JP2009063345A

JP2009063345A - 電磁界強度分布測定装置

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Publication number: JP2009063345A
Application number: JP2007229942A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Maeno; 恭前野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】従来に比べて短時間で容易に、かつ、精度良く電磁界強度分布を測定することのできる電磁界強度分布測定装置を提供する。
【解決手段】電磁界強度分布測定装置１は、電磁波放出源１０からの電磁波を吸収して発熱する電磁波吸収幕２と、電磁波吸収幕２に電磁波が所定周期で断続的に照射されるようにする開閉機構３と、電磁波吸収幕２の温度分布を２次元の画像データとして検出する赤外線カメラ４と、開閉機構３の所定周期に同期して、電磁波吸収幕２が電磁波によって加熱された際に赤外線カメラ４で検出される２次元の画像データを収集し、これらの２次元の画像データと、電磁波吸収幕２が電磁波で加熱されていない時の２次元の画像データとの差を求め、平均化するデータ処理手段（コンピュータ）５を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間における２次元あるいは３次元の電磁界強度分布を測定するための電磁界強度分布測定装置に関する。

従来、空間における２次元あるいは３次元の電磁界強度分布を測定するためには、アンテナを走査し、検出された電磁波強度を求める必要があった。このため、測定に時間と労力とを必要とし、また、測定用のアンテナ自体が電磁界強度分布を乱すことから、精度良く電磁界強度分布を測定することが困難であった。

また、電磁波を吸収し発熱する幕により、平面の２次元電磁界強度分布を温度分布に変換し、温度計測用の赤外線カメラにより幕の温度分布を測定することで、２次元電磁界強度分布を求める方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

上記の電磁波を吸収し発熱する幕を用いた方法では、例えば、電子レンジ内部のように電磁界強度が高い場合については測定が可能である。しかしながら、電磁波による加熱を目的としない一般の電気機器などを対象とした場合、放射される電磁波の加熱による幕の温度上昇はわずかである。一方、幕の温度分布は、周囲の環境（近傍の熱源からの輻射、雰囲気の対流など）により大きく影響を受ける。また、電磁波の照射時間を長くして幕の温度上昇を高めようとすると、熱が時間経過とともに幕内を伝搬して拡散してしまう。このため、電気機器からの電磁波によるわずかな温度上昇をこのような擾乱から分離して精度良く検出することは困難であるという課題があった。なお、このような課題は、例えば、電磁波放出源である電気機器の近傍（例えば、電磁波の波長より著しく短い距離（例えば１／１０波長以下程度）の範囲）におけるエバネッセント波のような電磁波の電磁界強度分布を精度良く求めたい場合などに特に問題となる。
J.Norgard and R.Musselman, CEM code validation using infrared thermograms, International Symposium on Electromagnetic Compatibility, 2004, pp. 637-640.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べて短時間で容易に、かつ、精度良く電磁界強度分布を測定することのできる電磁界強度分布測定装置を提供することを目的とする。

本発明の電磁界強度分布測定装置は、電磁波の電磁界強度分布を検出するための電磁界強度分布測定装置であって、電磁波を吸収して発熱する電磁波吸収幕と、前記電磁波吸収幕に電磁波が所定周期で断続的に照射されるようにする開閉機構と、前記電磁波吸収幕の温度分布を２次元の画像データとして検出する赤外線カメラと、前記開閉機構の前記所定周期に同期して、前記電磁波吸収幕が電磁波によって加熱された際に前記赤外線カメラで検出される２次元の画像データを収集し、これらの２次元の画像データと、前記電磁波吸収幕が電磁波で加熱されていない時の２次元の画像データとの差を求め、平均化するデータ処理手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の電磁界強度分布測定装置は、上記の電磁界強度分布測定装置であって、前記所定周期は、前記電磁波吸収幕に電磁波が照射されている照射期間より、前記電磁波吸収幕に電磁波が照射されていない非照射期間の方が長く、前記照射期間における前記電磁波吸収幕の温度上昇分を、前記非照射期間中に温度降下させることを特徴とする。

本発明によれば、従来に比べて短時間で容易に、かつ、精度良く電磁界強度分布を測定することのできる電磁界強度分布測定装置を提供することができる。

以下、本発明の電磁界強度分布測定装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における電磁界強度分布測定装置の構成を模式的に示すものである。

図１に示すように、電磁界強度分布測定装置１は、電磁波放出源１０からの電磁波を吸収して発熱する電磁波吸収幕２と、電磁波吸収幕２に電磁波が所定周期で断続的に照射されるようにする開閉機構３と、電磁波吸収幕２の温度分布を２次元の画像データとして検出する赤外線カメラ４と、開閉機構３の所定周期に同期して、電磁波吸収幕２が電磁波によって加熱された際に赤外線カメラ４で検出される２次元の画像データを収集し、これらの２次元の画像データと、電磁波吸収幕２が電磁波で加熱されていない時の２次元の画像データとの差を求め、平均化するデータ処理手段（コンピュータ）５を具備している。

上記電磁波吸収幕２としては、電磁波を吸収して発熱する性質を有する薄膜状又は網状のものを使用する。電磁波吸収幕２として、電磁界分布を乱さないためには、反射が少ないものが好ましく、かつ、位置分解能を高めるためには、熱伝導率が低いものが好ましい。一例として、半導体素子の静電気破壊防止のためのパッケージなどに使用されているカーボンを混ぜた高分子のフィルム等を使用することができる。このようなカーボンを混ぜた高分子のフィルムを用いた場合、電磁波から熱への変換は、幕の抵抗によるジュール熱により行われる。したがって、この場合電磁波吸収幕２自体は周波数依存性が低くなり、広帯域な電磁界強度分布測定装置１とすることができる。

また、電磁波吸収幕２として絶縁体の網を用いる場合、網の交点に熱的に絶縁された球状の電磁波吸収体を置くことにより、熱伝導による感度低下を抑制することができる。さらに、電磁波吸収幕２における電磁波吸収体として、フェライトなどの磁性体や誘電体を用いれば、ヒステリシス損、誘電損による電磁波・熱変換を利用することができる。この場合、電磁波吸収幕２の構造、組成により、適当な周波数での吸収を設定することができ、電磁波吸収幕２自体が周波数選択性を持つことになる。さらに、カーボン繊維のような繊維の長手方向に高い導電率を持つ材料を、向きをそろえて配置することにより、赤外線領域におけるグリッド偏光子に相当する電磁波吸収幕２を構成すれば、入射電磁波の偏波面との角度の相違による吸収率の異方性を得ることができ、電磁波の偏波解析が可能となる。

上記開閉機構３は、電磁波放出源１０から電磁波吸収幕２に電磁波が所定周期で断続的に照射されるようにするためのもので、リレー等により電磁波放出源１０をオン・オフする図１に示されるようなスイッチ機構、又は、電磁波放出源１０と電磁波吸収幕２との間に介在し所定周期で開閉するシャッターなどを用いることができる。

開閉機構３における所定周期としては、電磁波吸収幕２に電磁波が照射されることによって電磁波吸収幕２に検出可能な程度の温度上昇が生じる加熱期間（照射期間）と、熱が大気中に放出されて上昇した部分の温度が略上昇前の温度に戻る冷却期間（非照射期間）となることが好ましい。冷却期間（非照射期間）が短いと、電磁波吸収幕２の温度が次第に上昇するとともに、熱が電磁波吸収幕２の面内に熱伝導により拡散し、測定結果にボケが生じるからである。したがって、照射期間よりも非照射期間を長くすることが好ましい。この周期は、具体的には、電磁波の強度、及び電磁波吸収幕２の材質によるが、例えば、１〜十数秒程度の範囲であり、後述する実施例では、例えば、１秒間照射、３秒間非照射で、１周期が４秒である。なお、冷却を促進するため、電磁波吸収幕２を冷却するための手段として、例えば、ファン等で気流を当てるようにしてもよい。

データ処理手段（コンピュータ）５では、上記の電磁波吸収幕２に電磁波が照射され加熱されている照射期間における赤外線カメラ４の画像データを選択的に収集し、この収集した複数の画像データと、参照データとしての電磁波が照射されていない非照射時（非加熱時）の２次元の画像データとの差を求め、これを平均化することによって、同期検波によりノイズ成分を除去した温度検出情報を得る。

実施例１として、電磁波放出源１０に、赤色の高輝度ＬＥＤ（中心波長６２５ｎｍ、全出力８ｍＷ）を用いて測定を行った。電磁波吸収幕２としては、前述した半導体素子の静電気破壊防止のためのパッケージなどに使用されているカーボンを混ぜた高分子のフィルム（１００μｍ厚）を用い、１秒間点灯、３秒間消灯の１周期４秒で１８０秒間（ロックインアンプ処理４５回）測定を行った。赤外線カメラ４は、ＴＶＳ−７００（日本アビオニクス社製、検出波長８−１４μｍ、分解能０．０８℃、画素数３２０×２４０）を使用し、撮像範囲６×８ｃｍ、電磁波放出源１０の先端から電磁波吸収幕２までの距離（図１に示すｄ）を０−２５ｃｍまで、５ｍｍ間隔で測定した。

上記実施例１の測定結果を図２（ｂ），（ｃ）に示す。図２（ｂ）は、上記したｄ＝５ｃｍ，１０ｃｍ，１５ｃｍ，２０ｃｍ，２５ｃｍの位置の２次元の電磁界強度分布を示しており、図２（ｃ）は電磁波放出源１０から、放射方向に０−２５ｃｍ、放射軸と垂直な方向にこれを中心とした３ｃｍの範囲の電磁界強度分布を示している。各々最大強度で規格化して表示をしており、端部に示した温度レンジ（ｍＫ）はｄ＝２５ｃｍにおける測定結果のものである。また、図２（ａ）は、白色スクリーンに投影した高輝度ＬＥＤからの電磁波（光）の強度（μＷ／ｍｍ²）の分布を可視光のＣＣＤカメラで撮像した結果を示している。なお、図２では、白黒画像となっているが、実際には、カラー画像であり、図２（ｂ），（ｃ）では、温度の低い部分が青色、高い部分が赤色となるように色の変化で温度の相違を示すカラー画像、図２（ａ）は可視光の色のカラー画像となっている。この図２（ａ）、（ｂ）の結果を比較すると、ＣＣＤカメラで撮像した結果と、電磁界強度分布測定装置１で測定した電磁界強度分布測定結果とが良く一致しており、熱の拡散によるボケもないことが確認できた。なお、上記構成の電磁界強度分布測定装置１では、１／１００Ｋ以下の温度変化も測定可能である。

次に、図３を参照して実施例２について説明する。この実施例２では、図３に示すように、電磁波放出源としての電子レンジ１１（発振周波数２４５０ＭＨｚ，出力５００Ｗ）から電磁波を漏洩させるために正面のシールドスクリーンに直径１０ｍｍの穴を開け、ここにアルミ製ダクトホース１２（全長約１．２ｍ、口径４５ｍｍ）を取り付けた。なお、アルミ製ダクトホース１２の口径が電磁波の波長（１２ｃｍ）に比べて小さいため、アルミ製ダクトホース１２内を伝搬する電磁波の量は少ない。さらに、漏洩電磁波の放出量を制限するため、アルミ製ダクトホース１２の出口部分に、中央部分に穴を設けたアルミ板１３を配置して測定を行った。

この実施例２では、開閉可能とされ、機械的に電磁波を遮断するシャッター３ａと、このシャッター３ａを駆動するためのリレー３ｂとによって、電磁波をオン・オフする開閉機構が構成されている。そして、電磁波吸収幕２の温度分布を赤外線カメラ４によって検出し、リレー３ｂの動作周期に同期して、データ処理手段（コンピュータ）５によって、赤外線カメラ４で検出される２次元の画像データを処理するようになっている。

測定条件は、アルミ板１３と、電磁波吸収幕２との距離が５０ｍｍ、電磁波照射１秒間、電磁波遮断３秒間の１周期４秒で、４００秒間測定（ロックインアンプ処理１００回）を行った。又、測定は、アルミ板１３に設けた穴の直径ｄを、ｄ＝３，５，１０，１５，２５，３５ｍｍと変更して６通り行った。赤外線カメラ４は、実施例１と同じである。この測定結果を図４（ａ）〜（ｆ）に示す。各画像の測定範囲は、電磁波吸収幕２上において１２０×１７０ｍｍであり、１／１００Ｋ以下の温度変化も測定可能である。なお、図４（ａ）〜（ｆ）では、白黒画像となっているが、実際には、温度の低い部分が青色、高い部分が赤色となるように色の変化で温度の相違を示すカラー画像となっている。

図４（ａ）〜（ｆ）に示されるように、それぞれの測定結果において、中心付近の温度変化が大きく、アルミ板１３の穴の径が大きくなるにつれて電磁波の漏洩量は増加し、温度分布の拡がりも大きくなっている。また、図４（ｃ）の右下部分には、アルミ製ダクトホース１２内の緩衝による微細パターンが見られた。

以上説明したとおり、上記の各実施例では、アンテナを用いる場合などに比べて短時間で容易に、かつ、電磁波吸収幕における熱伝導によるボケを生じることなく低エネルギーの電磁波についても精度良く電磁界強度分布を測定することができた。

本発明の一実施形態に係る電磁界強度分布測定装置の構成を模式的に示す図。図１の装置による電磁界強度分布測定結果の画像を示す写真。実施例２に使用した電磁界強度分布測定装置の構成を模式的に示す図。図３の装置による電磁界強度分布測定結果の画像を示す写真。

符号の説明

１……電磁界強度分布測定装置、２……電磁波吸収幕、３……開閉機構、３ａ……シャッター、３ｂ……リレー、４……赤外線カメラ、５……データ処理手段（コンピュータ）、１０……電磁波放出源、１１……電子レンジ、１２……アルミ製ダクトホース、１３……アルミ板。

Claims

電磁波の電磁界強度分布を検出するための電磁界強度分布測定装置であって、
電磁波を吸収して発熱する電磁波吸収幕と、
前記電磁波吸収幕に電磁波が所定周期で断続的に照射されるようにする開閉機構と、
前記電磁波吸収幕の温度分布を２次元の画像データとして検出する赤外線カメラと、
前記開閉機構の前記所定周期に同期して、前記電磁波吸収幕が電磁波によって加熱された際に前記赤外線カメラで検出される２次元の画像データを収集し、これらの２次元の画像データと、前記電磁波吸収幕が電磁波で加熱されていない時の２次元の画像データとの差を求め、平均化するデータ処理手段と
を具備したことを特徴とする電磁界強度分布測定装置。
請求項１記載の電磁界強度分布測定装置であって、
前記所定周期は、前記電磁波吸収幕に電磁波が照射されている照射期間より、前記電磁波吸収幕に電磁波が照射されていない非照射期間の方が長く、前記照射期間における前記電磁波吸収幕の温度上昇分を、前記非照射期間中に温度降下させることを特徴とする電磁界強度分布測定装置。