JPH0799389B2

JPH0799389B2 - 磁気検出装置

Info

Publication number: JPH0799389B2
Application number: JP63120065A
Authority: JP
Inventors: 孝生田川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1988-05-17
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH01291182A

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
例えば生体磁気や岩石磁気などによる微弱磁界の測定を
行うことができるようにした磁気検出装置に関する。

＜従来の技術＞このような磁気検出装置としては第６図に示すようなも
のがある。この磁気検出装置は、超電導体が磁界により
超電導状態から電気抵抗を持つ状態に移る現象を利用し
て、磁界強度を抵抗値の変化として検出するものであ
る。すなわち、セラミック超電導体61に電流電極62a,62
bを介して電流を流し、電圧電極63a,63b間の電圧を測る
ことによりこの電圧電極間に作用する磁界をこの電圧電
極間の抵抗の変化として検出するようになっている。こ
の磁界に対する電気抵抗特性を種々の電流値に対して表
わしたのが第７図である。この第７図に示す特性は棒状
のセラミック超電導体の場合の特性例であるが、この特
性は超電導材料の形状，組成，製造工程等により大巾に
変えることができる。

このことは、超電導体が棒状や板状の場合だけでなく、
非磁性絶縁板、例えばアルミナ板の上にシルクスクリー
ンやスプレーできわめて薄い超電導体を形成した場合で
も同様で、膜の厚み、電極パターン幅、組成等により磁
界に対する抵抗特性を大巾に変えることができる。

第８図はこのような絶縁性基板の上にスクリーン印刷で
超電導体81、電流電極82a,82b、電圧電極83a,83bを成膜
した磁気抵抗素子を有する磁気検出装置を示したもので
ある。この磁気抵抗素子の場合、棒状又は板状の磁気抵
抗素子に比べて磁界に対する抵抗変化を大きくでき、特
性のばらつきを小さくすることができる。また、超電導
体81の組成・粒径・製造工程を変えることにより磁界に
対する抵抗特性を変えることができるのはもちろんであ
る。これらを一定にしても超電導対81の長さｌ、巾Ｗ、
厚さｄを変えることにより大巾に特性を変えることがで
きる。

第９図はこの特性の変わる例を示している。ここで、特
性Ｃは特性Ｄに比べて巾Ｗ、厚みｄを共に大きくした場
合の特性である。但し、磁界を十分大きくした場合、す
なわち超電導状態でなく常電導状態になった場合の抵抗
値が、特性Ｃの場合と特性Ｄの場合で同程度の値となる
ように長さｌを大きくしている。

このように、上記磁気検出装置では第９図の特性Ｃや特
性Ｄに代表されるような抵抗特性が得られる。しかしな
がら、特性Ｄの場合は磁界Ｂの小さい領域においては磁
界の変化に対する抵抗Ｒの変化が大きいため感度が良く
なるが、小さい磁界で抵抗が飽和する為測定可能な磁界
領域が狭くなるという問題がある。一方、特性Ｃの場合
は磁界が微弱な領域においては抵抗が零の超電導状態で
あるため感度が無く、抵抗が現れる磁界の領域において
は、磁界の広い領域まで抵抗が変化するため、測定可能
な磁界領域を広くとれるが、磁界の変化に対する抵抗の
変化が少なく感度が悪いという問題がある。

そこで、従来より、超電導材料からなり特性が異なる磁
気抵抗素子を直列にしたもの（特開昭56−34130号公
報）や、超電導材料からなる一体の磁気抵抗素子の巾を
部分的に変えることにより、実質的に特性が異なる磁気
抵抗素子を直列としたもの（特開昭56−34132号公報）
が提案されている。

例えば、第９図に示す特性Ｃの磁気抵抗素子と特性Ｄの
磁気抵抗素子とを、ほゞ同一の磁界が作用する様に接近
させて設置し、かつ両者を直列に接続すると、磁界に対
する抵抗特性は特性Ｅのようになる。すなわち、この複
合特性Ｅは、第９図の特性Ｃの立上り磁界近辺でわずか
に折曲するが、特性Ｄに比べて磁界の測定可能領域が広
くなっている。また、特性Ｃに比べて特に磁界の小さい
領域での感度が良くなっている。したがって、感度がよ
く測定可能領域の広い磁気検出装置が得られる。

＜発明が解決しようとする課題＞しかしながら、上記従来の磁気抵抗素子は直列にする各
部分の巾およびその比によって特性が大きく左右される
ため、素子設計、作製工程の管理が難しいという問題が
ある。また、抵抗を測定するための電流により発生した
磁界が、検出しようとする磁界分布を乱すという問題が
ある。

そこで、この発明の目的は、高感度で、測定可能な磁界
領域が広い上、簡単に設計および作製でき、検出しよう
とする磁界分布を乱すことがない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、請求項１に記載の磁気検出装
置は、超電導材料を有する磁気抵抗素子を用いて磁界を
測定する磁気検出装置において、上記磁気抵抗素子の一
部に、上記磁気抵抗素子に作用する磁界の一部をシール
ドするシールド部材を設けたことを特徴としている。

また、請求項２に記載の磁気検出装置は、非磁性材料か
らなる基板の面上に超電導材料を有する磁気抵抗素子を
帯状に設けて、上記磁気抵抗素子の一端側と他端側との
間に通電して磁界を測定するようにした磁気検出装置に
おいて、上記磁気抵抗素子は、上記一端側から略渦巻き
状に中心部まで延びる部分と、上記中心部から上記部分
の隙間を通って上記部分と反対回りに上記他端側まで延
びる部分とを有することを特徴としている。

また、請求項３に記載の磁気検出装置は、非磁性材料か
らなる基板の面上に超電導材料を有する磁気抵抗素子を
帯状に折曲して設けて、上記磁気抵抗素子の一端側と他
端側との間に通電して磁界を測定するようにした磁気検
出装置において、上記磁気抵抗素子は、上記基板の一方
の面上に、上記一端側を含み、折曲した隣接する部分を
流れる電流の向きが逆方向になるようなパターンを持つ
第１の部分を有するとともに、上記基板の他方の面上
に、上記基板に設けられたスルーホールを通して上記第
１の部分の上記一端側と反対側の端部に連なり、上記第
１の部分のパターンを投影したパターンを持つ第２の部
分を有することを特徴としている。

＜作用＞請求項１の磁気検出装置では、シールド部材が磁気抵抗
素子の一部に作用する磁界の一部をシールドする。この
結果、磁気抵抗素子がシールドされた部分とシールドさ
れていない部分とで異なる電気抵抗を示す。すなわち、
特性が異なる磁気抵抗素子が直列に接続された状態とな
り、全体の電気抵抗は、シールドされた部分の電気抵抗
とシールドされていない部分の電気抵抗の総和となる。
したがって、棒状の構造のものに比して、磁気検出感度
が良くなり、かつ測定可能な磁界領域が広くなる。しか
も、シールド部材を設けるだけであるから、簡単に設計
および作製される。

また、請求項２の磁気検出装置では、磁気抵抗素子が略
渦巻き状のパターンとなっているので、基板面上の比較
的狭い面積に、長い電流経路が形成される。したがっ
て、従来に比して、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感
度が良くなる。また、上記磁気抵抗素子の隣接する部分
は互いに電流が反対向きに流れる。したがって、電流に
よって発生した磁界が互いに打消し合い、検出しようと
する磁界分布が乱れない。また、磁界を乱さないので、
測定可能な磁界領域が広くなる。なお、互いに反対向き
に流れる電流経路、つまり、上記磁気抵抗素子の一端側
から中心部までの部分と、上記中心部から他端側までの
部分とが、端部を含む全経路にわたって隣接しているの
で、磁界分布を乱さない効果は極めて大きいものとな
る。

また、請求項３の磁気検出装置では、基板の両面で、第
１の部分と第２の部分とがそれぞれ磁気抵抗素子が折曲
したパターンとなっているので、基板面上の比較的狭い
面積に、長い電流経路が形成される。したがって、従来
に比して、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感度が良く
なる。また、基板の各面で上記磁気抵抗素子の隣接する
部分は互いに電流が反対向きに流れる。しかも、基板の
一方の面と他方の面とで、第１の部分と第２の部分は互
いに電流が反対向きに流れる。したがって、電流によっ
て発生した磁界が互いに打消し合い、検出しようとする
磁界分布が乱れない。また、磁界を乱さないので、測定
可能な磁界領域が広くなる。なお、互いに反対向きに流
れる電流経路、つまり、第１の部分と第２の部分とが、
端部を含む全経路にわたって隣接しているので、請求項
２の磁気検出装置と同様に、磁界分布を乱さない効果は
極めて大きいものとなる。

＜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３図は第１実施例の磁気検出装置の概略構成を示して
いる。この磁気検出装置は、非磁性誘電体材料からなる
基板23上に、磁気抵抗素子の一部を構成する超電導体21
を所定のパターンで備えている。この超電導体21の図に
おいて右半分に、超電導体21に作用する磁界の一部をシ
ールドするためのシールド部材24を設けている。このシ
ールド部材24としては磁性体あるいは超電導体を用い、
磁性体の磁気シールド作用あるいは超電導体のマイスナ
ー効果による磁気シールド作用を利用するようにしてい
る。

第２図に示すように、上記磁気抵抗素子は基板23上に巾
が一定の超電導体21を中央部の一定鎖線をはさんで左右
対称となるように形成し、この超電導体21の両端に抵抗
測定端子22を設けている。超電導体21の全体は同一特性
の超電導体からなっている。

このように構成することにより、シールド部材24でシー
ルドされた超電導体21の部分に作用する磁界が小さくな
り、全体として抵抗特性の異なる２種類の超電導体を直
列に接続した場合と等価となる。例えば非シールド部が
第９図に示す特性Ｄのような特性を示し、シールド部が
特性Ｃのような特性を示し、全体として特性Ｅのような
特性が得られる。すなわち、全体の電気抵抗は、シール
ドされた部分の電気抵抗とシールドされていない部分の
電気抵抗の総和となる。したがって、直列でない構造の
ものに比して、磁気検出感度が良くなり、かつ測定可能
な磁界領域が広くなる。しかも、この磁気検出装置は、
従来構造のものにシールド部材を設けるだけであるか
ら、簡単に設計および作製することができる。

この例では超電導体21に作用する磁界の一部をシールド
するようにしたが、磁性体よりなる疎のメッシュや透磁
率の低い板を基板23の近辺に置いても同等の効果が得ら
れる。この場合、メッシュの網目サイズや材質あるいは
線径、シールド板の厚み等のシールド性の要因となるも
のを変えることにより、測定可能な磁界領域を更に広げ
ることができる。

第２図に示す超電導体21は基板23上に左右対称に形成さ
れた同一特性の超電導体で構成されているが、特性の異
なる２種類の超電導体、または、特性の異なる３種以上
の超電導体で構成されるようにしてもよい。

なお、磁気抵抗素子は第１図に示すように構成しても良
い。この磁気抵抗素子は基板13上に巾の異なる種類のパ
ターンの超電導体11を直列に形成し、この超電導体11の
両端に抵抗測定端子12を設けている。この場合は、磁気
抵抗素子の組成、製造工程および厚みは一定であるが、
パターン毎にこれらを変えるようにしてもよい。

また、第１図や第２図に示す磁気抵抗素子は基板の同一
平面上に単位長さ当りの特性の異なる超電導体を直列に
形成しているが、基板の表面と裏面に異なる特性の超電
導体を形成し、これらの超電導体を直列に接続するよう
にしてもよい。また、特性の異なる超電導体を形成した
小さな基板を複数枚作成し、これらの基板を１枚の基板
の上に接着し、ワイヤーボンディング等で各超電導体を
接続するようにしてもよい。

また、第１図や第２図に示す磁気抵抗素子は、超電導体
の両端に抵抗測定端子を設け、この抵抗測定端子が電流
電極と電圧電極を兼用するようにしているが、第８図に
示すように電流電極と電圧電極をそれぞれ別々に設ける
ようにしてもよい。

以上は基板上に膜状超電導体を生成した磁気抵抗素子の
場合について説明したが、これに限定されるものではな
く、超電導体を棒状，線状あるいは板状にしたものでも
よく、更に膜状のものと棒状のものを組合わせるといっ
たように、異なる形態の超電導体を組合わせたものでも
よい。

磁界に対する抵抗特性の異なる複数の磁気抵抗素子を直
列に接続した場合は、例えば第９図に示すように、特性
Ｃの素子と、特性Ｄの素子を直列に接続すると特性Ｅに
示すように特性の改善された素子が得られることは上述
した通りであるが、同一特性の素子、例えば特性Ｄの素
子を複数個直列に接続した場合にも、磁界の変化に対す
る抵抗の変化が大きくなり、特性が改善されることがわ
かる。

この同一特性の素子を直列に接続することは例えば第８
図に示す磁気抵抗素子において巾Ｗや厚みｄを同じに
し、長さｌを大きくすることと等価となる。しかしなが
ら、単にｌを大きくすると、同一磁界中に置くことが困
難となり測定精度上問題が生じるので、例えば基板上に
超電導材料を折曲して帯状に作成して検出部を小さくま
とめる必要がある。

しかし、このようにした場合、抵抗を測定するために流
した電流により発生した磁界が検出しようとする磁界分
布を乱すことがある。

そこで、次に、隣接する部分を流れる電流の向きが逆方
向になるようなパターンを持つ第２、第３実施例の磁気
検出装置を説明する。

第４図は第２実施例の磁気検出装置に含まれる磁気抵抗
素子を示している。この磁気抵抗素子は、非磁性誘電体
基板（図示せず）の面上に超電導材料からなる検出部41
を折曲して帯状に作成している。図に示すように、検出
部41は、一端側から略渦巻き状に中心部まで延びる部分
と、上記中心部から上記部分の隙間を通って上記部分と
反対回りに他端側まで延びる部分とを有している。検出
部41の両端には端子部42,42を設けている。

このように磁気抵抗素子の検出部41が略渦巻き状のパタ
ーンとなっているので、基板面上の比較的狭い面積に、
長い電流経路を形成できる。したがって、従来に比し
て、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感度を良くするこ
とができる。また、上記磁気抵抗素子の隣接する部分は
互いに電流が反対向きに流れる。したがって、電流によ
って発生した磁界が互いに打消し合い、検出しようとす
る磁界分布を乱さない。また、磁界を乱さないので、測
定可能な磁界領域を広くすることができる。なお、互い
に反対向きに流れる電流経路が、端部42,42を含む全経
路にわたって隣接しているので、磁界分布を乱さない効
果を極めて大きくすることができる。

なお、端子部42が検出部41に比べて巾が広くなっている
のは、端子部42の電流密度を小さくして磁界によって生
じる抵抗を小さくするためのものである。このような構
造にすることにより、端子部42の磁界強度が検出部41の
磁界強度に対する測定値に誤差として入ることはない。

第５図は第３実施例の磁気検出装置に含まれる磁気抵抗
素子を示している。この磁気抵抗素子は、非磁性誘電体
基板（図示せず）の表面に、第１の部分としての実線で
示す超電導体51aを折曲して帯状に作成するとともに、
上記基板の裏面に、第２の部分としての点線で示す超電
導体51bを折曲して帯状に作成している。詳しくは、超
電導体51aのパターンは、第４図の検出部41と同様に、
抵抗測定端子52aが設けられた一端側から略渦巻き状に
中心部まで延びる部分と、上記中心部から上記部分の隙
間を通って上記部分と反対回りに他端側まで延びる部分
とを有している。超電導体51bは、上記基板に設けられ
たスルーホール53を通して上記超電導体51aの他端側
（抵抗測定素子52aと反対側の端部）に連なり、上記超
電導体51aのパターンを投影したパターンを持ってい
る。すなわち、この超電導体51aと51bは作図の都合上ず
らして描かれているが、それぞれ基板の表と裏に基板に
対して対称となるように作成されている。また、上記超
電導体51bの上記超電導体51aの一端側と対称な端部は、
基板の裏面に設けられた抵抗測定端子52bに接続されて
いる。

このように、基板の両面で、超電導体51a,51bをそれぞ
れ折曲したパターンとしているので、基板面上の比較的
狭い面積に、長い電流経路を形成できる。したがって、
従来に比して、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感度を
良くすることができる。また、基板の各面で上記超電導
体51a,51bの隣接する部分は互いに電流が反対向きに流
れる。しかも、基板の表面と裏面とで、相対する超電導
体51aの部分と超電導体51bの部分は互いに電流が反対向
きに流れる。したがって、電流によって発生した磁界が
互いに打消し合い、検出しようとする磁界分布を乱さな
い。また、磁界を乱さないので、測定可能な磁界領域を
広くすることができる。なお、互いに反対向きに流れる
電流経路が、端部52a,52bを含む全経路にわたって隣接
しているので、第２実施例の磁気検出装置と同様に、磁
界分布を乱さない効果を極めて大きくすることができ
る。

このように、第４図や第５図に示すパターンを形成する
ことにより、電流によって発生する磁界の影響をなく
し、測定範囲が広く、感度の良い磁気抵抗素子を得るこ
とができる。

＜発明の効果＞以上より明らかなように、請求項１の磁気検出装置で
は、シールド部材が磁気抵抗素子の一部に作用する磁界
の一部をシールドするので、磁気抵抗素子がシールドさ
れた部分とシールドされていない部分とで異なる電気抵
抗を示し、この結果、棒状の構造のものに比して、磁気
検出感度を良くし、かつ測定可能な磁界領域を広くする
ことかできる。しかも、シールド部材を設けるだけであ
るから、簡単に設計および作製できる。

また、請求項２の磁気検出装置では、磁気抵抗素子が略
渦巻き状のパターンとなっているので、基板面上の比較
的狭い面積に、長い電流経路を形成できる。したがっ
て、従来に比して、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感
度を良くすることができる。また、上記磁気抵抗素子の
隣接する部分は互いに電流が反対向きに流れるので、電
流によって発生した磁界が互いに打消し合い、検出しよ
うとする磁界分布を乱さない。また、磁界を乱さないの
で、測定可能な磁界領域を広くすることができる。な
お、互いに反対向きに流れる電流経路、つまり、上記磁
気抵抗素子の一端側から中心部までの部分と、上記中心
部から他端側までの部分とが、端部を含む全経路にわた
って隣接しているので、磁界分布を乱さない効果を極め
て大きくすることかできる。

また、請求項３の磁気検出装置では、基板の両面で、第
１の部分と第２の部分とがそれぞれ磁気抵抗素子が折曲
したパターンとなっているので、基板面上の比較的狭い
面積に、長い電流経路を形成できる。したがって、従来
に比して、電気抵抗を大きくでき、磁気検出感度を良く
することができる。また、基板の各面で上記磁気抵抗素
子の隣接する部分は互いに電流が反対向きに流れる。し
かも、基板の一方の面と他方の面とで、第１の部分と第
２の部分は互いに電流が反対向きに流れる。したがっ
て、電流によって発生した磁界が互いに打消し合い、検
出しようとする磁界分布を乱さない。また、磁界を乱さ
ないので、測定可能な磁界領域を広くすることができ
る。なお、互いに反対向きに流れる電流経路、つまり、
第１の部分と第２の部分とが、端部を含む全経路にわた
って隣接しているので、請求項２の磁気検出装置と同様
に、磁界分布を乱さない効果を極めて大きくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の磁気検出装置に含まれる磁気抵抗
素子を示す図、第２図は第１実施例の磁気検出装置に含
まれる磁気抵抗素子を示す図、第３図は第１実施例の磁
気検出装置の概略構成を示す図である。第４図は第２実
施例の磁気検出装置に含まれる磁気抵抗素子を示す図、
第５図は第３実施例の磁気検出装置に含まれる磁気抵抗
素子を示す図である。第６図および第７図はそれぞれ従
来の棒状超電導磁気抵抗素子およびその特性を示す図、
第８図および第９図はそれぞれ従来の膜状超電導磁気抵
抗素子およびその特性を示す図である。 11,21,41,51a,51b……超電導体、 12,22,42,52a,52b……抵抗測定端子、 13,23……基板、24……シールド部材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導材料を有する磁気抵抗素子を用いて
磁界を測定する磁気検出装置において、上記磁気抵抗素子の一部に、上記磁気抵抗素子に作用す
る磁界の一部をシールドするシールド部材を設けたこと
を特徴とする磁気検出装置。
【請求項２】非磁性材料からなる基板の面上に超電導材
料を有する磁気抵抗素子を帯状に設けて、上記磁気抵抗
素子の一端側と他端側との間に通電して磁界を測定する
ようにした磁気検出装置において、上記磁気抵抗素子は、上記一端側から略渦巻き状に中心
部まで延びる部分と、上記中心部から上記部分の隙間を
通って上記部分と反対回りに上記他端側まで延びる部分
とを有することを特徴とする磁気検出装置。
【請求項３】非磁性材料からなる基板の面上に超電導材
料を有する磁気抵抗素子を帯状に折曲して設けて、上記
磁気抵抗素子の一端側と他端側との間に通電して磁界を
測定するようにした磁気検出装置において、上記磁気抵抗素子は、上記基板の一方の面上に、上記一
端側を含み、折曲した隣接する部分を流れる電流の向き
が逆方向になるようなパターンを持つ第１の部分を有す
るとともに、上記基板の他方の面上に、上記基板に設け
られたスルーホールを通して上記第１の部分の上記一端
側と反対側の端部に連なり、上記第１の部分のパターン
を投影したパターンを持つ第２の部分を有することを特
徴とする磁気検出装置。