JP2012033795A - Magnetic field cancellation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁場をキャンセルする技術に関する。 The present invention relates to a technique for canceling a magnetic field.
脳磁計や心磁計など、磁場を用いて生体の状態を測定する技術が知られている。脳磁計
や心磁計においては、ｆＴ以下の非常に微弱な磁場の測定が要求される場合がある。この
ような場合、地磁気など環境による磁場をキャンセルする必要がある。環境磁場をキャン
セルする技術としては、パッシブ型シールドおよびアクティブ型シールドの技術がある。
パッシブ型シールドにおいては、高透磁率材料でシールドルームを形成する。アクティブ
型シールドにおいては、ヘルムホルツコイルを用いてシールドしたい空間が囲まれる。特
許文献１は、パッシブ型シールドとアクティブ型シールドとを組み合わせた技術を開示し
ている。
Techniques for measuring the state of a living body using a magnetic field, such as a magnetoencephalograph and a magnetocardiograph, are known. In a magnetoencephalograph or a magnetocardiograph, there is a case where measurement of a very weak magnetic field of fT or less is required. In such a case, it is necessary to cancel the magnetic field due to the environment such as geomagnetism. Technologies for canceling the environmental magnetic field include passive shield technology and active shield technology.
In a passive type shield, a shield room is formed of a high permeability material. In the active type shield, a space to be shielded is surrounded by a Helmholtz coil. Patent Document 1 discloses a technique in which a passive shield and an active shield are combined.
本発明は、より均一に磁場がキャンセルされた空間を有する磁場キャンセルシステムを
提供する。
The present invention provides a magnetic field cancellation system having a space in which the magnetic field is canceled more uniformly.
本発明は、エアーギャップを有する磁芯と、前記磁芯に巻きつけられたコイルと、前記
エアーギャップ内に配置され、磁場を測定する制御用センサーと、前記制御用センサーに
より測定される磁場の大きさがゼロに近づくように、前記コイルに流す電流を制御する制
御装置とを有する磁場キャンセルシステムを提供する。
この磁場キャンセルシステムによれば、エアーギャップ内の磁場を用いない場合と比較
して、より均一に磁場がキャンセルされた空間を形成することができる。
The present invention provides a magnetic core having an air gap, a coil wound around the magnetic core, a control sensor that is disposed in the air gap and measures a magnetic field, and a magnetic field measured by the control sensor. There is provided a magnetic field canceling system including a control device that controls a current flowing through the coil so that the magnitude approaches zero.
According to this magnetic field cancellation system, it is possible to form a space in which the magnetic field is canceled more uniformly than in the case where the magnetic field in the air gap is not used.
好ましい態様において、この磁場キャンセルシステムは、前記磁芯、前記コイル、およ
び前記制御装置の組を２つ以上有し、一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の
向きと、別の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きとが異なってもよい。
この磁場キャンセルシステムによれば、エアーギャップ内の磁場を用いない場合と比較
して、複数の方向においてより均一に磁場がキャンセルされた空間を形成することができ
る。
In a preferred embodiment, the magnetic field canceling system includes two or more sets of the magnetic core, the coil, and the control device, the direction of the magnetic field generated in one set of the air gap, and another set. The direction of the magnetic field generated in the air gap may be different.
According to this magnetic field canceling system, it is possible to form a space in which the magnetic field is canceled more uniformly in a plurality of directions than in the case where the magnetic field in the air gap is not used.
別の好ましい態様において、この磁場キャンセルシステムは、磁場を発生する被測定物
と、前記被測定物が発生する磁場を測定する測定用センサーとを有し、前記エアーギャッ
プの体積は、前記被測定物および前記測定用センサーの組よりも大きくてもよい。
この磁場キャンセルシステムによれば、均一に磁場がキャンセルされた空間内において
被測定物が発生する磁場を測定することができる。
In another preferred embodiment, the magnetic field canceling system includes an object to be measured that generates a magnetic field and a measurement sensor that measures the magnetic field generated by the object to be measured, and the volume of the air gap is determined by the object to be measured. It may be larger than the set of the object and the measuring sensor.
According to this magnetic field cancellation system, the magnetic field generated by the object to be measured can be measured in a space where the magnetic field is uniformly canceled.
１．構成
図１は、一実施形態に係る磁場キャンセルシステム１の構成を示す図である。磁場キャ
ンセルシステム１は、磁芯１０と、コイル２０と、磁気センサー３０と、制御装置４０と
、電源装置５０とを有する。磁芯１０は、コイル２０により発生した磁束が通る磁路とし
て機能する。この例で、磁芯１０は、断面積Ｓの棒状の磁性体がＣ字型に曲げられた形状
を有しており、磁路の一部にエアーギャップ（切欠き）を有する（図中破線で示した領域
）。エアーギャップの長さはＬである。ここで、図１の右向きにｘ軸、上向きにｚ軸、ｘ
軸およびｚ軸の双方に垂直な向きにｙ軸をとる。磁束はｚ軸方向を向いている。コイル２
０は、磁芯１０にｎ回巻きつけられたコイルである。磁芯１０およびコイル２０により磁
気回路が形成される。磁気センサー３０は、エアーギャップ内のｚ軸方向の磁場（磁束密
度）を測定する、フィードバック制御用のセンサーである。磁気センサー３０が測定する
磁場は、地磁気等による環境磁場（磁束密度Ｂ１）と、磁気回路によりエアーギャップ中
に生成された磁場（磁束密度Ｂ２）とを合成したものである。制御装置４０は、磁気セン
サー３０からの信号をフィードバック信号として受けて、磁気センサー３０により測定さ
れる磁場の大きさがゼロに近づくように、コイル２０に流す電流を制御する。電源装置５
０は、制御装置４０を駆動させるための電力を供給する。
1. Configuration FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a magnetic field cancellation system 1 according to an embodiment. The magnetic field cancellation system 1 includes a magnetic core 10, a coil 20, a magnetic sensor 30, a control device 40, and a power supply device 50. The magnetic core 10 functions as a magnetic path through which the magnetic flux generated by the coil 20 passes. In this example, the magnetic core 10 has a shape in which a rod-like magnetic body having a cross-sectional area S is bent in a C shape, and has an air gap (notch) in a part of the magnetic path (broken line in the figure). Area indicated by The length of the air gap is L. Here, in FIG. 1, the x-axis is directed to the right, the z-axis is directed upward, x
The y axis is taken in a direction perpendicular to both the axis and the z axis. The magnetic flux is directed in the z-axis direction. Coil 2
0 is a coil wound n times around the magnetic core 10. A magnetic circuit is formed by the magnetic core 10 and the coil 20. The magnetic sensor 30 is a sensor for feedback control that measures a magnetic field (magnetic flux density) in the z-axis direction in the air gap. The magnetic field measured by the magnetic sensor 30 is a combination of an environmental magnetic field (magnetic flux density B 1 ) such as geomagnetism and a magnetic field (magnetic flux density B 2 ) generated in the air gap by a magnetic circuit. The control device 40 receives the signal from the magnetic sensor 30 as a feedback signal, and controls the current flowing through the coil 20 so that the magnitude of the magnetic field measured by the magnetic sensor 30 approaches zero. Power supply 5
0 supplies power for driving the control device 40.
エアーギャップ内には、測定対象となる被測定物６０（例えば、生体）および被測定物
が発生する磁場を測定するための磁気センサー７０（例えば、心磁計または脳磁計）が配
置される。すなわち、エアーギャップは、被測定物６０および磁気センサー７０を収容す
ることができる程度の体積（大きさ）を有している。この例で、エアーギャップはｚ軸に
沿った形状を有している。ここで、「ｚ軸に沿った形状」とはエアーギャップ内の磁束が
ｚ軸に平行な向きを向くような形状をいう。
In the air gap, a measurement object 60 (for example, a living body) to be measured and a magnetic sensor 70 (for example, a magnetocardiograph or a magnetoencephalograph) for measuring a magnetic field generated by the measurement object are arranged. That is, the air gap has a volume (size) that can accommodate the DUT 60 and the magnetic sensor 70. In this example, the air gap has a shape along the z-axis. Here, the “shape along the z-axis” refers to a shape in which the magnetic flux in the air gap faces in a direction parallel to the z-axis.
磁気回路のエアーギャップ内には、均一な磁場が生成されることが知られている。磁気
回路上のエアーギャップには、Ｎ極とＳ極が生成され、次式（１）のように磁束密度Ｂ２
の磁場が発生する。
Ｂ２＝μ０Ｈ２＝μ０ＮＩ／Ｌ …（１）
Ｂ２：エアーギャップ内の磁束密度［Ｔ］
μ０：空気中の透磁率［Ｈ／ｍ］
ｎ：コイルの巻数［回］
Ｉ：コイルに流れる電流［Ａ］
Ｌ：エアーギャップの長さ（間隔）［ｍ］
磁束密度Ｂ２の磁場は、断面積Ｓ×エアーギャップ間隔Ｌの空間に均一に存在する。多
くの場合、地磁気等の環境磁場は空間的に均一である。したがって、エアーギャップ内の
磁場を制御し、環境磁場と逆向きの磁場を発生させることで、環境磁場がキャンセル（相
殺）される。空間的に均一な環境磁場を、エアーギャップ内の均一な磁場でキャンセルす
るので、エアーギャップ内の磁場（理想的には大きさがゼロ）は空間的に均一である。こ
うして、均一に磁場がキャンセルされた（均一な磁場減衰レベルをもつ）空間が生成され
る。
It is known that a uniform magnetic field is generated in the air gap of the magnetic circuit. In the air gap on the magnetic circuit, an N pole and an S pole are generated, and the magnetic flux density B 2 is expressed by the following equation (1).
The magnetic field is generated.
B 2 = μ 0 H 2 = μ 0 NI / L (1)
B 2 : Magnetic flux density [T] in the air gap
μ 0 : Permeability in air [H / m]
n: Number of coil turns [times]
I: Current flowing in the coil [A]
L: Air gap length (interval) [m]
A magnetic field having a magnetic flux density B 2 is uniformly present in the space of the cross-sectional area S × air gap distance L. In many cases, the environmental magnetic field such as geomagnetism is spatially uniform. Therefore, the environmental magnetic field is canceled (cancelled) by controlling the magnetic field in the air gap and generating a magnetic field opposite to the environmental magnetic field. Since the spatially uniform environmental magnetic field is canceled by the uniform magnetic field in the air gap, the magnetic field in the air gap (ideally zero in magnitude) is spatially uniform. In this way, a space in which the magnetic field is uniformly canceled (having a uniform magnetic field attenuation level) is generated.
図２は、従来技術に係るパッシブ型磁気シールドを用いた場合の、シールド内部の磁場
の分布を例示する図である。図２において、中央部分の円形の領域がシールド内部を示す
。この例では、環境磁場は図２の左から右に向いている。シールド内部において、年輪の
ような模様は等磁束密度線を示す。
FIG. 2 is a diagram illustrating the distribution of the magnetic field inside the shield when the passive magnetic shield according to the related art is used. In FIG. 2, the circular area in the center portion shows the inside of the shield. In this example, the environmental magnetic field is directed from left to right in FIG. Inside the shield, a pattern like an annual ring shows an equal magnetic flux density line.
図３は、従来技術に係るアクティブ型磁気シールドを用いた場合の、シールド内部の磁
場の分布を例示する図である。図３において、中央付近に示されている２本の縦線がヘル
ムホルツコイルの位置に相当する。矢印は、その位置における磁場の向きを示す。色が濃
い部分は、色が薄い部分よりも磁場が大きい（磁束密度の強度が強い）ことを示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating the distribution of the magnetic field inside the shield when the active magnetic shield according to the related art is used. In FIG. 3, the two vertical lines shown near the center correspond to the position of the Helmholtz coil. The arrow indicates the direction of the magnetic field at that position. The dark portion indicates that the magnetic field is larger (the magnetic flux density is stronger) than the light portion.
図２および図３からわかるように、従来技術に係るシールドによれば、シールド内の磁
場は均一ではなく、磁場の向きまたは大きさには分布が生じている。磁気センサー７０と
して、複数のセンサー素子を例えばアレイ化またはグラジオ化により３次元的に配置した
センサーを用いた場合、これら複数のセンサーが感じる環境磁場を均一にゼロに近づける
必要がある。しかし、従来技術に係るシールドでは、環境磁場がキャンセルされ、かつ空
間的に均一な磁場を有する空間を形成することは難しかった。本実施形態によれば、磁気
回路のエアーギャップ内の均一磁場を用いない場合と比較して、より均一性の高い磁場を
有する空間を形成することができる。
As can be seen from FIGS. 2 and 3, according to the shield according to the prior art, the magnetic field in the shield is not uniform, and the direction or magnitude of the magnetic field is distributed. When a sensor in which a plurality of sensor elements are arranged three-dimensionally, for example, by arraying or gradiating is used as the magnetic sensor 70, it is necessary to uniformly bring the environmental magnetic field felt by the plurality of sensors close to zero. However, in the shield according to the conventional technique, it is difficult to form a space having a spatially uniform magnetic field in which the environmental magnetic field is canceled. According to the present embodiment, it is possible to form a space having a magnetic field with higher uniformity than in the case where a uniform magnetic field in the air gap of the magnetic circuit is not used.
２．動作
図４は、磁場キャンセルシステム１を用いた磁場の測定方法を示すフローチャートであ
る。ステップＳ１００において、磁場キャンセルシステム１は、環境磁場をキャンセルす
る。環境磁場のキャンセルは、エアーギャップ内に被測定物を配置しない状態で行われる
。制御装置４０は、磁気センサー３０から出力される信号により示される磁場の大きさが
ゼロに近づくように、コイル２０に流す電流を制御する。磁場の大きさが所定のしきい値
よりも小さくなる等、条件が満たされると、制御装置４０はコイル２０に流す電流値を確
定する。確定された電流値の電流を流した状態におけるエアーギャップを「ゼロ磁場空間
」という。
2. Operation FIG. 4 is a flowchart showing a magnetic field measurement method using the magnetic field cancellation system 1. In step S100, the magnetic field cancellation system 1 cancels the environmental magnetic field. The cancellation of the environmental magnetic field is performed in a state where the object to be measured is not placed in the air gap. The control device 40 controls the current flowing through the coil 20 so that the magnitude of the magnetic field indicated by the signal output from the magnetic sensor 30 approaches zero. When the condition is satisfied, for example, the magnitude of the magnetic field is smaller than a predetermined threshold value, the control device 40 determines the value of the current flowing through the coil 20. The air gap in a state where a current having a fixed current value is passed is called “zero magnetic field space”.
ステップＳ１１０において、ユーザーは、ゼロ磁場空間となったエアーギャップに、被
測定物６０を配置し、磁気センサー７０により被測定物６０が発生する磁場を測定する。
このときエアーギャップはゼロ磁場空間となっているので、地磁気等の環境磁場の影響を
排除した、被測定物６０が発生する磁場が測定される。
In step S <b> 110, the user places the device under test 60 in the air gap that has become the zero magnetic field space, and measures the magnetic field generated by the device under test 60 using the magnetic sensor 70.
At this time, since the air gap is a zero magnetic field space, the magnetic field generated by the DUT 60 is measured without the influence of the environmental magnetic field such as geomagnetism.
ゼロ磁場空間の大きさは、磁芯１０の断面積Ｓ、エアーギャップの間隔Ｌを調整するこ
とにより、被測定物６０の大きさにあわせることができる。ゼロ磁場空間においては磁場
が均一であるので、磁気センサー７０の設置位置、およびセンサーの素子の数の自由度を
向上させることができる。
The size of the zero magnetic field space can be adjusted to the size of the DUT 60 by adjusting the cross-sectional area S of the magnetic core 10 and the air gap interval L. Since the magnetic field is uniform in the zero magnetic field space, the installation position of the magnetic sensor 70 and the degree of freedom of the number of sensor elements can be improved.
３．他の実施形態
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以
下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用い
られてもよい。
実施形態においては、ｚ軸方向の環境磁場のみをキャンセルする構成を説明した。しか
し、磁場キャンセルシステム１は、複数の方向（例えば、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ
軸方向の３つの方向）の磁場をキャンセルする構成を有していてもよい。例えば３方向の
磁場をキャンセルする場合、磁場キャンセルシステム１は、磁芯１０、コイル２０、磁気
センサー３０、および制御装置４０を含む磁気回路の組を３組有する。これら３組の磁気
回路のエアーギャップは、それぞれ、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿った形状を有している
。すなわち、磁場キャンセルシステム１は、磁芯１０、コイル２０、磁気センサー３０、
および制御装置４０の組を２つ以上有し、一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁
場の向きと、別の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きとが異なっていても
よい。
3. Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. Hereinafter, some modifications will be described. Two or more of the following modifications may be used in combination.
In the embodiment, the configuration for canceling only the environmental magnetic field in the z-axis direction has been described. However, the magnetic field cancellation system 1 has a plurality of directions (for example, the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction).
You may have the structure which cancels the magnetic field of three directions of an axial direction). For example, when canceling magnetic fields in three directions, the magnetic field cancellation system 1 has three sets of magnetic circuits including the magnetic core 10, the coil 20, the magnetic sensor 30, and the control device 40. The air gaps of these three sets of magnetic circuits have shapes along the x-axis, y-axis, and z-axis, respectively. That is, the magnetic field cancellation system 1 includes a magnetic core 10, a coil 20, a magnetic sensor 30,
And two or more sets of control devices 40, and the direction of the magnetic field generated in one set of the air gap is different from the direction of the magnetic field generated in another set of the air gap. Also good.
磁芯１０の形状は、図１に例示したものに限定されない。コイル２０により発生された
磁束が通る磁路の途中にエアーギャップを有するものであれば、磁芯１０はどのような形
状を有していてもよい。
被測定物６０および磁気センサー７０は実施形態で説明したものに限定されない。生体
以外の磁場源が被測定物６０として用いられてもよいし、心磁計または脳磁計以外のセン
サーが磁気センサー７０として用いられてもよい。
磁場キャンセルシステム１は、パッシブ型シールドまたはアクティブ型シールドと組み
合わせて用いられてもよい。例えば、パッシブ型シールドとしてのシールドボックスの中
に磁場キャンセルシステム１が配置されてもよい。
The shape of the magnetic core 10 is not limited to that illustrated in FIG. The magnetic core 10 may have any shape as long as it has an air gap in the middle of the magnetic path through which the magnetic flux generated by the coil 20 passes.
The DUT 60 and the magnetic sensor 70 are not limited to those described in the embodiment. A magnetic field source other than a living body may be used as the object to be measured 60, or a sensor other than the magnetocardiograph or the magnetoencephalograph may be used as the magnetic sensor 70.
The magnetic field cancellation system 1 may be used in combination with a passive shield or an active shield. For example, the magnetic field cancellation system 1 may be arranged in a shield box as a passive shield.
１…磁場キャンセルシステム、１０…磁芯、２０…コイル、３０…磁気センサー、４０…
制御装置、５０…電源装置、６０…被測定物、７０…磁気センサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field cancellation system, 10 ... Magnetic core, 20 ... Coil, 30 ... Magnetic sensor, 40 ...
Control device 50 ... Power supply device 60 ... Measurement object 70 ... Magnetic sensor
Claims (3)
前記磁芯に巻きつけられたコイルと、
前記エアーギャップ内に配置され、磁場を測定する制御用センサーと、
前記制御用センサーにより測定される磁場の大きさがゼロに近づくように、前記コイル
に流す電流を制御する制御装置と
を有する磁場キャンセルシステム。 A magnetic core having an air gap;
A coil wound around the magnetic core;
A control sensor disposed in the air gap and measuring a magnetic field;
A magnetic field canceling system comprising: a control device that controls a current flowing through the coil so that the magnitude of the magnetic field measured by the control sensor approaches zero.
、
一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きと、別の組の前記エアーギャッ
プ内に生成される磁場の向きとが異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場キャンセルシステム。 Having two or more sets of the magnetic core, the coil, the control sensor, and the control device;
The magnetic field cancellation system according to claim 1, wherein a direction of a magnetic field generated in one set of the air gaps is different from a direction of a magnetic field generated in another set of the air gaps.
前記被測定物が発生する磁場を測定する測定用センサーと
を有し、
前記エアーギャップの体積は、前記被測定物および前記測定用センサーの組よりも大き
い
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場キャンセルシステム。 An object that generates a magnetic field;
A measuring sensor for measuring a magnetic field generated by the object to be measured,
The magnetic field cancellation system according to claim 1 or 2, wherein a volume of the air gap is larger than a set of the object to be measured and the sensor for measurement.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010173382A JP2012033795A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Magnetic field cancellation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010173382A JP2012033795A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Magnetic field cancellation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012033795A true JP2012033795A (en) | 2012-02-16 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2010173382A Withdrawn JP2012033795A (en) | 2010-08-02 | 2010-08-02 | Magnetic field cancellation system |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP2012033795A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022201626A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 株式会社オータマ | Magnetic shielding device and magnetic shielding method |
-
2010
- 2010-08-02 JP JP2010173382A patent/JP2012033795A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022201626A1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 株式会社オータマ | Magnetic shielding device and magnetic shielding method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20131105 |