JP2005274544A

JP2005274544A - 磁気シールドルームの磁気漏洩特性の測定方法

Info

Publication number: JP2005274544A
Application number: JP2004092638A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shimizu; 隆行清水; Tofu Ka; 東風何; Masato Yoshizawa; 正人吉澤
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】磁気シールドルームの磁場の漏洩箇所を判断できる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法を提供すること。
【解決手段】磁気シールドルームの壁を挟むようにモバイルＳＱＵＩＤとコイルを配置し、モバイルＳＱＵＩＤ及びコイルが壁上を走査しながら漏洩磁場の測定を行って、漏洩磁場の分布を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に医療機関内に設置された磁気シールドルームの磁気漏洩特性の測定方法に関する。

従来、例えば脳から発生する磁場である脳磁や心臓から発生する心磁などの極めて微弱な生体磁気を、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）で計測するシステムでは、環境磁気雑音を磁気シールドルームで低減させるとともに、グラジオメータと呼ばれる差分ピックアップコイルを使って遠方から来る磁気変動ノイズを低減させている。

生体磁気計測用の磁気シールドルームは１ｍｍ厚の高透磁率パーマロイ板を２〜３枚重ねて１層、またはスペースを設けて２層以上としたパーマロイの壁と、渦電流を利用して磁気遮蔽効果を増すことと高周波磁気遮蔽を目的とするアルミや銅などの高導電率層をパーマロイ層間に入れた構造が一般的である。そして、一般的な２層パーマロイの磁気シールドルームでは、生体磁気計測で重要な０．１Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数領域で数１００〜１０００分の１程度まで環境磁気雑音を低減させる。

ところで、一般に磁気シールドルームは非特許文献１に示された一対のヘルムホルツ状コイルで磁気シールドルームを挟み込み、人工磁場を与えて、磁気遮蔽特性が評価される。フラックスゲート型ガウスメーターを使用して、磁気シールドルーム内の幾つかの測定点（数点）で漏洩磁場の強度を測定していた。

磁気シールドルームの無い場合に検出されるであろう磁界強度をＨｏ（コイル電流から算出される計算値）、磁気シールドルーム内で実際に計測された磁界ＨｉからシールドファクタはＳ＝Ｈｉ／Ｈｏで表現される。これらの磁界は周波数の関数であり、直流を含む各周波数で定義可能で、磁気シールドルームの性能の指標とされている。

従来の磁気遮蔽特性の評価法では、磁気シールドルーム内の幾つかの測定点（数点）で磁界強度を測定し、磁気遮蔽特性が評価されていた。

従来の測定では、ガウスメータを移動させながら測定することが困難であるので、数点での漏洩磁場を測定に留めていた。そのため、磁気シールドルームの何処で磁気が漏洩しているのか判断することが困難であった。

また、従来の一対のヘルムホルツコイルで人工磁場を形成していた。これは、磁気雑音の大きな成分である車の移動や電車などの大型構造物が発生させる磁気外乱をシミュレートすることを主目的としており、できるだけ空間的に均一な磁場の環境下で性能評価させようというものである。つまり、遠隔地に磁場（ノイズ）源を持ち、空間的に均一に近い外乱磁場に対する評価になっていると。しかし、この計測法は比較的近くにある磁場源からの外乱は対象にしていないため、近くに磁場源がある場合の磁気シールドルーム内の特定位置でシールドファクタや磁気勾配を評価することはできない。
ASTM A698/A 698M-92 Standard Test Method for Magnetic ShieldEfficiency in attenuating Magnetic Fields'

本実施形態によれば、遮蔽効果、残留静磁界の分布を高精度に計測できる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法を提供することにある
また、本発明の別の目的は、磁気シールドルームの磁場の漏洩箇所を判断できる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、磁場源が遠隔地及び近接地ある場合の両方を評価可能な磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。

本発明の一例に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法は、磁気シールドルーム内に漏洩磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを設置し、前記磁気シールドルーム外にコイルを設置する工程であって、前記ＳＱＵＩＤ及びコイルは前記ＳＱＵＩＤの壁面上を走査可能であり、前記ＳＱＵＩＤと前記コイルは前記磁気シールドルームの壁を挟むように配置される工程と、漏洩磁場の分布を測定するために前記ＳＱＵＩＤ及びコイルを前記磁気シールドルームの壁面上を走査させる工程であって、前記ＳＱＵＩＤと前記コイルとの相対的な位置関係を変化させない工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一例に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法は、磁気シールドルーム内に漏洩磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを設置し、前記磁気シールドルーム外にコイルを設置する工程であて、前記ＳＱＵＩＤは前記ＳＱＵＩＤの壁面上を走査可能であり、前記ＳＱＵＩＤと前記コイルは前記磁気シールドルームの壁を挟むように配置される工程と、漏洩磁場の侵入距離・強度を測定するために前記ＳＱＵＩＤを前記磁気シールドルームの壁面に対して垂直な方向に移動させる工程であって、前記コイルの位置は変化させない工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一例に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法は、磁気シールドルーム内に漏洩磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを設置し、前記磁気シールドルーム外にコイルを設置する工程であって、前記コイルは前記ＳＱＵＩＤの壁面上を走査可能である工程と、漏洩磁場の分布を測定するために前記コイルを前記磁気シールドルームの壁面上を走査させる工程であって、前記ＳＱＵＩＤの位置は変化させない工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、磁気シールドルームの磁場の漏洩箇所を判断できる。

また、磁場源が遠隔地及び近接地ある場合の両方を評価可能である。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図である。

医療機関内に設置された磁気シールドルームＭＳＲが設置されている。磁気シールドルームＭＳＲ外に人工磁界を発生させるためのコイル１４及び信号生成機１５が設置されている。コイルは、縦０．３ｍ×横０．３ｍの角型ヘルムホルツコイルである。磁気シールドルームＭＳＲ内にモバイルＳＱＵＩＤ（プローブ）１１が配置されている。磁気シールドルームＭＳＲ外に設置されたＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路１２が設置されている。ＦＬＬ回路１２はモバイルＳＱＵＩＤ１１を駆動するための駆動回路である。ＦＬＬ回路１２のからの出力信号がパソコン１３に入力される。

モバイルＳＱＵＩＤ１１について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係わるモバイルＳＱＵＩＤ１１の構成を示す図である。デュアー２１の中に液体窒素または液体ヘリウム２２が貯蔵されている。液体窒素または液体ヘリウム２２中にＳＱＵＩＤ２３が漬けられている。ＳＱＵＩＤは、ｒｆ−ＳＱＵＩＤまたはｄｃ−ＳＱＵＩＤである。ＳＱＵＩＤ２３の周囲、且つデュアー２１の外部に補償コイル２４が設置されている。補償コイル２４から補償磁場を発生させるための電流を供給するための補償回路２５が補償コイル２４に接続されている。

モバイルＳＱＵＩＤ１１の詳細は、
1) Mobile HTS rf SQUID Magnetometor;IEEE Transactions on Applied Supperconductivity, 13-2(2003),200、
2) Mobile high-Tc DC SQUID magnetometor;Physica B, 329-333(2003),1489、
3) High-Tc DC SQUID system cooled by pulse-tube cooler;Physica C, 392-396(2003),1416-1419
に記載されている。

次に、実際の測定について説明する。磁気シールドルームＭＳＲの壁を挟むように、モバイルＳＱＵＩＤ１１とコイル１４とを配置する。信号生成機１５からコイル１４に電流を供給し、６０ｎＴの磁界を発生させる。コイル１４とモバイルＳＱＵＩＤ１１とを平行移動させながら、漏洩磁場の測定を行う。移動時、コイル１４とモバイルＳＱＵＩＤ１１との相対的な位置関係を保つ。モバイルＳＱＵＩＤ１１を移動させることにより、磁場が発生する。発生した磁場をキャンセルするための補償磁場が補償コイル２４及び補償回路２５を用いて発生させている。補償磁場を発生させることによって、モバイルＳＱＵＩＤ１１を移動させながらの測定が可能となる。

本実施形態によれば、持ち運びが容易なため、細部を計測できる。コイル１４、モバイルＳＱＵＩＤ１１を測定箇所に移動させながら計測する事により、１０ｍｍ刻みでの遮蔽効果、残留静磁界を高精度に計測できる。小型（３０ｃｍ角）コイル使用で、細部まで計測。

モバイルＳＱＵＩＤの検出限界が１００ｆＴまであるので、小さなコイルで発生させた１ｐＴ〜１００ｎＴの印加磁界で計測が可能である。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる磁気シールドルームＭＳＲの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図である。

図３に示すように、磁気シールドルームＭＳＲの壁を挟むように、モバイルＳＱＵＩＤ１１とコイル１４とを配置する。信号生成機１５からコイル１４に電流を供給し、６０ｎＴの磁界を発生させる。コイル１４の位置を固定した状態で、モバイルＳＱＵＩＤ１１を磁気シールドルームＭＳＲの壁面に対して垂直な方向に移動させつつ、漏洩磁場の測定を行う。

図４はコイル１４とモバイルＳＱＵＩＤ１１との距離を変化させる方向へ移動させながら漏洩磁場の測定を行った結果である。水平距離２０ｃｍのところの磁気シールドルームＭＳＲの壁の外側にコイル１４を固定し、壁面に垂直な方向にモバイルＳＱＵＩＤ１１を移動させながら測定したものである。モバイルＳＱＵＩＤ１１がコイル１４から遠ざかるに従い測定される磁場は小さくなっていく事がわかる。また、同様の計測を７ライン上で行っている。異なるライン上での測定結果で、磁場の侵入距離・侵入強度が大きく異なっていることが分かる。

上記測定結果から、磁気シールドルームＭＳＲ内での遮蔽特性分布を知る事ができる。磁気ノイズ発生源が局所的にある場合（例えば、ノイズ源が磁気シールドルームＭＳＲ近くにあるとき、または、一方向にあるとき）のシールドルーム内部に形成される磁場分布がわかる。

言い換えると、磁気シールドルームＭＳＲを形成している各シールド壁個別の遮蔽特性を知る事ができる。例えば、ノイズ源が磁気シールドルームＭＳＲの近くに有る場合を、図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、換気扇やエアコン等のノイズ源３１が磁気シールドルームＭＳＲ近くにある。また、ノイズ源が磁気シールドルームＭＳＲに対して一方向にある場合を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）に示すように、鉄道や道路等のノイズ源３２が磁気シールドルームＭＳＲに対して一方向に配置されている。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係わる磁気シールドルームＭＳＲの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図である。

図６に示すように、磁気シールドルームＭＳＲの壁を挟むように、モバイルＳＱＵＩＤ１１とコイル１４とを配置する。信号生成機１５からコイル１４に電流を供給し、６０ｎＴの磁界を発生させる。モバイルＳＱＵＩＤ１１の位置を固定した状態で、コイル１４を磁気シールドルームＭＳＲの壁面に対して水平移動させつつ、漏洩磁場の測定を行う。

図７は、磁気シールドルームＭＳＲに備え付けられている内外連絡用ドア部を測定した結果である。ＭｏｂｉｌｅＳＱＵＩＤを磁気シールドルームＭＳＲ内部の一点に固定し、ドア面外部でコイル１４を移動させ測定を行った。

上記測定を行うと、磁場漏洩箇所の特定ができる。磁気シールドルームＭＳＲにはドア以外にも内外をつなぐための“穴”が幾つかあけられているのが普通である。当然“穴”は磁場漏洩を招くため、磁気シールドルームＭＳＲ内でその影響を避けられる空間を知る事は重要である（この分布については第１の実施形態の手法で知る事ができる）。

一方、シールドルームの壁材の接合箇所における漏洩のように、どこから磁場が漏洩しているかわからない場合の探索には本実施形態で示した測定が有効である。

具体的には、先に示したようにドア部分が挙げられる。ドア部分の漏洩は最も激しく、磁気シールドルームＭＳＲ設計上では厳重に注意しなければならない。ドアと壁材との接合を精度良くとれないと漏洩箇所になるためであるが、設計・設置上難度が非常に高い。漏洩度を知る事で、微調整が可能になるため、最適化させる事ができるようになる。微小な漏洩領域を検出するためにはプローブの感度が要求されるため、ＳＱＵＩＤの使用が必要である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。

第１の実施形態に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図。第１の実施形態に係わるモバイルＳＱＵＩＤの構成を示す図。第２の実施形態に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図。第２の実施形態に係わるヘルムホルツコイルとモバイルＳＱＵＩＤとの距離を変化させる方向へ移動させながら漏洩磁場の測定を行った結果を示す図。第２の実施形態に係わる磁気シールドルームＭＳＲとノイズ源とを示す図。第３の実施形態に係わる磁気シールドルームの磁気遮蔽特性計測法を説明するための図。磁気シールドルームに備え付けられている内外連絡用ドア部を測定した結果を示す図。

符号の説明

１１…モバイルＳＱＵＩＤ，１２…ＦＬＬ回路，１３…パソコン，１４…コイル，１５…信号生成機，２１…デュアー，２２…液体ヘリウム，２３…ＳＱＵＩＤ，２４…補償コイル，２５…補償回路

Claims

磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを具備するプローブと人工磁場発生を発生させるためのコイルとが磁気シールドルームの壁を挟むように配置する工程であって、前記プローブは前記磁気シールドルーム内に設置され、前記コイルは磁気シールドルーム外に設置され、前記プローブは可搬性を有し、前記プローブを移動させながら磁場を測定することが可能である工程と、
前記コイルから前記人工磁場を発生させる工程と、
漏洩磁場の分布を測定するために前記プローブ及びコイルが前記磁気シールドルームの壁面上を走査する工程であって、前記プローブと前記コイルとの相対的な位置関係を変化させない工程とを含むことを特徴とする磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法。
磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを具備するプローブと人工磁場発生を発生させるためのコイルとが磁気シールドルームの壁を挟むように配置する工程であって、前記プローブは前記磁気シールドルーム内に設置され、前記コイルは磁気シールドルーム外に設置され、前記プローブは可搬性を有し、前記プローブを移動させながら磁場を測定することが可能である工程と、
前記コイルから前記人工磁場を発生させる工程と、
漏洩磁場の侵入距離・強度を測定するために前記プローブを前記磁気シールドルームの壁面に対して垂直な方向に移動させる工程であって、前記コイルの位置は変化させない工程とを含むことを特徴とする磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法。
磁場を測定するためのＳＱＵＩＤを具備するプローブと人工磁場発生を発生させるためのコイルとが磁気シールドルームの壁を挟むように配置する工程であって、前記プローブは前記磁気シールドルーム内に設置され、前記コイルは磁気シールドルーム外に設置される工程と、
前記コイルから前記人工磁場を発生させる工程と、
漏洩磁場の分布を測定するために前記コイルが前記磁気シールドルームの壁面上を走査する工程であって、前記プローブの位置は変化させない工程とを含むことを特徴とする磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法。
前記プローブは、前記プローブの移動に伴って発生する磁場をキャンセルするための補償磁場を発生する補償コイルを具備することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気シールドルームの磁気遮蔽特性の測定方法。