JP2007170880A

JP2007170880A - 磁場検出装置

Info

Publication number: JP2007170880A
Application number: JP2005365647A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Miyazawa; 俊行宮澤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】様々な目的、環境磁場の測定が容易に可能となる磁場検出装置を実現する。
【解決手段】検出側から順次配置された第１、第２、第３、第４の検出コイルと、前記第１の検出コイルの巻き始めに一端が接続された第１の検出リードと、前記第４の検出コイルの巻き終わりに一端が接続された第２の検出リードとを有する２次微分型グラジオメータを具備する磁場検出装置において、前記第１の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第３の検出リードと、前記第２の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第４の検出リードとを具備したことを特徴とする磁場検出装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁場検出装置に関するもので、特に、空間領域に存在する磁場、及び特定の磁場発生源からの磁場をそれぞれ検出できるように動作することができる磁場検出装置に関するものである。

磁場検出装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

川西健次等編、「電気工学ハンドブック」、初版、株式会社朝倉書店、１９９８年１１月１０日、Ｐ９４−Ｐ９５、図２．１．１７。

図３は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図３において、巻数Ｎ１の検出コイル１１、その信号出力１、信号出力２からなるマグネトメータが示されている。
この検出コイル１１は、検出コイル１１を鎖交する磁場を全て検出する。

図４は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図４において、巻数Ｎ２の検出コイル１２と、このコイルから距離ｄ１離れた位置に平行に設置され、検出コイル１２と逆方向巻で巻数Ｎ２の検出コイル１３と、その信号出力３、信号出力４とからなる構成の１次微分型グラジオメータが示されている。
この１次微分型グラジオメータは、検出コイル１２の近くに測定対象の磁場源があるものとすると、磁場源にて磁場が発生したとき、検出コイル１２には磁場源からの磁場と周囲環境磁場の双方が加わる。

コイル１３には周囲環境磁場が加わる。
コイル１３は、コイル１２と逆方向に巻かれているため、コイル１２に加わった周囲環境磁場とコイル１３に加わった周囲環境磁場は打ち消しあい、信号出力３、信号出力４からは磁場源からの磁場が出力される。

図５は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。
図５において、巻数Ｎ３の検出コイル１４と、検出コイル１４から距離ｄ２離れた位置に平行に検出コイル１４と逆方向巻で巻数Ｎ３の検出コイル１５、検出コイル１６が設置され、さらに検出コイル１６から距離ｄ２離れた位置に平行に、検出コイル１４と同方向巻に巻数Ｎ３の検出コイル１７が設置され、そして信号出力５、信号出力６からなる２次微分型グラジオメータが示されている。

この２次微分型グラジオメータは、図４の１次微分型グラジオメータを２段にした構成になっており、１次微分型グラジオメータよりも、より周囲環境磁場を打ち消す構成になっている。

現在、磁気シールドルーム内の環境磁場を測定する方法として、図３のマグネトメータと同じ構成のコイルを用いて磁気シールドルーム２１内の環境磁場を測定している。
その測定方法を図６に示す。

図６の磁気シールドルーム２１内にコイル１１を設置し、磁気シールドルーム２１内の環境磁場を測定する。
コイル１１で検出された磁場信号は、磁気シールドルーム２１外に置かれた信号増幅装置２２で信号を増幅し、後段の解析装置２３で磁場信号を解析している。

また、コイル１１以外を用いて磁気シールドルーム２１内の環境磁場を測定する方法としては、図７に示すフラックスゲート磁束計を用いる方法がある。
図に示す如く、磁気シールドルーム内２１にフラックスゲート磁束計のセンサ部２５を設置し、磁気シールドルーム２１内の環境磁場測定を行う。
フラックスゲート磁束計センサ部２５により検出された環境磁場は、磁気シールドルーム２１外に置かれたフラックスゲート磁束計電子回路部２６にて信号処理を行い、その後段の解析装置２７にて磁気シールドルーム内の環境磁場を解析する。

このような装置においては、以下の間題点がある。
従来、例えば微弱な脳磁場を計測する脳磁計測システムなどの生体磁場計測システムなどに使用する磁気シールドルームに関して、システム設置前の環境磁場測定、及びシステム設置後の磁気シールドルーム内環境磁場測定（シールド率特性測定）において、図３に示す如きコイル１１、あるいはフラックスゲート磁束計２５などを用いて環境磁場を測定していた。

しかし、磁気シールドルーム設置後の磁気シールドルーム内環境磁場測定及びシールド率測定は、磁気シールドルーム内の磁場強度が小さいため、フラックスゲート磁束計などでは感度的に測定に限界がある。

また、微弱な脳磁場を計測する脳磁計測システムなどの生体磁場計測システムなどで用いられている磁気センサのＳＱＵＩＤでは、ピックアップコイルに図４及び図５に示すグラジオメータを用いて磁場勾配を検出している。
従って、本来、磁気シールドルームに関する環境磁場測定においても、磁場勾配の検出可能なグラジオメータを用いて測定するべきである。

また、磁気シールドルーム設置前の環境磁場測定にはＳＱＵＩＤは使用できないし、磁気シールドルーム設置後の遮蔽率特性測定において、磁気シールドルーム内の環境磁場を測定する場合、脳磁計などの生体磁場計測装置を磁気シールドルーム内の一角に設置・固定してしまうため、ＳＱＵＩＤでは磁気シールドルーム内の特定の場所の遮蔽率特性測定（環境磁場測定）しかできない。

本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、様々な目的、環境磁場の測定が容易に可能となる磁場検出装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の磁場検出装置においては、
検出側から順次配置された第１、第２、第３、第４の検出コイルと、前記第１の検出コイルの巻き始めに一端が接続された第１の検出リードと、前記第４の検出コイルの巻き終わりに一端が接続された第２の検出リードとを有する２次微分型グラジオメータを具備する磁場検出装置において、前記第１の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第３の検出リードと、前記第２の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第４の検出リードと
を具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２の磁場検出装置においては、請求項１記載の磁場検出装置において、
前記第１の検出コイルに対向して配置された第１の校正コイルと、前記第２の検出コイルに対向して配置され前記第１の校正コイルと逆方向巻き同数巻きで前記第１の校正コイルと並列接続された第２の校正コイルとを具備し、校正時に前記第１，第２の校正コイルに校正入力信号が入力されることを特徴とする

本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
通常、使用目的や測定環境にあわせて様々な磁場検出装置を選択しながら使用しているが、本装置を用いることにより本装置のみで様々な目的、環境磁場の測定が可能となる磁場検出装置が得られる。

脳磁計などの生体磁場計測に使用する磁気シールドルーム設置に関して、設置前の環境磁場測定、及び設置後の磁気シールドルーム内の環境磁場測定（シールド率特性測定）において、本来行うべき磁場勾配測定が可能となる磁場検出装置が得られる。

磁気シールドルームに関する磁場測定だけではなく、磁気シールドルーム内の特定の磁場発生源（機器など）からの磁場測定にも適応できる磁場検出装置が得られる。
主としてコイルが用いられているので、既存のフラックスゲート磁束計よりも安価に提供できる磁場検出装置が得られる。

磁気シールドルーム内では磁場強度が小さいため、フラックスゲート磁束計では感度的に測定に限界があり、また周波数帯域についても限界があるが、本発明の磁場検出装置では、設計段階で磁場検出感度及び周波数帯域を自由に設定できるため、高感度で、低周波数から高周波数までの広範囲の周波数の磁場が検出できる磁場検出装置が得られる。

本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
第１の検出コイルに対向して配置された第１の校正コイルと、第２の検出コイルに対向して配置され、第１の校正コイルと逆方向巻き同数巻きで、第１の校正コイルと並列接続された第２の校正コイルとを具備し、校正時に前記第１，第２の校正コイルに校正入力信号が入力されるので、装置自身で校正が可能となる磁場検出装置が得られる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図、図２は図１の動作説明図である。

図１において、本発明による磁場検出装置の検出コイル３０は、複数の第１，第２，第３，第４の検出コイル３１、３２、３３、３４及び第１，第２の校正用コイル３５、３６からなる。
第１の検出コイル３１から距離ｄ３離れた位置に平行に第２の検出コイル３２が設置され、第３の検出コイル３３から距離ｄ３離れた位置に平行に第４の検出コイル３４が設置されている。

第１の検出リード４１は、第１の検出コイル３１の巻き始めに一端が接続されている。
第２の検出リード４２は、第４の検出コイルの巻き終わりに一端が接続されている。
第３の検出リード４３は、第１の検出コイル３１の巻き終わり箇所に一端が接続されている。
第４の検出リード４４は、第２の検出コイル３２の巻き終わり箇所に一端が接続されている。

第１の校正コイル３５は、第１の検出コイル３１に対向して配置されている。
第２の校正コイル３６は、第２の検出コイル３２に対向して配置され、第１の校正コイル３５と逆方向巻き同数巻きで、第１の校正コイル３５と並列接続されている。
４５は第１，第２の校正コイル３５，３６への校正信号入力リードである。

検出コイル３１はマグネトメータを構成し、コイル３１に鎖交する磁場を全て検出する。その出力は検出リード４１，４３から取り出される。
コイル３１の巻き数Ｍ１は、まず検出したい磁場強度を設定し、その磁場強度の磁場が検出可能な巻き数に設定する。

検出コイル３１、３２、及び検出コイル３３、３４はそれぞれ１次微分型グラジオメータを構成しており、検出コイル３１、３２の差分、及び検出コイル３３、３４の差分を出力するように結線されている。その出力がそれぞれ、検出リード４１，４４、と検出リード４２，４４から取り出される。
検出コイル３２，３３，３４の巻き数は、検出コイル３１と同数Ｍ１回巻く。また、巻き方は、検出コイル３２、３３が検出コイル３１と逆方向巻き、検出コイル３４を検出コイル３１と同方向巻きとする。

検出コイル３１，３２，３３，３４は２次微分型グラジオメータを構成しており、検出コイル３１，３２，３３，３４の差分を出力するように結線されている。その出力は検出リード４１，４２から取り出される。
コイル３５，３６は校正用コイルであり、検出コイル３１〜３４の校正用コイルで、ある大きさの校正用磁場を発生させる。

校正用コイル３５は、検出コイル３１（マグネトメータ）用の校正用コイルで、ある大きさの磁場を発生させるように設計した巻き数Ｍ２を巻く。
校正用コイル３６は、検出コイル３２の校正用コイルである。また、検出コイル３３、３４（グラジオメータ）の校正用コイルも兼ねており、巻き数は校正用コイル３５と同数（Ｍ２）巻き、巻く方向は逆方向とする。

以上の構成において、検出コイル３１（マグネトメータ）、検出コイル３１，３２（１次微分型グラジオメータ）、検出コイル３１，３２，３３，３４（２次微分型グラジオメータ）により、環境磁場などの全ての磁場信号、及び特定の磁場発生源からの磁場信号を検出し、検出リード４１，４２，４３，４４よりその信号を出力する。
校正は、リード４５に外部より校正用信号を入力することにより、校正用コイル３５，３６では校正用磁場を発生させる。この校正用磁場を検出コイル３１〜３４が検出することにより校正を行う。

この結果、
通常、使用目的や測定環境にあわせて様々な磁場検出装置を選択しながら使用しているが、本装置を用いることにより本装置のみで様々な目的、環境磁場の測定が可能となる磁場検出装置が得られる。

第１の検出コイル３１に対向して配置された第１の校正コイル３５と、第２の検出コイル３２に対向して配置され、第１の校正コイル３５と逆方向巻き同数巻きで、第１の校正コイル３５と並列接続された第２の校正コイル３６を具備し、校正時に第１，第２の校正コイル３５，３６に校正入力信号が入力されるので、装置自身で校正が可能となる磁場検出装置が得られる。

図２は、本発明装置を、磁気シールドルーム内の環境磁場測定（磁気シールド率測定）で使用した使用例である。
磁気シールドルーム２１内に本発明の磁場検出装置３０が図２のように設置されている。
磁場検出装置３０で得られた出力信号を、磁気シールドルーム２１外に置かれた信号増幅装置５１を用いて増幅する。

信号増幅装置５１で増幅された磁場信号を解析装置５２で解析を行い、磁気シールドルーム２１内における環境磁場測定及び磁気シールド率特性を測定する。
また、同様の方法により、磁気シールドルーム２１内の特定の磁場発生源（機器など）からの磁場測定も可能である。

なお、磁気シールドルーム２１内の磁場強度は小さいため、フラックスゲート磁束計２５では感度的にも周波数帯域的にも限界があるが、本発明の磁場検出装置では設計段階で磁場検出感度及び周波数帯域を自由に設定できるため、広帯域でより微弱な磁場まで検出可能となる。
なお、本装置には、校正用コイル３５，３６が取付けられていることにより、装置自身で校正が可能となるため、別途校正装置を用いる必要がない利点を有する。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明の一実施例の要部構成説明図である。図１の使用例の説明図である。従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。図３の使用例の説明図である。従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。

符号の説明

１信号出力
２信号出力
３信号出力
４信号出力
５信号出力
６信号出力
１１検出コイル
１２検出コイル
１３検出コイル
１４検出コイル
１５検出コイル
１６検出コイル
１７検出コイル
２１磁気シールドルーム
２２信号増幅装置
２３解析装置
２５フラックスゲート磁束計のセンサ部
２６フラックスゲート磁束計電子回路部
２７解析装置
３０検出コイル
３１第１の検出コイル
３２第２の検出コイル
３３第３の検出コイル
３４第４の検出コイル
３５第１の校正用コイル
３６第２の校正用コイル
４１第１の検出リード
４２第２の検出リード
４３第３の検出リード
４４第４の検出リード
４５校正信号入力リード
５１信号増幅装置
５２解析装置

Claims

検出側から順次配置された第１、第２、第３、第４の検出コイルと、前記第１の検出コイルの巻き始めに一端が接続された第１の検出リードと、前記第４の検出コイルの巻き終わりに一端が接続された第２の検出リードとを有する２次微分型グラジオメータを具備する磁場検出装置において、
前記第１の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第３の検出リードと、
前記第２の検出コイルの巻き終わり箇所に一端が接続された第４の検出リードと
を具備したことを特徴とする磁場検出装置。
前記第１の検出コイルに対向して配置された第１の校正コイルと、
前記第２の検出コイルに対向して配置され前記第１の校正コイルと逆方向巻き同数巻きで前記第１の校正コイルと並列接続された第２の校正コイルと
を具備し、校正時に前記第１，第２の校正コイルに校正入力信号が入力されること
を特徴とする請求項１記載の磁場検出装置。