DE112020000394T5

DE112020000394T5 - Magnetfeld-kalibrierungsvorrichtung und verfahren zur kalibrierung einer magnetismus-messvorrichtung mit dieser vorrichtung

Info

Publication number: DE112020000394T5
Application number: DE112020000394.9T
Authority: DE
Inventors: Tomohiko Shibuya; Yoshiaki Adachi
Original assignee: Kanazawa Institute Of Tech; Kanazawa Institute of Technology (KIT); TDK Corp
Current assignee: Kanazawa Institute Of Tech; Kanazawa Institute of Technology (KIT); TDK Corp
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20220057470A1; US11846693B2; WO2020145344A1; JPWO2020145344A1; JP7399426B2

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetfeld-Kalibriervorrichtung bereitzustellen, die zur Kalibrierung einer Magnetismus-Messvorrichtung mit zwei oder mehr Messflächen geeignet ist. Eine Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 dient zur Kalibrierung einer Magnetismus-Messvorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren und umfasst einen ersten Halter 10 mit einer ersten Haltefläche S1, einen zweiten Halter 20 mit einer zweiten Haltefläche S2, die eine feste relative Positionsbeziehung zur ersten Haltefläche S1 aufweist, und Magnetismus-erzeugende Teile M, die an der ersten Haltefläche S1 und der zweiten Haltefläche S2 befestigt sind. Somit kann die Kalibrierung mit einem einzigen Arbeitsgang abgeschlossen werden, indem die erste und zweite Haltefläche S1 und S2 der Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 jeweils der ersten und zweiten Messfläche der Magnetismus-Messvorrichtung zugeordnet werden. Da die relative Lagebeziehung zwischen der ersten und der zweiten Haltefläche S1 und S2 feststeht, stimmen zudem die Messergebnisse der einzelnen Messflächen überein.

Description

[Technischer Bereich]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung und insbesondere eine Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung, die zum Kalibrieren einer Magnetismus-Messvorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren verwendet wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Kalibrierung einer solchen Magnetismus-Messvorrichtung.
[Stand der Technik]
Kürzlich wurden Biomagnetismus-Messgeräte wie ein Magnetoenzephalograph, ein Magnetokardiograph und ein Magnetomyograph, die schwachen Biomagnetismus erkennen, der vom Herzen, den Rückenmarkskanälen und den peripheren Nerven einer Person erzeugt wird, für medizinische Anwendungen eingesetzt. Solche Biomagnetismus-Messgeräte detektieren den Magnetismus, der durch einen schwachen Strom erzeugt wird, der die Erregung der Zellen begleitet, aus denen diese Organe bestehen, und sind wichtige Geräte für die Diagnose von Herzkrankheiten, neurologischen Störungen und dergleichen. Die Biomagnetismus-Messgeräte verwenden im Allgemeinen einen SQUID-Sensor, der ein schwaches Magnetfeld mit hoher Empfindlichkeit erfassen kann.
Bei der Biomagnetismus-Messung mit dem SQUID-Sensor wird im Voraus ein Kalibrierungsvorgang durchgeführt, um den Messfehler zu reduzieren. Das Nicht-Patentdokument 1 schlägt zum Beispiel ein Kalibrierungsverfahren vor, das eine Magnetismusmessung unter Verwendung des SQUID-Sensors durchführt, während nacheinander Strom in einer Vielzahl von dreiachsigen Magnetfeldspulen fließt, die auf einer vorbestimmten Ebene angeordnet sind, und das die Methode der kleinsten Quadrate verwendet, um ein inverses Problem aus einem Ergebnis der Messung zu lösen.
[Zitierliste]
[Nicht-Patentdokument]
[Nicht-Patentdokument 1] Calibration for a Multichannel Magnetic Sensor Array of a Magnetospinography System, Yoshiaki Adachi et al. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS VOL. 50, NO. 11, NOVEMBER 2014.
(Zusammenfassung der Erfindung)
[Problem, das durch die Erfindung gelöst werden soll]
Der SQUID-Sensor muss jedoch mit flüssigem Helium gekühlt werden, was die Gerätegröße und die Betriebskosten erhöht. Außerdem hat der SQUID-Sensor nur eine Messfläche und hat eine strukturelle Schwierigkeit, wenn er zwei oder mehr Messflächen hat.
Solche Probleme können dadurch gelöst werden, dass ein magnetischer Widerstandssensor (im Folgenden als „MR-Sensor“ abgekürzt) in einer Magnetismus-Messvorrichtung mit den in einem Array angeordneten MR-Sensoren überempfindlich
gemacht wird. Zu den MR-Sensoren gehören z. B. ein Riesenmagnetowiderstandssensor (im Folgenden als „GMR-Sensor“ abgekürzt), ein Tunnelmagnetowiderstandssensor (im Folgenden als „TMR-Sensor“ abgekürzt) und ein anisotroper Magnetowiderstandssensor (im Folgenden als „AMR-Sensor“ abgekürzt). Solche MR-Sensoren sind preiswerter und kleiner als der SQUID-Sensor und werden daher häufig zur berührungslosen Rotations- und Positionserfassung eingesetzt. Obwohl insbesondere im Anwendungsbereich der Rotationserfassung und Positionserfassung keine Notwendigkeit besteht, die Empfindlichkeit des MR-Sensors zu erhöhen, gilt der überempfindliche MR-Sensor als vielversprechend für eine Alternative zum SQUID-Sensor.
Ein Biomagnetismus-Messgerät, das den MR-Sensor verwendet, muss nicht mit flüssigem Helium gekühlt werden und kann zwei oder mehr Messflächen haben, während es gleichzeitig miniaturisiert ist. Als Alternative zum MR-Sensor können auch ein Fluxgate-Magnetometer und ein Magnetoimpedanz-Sensor verwendet werden, die bei Raumtemperatur arbeiten.
Bei der im obigen Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Kalibrierungsmethode muss die Kalibrierung jedoch für jede Messfläche durchgeführt werden, so dass sich die Kalibrierungszeit bei zwei oder mehr Messflächen nachteilig verlängert. Außerdem werden die Kalibrierungsergebnisse für eine Messfläche und eine andere Messfläche getrennt ausgegeben, so dass die erhaltenen Ergebnisse zwischen den Messflächen nicht immer übereinstimmen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Magnetfeld-Kalibriervorrichtung bereitzustellen, die bei der Kalibrierung für ein Magnetismus-Messgerät mit zwei oder mehr Messflächen angewendet wird und in der Lage ist, die Kalibrierzeit zu reduzieren und eine Übereinstimmung der Messergebnisse zwischen den Messflächen zu ermöglichen.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Eine Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Kalibrieren einer Magnetismus-Messvorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren verwendet und umfasst einen ersten Halter mit einer ersten Haltefläche, einen zweiten Halter mit einer zweiten Haltefläche, die eine feste relative Positionsbeziehung zu der ersten Haltefläche aufweist, mindestens ein erstes Magnetismus-erzeugendes Teil, das an der ersten Haltefläche befestigt ist, und mindestens ein zweites Magnetismus-erzeugendes Teil, das an der zweiten Haltefläche befestigt ist.
Ein Verfahren zur Kalibrierung einer Magnetismus-Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer Magnetismus-Messvorrichtung, die eine erste und eine zweite Messfläche aufweist, die jeweils mit einer Vielzahl von Magnetsensoren versehen sind, und die Magnetfelder von den ersten und zweiten Magnetismus-erzeugenden Teilen in einem Zustand erzeugt, in dem die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung an der Magnetismus-Messvorrichtung so befestigt ist, dass die erste Haltefläche des ersten Halters der ersten Messfläche zugewandt ist und dass die zweite Haltefläche des zweiten Halters der zweiten Messfläche zugewandt ist, um die Vielzahl von Magnetsensoren zu kalibrieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Magnetismus-erzeugende Teil auf jeder der ersten und zweiten Halteflächen mit einer festen relativen Positionsbeziehung vorgesehen, so dass durch die Zuordnung der ersten und zweiten Halteflächen der Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung jeweils zu den ersten und zweiten Messflächen der Magnetismus-Messvorrichtung die Kalibrierung mit einem einzigen Vorgang abgeschlossen werden kann. Da die relative Lagebeziehung zwischen der ersten und der zweiten Haltefläche fest ist, stimmen außerdem die Messergebnisse der einzelnen Messflächen überein.
In der vorliegenden Erfindung können die ersten und zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile jeweils eine erste Spule, die in einer ersten Achsenrichtung gewickelt ist, eine zweite Spule, die in einer zweiten Achsenrichtung senkrecht zur ersten Achsenrichtung gewickelt ist, und eine dritte Spule, die in einer dritten Achsenrichtung senkrecht sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung gewickelt ist, umfassen. Dies ermöglicht die Erzeugung von Magnetfeldern in drei Richtungen von jedem der ersten und zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile, wodurch die Kalibrierung genauer durchgeführt werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl der ersten Magnetismus-erzeugenden Teile an der ersten Haltefläche des ersten Halters befestigt werden, und eine Vielzahl der zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile kann an der zweiten Haltefläche des zweiten Halters befestigt werden. Dadurch kann ein ausreichend starkes magnetisches Referenzsignal sowohl an einen Magnetsensor nahe der ersten Haltefläche und entfernt von der zweiten Haltefläche als auch an einen Magnetsensor nahe der zweiten Haltefläche und entfernt von der ersten Haltefläche gegeben werden, wodurch das SN-Verhältnis der Messung im Kalibrierungsvorgang erhöht wird. Auf diese Weise kann die Kalibrierung auch dann genauer durchgeführt werden, wenn die Magnetismus-Messvorrichtung eine Vielzahl von Messflächen aufweist. Außerdem kann durch die genaue Definition des relativen Abstands und des relativen Winkels zwischen dem ersten und dem zweiten Halteteil die Positioniergenauigkeit der relativen Position zwischen den in verschiedenen Messflächen angeordneten Magnetsensoren erhöht werden.
In diesem Fall kann die Vielzahl der ersten Magnetismus-erzeugenden Teile in einem Array angeordnet sein, und die Vielzahl der zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile und einige der Vielzahl der Magnetismus-erzeugenden Teile können in einem Array angeordnet sein. Bei dieser Konfiguration sind einige Magnetismus-erzeugende Teile gemeinsam zwei im Magnetismus-Messgerät vorgesehenen Messflächen zugeordnet, wodurch die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung können die erste und die zweite Haltefläche senkrecht zueinander stehen. Dadurch kann eine Kalibrierung für ein Magnetismus-Messgerät mit zwei senkrecht zueinander stehenden Messflächen durchgeführt werden.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Magnetfeld-Kalibriervorrichtung bereitgestellt werden, die zur Kalibrierung einer Magnetismus-Messvorrichtung mit zwei oder mehr Messflächen geeignet ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Magnetfeldkalibriervorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine xy-Draufsicht auf die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 in z-Richtung gesehen.
3 ist eine yz-Draufsicht auf die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 in x-Richtung gesehen.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus des Magnetismus-erzeugenden Teils M.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Magnetismus-Messvorrichtung 2 zeigt, die einer Kalibrierung durch die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 unterzogen wird.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 zum Kalibrieren der Magnetismus-Messvorrichtung 2 verwendet wird.
7 ist ein schematisches Diagramm, das eine erste Modifikation zeigt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine zweite Modifikation zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine dritte Modifikation zeigt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine vierte Modifikation zeigt.
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine fünfte Modifikation zeigt.
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine sechste Modifikation zeigt.
13 ist ein schematisches Diagramm, das eine siebte Modifikation zeigt.

Modus zur Durchführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Magnetfeldkalibriervorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine xy-Ebenenansicht der Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 in z-Richtung, und 3 ist eine yz-Ebenenansicht der Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 in x-Richtung.
Die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Kalibrierung für eine Magnetismus-Messvorrichtung verwendet und hat, wie in den 1 bis 3 dargestellt, einen ersten Halter 10, einen zweiten Halter 20 und eine Vielzahl von Magnetismus-erzeugenden Teilen M, die an einer ersten Haltefläche S1 des ersten Halters 10 und einer zweiten Haltefläche S2 des zweiten Halters 20 befestigt sind. Der erste und der zweite Halter 10 und 20 haben jeweils eine plattenartige Form aus einem nichtmagnetischen Material, wie z. B. Acryl, und sind aneinander befestigt. Die erste Haltefläche S1 des ersten Halters 10 bildet die xy-Ebene, und die zweite Haltefläche S2 des zweiten Halters 20 bildet die yz-Ebene.
An der ersten Haftfläche S1 des ersten Halters 10 sind neun Magnetismus-erzeugende Teile M₁₁₁, M₁₂₁, M₁₃₁, M₂₁₁, M₂₂₁, M₂₃₁, M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁ befestigt. An der zweiten Haltefläche S2 des zweiten Halters 20 sind sechs Magnetismus-erzeugende Teile M₃₁₂, M₃₂₂, M₃₃₂, M₃₁₃, M₃₂₃ und M₃₃₃ befestigt. Der tiefgestellte Index xyz, der jedem Magnetismus-erzeugenden Teil M angefügt ist, gibt die x-, y- und z-Koordinatenpositionen an. Wenn in der vorliegenden Beschreibung keine besondere Notwendigkeit besteht, eine Unterscheidung zwischen den mehreren Magnetismus-erzeugenden Teilen M zu treffen, werden sie gemeinsam als „Magnetismus-erzeugendes Teil M‟ oder „Magnetismus-erzeugende Teile M‟ bezeichnet.
Wie in 2 dargestellt, bilden die neun Magnetismus-erzeugenden Teile M₁₁₁, M₁₂₁, M₁₃₁, M₂₁₁, M₂₂₁, M₂₃₁, M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁, die an der ersten Haltefläche S1 befestigt sind, eine erste Gruppe G1, die in einer Anordnung in der xy-Ebene angeordnet ist. Die neun Magnetismus-erzeugenden Teile M, die die erste Gruppe G1 bilden, sind in der z-Koordinate gleich und unterscheiden sich in mindestens einer der x- und y-Koordinaten voneinander. Wie in 3 dargestellt, bilden die drei Magnetismus-erzeugenden Teile M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁, die an der ersten Haltefläche S1 befestigt sind, und sechs Magnetismus-erzeugende Teile M₃₁₂, M₃₂₂, M₃₃₂, M₃₁₃, M₃₂₃ und M₃₃₃, die an der zweiten Haltefläche S2 befestigt sind, eine zweite Gruppe G2. Die neun Magnetismus-erzeugenden Teile M, die die zweite Gruppe G2 bilden, sind in der x-Koordinate gleich und unterscheiden sich in mindestens einer der y- und z-Koordinaten voneinander. Somit gehören die drei Magnetismus-erzeugenden Teile M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁, die an der ersten Haltefläche S1 befestigt sind, sowohl zu der ersten als auch zu der zweiten Gruppe G1 und G2.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur Erläuterung des Aufbaus des Magnetismus-erzeugenden Teils M.
Wie in 4 dargestellt, hat der Magnetismus-erzeugende Teil M einen kugelförmigen Spulenkörper 30, eine erste, zweite und dritte Spule Cx, Cy und Cz, die um den Spulenkörper 30 gewickelt sind, und acht Schenkelteile 31 bis 38, die mit dem Spulenkörper 30 verbunden sind. Die erste Spule Cx ist mit ihrer Spulenachse in Richtung der x-Achse gewickelt, die zweite Spule Cy ist mit ihrer Spulenachse in Richtung der y-Achse gewickelt und die dritte Spule Cz ist mit ihrer Spulenachse in Richtung der z-Achse gewickelt. Die erste, zweite und dritte Spule Cx, Cy und Cz sind unabhängig voneinander und können bei Bestromung gewünschte Magnetfelder in den drei Achsenrichtungen erzeugen. Einige der Schenkelteile 31 bis 38 haben Schraublöcher 39 zur Befestigung des Magnetismus-erzeugenden Teils M am ersten Halter 10 oder zweiten Halter 20.
5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild einer Magnetismus-Messvorrichtung 2 zeigt, die einer Kalibrierung durch die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 unterzogen wird.
Die in 5 dargestellte Magnetismus-Messvorrichtung 2 hat eine erste Messfläche 41, die die xy-Ebene bildet, und eine zweite Messfläche 42, die die yz-Ebene bildet. Auf der ersten und zweiten Messfläche 41 und 42 sind jeweils Sensorköpfe einer Vielzahl von Magnetsensoren 50 in einem Array angeordnet. Bei der tatsächlichen Verwendung der Magnetismus-Messvorrichtung 2 wird ein zu messendes Objekt, z. B. ein Subjekt, in einem Bereich platziert, der den ersten und zweiten Messflächen 41 und 42 zugewandt ist, und ein Magnetfeld wird unter Verwendung der Vielzahl von Magnetsensoren 50 gemessen, die in einem Array auf der ersten Messfläche 41 und der Vielzahl von Magnetsensoren 50, die in einem Array auf der zweiten Messfläche 42 angeordnet sind. Der Magnetsensor 50 weist ein oder zwei oder mehr magnetoempfindliche Elemente auf, die z. B. MR-Sensoren sind. Als MR-Sensor können z. B. ein GMR-Sensor, ein TMR-Sensor und ein AMR-Sensor verwendet werden. Weiterhin können alternativ zum MR-Sensor ein Fluxgate-Magnetometer und ein Magnetoimpedanz-Sensor verwendet werden.
Auf der ersten Messfläche 41 des Magnetismus-Messgerätes 2 sind die Sensorköpfe der Magnetsensoren 50 in xy-Richtung angeordnet, auf der zweiten Messfläche 42 des Magnetismus-Messgerätes 2 sind die Sensorköpfe der Magnetsensoren 50 in yz-Richtung angeordnet. Durch die Verwendung der so konfigurierten zwei Messflächen 41 und 42 kann ein vom Objekt erzeugtes schwaches Magnetfeld gemessen werden.
Obwohl die Position, die Neigung und die Empfindlichkeit jedes Magnetsensors 50 bei der Herstellung bis zu einem gewissen Grad bekannt sind, können die tatsächliche Position, die Neigung und die Empfindlichkeit Abweichungen enthalten. Wenn also das vom zu messenden Objekt erzeugte Magnetfeld sehr schwach ist, führen die Abweichungen zu einem großen Messfehler. Daher muss bei der tatsächlichen Verwendung der Magnetismus-Messvorrichtung 2 im Voraus ein Kalibrierungsvorgang durchgeführt werden. Die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für einen solchen Zweck verwendet.
6 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 zur Kalibrierung der Magnetismus-Messvorrichtung 2 verwendet wird.
Wie in 6 dargestellt, wird die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 bei der Kalibrierung so an der Magnetismus-Messvorrichtung 2 befestigt, dass die erste Haltefläche S1 des ersten Halters 10 der ersten Messfläche 41 der Magnetismus-Messvorrichtung 2 gegenüberliegt und dass die zweite Haltefläche S2 des zweiten Halters 20 der zweiten Messfläche 42 der Magnetismus-Messvorrichtung 2 gegenüberliegt. Die Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 muss nicht unbedingt in Bezug auf die Magnetismus-Messvorrichtung 2 positioniert werden und kann in jeder beliebigen Position fixiert werden, solange sich die relative Positionsbeziehung zwischen der Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 und der Magnetismus-Messvorrichtung 2 während der Kalibrierung nicht ändert.
Somit sind die Magnetfelder die von den neun Magnetismus-erzeugenden Teilen M₁₁₁, M₁₂₁, M₁₃₁, M₂₁₁, M₂₂₁, M₂₃₁, M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁, die die erste Gruppe G1 bilden, erzeugt werden, hauptsächlich von der Vielzahl von Magnetsensoren 50 erfasst, die auf der ersten Messfläche 41 angeordnet sind, und Magnetfelder, die von den neun Magnetismus-erzeugenden Teilen M₃₁₁, M₃₂₁, M₃₃₁, M₃₁₂, M₃₂₂, M₃₃₂, M₃₁₃, M₃₂₃ und M₃₃₃, die die zweite Gruppe G2 bilden, erzeugt werden, hauptsächlich von der Vielzahl von Magnetsensoren 50 erfasst, die auf der zweiten Messfläche 42 angeordnet sind.
Bei der Kalibrierung wird der Strom in den Spulen Cx, Cy und Cz, die in jedem Magnetismus-erzeugenden Teil M enthalten sind, einzeln zum Fließen gebracht, die zu diesem Zeitpunkt erzeugten Magnetfelder werden von den Magnetsensoren 50 gemessen, wodurch Magnetfelddaten erfasst werden. Der obige Vorgang wird für jede der Spulen Cx, Cy und Cz durchgeführt, die in jedem Magnetismus-erzeugenden Teil M enthalten sind, und die Methode der kleinsten Quadrate wird verwendet, um ein inverses Problem basierend auf den erfassten Magnetfelddaten zu lösen, wodurch eine Kalibrierung für jeden Magnetsensor 50 erreicht wird.
Insbesondere unter der Annahme, dass der Ausgabewert des Magnetsensors 50 V_meas ist und dass ein an der Position des Magnetsensors durch jede Spule erzeugtes Magnetfeld B_meas ist, ist Bmeas = g ▪ Vmeas erfüllt, wobei g die Empfindlichkeit des Magnetsensors 50 ist. Die Position, die Neigung und die Empfindlichkeit jedes Magnetsensors 50 sind bis zu einem gewissen Grad bekannt, so dass ein geschätztes Magnetfeld B_cal, das von jeder Spule an jeden Magnetsensor 50 angelegt wird, durch Kreisintegration basierend auf der Position (x, y, z) von jeder Spule, der Neigung (θ , ϕ) und der Empfindlichkeit (G) berechnet werden kann. Die Neigung ϕ gibt einen Winkel in der z-Richtung um die x-Achse an, und die Neigung ϕ gibt einen Winkel in der y-Richtung um die x-Achse an. Durch eine Berechnung mit der Methode der kleinsten Quadrate, um den Wert E in der folgenden Gleichung (1) zu minimieren, können die tatsächliche Position (x, y, z) und Neigung (θ,ϕ ) des Magnetsensors 50 berechnet werden.
[Gleichung 1] $E = 1 - \frac{{(B_{c a l} \cdot V_{m e a s})}^{2}}{{| B_{c a l} |}^{2} {| V_{m e a s} |}^{2}}$
Weiterhin kann durch Lösen der folgenden Gleichung (2) die tatsächliche Empfindlichkeit g des Magnetsensors 50 berechnet werden.
[Gleichung 2] $g = \frac{{| B_{c a l} |}^{2}}{B_{c a l} \cdot V_{m e a s}}$
Nachdem auf diese Weise die Position, die Neigung und die Empfindlichkeit jedes Magnetsensors 50 erfasst wurden, werden die tatsächlichen Messwerte anhand der erhaltenen Werte korrigiert, wodurch eine genaue Magnetismusmessung durchgeführt werden kann.
Wie oben beschrieben, hat die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur, bei der der erste Halter 10 mit der ersten Haltefläche S1, die die xy-Ebene bildet, und der zweite Halter 20 mit der zweiten Haltefläche S2, die die yz-Ebene bildet, aneinander befestigt sind, und die ersten und zweiten Halteflächen S1 und S2 haben jeweils die Mehrzahl von Magnetismus-erzeugenden Teilen M, wodurch ein Kalibrierungsvorgang gleichzeitig für die Magnetismus-Messvorrichtung 2 mit der ersten Messfläche 41, die die xy-Ebene bildet, und der zweiten Messfläche 42, die die yz-Ebene bildet, durchgeführt werden kann. Darüber hinaus sind der erste und der zweite Halter 10 und 20 aneinander befestigt, so dass das von der ersten Messfläche 41 und das von der zweiten Messfläche 42 erhaltene Messergebnis übereinstimmen, d.h. kein Fehler zwischen ihnen auftritt.
Ferner gehören in der Magnetfeld-Kalibriervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die drei an der ersten Haltefläche S1 befestigten Magnetismus-erzeugenden Teile M₃₁₁, M₃₂₁ und M₃₃₁ sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe G1 und G2 an, wodurch die Anzahl der Komponenten reduziert werden kann.
Es werden mindestens sechs Spulen benötigt, um die sechs Parameter Position (x, y, z), Neigung (θ ,ϕ ) und Empfindlichkeit (G) zu bestimmen. Solange also das Magnetismus-erzeugende Teil M die drei Spulen Cx, Cy und Cz aufweist und die von den Spulen erzeugten Magnetfelder von jedem Magnetsensor 50 erfasst werden können, ist es möglich, die oben genannten sechs Parameter zu bestimmen, indem mindestens ein Magnetismus-erzeugendes Teil M auf jeder der ersten und zweiten Halteflächen S1 und S2 vorgesehen wird.
Obwohl der erste und der zweite Halter 10 und 20 in der obigen Ausführungsform direkt aneinander befestigt sind, können sie auch indirekt über ein Verbindungselement 60 aneinander befestigt sein, wie in einer ersten Modifikation, die in 7 dargestellt ist.
Ferner müssen die erste Haltefläche S1 des ersten Halters 10 und die zweite Haltefläche S2 des zweiten Halters 20 , obwohl sie in der obigen Ausführungsform senkrecht zueinander stehen, nicht senkrecht sein wie in einer zweiten Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist. Obwohl der von der ersten Haltefläche S1 und der zweiten Haltefläche S2 gebildete Winkel in dem Beispiel von 8 stumpf ist, kann er auch spitz sein. Ferner können die erste und zweite Haltefläche S1 und S2 parallel zueinander sein, wie in einer dritten, in 9 dargestellten Modifikation. In dem Beispiel von 9 bilden sowohl die erste als auch die zweite Haltefläche S1 und S2 die yz-Ebene.
Obwohl sowohl die erste als auch die zweite Haltefläche S1 und S2 in der obigen Ausführungsform zu einer ebenen Oberfläche geformt sind, kann eine oder beide der ersten und zweiten Halteflächen S1 und S2 zu einer gekrümmten Oberfläche geformt werden, wie in einer vierten Modifikation in 10 dargestellt. Im Beispiel von 10 ist die erste Haltefläche S1 zu einer gekrümmten Oberfläche und die zweite Haltefläche S2 zu einer ebenen Oberfläche geformt. Ferner kann der erste Halter 10, wie in einer fünften Modifikation in 11 dargestellt, sowohl die erste als auch die zweite Haltefläche S1 und S2 aufweisen, die durchgehend ausgebildet sind.
Obwohl die Magnetismus-erzeugenden Teile M in der obigen Ausführungsform auf der ersten und zweiten Haltefläche S1 und S2 vorgesehen sind, können die Magnetismus-erzeugenden Teile M auch auf drei Flächen vorgesehen sein, wie in einer sechsten Modifikation, die in 12 dargestellt ist. Im Beispiel von 12 bildet die erste Haltefläche S1 die xy-Ebene, und die zweite und dritte Haltefläche S2 und S3 bilden die yz-Ebene. Wie in einer siebten Modifikation in 13 dargestellt, können die erste Haltefläche S1, die zweite Haltefläche S2 und die dritte Haltefläche S3 die xy-Ebene, die yz-Ebene bzw. die xz-Ebene bilden. Des Weiteren kann die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung, obwohl nicht dargestellt, vier oder mehr Flächen haben, an denen die Magnetismus-erzeugenden Teile M jeweils befestigt sind.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern modifiziert und geändert werden kann, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Magnetfeld-Kalibriereinrichtung
2: Magnetismus-Messgerät
10: erster Halter
30: zweiter Halter
31-38: Schenkelteil
39: Schraubenloch
41, 42: Messfläche
50: Magnetsensor
60: Verbindungselement
Cx, Cy, Cz: Spule
G1: erste Gruppe
G2: zweite Gruppe
M: Magnetismus-erzeugender Teil
S1: erste Haltefläche
S2: zweite Haltefläche
S3: dritte Haltefläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Calibration for a Multichannel Magnetic Sensor Array of a Magnetospinography System, Yoshiaki Adachi et al. IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS VOL. 50, NO. 11, NOVEMBER 2014 [0004]

Claims

Eine Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung, die zum Kalibrieren einer Magnetismus-Messvorrichtung mit einer Vielzahl von Magnetsensoren verwendet wird, wobei die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung umfasst: einen ersten Halter mit einer ersten Haltefläche; einen zweiten Halter mit einer zweiten Haltefläche, die in einer festen relativen Lagebeziehung zur ersten Haltefläche steht; mindestens ein erstes Magnetismus-erzeugendes Teil, das an der ersten Haltefläche befestigt ist; und mindestens ein zweites Magnetismus-erzeugendes Teil, das an der zweiten Haltefläche befestigt ist.
Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der ersten und zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile eine erste Spule, die in einer ersten Achsenrichtung gewickelt ist, eine zweite Spule, die in einer zweiten Achsenrichtung senkrecht zur ersten Achsenrichtung gewickelt ist, und eine dritte Spule, die in einer dritten Achsenrichtung senkrecht sowohl zur ersten Achsenrichtung als auch zur zweiten Achsenrichtung gewickelt ist, umfasst.
Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere der ersten Magnetismus-erzeugenden Teile an der ersten Haltefläche des ersten Halters befestigt sind und mehrere der zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile an der zweiten Haltefläche des zweiten Halters befestigt sind.
Magnetfeld-Kalibriervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl der ersten Magnetismus-erzeugenden Teile in einem Array angeordnet sind, und wobei die Mehrzahl der zweiten Magnetismus-erzeugenden Teile und einige der Mehrzahl der Magnetismus-erzeugenden Teile in einem Array angeordnet sind.
Magnetfeld-Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste und zweite Haltefläche senkrecht zueinander stehen.
Kalibrierverfahren einer Magnetismus-Messvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Messfläche, die jeweils mit einer Vielzahl von Magnetsensoren versehen sind, wobei das Kalibrierverfahren umfasst: Erzeugen von Magnetfeldern von den ersten und zweiten Magnetismus-erzeugenden Teilen in einem Zustand, in dem die Magnetfeld-Kalibrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 so an der Magnetismus-Messvorrichtung befestigt ist, dass die erste Haltefläche des ersten Halters der ersten Messfläche zugewandt ist und dass die zweite Haltefläche des zweiten Halters der zweiten Messfläche zugewandt ist, um die Vielzahl von Magnetsensoren zu kalibrieren.