JP2008045899A - 磁界分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定点と測定位置の確実に対応付け簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間における磁界分布を計測することのできる磁界分布測定装置を提供すること。
【解決手段】磁界分布測定装置１００は、任意の立体空間における各地点の磁力を計測するための磁界センサ１４０に位置センサ１１０を追加するとともに、当該磁界センサ１４０と位置センサ１１０の位置を常に一定に配設したセンサロッド１５０を有し、各地点を計測しつつ、当該地点の位置を的確に対応付けて記憶し、測定結果を出力するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体空間の磁界分布を検出する磁界分布測定装置に関する技術分野に属する。

近年、測定対象の磁場の強さ、交流または直流の別や測定環境等、目的に応じてコイル、ホール素子又は磁気抵抗効果素子を利用したものなど多種多様なセンサを用いて任意の空間の電磁界分布を測定する磁界分布測定装置が知られている。

また、これらの磁界分布測定装置は、純粋な磁場計測のみならず、電流センサ、磁気ヘッド、移動体探知器等、電気・電子系をはじめとして、ありとあらゆる工学分野にて用いられている。

これらの磁界分布測定装置は、所定の立体空間における電磁界分布を測定する場合には、予め定められた各「点（ポイント）」（以下、「測定点」という。）毎に値を取得し、当該測定した各点の値（以下、「測定値」という。）を集計して空間としても磁界分布を算出するようになっている。

しかしながら、これらの磁界分布測定装置にあっては、測定点と測定値を必ず対応付けて取得する必要があるが、これらを対応付けるためには、測定者の手動によるか、または、大規模な装置として自動化する方法しかないのが現状である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、測定点と測定値の確実に対応付け簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間における磁界分布を計測することのできる磁界分布測定装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、任意の立体空間における磁界分布を測定する磁界分布測定装置であって、前記立体空間上における位置および傾きを検出する第１センサと、前記立体空間内の各ポイント毎に磁力を検出する第２センサと、前記第１センサおよび前記第２センサが所定の距離離れて保持されている保持部材と、前記第２センサにて前記立体空間内の磁力を検出する毎に、当該検出タイミングにて前記第１センサによって取得された位置および傾きと前記第１センサおよび前記第２センサの距離とに基づいて第２センサの位置を演算する演算手段と、を備える構成を有している。

この構成により、請求項１に記載の発明は、第２センサにて立体空間内の磁力を検出する毎に、当該検出タイミングにて第１センサによって取得された位置および傾きと第１センサと第２センサの距離とに基づいて第２センサの位置を演算することができるので、当該第２センサの立体空間上の位置を的確に認識することができる。

したがって、請求項１に記載の発明は、第２センサにて検出された磁力とそのときに認識した第２センサの立体空間上の位置を対応付けることによって、たとえ、保持部材を立体空間内において適当に移動させたとしても、立体空間内の移動経路上での磁界分布を的確に測定することができるので、簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間における磁界分布を計測することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁界分布測定装置において、前記演算手段が、予め取得された第１センサの位置および傾きに基づいて前記第１センサと第２センサの距離を算出し、当該算出された距離を用いて前記第２センサの位置を演算する構成を有している。

この構成により、請求項２に記載の発明は、第１センサの立体空間内の位置およびその傾きを検出することによって、第１センサと第２センサの距離を算出することができるので、第２センサの立体空間上の位置を的確に認識することができる。

したがって、請求項２に記載の発明は、第２センサにて検出された磁力とそのときに認識した第２センサの立体空間上の位置を対応付けることによって、たとえ、保持部材を立体空間内において適当に移動させたとしても、立体空間内の移動経路上での磁界分布を的確に測定することができるので、簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間における磁界分布を計測することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の磁界分布測定装置において、前記第１センサの位置および傾きを検出するための磁界発生手段を更に備え、前記第１センサが、前記磁界発生手段から発生された磁力に基づいて当該第１センサの前記立体空間上における位置および傾きを検出する構成を有している。

この構成により、請求項３に記載の発明は、磁界を用いることによって的確に第１センサの位置および傾きを検出することができるので、第２センサの位置についても的確に検出することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の磁界分布測定装置において、前記保持部材が、所定の長さを有する部材であって、一端に前記第１センサが設けられているとともに他端に前記第２センサが設けられている構成を有している。

この構成により、請求項４に記載の発明は、棒状または板状などの所定の長さを有する部材によって一端と他端に第１センサと第２センサを保持させることができるので、第１センサが位置検出に用いる磁界と第２センサが測定する立体空間内の磁界とを分離し、相互干渉を抑えることができるとともに、測定者が保持する際の形状をも考慮することができ、計測時の操作性も向上させることができる。

本発明は、第２センサにて検出された磁力とそのときに認識した第２センサの立体空間上の位置を対応付けることによって、たとえ、保持部材を立体空間内において適当に移動させたとしても、立体空間内の移動経路上での磁界分布を的確に測定することができるので、簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間における磁界分布を計測することができる。

次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有する範囲を包含し、以下に示す図面等に限定されない。

以下に説明する実施の形態は、任意の立体空間における磁力を計測するための磁界センサと磁気式の位置センサ（モーションキャプチャー）にて構成されるセンサロッド（プローブ）を用いた磁界分布測定装置に対して本願発明を適用した場合の実施形態である。

まず、図１を用いて本実施形態の磁界分布測定装置の概要について説明する。なお、図１は、本実施形態の磁界分布測定装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態の磁界分布測定装置１００は、図１に示すように、任意の立体空間Sにおける各地点の磁力を計測するための磁界センサ１４０に位置センサ１１０を追加するとともに、当該磁界センサ１４０と位置センサ１１０の位置を常に一定に配設したセンサロッド（棒状部材）を有し、各測定点（ポイント）を計測しつつ、当該計測された値と測定点の位置を的確に対応付けて記憶し、測定結果を出力するようになっている。

したがって、この磁界分布測定装置１００は、磁界センサ１４０の立体空間S上の位置を的確に認識することができるので、磁界センサにて検出された磁力とそのときに認識した磁界センサの立体空間S上の位置を対応付けて記憶することができるようになっている。

このため、この磁界分布測定装置１００は、たとえ、センサロッドを立体空間S内において適当に移動させたとしても、立体空間S内の移動経路上での磁界分布を的確に測定することができるので、簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間Sにおける磁界分布を計測することのできるようになっている。

次に、図１とともに、図２〜図４を用いて本実施形態の磁界分布測定装置１００の構成および当該磁界分布測定装置１００を構成する各部の概略動作について説明する。

なお、図２は、本実施形態において、磁界発生部１２０から発生する磁場と位置センサ１１０にて検出する位置および角度について説明するための図であり、図３は、本実施形態おいてセンサ間距離の算出について説明するための図である。また、図４は、本実施形態における磁界データおよび座標データに基づく可視化処理の一例である。

本実施形態の磁界分布測定装置１００は、図１に示すように、立体空間S内の位置を検出する位置センサ１１０と、位置センサ１１０における位置を検出する際に用いる磁場を発生させる磁界発生部１２０と、位置センサ１１０および磁界発生部１２０を制御するセンサ制御部１３０と、立体空間Sの各点の磁力を検出する磁界センサ１４０と、位置センサ１１０および磁界センサ１４０を保持するセンサロッド１５０（棒状部材）と、を備えている。

また、この磁界分布測定装置１００は、位置センサ１１０と磁界センサ１４０の距離（以下、「センサ間距離」という。）を算出するとともに磁界センサ１４０による各測定点における磁力測定時の位置を算出する演算処理部１６０と、各部を制御するシステム制御部１７０と、所定のデータを記憶するデータ記憶部１８０と、測定した各測定点のデータに基づいて立体空間Sの磁界分布を可視化するための処理を行う出力処理部１９０と、を備えている。

なお、例えば、本実施形態の位置センサ１１０は、本発明の第１センサを構成し、磁界発生部１２０は、本発明の磁界発生手段を構成する。また、例えば、本実施形態の磁界センサ１４０は、第２センサを構成し、棒状部材１５０は、本発明の保持部材を構成する。

位置センサ１１０は、非接触式の磁気センサから構成される。この位置センサ１１０は、磁界発生部１２０から発生された磁場を検知して当該位置センサ１１０の磁界発生部１２０からの相対的な位置および当該位置センサ１１０の角度を検出するようになっており、検出された位置及び角度を位置情報及び角度情報としてセンサ制御部１３０を介して演算処理部１６０に出力するようになっている。

具体的には、本実施形態の位置センサ１１０は、図２に示すように、磁界発生部１２０から発生された磁場（Hｘ，Hｙ，Hｚ）に基づいて、当該位置センサ１１０の磁界発生部１２０からの相対的な位置（ｘ，ｙ，ｚ）と、当該位置センサ１１０の左右角（アジマス）yaw、上下角（エベレーション）pitch及び回転角（ロール）rollと、を検出するようになっている。

磁界発生部１２０は、センサ制御部１３０の制御に基づいて、位置センサ１１０に対して基準となる所定の磁場を発生させるようになっている。具体的には、本実施形態の磁界発生部１２０は、センサ制御部１３０から出力された周波数に基づいて位置センサ１１０の基準となる磁場（電磁界）を発信するようになっている。

センサ制御部１３０は、磁界発生部１２０及び位置センサ１１０に対する電源の供給、磁界発生部１２０にて発生させる磁場の制御、位置センサ１１０にて検出された位置情報及び角度情報の解析、並びに、位置情報及び角度情報の演算処理部１６０への出力制御を行うようになっている。

磁界センサ１４０は、センサと本体部とから構成されており、センサにて取得された各測定点のデータ（以下、「磁界データ」という。）を本体部に出力するようになっており、本体部は、取得された磁界データを解析して数値のデータとしてデータ記憶部１８０に出力するようになっている。

なお、この磁界データは、具体的には三軸等方性磁界センサ等により得られる磁界の大きさ（磁界ベクトルの絶対値）情報、位相情報、磁界ベクトルの各成分情報、周波数情報などを示す。

センサロッド１５０は、所定の長さと太さを有し、可搬可能な形状にて構成されている。また、この棒状部材１５０には、一端に位置センサ１１０が設けられているとともに、他端に磁界センサ１４０が設けられている。

なお、本実施形態では、位置センサ１１０に非接触式の磁界センサを用いているが、センサロッド１５０が所定の長さを有することによって、位置センサ１１０と磁界センサ１４０とにおいて発生する互いの磁界の干渉を防止している。また、本実施形態では、位置センサ１１０と磁界センサ１４０において発生する磁界の干渉を防止しているため、磁界センサ１４０における位置センサ１１０における影響を排除することができるようになっている。

演算処理部１６０には、センサ制御部１３０から出力された位置センサ１１０の位置情報および角度情報が入力されるようになっている。この演算処理部１６０は、システム制御部１７０の制御の下、立体空間Sの磁界分布を計測する前に、予め取得された位置情報及び角度情報に基づいて位置センサ１１０と磁界センサ１４０のセンサ間距離を算出するようになっている。

具体的には、本実施形態の演算処理部１６０は、図３に示すように、予め入力された立体空間S内の測定点（２点）における位置情報および角度情報を取得し、当該各測定点における棒状部材１５０の角度θおよび位置センサ１１０と磁界センサ１４０の高さ方向（Ｚ方向）の距離ΔＺを算出するようになっている。そして、この演算処理部１６０は、当該算出された各測定点の角度θ及び距離ΔＺに基づいて、（式１）によってセンサ間距離Ｒを算出するようになっている。

すなわち、この演算処理部１６０は、棒状部材１５０が傾斜している場合（立体空間S内において水平面に対して傾斜させてある場合）には、そのときに位置センサ１１０にて取得された測定点の位置情報および角度情報にて角度θ及び距離ΔＺが算出可能であるため、（式１）にて任意の２点における角度θおよび距離ΔＺに基づいて、センサ間距離Ｒを算出することができるようになっている。

なお、本実施形態において、センサ間距離を算出する場合には、棒状部材１５０を立体空間S内にて傾斜した状態にて位置センサ１１０の測定を行わせるようになっている。また、本実施形態では、演算処理部１６０に、２以上（望ましくは２００以上）の測定点にて角度θと距離Δｚの算出させ、（式２）にてその平均を算出させることによって、より正確なセンサ間距離を算出するようにしてもよい。

一方、本実施形態の演算処理部１６０は、磁界分布測定時においては、磁界センサ１４０によって立体空間Sの各測定点における磁界データを取得するタイミングにて、センサ間距離およびそのときに入力された位置情報および各情報に基づいて、磁界センサ１４０の立体空間S内の座標を算出し、当該算出された各測定点の座標を座標データとしてデータ記憶部１８０に出力するようになっている。

具体的には、本実施形態の演算処理部１６０は、各点毎に位置センサ１１０から出力された位置情報（ｘ、ｙ，ｚ）および角度情報（yaw，pitch，roll）に基づいて（式３）にて位置センサ１１０と磁界センサ１４０間の立体空間S上のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のセンサ間距離（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を算出し、当該算出されたｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のセンサ間距離（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づいて（式４）にて磁界センサ１４０の位置、すなわち、磁力を測定する測定点の座標を算出するようになっている。

システム制御部１７０は、主に中央演算処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびハードディスクによって構成されるとともに、バスＢによって各部と接続されており、磁界分布測定装置１００の全般的な機能を総括的に制御するようになっている。

具体的には、ＲＯＭには、磁界分布測定装置１００の各部を制御するための各種制御情報が記録されるとともに、ハードディスクには、制御プログラムやＯＳ（Operating System）などの各種プログラムが記録されている。

ＣＰＵは、ハードディスクに記録されたプログラムを実行することにより、立体空間Sの磁界分布を計測する前のセンサ間距離の算出処理、立体空間Sにおける磁界分布測定時における磁界データと座標データの算出処理及び記憶処理、並びに、磁界データの出力処理（後述する可視化処理）の各種の制御を行うようになっている。そして、ＲＡＭは、ワークエリアとして用いられるようになっている。

データ記憶部１８０は、ＲＡＭまたはハードディスクなどの記憶装置から構成される。特に、本実施形態のデータ記憶部１８０は、システム制御部１７０の制御の下、磁界センサ１４０から出力された磁界データが座標データに対応付けて記憶されるようになっている。また、このデータ記憶部１８０は、システム制御部１７０の制御に基づいて出力処理部１９０に磁界データおよび座標データを出力するようになっている。

出力処理部１９０は、システム制御部１７０の制御の下、データ記憶部１８０から読み出した磁界データおよび座標データに基づいて立体空間Sの磁界分布の可視化処理を行うようになっており、例えば、プリンタなどの印字手段に印字するための、または、ディスプレイなどの表示手段に表示するためのデータを出力するようになっている。

例えば、本実施形態の出力処理部１９０は、データ記憶部１８０から読み出した磁界データおよび座標データに基づいて、図４に示すような印字および表示するためのデータ処理を行うようになっている。

なお、図４は、ＩＨ（Induction Heater）調理器（電磁誘導加熱調理器）周辺の立体空間Sにおける磁界分布を示す図であり、Ｘ軸およびＹ軸とも５ｃｍ間隔にて磁力を測定した場合を示す。ただし、図４（ａ）は、ＩＨ調理器前面の立体空間Sにおける磁界分布（Ｚ＝０）を示し、図４（ｂ）は、ＩＨ調理器を含む立体空間Sにおける磁界分布（Ｚ＝可変）を示す。

なお、図４中の縦軸のField Strengthは、各測定点での磁界の大きさ（磁束密度ベクトルの絶対値）である。

以上本実施形態の磁界分布測定装置１００は、位置センサ１１０の立体空間S内の位置およびその傾きを検出することによって、当該位置センサ１１０と磁界センサ１４０の距離を算出することができるので、磁界センサ１４０の立体空間S上の位置を認識することができる。

このため、この磁界分布測定装置１００は、磁界センサ１４０にて検出された磁力とそのときに認識した磁界センサ１４０の立体空間S上の位置を対応付けることができるので、たとえ、保持部材を立体空間S内において適当に移動させたとしても、的確に立体空間S内の磁界分布を測定することできる。

したがって、この磁界分布測定装置１００は、簡易な構成によって容易にかつ確実に立体空間Sにおける磁界分布を計測することができる。

なお、本実施形態では、位置センサ１１０として、非接触式の磁気センサを用いているが、勿論、位置センサ１１０の立体空間S上の位置および傾きが検出することができればその他の方式および種類のセンサを用いてもよい。

本願に係る磁界分布測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 一実施形態において、磁界発生部から発生する磁場と位置センサにて検出する位置および角度について説明する為の図である。 一実施形態おいてセンサ間距離の算出について説明するための図である。 一実施形態における磁界データおよび座標データに基づく可視化処理の一例である。

符号の説明

１００…磁界分布測定装置
１１０…位置センサ
１２０…磁界発生部
１３０…センサ制御部
１４０…磁界センサ
１５０…棒状部材
１６０…演算処理部
１７０…システム制御部
１８０…データ記憶部
１９０…出力処理部

Claims (4)

1. 任意の立体空間における磁界分布を測定する磁界分布測定装置であって、
   前記立体空間上における位置および傾きを検出する第１センサと、
   前記立体空間内の各ポイント毎に磁力を検出する第２センサと、
   前記第１センサおよび前記第２センサが所定の距離離れて保持されている保持部材と、
   前記第２センサにて前記立体空間内の磁力を検出する毎に、当該検出タイミングにて前記第１センサによって取得された位置および傾きと前記第１センサおよび前記第２センサの距離とに基づいて第２センサの位置を演算する演算手段と、
   を備えることを特徴とする磁界分布測定装置。
2. 請求項１に記載の磁界分布測定装置において、
   前記演算手段が、予め取得された第１センサの位置および傾きに基づいて前記第１センサと第２センサの距離を算出し、当該算出された距離を用いて前記第２センサの位置を演算することを特徴とする磁界分布測定装置。
3. 請求項１または２に記載の磁界分布測定装置において、
   前記第１センサの位置および傾きを検出するための磁界発生手段を更に備え、
   前記第１センサが、前記磁界発生手段から発生された磁力に基づいて当該第１センサの前記立体空間上における位置および傾きを検出することを特徴とする磁界分布測定装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の磁界分布測定装置において、
   前記保持部材が、所定の長さを有する部材であって、一端に前記第１センサが設けられているとともに他端に前記第２センサが設けられていることを特徴とする磁界分布測定装置。

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