JP2003344515A - 磁場測定装置 - Google Patents

磁場測定装置

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JP2003344515A
JP2003344515A JP2002157594A JP2002157594A JP2003344515A JP 2003344515 A JP2003344515 A JP 2003344515A JP 2002157594 A JP2002157594 A JP 2002157594A JP 2002157594 A JP2002157594 A JP 2002157594A JP 2003344515 A JP2003344515 A JP 2003344515A
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JP
Japan
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magnetic field
noise
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target
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JP2002157594A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Adachi
善昭 足立
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Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Original Assignee
Kanazawa Institute of Technology (KIT)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象磁場が雑音磁場に比べて微弱な場合で
も、対象磁場検出系のダイナミックレンジを対象磁場の
強さに適合させうるようにする。 【解決手段】 対象磁場検出センサ101で検出した対
象磁場および雑音磁場の両方を含む磁場に、雑音磁場の
みを検出する磁束計61−x〜61−zで検出した雑音
磁場に基づいて発生した補正磁場を加えて、雑音磁場の
影響を抑制する。 【効果】 雑音磁場を抑制した上で対象磁場を対象磁場
検出センサ101で検出するため、雑音磁場で妨げられ
ずに対象磁場を正確に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁場測定装置に関
し、さらに詳しくは、対象磁場が雑音磁場に比べて微弱
な場合でも、対象磁場検出系のダイナミックレンジを対
象磁場の強さに適したものにすることが出来る磁場測定
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の磁場測定装置の一例を示
す構成図である。この磁場測定装置600は、被検体P
から発生した対象磁場および雑音源から発生した雑音磁
場の両方を検出する「線形化された磁束計」61−d
と、直交するx軸,y軸,z軸の各方向のみの雑音磁場
を検出する「線形化された磁束計」61−x,61−
y,61−zと、磁束計61−x,61−y,61−z
からの検出信号INx,INy,INzに加重Wx,Wy,W
zを乗算した補正信号Hx,Hy,Hzを出力する加重回
路3−x,3−y,3−zと、補正信号Hx,Hy,Hz
を加算する加算器4と、磁束計61−dによる検出信号
I’から加算器4で得られた補正信号Cを減算した測定
信号Ioを出力する減算器65と、検出信号INx,IN
y,INzを解析した結果に基づいて最適な加重Wx,W
y,Wzを算出し加重回路3−x,3−y,3−zに設
定する加重最適化部60とを具備して構成されている。
そして、補正信号Cの減算により雑音磁場の影響を抑制
した測定信号Ioに基づいて、対象磁場が測定される。
【0003】図8は、線形化された磁束計61(61−
d,61−x,61−y,61−z)の一例を示す構成
図である。磁束計61は、非線形の検出特性を有する磁
場検出センサ601と、磁場検出センサ601からの検
出信号iを増幅する増幅器602と、増幅器602から
の出力信号を積分した検出信号I’を出力する積分器6
03と、検出信号I’をフィードバック電流Ifに変換
する電圧電流変換器604と、フィードバック電流If
に基づくフィードバック磁場を発生するフィードバック
コイル605とを具備して構成されている。上記のよう
に、入力された磁場に基づく磁場を負帰還することで、
検出特性の線形化が図られる。
【0004】図9は、線形化された磁束計61の他例を
示す構成図である。磁束計61は、非線形の検出特性を
有する磁場検出センサ601と、磁場検出センサ601
からの検出信号vが非反転入力端子に入力された増幅器
702と、増幅器702からの出力信号を積分して検出
信号I’を出力する積分器703と、検出信号I’に基
づくフィードバック信号Vfを増幅器702の反転入力
端子に帰還する帰還インピーダンス704とを具備して
構成されている。上記のように、入力された磁場に基づ
く電圧を負帰還することで、検出特性の線形化が図られ
る。
【0005】なお、雑音磁場の影響の抑制に関連する従
来技術として、特開平9−243722号公報および特
開2001−252252号公報には、被検体から発生
した対象磁場および雑音源から発生した雑音磁場の両方
を検出する対象磁場検出センサと、雑音源から発生した
雑音磁場のみを実質的に検出する雑音磁場検出センサ
と、対象磁場検出センサによる検出信号M(t)に雑音磁
場検出センサによる検出信号N(t)を加重加算した信号
を対象磁場の測定信号とする演算手段とを具備した磁場
測定装置が開示されている。
【0006】特開平9−243722号公報に開示の磁
場測定装置では、対象磁場の測定前の検出信号を基にし
て加重加算の加重が決定されている。一方、特開200
1−252252号公報に開示の磁場測定装置では、注
目時刻を基準とした時間範囲の検出信号を基にして加重
加算の加重が決定されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁場測定装
置600では、線形化された磁束計61−dによる検出
信号I’から、線形化された磁束計61−x,61−
y,61−zによる検出信号INx,INy,INzを加重加
算した補正信号Cを減算するによって、対象磁場の測定
信号Ioを生成していた。しかし、対象磁場が雑音磁場
に比べて微弱な場合には、磁束計61−dすなわち対象
磁場検出系のダイナミックレンジが、雑音磁場の強さに
よって規定されてしまい、対象磁場の強さに適したもの
にならない問題点があった。特に、対象磁場が非常に微
弱な生体磁場である場合には、この問題点が顕著であっ
た。
【0008】同様に、特開平9−243722号公報お
よび特開2001−252252号公報に開示された磁
場測定装置でも、対象磁場検出センサによる検出信号M
(t)と雑音磁場検出センサによる検出信号N(t)の加重
加算によって対象磁場の測定信号を求めていたので、上
記問題点があった。
【0009】そこで、本発明の目的は、対象磁場が雑音
磁場に比べて微弱な場合でも、対象磁場検出系のダイナ
ミックレンジを対象磁場の強さに適したものにすること
が出来る磁場測定装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の観点では、本発明
は、被検体から発生した対象磁場および雑音源から発生
した雑音磁場の両方を検出する対象磁場検出センサと、
前記雑音磁場のみを実質的に検出する雑音磁場検出セン
サと、前記雑音磁場検出センサで検出した雑音磁場に基
づく補正信号を前記対象磁場検出センサ側へ加えて前記
雑音磁場の影響を抑制する補正手段とを具備したことを
特徴とする磁場測定装置を提供する。上記第1の観点に
よる磁場測定装置では、補正信号を加えて雑音磁場を打
ち消す。これにより、対象磁場が雑音磁場に比べて微弱
な場合でも、対象磁場検出系のダイナミックレンジが、
雑音磁場の強さによって規定されなくなり、対象磁場の
強さに適したものにすることが出来る。この結果、微弱
磁場を正確に測定できるようになる。
【0011】第2の観点では、本発明は、上記構成の磁
場測定装置において、前記補正手段は、前記補正信号に
基づく補正磁場を加えることを特徴とする磁場測定装置
を提供する。上記第2の観点による磁場測定装置では、
補正磁場を加えて雑音磁場を打ち消す。これにより、対
象磁場が雑音磁場に比べて微弱な場合でも、対象磁場検
出系のダイナミックレンジが、雑音磁場の強さによって
規定されなくなり、対象磁場の強さに適したものにする
ことが出来る。この結果、微弱磁場を正確に測定できる
ようになる。
【0012】第3の観点では、本発明は、上記構成の磁
場測定装置において、前記補正手段は、前記補正信号に
基づく補正電流または補正電圧を加えることを特徴とす
る磁場測定装置を提供する。上記第3の観点による磁場
測定装置では、補正電流または補正電圧を加えて雑音磁
場を打ち消す。これにより、対象磁場が雑音磁場に比べ
て微弱な場合でも、対象磁場検出系のダイナミックレン
ジが、雑音磁場の強さによって規定されなくなり、対象
磁場の強さに適したものにすることが出来る。この結
果、微弱磁場を正確に測定できるようになる。
【0013】第4の観点では、本発明は、上記構成の磁
場測定装置において、前記補正手段は、前記雑音磁場検
出センサによる検出信号N(t)に加重WをかけたW・N
(t)を補正信号とすることを特徴とする磁場測定装置を
提供する。上記第4の観点による磁場測定装置では、雑
音磁場検出センサによる検出信号N(t)に加重Wをかけ
たW・N(t)を補正信号とする。これにより、制御を簡
単化・高速化できる。
【0014】第5の観点では、本発明は、上記構成の磁
場測定装置において、前記加重Wは、前記雑音磁場のみ
が存在する環境下での前記対象磁場検出センサによる検
出信号M(t)および前記雑音磁場検出センサによる検出
信号N(t)を測定し、(M(t)−W・N(t))の評価時
間の間の積算値が最小となるように決定されたものであ
ることを特徴とする磁場測定装置を提供する。上記第5
の観点による磁場測定装置では、突発的な雑音磁場に左
右されず、平均的な雑音磁場を抑制することが出来る。
【0015】第6の観点では、本発明は、上記構成の磁
場測定装置において、前記評価時間のタイミングは前記
対象磁場を測定する前であり、前記評価時間の長さは1
秒以上であることを特徴とする磁場測定装置を提供す
る。上記第6の観点による磁場測定装置では、対象磁場
を測定する前の1秒以上の雑音磁場を基にして加重Wを
決定するため、最も適切な加重Wを得ることが出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図に示す実施形態により本
発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明
が限定されるものではない。
【0017】−第1の実施形態− 第1の実施形態は、フィードバックコイル(図1の10
5)により補正磁場を加えて雑音磁場を抑制する実施形
態である。
【0018】図1は、第1の実施形態にかかる磁場測定
装置を示す構成図である。この磁場測定装置100は、
被検体Pから発生した対象磁場および雑音源から発生し
た雑音磁場の両方を測定するための「線形化された磁束
計」1と、直交するx軸,y軸,z軸の各方向のみの雑
音磁場を検出する「線形化された磁束計」61−x,6
1−y,61−zとを具備している。通常、z方向は、
被検体Pに対する法線方向である。x方向,y方向は、
被検体Pに対する接線方向である。
【0019】線形化された磁束計1は、非線形の検出特
性を有する対象磁場検出センサ101と、対象磁場検出
センサ101からの検出信号iを増幅する増幅器102
と、増幅器102からの出力信号を積分して測定信号I
を出力する積分器103と、測定信号Iをフィードバッ
ク電流Ifに変換する電圧電流変換器104と、フィー
ドバック電流Ifに基づくフィードバック磁場を発生し
それを対象磁場検出センサ101に入力するフィードバ
ックコイル105とを具備して構成されている。入力さ
れた磁場に基づく磁場の負帰還を行うことで、検出特性
の線形化が図られる。
【0020】線形化された磁束計61−x,61−y,
61−zの構成は、図8および図9を参照して説明した
通りであり、従来と同様の構成である。
【0021】さらに、線形化された磁束計61−x,6
1−y,61−zからの検出信号INx,INy,INzに加
重Wx,Wy,Wzを乗算した補正信号Hx,Hy,Hz
を出力する加重回路3−x,3−y,3−zと、補正信
号Hx,Hy,Hzを加算する加算器4と、検出信号IN
x,INy,INzをデジタルデータNx,Ny,Nzに変換す
るA/D変換器2−x,2−y,2−zと、デジタルデ
ータNx,Ny,Nzを解析して最適な加重Wx,Wy,
Wzを算出しそれを加重回路3−x,3−y,3−zに
設定する加重最適化部11と、フィードバック電流If
に加える補正電流Icを出力する電圧電流変換器5と、
積分器103から出力された測定信号Iをデジタルデー
タMに変換するA/D変換器6と、デジタルデータMを
測定値として蓄積するデータ蓄積部12とを具備してい
る。
【0022】図1では、図示の都合上、対象磁場検出セ
ンサ101を1つだけしか描いていないが、実際には、
被検体Pを覆うように分布させて、多数の対象磁場検出
センサを配設してもよい。
【0023】図2は、図1の磁場測定装置100による
磁場測定処理を示すフロー図である。ステップS1で
は、雑音磁場のみが存在する環境下(対象磁場検出セン
サ101から被検体Pを十分に離した状態)で、加重W
x,Wy,Wzを「0」にして、評価時間の間の、「線形
化された磁束計」1からの測定信号Iに基づくデジタル
データM(t)および「線形化された磁束計」61−x,
61−y,61−zからの検出信号INx,INy,INzに
基づくデジタルデータNx(t),Ny(t),Nz(t)を、デー
タ蓄積部12に蓄積する。評価時間のタイミングは対象
磁場を測定する直前であり、評価時間の長さは1秒以上
である。
【0024】ステップS2では、加重最適化部11は、
蓄積したデジタルデータM(t)およびNx(t),Ny(t),
Nz(t)を基に加重Wx,Wy,Wzを算出し、加重回路3
−x,3−y,3−zに設定する。具体的には、 d=Σ{M(t)−Wx・Nx(t)−Wy・Ny(t)−Wz・Nz
(t)} が最小となるような加重Wx,Wy,Wzを求め、加重回
路3−x,3−y,3−zに設定する。
【0025】ステップS3では、対象磁場検出センサ1
01に被検体Pを近接させる。ステップS4では、「線
形化された磁束計」61−x,61−y,61−zから
の検出信号INx,INy,INzに加重Wx,Wy,Wzを乗
算した補正信号Hx,Hy,Hzを加算した補正信号Cを
電圧電流変換器5で補正電流Icに変換して、フィード
バック電流Ifに重畳してフィードバックコイル105
を駆動しつつ、測定時間の間の、線形化された磁束計1
からの測定信号Iに基づくデジタルデータMを、データ
蓄積部12に蓄積する。
【0026】以上の磁場測定装置100によれば、補正
電流Icによる補正磁場が、対象磁場検出センサ101
に入る雑音磁場を打ち消すようになる。このため、対象
磁場検出系のダイナミックレンジが、雑音磁場の強さに
よって規定されなくなり、対象磁場の強さに適したもの
とすることが出来る。この結果、微弱磁場を正確に測定
できるようになる。
【0027】なお、図2の処理では、加重Wを設定する
処理を測定時間の直前に1回だけ行ったが、定期的に行
ってもよい。この場合、雑音磁場の状態(分布,強度,
方向等)が経時的に変化する場合でも、雑音磁場の影響
を好適に抑制できるようになる。
【0028】−第2の実施形態− 第2の実施形態は、補助フィードバックコイル(図3の
205H)により補正磁場を加えて雑音磁場を抑制する
実施形態である。
【0029】図3は、第2の実施形態にかかる磁場測定
装置を示す構成図である。この磁場測定装置200で
は、線形化された磁束計21におけるフィードバックコ
イルが、主フィードバックコイル205Mと,補助フィ
ードバックコイル205Hとに分かれている。主フィー
ドバックコイル205Mには、電圧電流変換器104か
ら出力されたフィードバック電流Ifが供給される。こ
れにより、磁束固定ループ(Flux Locked Loop)のため
のフィードバック磁場が発生する。補助フィードバック
コイル205Hには、電圧電流変換器5から出力された
補正電流Icが供給される。これにより、雑音磁場を抑
制する補正磁場が発生する。
【0030】以上の磁場測定装置200によれば、主フ
ィードバックコイル205Mに補助フィードバックコイ
ル205Hを付設するので、本来のフィードバック磁場
の強さと,補正磁場の強さとのバランスを容易に加減で
きるようになる。
【0031】−第3の実施形態− 第3の実施形態は、補正専用フィードバックコイル(図
4の305)により補正磁場を加えて雑音磁場を抑制す
る実施形態である。
【0032】図4は、第3の実施形態にかかる磁場測定
装置を示す構成図である。この磁場測定装置300にお
いて、線形化された磁束計31は、非線形の検出特性を
有する対象磁場検出センサ101と、対象磁場検出セン
サ101からの検出信号vが非反転入力端子に入力され
た増幅器302と、増幅器302からの出力信号を積分
して測定信号Iを出力する積分器303と、検出信号I
に基づくフィードバック信号Vfを増幅器702の反転
入力端子に帰還する帰還インピーダンス304とを具備
して構成されている。積分器303から出力された測定
信号Iは、A/D変換器6でデジタルデータMに変換さ
れ、データ蓄積部12に蓄積される。上記のように、入
力された磁場に基づく電圧の負帰還を行うことで、検出
特性の線形化が図られる。また、対象磁場検出センサ1
01の近傍に配設された補正専用フィードバックコイル
305には、電圧電流変換器5から出力された補正電流
Icが供給される。これにより、雑音磁場を抑制する補
正磁場が発生する。
【0033】以上の対象磁場測定装置300によれば、
独立した補正専用フィードバックコイル305により補
正磁場を発生させるので、雑音磁場をいっそう高精度に
抑制できるようになる。
【0034】−第4の実施形態− 第4の実施形態は、補正電流を加えて雑音磁場を抑制す
る実施形態である。
【0035】図5は、第4の実施形態にかかる磁場測定
装置を示す構成図である。この磁場測定装置400にお
いて、線形化された磁束計41の減算器42は、対象磁
場検出センサ101からの検出信号iから、加算器4で
得られた補正信号Cを減算したものを、増幅器302に
入力する。なお、対象磁場検出センサ101が電圧出力
型ならば、減算器42にて補正信号Cを電圧で減算す
る。
【0036】以上の磁場測定装置400によれば、加重
回路3−x,3−y,3−zからの補正信号Hx,Hy,
Hzを加算した補正信号Cが、対象磁場検出センサ10
1に入る雑音磁場による電流を打ち消すようになる。こ
のため、対象磁場検出系のダイナミックレンジが、雑音
磁場の強さによって規定されなくなり、対象磁場の強さ
に適したものとすることが出来る。この結果、微弱磁場
を正確に測定できるようになる。
【0037】−第5の実施形態− 第5の実施形態は、フィードバックコイル(図6の50
4)により、磁場検出センサ503に補正磁場を加えて
雑音磁場を抑制する実施形態である。
【0038】図6は、第5の実施形態にかかる脳磁場測
定装置を示す構成図である。この脳磁場測定装置500
において、線形化された磁束計51は、人の脳から発生
した脳磁場および雑音源から発生した雑音磁場の両方を
検出する脳磁場検出コイル501と、脳磁場検出コイル
501からの検出信号に基づく伝達磁場を発生する伝達
コイル502と、伝達磁場を検出する磁場検出センサ5
03と、磁場検出センサ503からの検出信号vを増幅
する増幅器102と、増幅器102からの出力信号を積
分して測定信号Iを出力する積分器103と、測定信号
Iをフィードバック電流Ifに変換する電圧電流変換器
104と、電圧電流変換器5から出力された補正電流I
cをフィードバック電流Ifに重畳する加算器505
と、加算器505の出力に基づくフィードバック磁場を
発生するフィードバックコイル504とを具備して構成
されている。
【0039】脳磁場検出コイル501と、伝達コイル5
02と、磁場検出センサ503と、フィードバックコイ
ル504と、加算器505は、極低温槽CR中に収容さ
れている。極低温槽CRの底部は、人の頭部Aに合わせ
た湾曲形状となっている。
【0040】以上の脳磁場測定装置500によれば、補
正電流Icによる補正磁場が、脳磁場検出コイル501
に入る雑音磁場を打ち消すようになる。このため、対象
磁場検出系のダイナミックレンジが、雑音磁場の強さに
よって規定されなくなり、対象磁場の強さに適したもの
とすることが出来る。この結果、微弱な脳磁場を正確に
測定できるようになる。
【0041】
【発明の効果】本発明の磁場測定装置によれば、対象磁
場が雑音磁場に比べて微弱な場合でも、対象磁場検出系
のダイナミックレンジを対象磁場の強さに適したものに
することが出来る。この結果、微弱磁場を正確に測定で
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態にかかる磁場測定装置を示す構
成図である。
【図2】第1の実施形態にかかる磁場測定装置による磁
場測定処理を示すフロー図である。
【図3】第2の実施形態にかかる磁場測定装置を示す構
成図である。
【図4】第3の実施形態にかかる磁場測定装置を示す構
成図である。
【図5】第4の実施形態にかかる磁場測定装置を示す構
成図である。
【図6】第5の実施形態にかかる磁場測定装置を示す構
成図である。
【図7】従来の磁場測定装置の一例を示す構成図であ
る。
【図8】図7の磁場測定装置における「線形化された磁
束計」の一例を示す構成図である。
【図9】図7の磁場測定装置における「線形化された磁
束計」の他例を示す構成図である。
【符号の説明】
1,21,31,41,51 線形化された磁束計 61−x,61−y,61−z 線形化された磁束計 3−x,3−y,3−z 加重回路 4 加算器 11 加重最適化部 12 データ蓄積部 42 減算器 100,200,300,400 磁場測定装置 500 脳磁場測定装置 101,503 磁場検出センサ 102,302 増幅器 103,303 積分器 104 電圧電流変換器 105,5 フィードバックコイ
ル 205M 主フィードバックコ
イル 205H 補助フィードバック
コイル 304 帰還インピーダンス 305 補正専用フィードバ
ックコイル 501 脳磁場検出コイル 502 伝達コイル Wx,Wy,Wz 加重

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体から発生した対象磁場および雑音
    源から発生した雑音磁場の両方を検出する対象磁場検出
    センサと、前記雑音磁場のみを実質的に検出する雑音磁
    場検出センサと、前記雑音磁場検出センサで検出した雑
    音磁場に基づく補正信号を前記対象磁場検出センサ側へ
    加えて前記雑音磁場の影響を抑制する補正手段とを具備
    したことを特徴とする磁場測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の磁場測定装置におい
    て、前記補正手段は、前記補正信号に基づく補正磁場を
    加えることを特徴とする磁場測定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の磁場測定装置におい
    て、前記補正手段は、前記補正信号に基づく補正電流ま
    たは補正電圧を加えることを特徴とする磁場測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかに記載
    の磁場測定装置において、前記補正手段は、前記雑音磁
    場検出センサによる検出信号N(t)に加重WをかけたW
    ・N(t)を補正信号とすることを特徴とする磁場測定装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の磁場測定装置におい
    て、前記加重Wは、前記雑音磁場のみが存在する環境下
    での前記対象磁場検出センサによる検出信号M(t)およ
    び前記雑音磁場検出センサによる検出信号N(t)を測定
    し、評価時間の間の(M(t)−W・N(t))の積算値が
    最小となるように決定されることを特徴とする磁場測定
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の磁場測定装置におい
    て、前記評価時間のタイミングは前記対象磁場を測定す
    る前であり、前記評価時間の長さは1秒以上であること
    を特徴とする磁場測定装置。
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WO2019064654A1 (ja) * 2017-09-27 2019-04-04 株式会社日立製作所 溶接管理システム

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