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SUPERCONDUCTIVE ACCELEROMETER

Patent code P04A006917
File No. KN000494
Posted date Mar 18, 2005
Application number P2000-265178
Publication number P2002-071706A
Patent number P3360091
Date of filing Sep 1, 2000
Date of publication of application Mar 12, 2002
Date of registration Oct 18, 2002
Inventor
  • (In Japanese)円居 繁治
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
Title SUPERCONDUCTIVE ACCELEROMETER
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a superconductive accelerometer having a higher resolving power with a smaller and simple structure by removing the oscillation of an inertial mass as caused by the convection of a refrigerant as noise in the detection of acceleration.
SOLUTION: This apparatus comprises an inertial mass 10 suspended swingably within a magnetically shielded space in the atmosphere of a gas, a permanent magnet 14 as magnetic field generation means arranged adjacent to it, a SQUID fluxmeter 15 for measuring changes in magnetic flux as caused by variations of the interval between the inertial mass and the magnetic field generation means, A magnetic shield 11, the SQUID fluxmeter 15 and the internal mass 10 surrounding the space are made of a high temperature superconductive material. Thus, the magnetic shield is cooled down below the critical temperature in the transition to the superconductive state thereof, thereby keeping the whole of the accelerometer below the critical temperature in the transition to the superconductive state thereof.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


加速度計は、変位測定、重量測定などのように日常的な使用の機会は少ないとは言え、運動体、機械、構造物の動きや振動を検出するセンサーとして欠くことの出来ないものである。特に、運動体の動きの計測および制御のためには、加速度をそのまま利用する場合だけでなく、1回積分して速度、2回積分して変位の計測に用いられるなど、広く利用されている。高精度の加速度検出が要求される例えば慣性航法の高精度化や、重力異常、地殻変動、地球の重力分布計測等の分野への応用のためには、極めて微小な加速度(10-10g~10-13g程度)が制度良く検出可能であることが要求されるにもかかわらず、従来型の加速度計は10-6gが限界である。
各種の加速度計のうち、超電導加速度計は他の加速度計に比して格段に高い分解能を持ち、10-12gの高分解能が期待出来、このような高分解能加速度計は、慣性航法、重力傾斜計は勿論、地震予知、資源探査、重力波検出にも有用な存在になるものと期待されている。しかし、超電導素材にニオブ、チタン、錫の合金などを用い、冷却剤として液体ヘリウムを用いる低温超電導加速度計は、冷却装置が複雑で大きく、小型・軽量化出来ないという問題があった。
図3に従来の一体型超電導加速度計の構造の模式図を示す。超電導材料製の慣性質量30は、液体ヘリウム36が充填されている超電導磁気シールド31内に、ヒンジ32で支持されて慣性空間に静止している。同様に超電導材料で作られた超電導コイル33には、永久電流が流れ、磁場が発生している。加速度が作用すると、完全反磁性の性質を持つ慣性質量30と超電導コイル33の間隔が変化して磁束密度が変化し、その変化をジョセフソン効果を利用したSQUID磁束計35で計測し、加速度量を得るものである。
このような構造の超電導加速度計は、各構成要素が超電導現象、すなわち慣性質量30が完全反磁性、超電導コイル33がゼロ抵抗、磁束計35がジョセフソン効果を利用するものであるため、磁気シールド31内に液体ヘリウムを冷却媒体として充填し、その中に各構成要素を浸漬することにより、超電導転移温度以下に冷却していた。しかし、磁気シールド外周が断熱構造であっても、完全断熱でない限り、液体ヘリウムは常時沸騰しており、たえず対流が発生し、慣性空間内に静止していなければならない慣性質量30が対流の影響で揺らぐことにより、それが計測される加速度のノイズ成分として出力される。図4は計測されたノイズ成分の1例を示し、ノイズは約10-3gにも及ぶことが判る。このような問題点は、超電導材料を高温超電導材とし、冷却媒体を液体窒素としても同じである。
これに対して、本発明者は、先に、上記の欠点を含まない新構造の超電導加速度計を提案した(特願平11-180153号)。その構造の1例の模式図を図5に示す。ここでは、超電導材料として高温超電導材料を使用し、冷却媒体57としては液体窒素を使用している。超電導磁気シールド51内に、慣性質量50を収納する第1冷却槽58と永久磁石54およびSQUID磁束計55を収納する第2冷却槽59がそれぞれ分離独立して設けられる。第1冷却槽58はヒンジ52を有する連結片で懸架され、慣性質量50はその内部に定置され、冷却媒体である液体窒素の対流による揺らぎの影響を受けない構造とされている。また、磁界発生手段は超電導コイルに変えて永久磁石54を使用することにより、高温超電導材料の加工の難しさの影響を避けている。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は先進慣性航法に用いられる加速度計、特に超電導加速度計の改良に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
磁気的にシールドされた空間内に、揺動可能に懸架された慣性質量、これに隣接して配設された磁界発生手段、および該慣性質量と磁界発生手段との間隔の変化による磁束の変化を計測する磁束計からなる加速度計であって、
上記空間は気体雰囲気であり、該空間を囲む磁気シールドおよび慣性質量は超電導材料性であり、該磁気シールドをその超電導状態への転移の臨界温度以下に冷却することを特徴とする超電導加速度計

【請求項2】
 
請求項1の超電導加速度計において、超電導磁気シールドおよび慣性質量はその超電導状態への転移の臨界温度が液体窒素沸点以上の高温超電導材であることを特徴とする超電導加速度計

【請求項3】
 
請求項1または請求項2の超電導加速度計において、上記磁界発生手段が永久磁石であることを特徴とする超電導加速度計
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2000265178thum.jpg
State of application right Registered
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