波数を持った正弦波の微小基準磁界であ
る。この交流磁界の瞬時値は振幅をSm、角周波数をωと
すると、S=Sm sin ωtとして表わされる。ここで振
幅Smの大きさは被測定磁界の振幅と同等かあるいはそれ
以下で良い。また、角周波数ωは被測定磁界の角周波数
に比べて十分大きくする必要があるが、後で信号を処理
する関係でむやみに大きくするのは好ましくなく、被測
定磁界の時間変化すなわち最高周波数成分によって決ま
るものであり、生体磁界の場合はKHzのオーダーとな
る。
上記第3図(A)に示す被測定磁界に第3図(B)に示
す交流磁界を加えると、第3図(C)に示す波形の磁界
となる。そして、この合成磁界が第1図に示す磁気抵抗
素子2に作用した場合の磁気抵抗素子2の抵抗の変化
を、この磁気抵抗素子2に接続された図示しない検出部
が検出する。上記磁気抵抗素子2の特性は第6図に示す
ような特性であるため、上記検出部の検出値は第3図
(D)に示すような信号電圧となる。すなわち、被測定
磁界(A)が正の領域にある時刻t0からt1の間では第3
図(C)に示す合成磁界と同じ特性を示すが、被測定磁
界(A)が零の領域にある時刻t1からt2の間では図のよ
うな全波整流のような特性を示し、時刻t2以後は第3図
(c)の合成磁界に対して反転特性を示す。ここで、第
3図(B)の波形と第3図(D)の波形を比較して、両
波形の増減の方向が一致している領域では、第3図
(D)の値(V1)はそのままとし、増減の方向が異なる
領域ではV1の極性を反転させれば第3図(C)に示す特
性と同じ特性の測定値が得られる。
そこで、第3図(B)に示す基準磁界を発生するための
電圧を第2図に示す微分回路21で微分し、第3図(D)
に示す検出値を第2図に示すハイパスフィルタ(HPF)2
2で低周波成分を除去したのち微分回路23で微分する。
上記微分回路21の出力を第3図(G)に示し、微分回路
23の出力を第3図(E)に示す。上記HPF22は被測定磁
界の時間的変化が少ない場合には必ずしも必要ではな
い。次に上記微分回路21の出力(G)と上記微分回路23
の出力(E)をそれぞれ2値化回路24,25で正の部分を
“High"、負の部分を“Low"として2値化すると、第3
図(H)および第3図(F)に示す出力が得られる。2
値化回路24,25の出力(H),(F)は比較回路26で一
致性が確認され、第3図(I)に示す信号が得られる、
この比較回路26はごく普通に使われている排他的論理和
ゲートであり、2値化出力(F),(H)が一致してい
る場合は“High"を出力し、不一致の場合は“Low"を出
力するようになっている。
上記比較回路26の出力(I)は選択反転回路27に入力さ
れる。この選択反転回路27はこの出力(I)と上記検出
値(D)とをうけて、出力(I)が“High"の場合は検
出値(D)をそのまま出力し、出力(I)が“Low"の場
合は検出値(D)を極性を反転させて出力する。従っ
て、選択反転回路27の出力波形は第3図(J)に示すよ
うになり、この波形は第3図(C)に示す合成磁界の波
形と同じになる。この出力(J)を交流基準磁界と同じ
周波数の周波数成分を除去するローパスフィルタ(LP
F)28を通すと、第3図(A)に示す被測定磁界と同じ
波形の出力が得られる。
第4図は、第1図に示す励磁電源4を直流電源とし、ル
ープ線3に直流磁界を発生させるようにした磁気検出装
置の動作を説明したものである。
この磁気検出装置はループ線3に直流バイアス磁界B0を
発生させ、第3図(A)に示すような被測定磁界による
動作点をこのバイアス磁界B0分だけシフトさせ、磁気抵
抗素子2の抵抗値がその抵抗最低点よりも高くなるよう
にしたものである。このようにして得られた測定値から
直流磁界分を差引くことにより被測定磁界の極性に応じ
た測定値が得られる。
この磁気検出装置は上述した交流磁界を発生するように
した磁気検出装置と比べて装置が簡単であるが、動作範
囲が狭くリアリティもやや低下するが実用機への応用が
高い。
このように、ループ線に交流や直流を流して、磁気抵抗
素子2に被測定磁界に加えて交流磁界や直流磁界を作用
させることにより、被測定磁界の極性に応じた測定値を
得ることができる。
上記実施例においては、ループ線を印刷技術で基板上に
作成したが、ワイヤーよりなるループ線としてもよい
し、ループ線を別な基板上に構成し、その基板を基板1
に接近させておいてもよい。
このループ線の用途としては、上述した用途の他に、こ
のループ線に基準電流を流して磁気抵抗素子や装置全体
の動作確認や補正を行なうようにすることができる。更
に、磁気抵抗素子に対する角度が可変になるように配置
され、被測定磁界の方向確認を行なうために用いられ
る。また、複数のループ線を互いに異なる角度になるよ
うに配置し、各ループ線に位相差のある基準電流を流す
ことにより被測定磁界の方向確認を行なうことも可能で
ある。
<発明の効果> 以上より明らかなように、この発明の磁気検出装置は、
ループ回路による交流磁界を磁気抵抗素子に作用させた
際の検出信号を第1微分回路で微分する一方、上記ルー
プ回路への交流電圧信号を第2微分回路で微分し、両微
分信号の極性が異なる場合には上記検出信号の極性を反
転するようにしているので、被測定磁界の極性が変わる
場合にもその極性に応じた測定値を得ることができる。
また、上記第1微分回路で検出信号を微分することによ
って、医療診断等の際における微弱磁界であっても検出
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主要部の概略構成
図、第2図は上記実施例におけるループ線に交流磁界を
発生させて磁界を測定するための測定回路図、第3図は
上記測定回路の動作を説明するための波形図、第4図は
上記実施例においてループ線に直流磁界を発生させた場
合の動作説明図、第5図は従来例の要部構成図、第6図
は超電導材料よりなる磁気抵抗素子の一般的な特性を示
す図、第7図は上記磁気抵抗素子に作用する磁界と測定
値の一例を示す図である。 1……基板、2……磁気抵抗素子、3……ループ線、 4……励磁電源、21,23……微分回路、 26……比較回路、27……選択反転回路、 28……ローパスフィルタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導材料よりなる磁気抵抗素子と、その
    磁気抵抗素子の抵抗を検出する検出部を有して磁界を測
    定する磁気検出装置において、 被測定磁界の周波数よりも大きな周波数の電圧を発生す
    る交流電源と、 上記交流電源に接続され、上記交流電源の周波数と同じ
    周波数の交流磁界を上記磁気抵抗素子に作用させるよう
    に発生するループ回路と、 被測定磁界と上記ループ回路が発生した交流磁界が上記
    磁気抵抗素子に同時に作用したときに上記検出部が検出
    した検出信号を微分する第1微分回路と、 上記交流電源が発生した電圧信号を微分する第2微分回
    路と、 上記第1微分回路の出力をうけて零ボルトをスライス電
    圧として二値化する第1二値化回路と、 上記第2微分回路の出力をうけて零ボルトをスライス電
    圧として二値化する第2二値化回路と、 上記第1二値化回路の出力と上記第2二値化回路の出力
    をうけて、上記両出力が同じ極性を持っているか否かを
    判別する判別回路と、 上記判別回路が上記両出力が同じ極性を持っていると判
    別したときに、上記検出部が検出した検出値をそのまま
    出力し、上記判別回路が上記両出力が同じ極性を持って
    いないと判別したときに、上記検出部が検出した検出値
    をその正負を反転させて出力する選択反転回路と、 上記選択反転回路が出力した検出値から上記交流磁界の
    周波数と同じ周波数の成分を除去するローパスフィルタ
    とを備えたことを特徴とする磁気検出装置。
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