JP2013228209A - Electromagnetic field sensor and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁界センサ及びシステムに関し、特に、相互に直交するXYZ成分の電磁界強度を計測可能な電磁界センサ及びシステムに関する。 The present invention relates to an electromagnetic field sensor and system, and more particularly to an electromagnetic field sensor and system capable of measuring electromagnetic field strengths of XYZ components orthogonal to each other.
2007年6月18日に、世界保健機関のタスクグループによって、低周波(400kHzまでの超低周波)の電界及び磁界への暴露による健康リスクに関する環境保健クライテリアが発行された。 On June 18, 2007, the World Health Organization task group issued an environmental health criterion on health risks from exposure to low and very low frequency (up to 400 kHz) electric and magnetic fields.
我々の身の回りでも、電磁調理器(IH調理器)、電気掃除機、家庭用テレビ、パーソナルコンピュータ、家電製品全般、デジタル家電全般、情報機器、照明器具、さらには今後普及が見込まれる電気自動車も低周波磁界の発生源を有している。 Even in our daily lives, electromagnetic cookers (IH cookers), vacuum cleaners, home TVs, personal computers, home appliances in general, digital home appliances in general, information equipment, lighting equipment, and electric vehicles that are expected to become popular in the future are also low. It has a source of frequency magnetic field.
低周波磁界の人体への暴露による健康リスクを回避するためには、電磁界のシールド対策を講ずる必要があるが、そのためには、電磁調理器等のいずれの位置からどのくらいの強度の低周波磁界が発生しているかを特定する必要がある。 In order to avoid health risks due to exposure to human bodies with low-frequency magnetic fields, it is necessary to take measures to shield electromagnetic fields. For that purpose, the strength of low-frequency magnetic fields from any position of an electromagnetic cooker, etc. It is necessary to identify whether or not
電磁界のシールド対策を講ずるためには、家電製品等のどの部分からどのくらいの強度の電磁界が発生しているかを簡易に特定し、その発生源に対してシールド対策などの適切な措置を講ずることが必要であると考えられる。 To take measures to shield electromagnetic fields, simply identify how much electromagnetic field is generated from which part of home appliances, etc., and take appropriate measures such as shielding measures against the source. It is considered necessary.
そこで、本発明は、上記不都合を解決するために、相互に直交するXYZ成分の電磁界強度を測定可能な電磁界センサを提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromagnetic field sensor capable of measuring the electromagnetic field strengths of XYZ components orthogonal to each other in order to solve the above problems.
上記課題を解決するために、本発明の電磁界センサは、
各々の軸心が相互に直交するXYZ方向に配置されている複数のコイルと、
前記各コイルによって誘起される電磁界に基づく電圧を増幅するアンプと、を備える。
In order to solve the above problems, the electromagnetic field sensor of the present invention is:
A plurality of coils arranged in XYZ directions in which the respective axes are orthogonal to each other;
And an amplifier that amplifies a voltage based on an electromagnetic field induced by each coil.
また、本発明の電磁界センサシステムは、前記電磁界センサと、前記アンプに接続されたスペクトラムアナライザと、を備える。 The electromagnetic field sensor system of the present invention includes the electromagnetic field sensor and a spectrum analyzer connected to the amplifier.
なお、上記各コイルとしては、電磁界センサの小型化のため、フェライトコイルを用いるとよい。これにより、空間分解能を向上させることができる。さらに、スペクトラムアナライザを用いると、計測対象となる周波数帯域における電磁界強度を把握すること、すなわち、電磁界の周波数分解をすることができる。 In addition, as each said coil, it is good to use a ferrite coil for size reduction of an electromagnetic field sensor. Thereby, spatial resolution can be improved. Furthermore, when a spectrum analyzer is used, it is possible to grasp the electromagnetic field intensity in the frequency band to be measured, that is, to perform frequency decomposition of the electromagnetic field.
本発明によれば、上記各コイルによって誘起される電磁界のXYZ方向の電圧を計測することができる。なお、電磁界に基づく電圧自体が微弱であることを補完するため、それをアンプによって増幅させることで対応している。 According to the present invention, the voltage in the XYZ directions of the electromagnetic field induced by each coil can be measured. In addition, in order to complement that the voltage based on the electromagnetic field is weak, it is handled by amplifying it with an amplifier.
100 センサ
200 ケーブル
300 スイッチ(SW)
400 スペクトラムアナライザ(SA)
500 パーソナルコンピュータ(PC)
100 Sensor 200 Cable 300 Switch (SW)
400 Spectrum Analyzer (SA)
500 Personal computer (PC)
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(構成の説明)
図1は、本発明の実施形態の電磁界センサシステムの模式的な構成図である。図1には、以下説明する、電磁界センサ100と、ケーブル200と、スイッチ(以下、「SW」と称する。)300と、スペクトラムアナライザ(以下、「SA」と称する。)400と、パーソナルコンピュータ(以下、「PC」と称する。)500とを示している。なお、図1には、電磁界センサシステムの一構成を示しており、電磁界センサ100を複数用意し、それに付随してSW300も複数用意してもよい。
(Description of configuration)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electromagnetic field sensor system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an electromagnetic field sensor 100, a cable 200, a switch (hereinafter referred to as “SW”) 300, a spectrum analyzer (hereinafter referred to as “SA”) 400, and a personal computer, which will be described below. (Hereinafter referred to as “PC”) 500. FIG. 1 shows one configuration of the electromagnetic field sensor system, and a plurality of electromagnetic field sensors 100 may be prepared, and a plurality of SWs 300 may be prepared in association therewith.
電磁界センサ100は、電磁界の向き及び強度を計測するものである。電磁界センサ100は、SW300に接続されている。後述するように、本実施形態では、電磁界の向きが特定できるようにするために、各々の軸心が相互に直交するXYZ方向に配置されている複数のコイルと、各コイルによって誘起される電磁界に基づく電圧を増幅するアンプとを備える。 The electromagnetic field sensor 100 measures the direction and intensity of the electromagnetic field. The electromagnetic field sensor 100 is connected to the SW 300. As will be described later, in the present embodiment, in order to be able to specify the direction of the electromagnetic field, a plurality of coils whose axes are arranged in XYZ directions orthogonal to each other and induced by each coil And an amplifier that amplifies a voltage based on the electromagnetic field.
なお、図1には、電磁界センサ100の形状をドーム状とした例を示しているが、形状はこれに限定されず、例えば、円柱状、立方体、直方体などとしてもよい。電磁界センサ100の外観寸法の一例を示すと、後述するコイルのサイズからすれば、φ40mm×30mm、30mm×30mm×30mm或いは20mm×30mm×40mm内に収まるような大きさとすることができる。もっとも、電磁界の測定対象によっては、このサイズまで小型化することは不要であろうことから、測定対象のサイズに応じてコイルサイズを決定し、それに応じて電磁界センサ100自体の大きさも選択すればよい。したがって、電磁界センサ100自体の大きさは、例えば、上記サイズの1.5倍〜3倍程度の大きさとしてもよい。 In addition, although the example which made the shape of the electromagnetic field sensor 100 the dome shape is shown in FIG. 1, a shape is not limited to this, For example, it is good also as a column shape, a cube, a rectangular parallelepiped. As an example of the external dimensions of the electromagnetic field sensor 100, the size can be set to fit within φ40 mm × 30 mm, 30 mm × 30 mm × 30 mm, or 20 mm × 30 mm × 40 mm based on the coil size described later. Of course, depending on the electromagnetic field measurement target, it may not be necessary to reduce the size to this size. Therefore, the coil size is determined according to the size of the measurement target, and the size of the electromagnetic field sensor 100 itself is selected accordingly. do it. Therefore, the size of the electromagnetic field sensor 100 itself may be, for example, about 1.5 to 3 times the above size.
また、本実施形態では、電磁界センサ100に設けられているアンプとしては、内部アンプゲインが20dB程度であることが好ましい。また、電磁界センサ100は、10Hz〜1GHzの周波数帯域をカバーできるようにするとよい。このための条件については後述する。 In the present embodiment, the amplifier provided in the electromagnetic field sensor 100 preferably has an internal amplifier gain of about 20 dB. Further, the electromagnetic field sensor 100 is preferably configured to cover a frequency band of 10 Hz to 1 GHz. The conditions for this will be described later.
ケーブル200は、電磁界センサ100の出力端とSW300の入力端とを結ぶものである。ケーブル200は、限定的ではないが、電磁界センサ100からの出力信号に対して外部からノイズ成分が重畳されにくいように、同軸ケーブルを採用するとよい。 The cable 200 connects the output end of the electromagnetic field sensor 100 and the input end of the SW 300. The cable 200 is not limited, but a coaxial cable may be adopted so that a noise component is hardly superimposed on the output signal from the electromagnetic field sensor 100 from the outside.
SW300は、電磁界センサ100から出力された複数の信号のいずれか選択するものである。SW300の出力端は、SA400の入力端に接続されている。これらの接続も、例えば同軸ケーブルを採用するとよい。 The SW 300 is used to select one of a plurality of signals output from the electromagnetic field sensor 100. The output terminal of SW300 is connected to the input terminal of SA400. For these connections, for example, a coaxial cable may be employed.
SA400は、電磁界センサ100からの出力信号を入力して、予め設定された測定範囲の周波数帯域幅において電圧レベルを測定するものである。ここでは、低周波用のSAを用いている。SA400の出力端は、PC500の入力端に接続されている。 SA400 inputs an output signal from the electromagnetic field sensor 100 and measures a voltage level in a frequency bandwidth of a preset measurement range. Here, SA for low frequency is used. The output terminal of SA400 is connected to the input terminal of PC500.
PC500は、SA400から出力された計測データを処理して、図示しない記録媒体に記録したり、当該各データに基づいて所定の画像処理を施して画像データを作成して、PC500に接続されているディスプレイに出力したりするものである。 The PC 500 processes the measurement data output from the SA 400 and records it on a recording medium (not shown), or performs predetermined image processing based on each data to create image data, and is connected to the PC 500. Or output to a display.
なお、図1に示す構成は一例であり、例えば、SA400をコイルの数に応じて用意すれば、SW300を割愛することも可能である。 The configuration shown in FIG. 1 is an example. For example, if the SA 400 is prepared according to the number of coils, the SW 300 can be omitted.
図2は、図1に示す電磁界センサ100における複数のコイル(以下、「コイル群」とも称する。)付近の模式的な配置例を示す図である。図2(a)にはコイル群の平面図を示し、図2(b)にはコイル群の側面図を示している。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic arrangement example near a plurality of coils (hereinafter also referred to as “coil group”) in the electromagnetic field sensor 100 shown in FIG. 1. FIG. 2A shows a plan view of the coil group, and FIG. 2B shows a side view of the coil group.
図2に示すように、電磁界センサ100は、図示しない基板上に設けられているスペーサ110を備える。この基板及びスペーサ110は、発泡体、樹脂材、木材などのように、電磁界の強度を正確に測定することができる素材とすべきであり、例えば、発泡スチロールを用いることができる。 As shown in FIG. 2, the electromagnetic field sensor 100 includes a spacer 110 provided on a substrate (not shown). The substrate and the spacer 110 should be made of a material that can accurately measure the strength of the electromagnetic field, such as a foam, a resin material, and wood. For example, a polystyrene foam can be used.
図2(a)には、直方体状の外形で中央部分が矩形状に開口されているスペーサ110を示しているが、スペーサ110の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、円筒状の外形としてもよい。 FIG. 2A shows a spacer 110 having a rectangular parallelepiped outer shape with a central portion opened in a rectangular shape. However, the shape of the spacer 110 is not limited to this, for example, a cylindrical shape. It is good also as the external shape.
コイル群は、軸心がX方向、Y方向、Z方向のいずれかに沿う態様で配置されているコイルを備える。なお、X方向、Y方向、Z方向とは、相互に直交しているという相対的なものであり、X軸等の絶対的なものがあるわけではない点に留意されたい。 A coil group is provided with the coil arrange | positioned in the aspect in which an axial center follows any one of a X direction, a Y direction, and a Z direction. It should be noted that the X direction, the Y direction, and the Z direction are relative to each other, and there is no absolute thing such as the X axis.
スペーサ110は、コイルZ1,Z2の長さ方向の中心に、コイルX1,X2等の軸心が直交する条件としている。したがって、例えば、コイルX1等が相対的に図2に示す場合に比して短い場合には、必ずしもスペーサ110を設ける必要はない。 The spacer 110 has a condition in which the axial centers of the coils X 1 , X 2, etc. are orthogonal to the center in the length direction of the coils Z 1 , Z 2 . Thus, for example, it is shorter than the case where the coil X 1 or the like is shown in relatively Figure 2 does not necessarily have to be provided a spacer 110.
また、スペーサ110を設けなくて済むように、コイル群のレイアウトを変更することも可能である。具体的には、例えば、立方体に組んだ基板を用意し、各基板の垂直方向にコイルの軸心が沿うように配置することも一法である。 Further, the layout of the coil group can be changed so that the spacer 110 is not provided. Specifically, for example, it is also a method to prepare a substrate assembled in a cube and arrange the coils so that the axis of the coil is along the vertical direction of each substrate.
スペーサ110上には、それぞれ、軸心がX方向となる態様でコイルX1,X2が、軸心がY方向となる態様でコイルY1,Y2とが栽置される。また、スペーサ110の開口部分には、軸心がZ方向となる態様でコイルZ1,Z2が栽置される。 On the spacer 110, the coils X 1 and X 2 are placed in a manner in which the axial center is in the X direction, and the coils Y 1 and Y 2 are placed in a manner in which the axial center is in the Y direction. In addition, coils Z 1 and Z 2 are placed in the opening portion of the spacer 110 in such a manner that the axis is in the Z direction.
なお、図2には、コイルZ1,Z2が矩形状の開口部分に対角上に栽置されている例を示しているが、載置条件はこれに限定されず、コイルZ1,Z2は対称性を持たせる条件で栽置させればよい。 FIG. 2 shows an example in which the coils Z 1 and Z 2 are installed diagonally in the rectangular opening, but the mounting conditions are not limited to this, and the coils Z 1 , Z 2 may be placed under the condition of providing symmetry.
また、コイル群から出力される電圧は、既述のように、各コイルに接続されるアンプによって増幅されるが、アンプは、例えば、図示しない基板の下側に、アンプ用基板などを用意して、この上に設ければよい。 In addition, as described above, the voltage output from the coil group is amplified by the amplifier connected to each coil. For example, an amplifier board is prepared below the board (not shown). It should be provided on this.
図3は、図1に示す電磁界センサ100の電気的接続の説明図である。ここでは、コイルX1,X2についての電気的接続関係を示しているが、コイルY1,Y2及びコイルZ1,Z2の電気的接続関係も、これと同様としている。 FIG. 3 is an explanatory diagram of the electrical connection of the electromagnetic field sensor 100 shown in FIG. Here, the electrical connection relationship between the coils X 1 and X 2 is shown, but the electrical connection relationship between the coils Y 1 and Y 2 and the coils Z 1 and Z 2 is also the same.
図3に示すように、例えば、コイルX1の巻き始め側は、既述のアンプ(AMP)120の第1の入力端に対して電線130を通じて接続されている。また、コイルX1の巻き終り側は、コイルX2の巻き始め側に直列接続されている。さらに、コイルX2の巻き終り側が既述のアンプ120の第2の入力端に対して電線140を通じて接続されている。コイルX1,X2等を直列接続されているので、これらに誘起される電磁界のX成分に基づく電圧は合成される。 As shown in FIG. 3, for example, the winding start side of the coil X 1 is connected through a wire 130 to a first input terminal of the aforementioned amplifier (AMP) 120. Further, the winding end side of the coil X 1 is serially connected to the winding start side of the coil X 2. Further, the winding end side of the coil X 2 are connected through a wire 140 to the second input terminal of the aforementioned amplifier 120. Since the coils X 1 , X 2, etc. are connected in series, the voltage based on the X component of the electromagnetic field induced by them is synthesized.
アンプ120の出力端及びコイルY1,Y2,Z1,Z2のアンプの出力端は、ケーブル200を通じてそれぞれSW300の入力端に接続されている。 The output terminal of the amplifier 120 and the output terminals of the amplifiers of the coils Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2 are connected to the input terminal of the SW 300 through the cable 200.
ここで、アンプ120は、どのようなタイプのものを用いてもよいが、広い周波数帯域において、高利得を得られるようにするとよい。したがって、負帰還多段アンプを採用し、一段あたりの利得を下げ、その分、周波数帯域を広げるようにするとよい。 Here, any type of amplifier 120 may be used, but it is preferable to obtain a high gain in a wide frequency band. Therefore, it is preferable to employ a negative feedback multi-stage amplifier to lower the gain per stage and expand the frequency band accordingly.
図4は、図2に示すコイルX1の説明図である。図4(a)にはコイルを構成するフェライトコアを示し、図4(b)には図4(a)に示したフェライトコアに対して電線を巻いた様子を示している。なお、コイルX1以外の他のコイルY1,Z1等も、図4に示すコイルX1と同様の構成としている。 Figure 4 is an explanatory view of a coil X 1 shown in FIG. FIG. 4A shows a ferrite core constituting the coil, and FIG. 4B shows a state in which an electric wire is wound around the ferrite core shown in FIG. The coil X 1 other coil Y 1 other than, Z 1 and the like are also the same structure as the coil X 1 shown in FIG.
コイルX1は、例えば、直径φ14mm程度、高さが12mm程度という大きさとしている。もっとも、このサイズは例示であり、これに対して1.5〜3倍程度の大きさとしてもよいし、これに対して小さくしてもよい。ただし、コイルX1は、空間分解能を高めようとしてあまりに小さくすると、電磁界の受信感度が小さくなるため、小さくするといっても、せいぜい上記サイズの半分程度までに留めておくことがよい。 Coil X 1, for example, a diameter of about 14 mm, is a size that approximately 12mm in height. However, this size is an example, and it may be about 1.5 to 3 times larger than this, or smaller. However, coil X 1, when too small an attempt to increase the spatial resolution, because the reception sensitivity of the electromagnetic field is reduced, even if the smaller, it is possible to keep up to at most about half the size.
コイルX1は、上記のようにフェライトコアとしているが、詳しくは、例えば、マンガンと亜鉛とを含むフェライトコアを採用することができる。具体的には、透磁率に着目すれば「2G4」、「2H6」と称されるフェライト材料を用いると、100kHzまでの超低周波領域に好適に用いることができる。 Coil X 1 is, although the ferrite core as described above, particularly, for example, can be adopted a ferrite core including manganese and zinc. Specifically, when attention is paid to the magnetic permeability, ferrite materials called “2G4” and “2H6” can be suitably used in an ultra-low frequency region up to 100 kHz.
換言すると、高周波領域における電磁界強度を計測したい場合には、「7B2」と称されるフェライト材料など、ニッケルと亜鉛とを含むフェライトコアを採用するとよい。もっとも、係る場合には、アンプ120とSA400とを高周波用のものに変更するとよい。 In other words, when it is desired to measure the electromagnetic field strength in the high frequency region, a ferrite core containing nickel and zinc, such as a ferrite material called “7B2”, may be employed. However, in such a case, the amplifier 120 and the SA 400 may be changed to those for high frequency.
コイルX1は、電磁界アンテナとして機能することになるので、その大きさ、形状の決定は重要である。一般的には、アンテナの開口部が大きいほど受信レベルは大きくなるが、その一方で電磁界センサ100の大きさの制限もある。 Coil X 1, it means that functions as an electromagnetic field antenna, its size, the determination of the shape is important. In general, the larger the antenna opening, the higher the reception level, but there is also a limitation on the size of the electromagnetic field sensor 100.
本実施形態では、フェライト材に巻くコイルの巻き数をある程度確保してインダクタンスを大きくするようにしている。このため、図4に示すように、コイルの巻き領域を一般的なフェライトコイルに比して大きく確保している。 In the present embodiment, the number of coils wound around the ferrite material is secured to some extent to increase the inductance. For this reason, as shown in FIG. 4, the coil winding area is secured larger than that of a general ferrite coil.
コイルX1を構成する電線は、例えば、低周波の電磁界センサに好適に用いることができる、2種ポリウレタン被覆銅線とすることができる。このような導線を用いる場合には、フェライト材に巻くコイルの巻き数をある程度確保するためには、0.05φ〜0.16φ程度の線径のものを選択するとよい。 Wires forming the coil X 1, for example, can be suitably used for electromagnetic field sensor of a low frequency, it may be two or polyurethane coated copper wire. When such a conducting wire is used, a wire having a wire diameter of about 0.05φ to 0.16φ may be selected in order to secure a certain number of turns of the coil wound around the ferrite material.
電線を機械巻きする場合には、0.05φ〜0.09φ程度のものを採用するとよい。一方、人手によって巻く場合には、0.10φ〜0.16φ程度のものを採用するとよい。何れの巻き方を採用するかは、各々、メリットとデメリットとがあるため、電磁界の計測対象或いは計測感度などに応じて決定すればよい。 When the electric wire is mechanically wound, a wire having a diameter of about 0.05φ to 0.09φ may be employed. On the other hand, when it is manually wound, it is preferable to use a wire having a diameter of about 0.10 to 0.16. Which winding method is used has its advantages and disadvantages, and may be determined according to the electromagnetic field measurement target or measurement sensitivity.
なお、人手巻きの場合には、コイルX1の直流抵抗の増加を防止でき、電磁界の受信感度を高められるというメリットが挙げられる。一方、機械巻きの場合には、綿密な巻き方ができ、巻きムラが生じにくいというメリットがある。 In the case of manual winding can prevent an increase in the DC resistance of the coil X 1, include merit enhances the reception sensitivity of the electromagnetic field. On the other hand, in the case of mechanical winding, there is a merit that a detailed winding method can be performed and winding unevenness is hardly generated.
図5は、図3に示すコイル群の配置例を示す図である。図5に示す配置例は、図2に示す態様に似通っているが、コイルX1等の形状に起因して、スペーサ110が不要な場合を示している。図5に示す態様で各コイルを配置すると、コイル群全体としてみれば、半球状に近い受信指向特性を有することになる。 FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement example of the coil group illustrated in FIG. 3. The arrangement example shown in FIG. 5 is similar to the aspect shown in FIG. 2, but shows a case where the spacer 110 is not necessary due to the shape of the coil X 1 or the like. If each coil is arranged in the mode shown in FIG. 5, the entire coil group has reception directivity characteristics close to a hemisphere.
ここで、コイルX1等は平衡接続で使用されるが、アンプ120等の入力は不平衡接続とされる。この相違につき整合を図るするために、バランであるところの「平衡:不平衡トランス」といった信号変換素子をコイルX1等とアンプ120等との間に備えることも一法である。 Here, the coil X 1 and the like are used in a balanced connection, the input of the amplifier 120 or the like is unbalanced connection. To achieve this difference per alignment, where a balun: It is one method provided between the "balanced-to-unbalanced transformer" signal conversion element such as a coil X 1 or the like and the amplifier 120 or the like.
ただ、上記トランスには周波数振幅特性があり、広い周波数を伝達する場合には不向きであるので、信号変換素子に代えて同様の主機能である信号変換ICを用いるとよい。これにより、コイルX1等で誘起される電圧を、損失なく不平衡に変換してアンプ120等に入力することができる。 However, since the transformer has frequency amplitude characteristics and is not suitable for transmitting a wide frequency, a signal conversion IC having the same main function may be used instead of the signal conversion element. Accordingly, the voltage induced in coil X 1 and the like, can be converted to without loss unbalanced inputs to the amplifier 120 or the like.
(動作の説明)
つぎに、本実施形態の電磁界センサシステムの動作について、開発中の電気自動車内の電磁界強度を測定する場合を例に説明する。
(Description of operation)
Next, the operation of the electromagnetic field sensor system of the present embodiment will be described by taking as an example the case of measuring the electromagnetic field strength in an electric vehicle under development.
まず、電磁界センサシステムの使用者は、例えば、電磁界強度の測定対象となる電気自動車の車内に、複数の電磁界センサ100をセットする。各電磁界センサ100をセットする位置は、例えば、開発中の電気自動車における電磁界シールド対策を講じることを目的とする場合には、車内の各座席付近にセットすることが通常であろう。 First, a user of an electromagnetic field sensor system sets a plurality of electromagnetic field sensors 100 in, for example, an electric vehicle that is a measurement target of electromagnetic field strength. For example, when the purpose of taking the electromagnetic field shielding measures in the electric vehicle under development is set, the position where each electromagnetic field sensor 100 is set will normally be set near each seat in the vehicle.
つぎに、SA400に対して、測定範囲となる周波数帯域幅を設定する。世界保健機関が発行した環境保健クライテリアによれば、10Hz〜400kHzという周波数帯域における電磁界の強度を調査することが好ましいので、これらの周波数帯域が選択されることになろう。 Next, a frequency bandwidth that is a measurement range is set for SA400. According to the environmental health criteria issued by the World Health Organization, it is preferable to investigate the strength of the electromagnetic field in the frequency band of 10 Hz to 400 kHz, so these frequency bands will be selected.
この状態で、各電磁界センサをオンすると、電磁界センサ100に設けられているコイルX1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2には、電磁界のX成分、Y成分、Z成分に基づく電圧が誘起される。この結果、コイルX1,X2で誘起された電磁界のX成分に基づく電圧は合成されアンプ120に出力される。同様に、コイルY1,Y2及びコイルZ1,Z2における電磁界のY成分及びZ成分に基づく誘起電圧が、これらに接続されているアンプに出力される。 In this state, when each electromagnetic field sensor is turned on, the coils X 1 , X 2 , Y 1 , Y 2 , Z 1 , and Z 2 provided in the electromagnetic field sensor 100 include the X component and Y component of the electromagnetic field. A voltage based on the Z component is induced. As a result, the voltage based on the X component of the electromagnetic field induced by the coils X 1 and X 2 is synthesized and output to the amplifier 120. Similarly, the induced voltage based on the Y component and the Z component of the electromagnetic field in the coils Y 1 and Y 2 and the coils Z 1 and Z 2 is output to the amplifier connected thereto.
アンプ120等では、コイルX1,X2等から出力される電圧が増幅され、ケーブル200を通じてSW300の入力端に入力される。SW300では、アンプ120等から出力される信号のいずれかが選択され、選択された信号がSA400に出力される。 In the amplifier 120 or the like, the voltage output from the coils X 1 and X 2 or the like is amplified and input to the input terminal of the SW 300 through the cable 200. In SW300, one of the signals output from amplifier 120 or the like is selected, and the selected signal is output to SA400.
SA400では、予め設定された測定範囲の周波数帯域幅において電圧レベルが測定される。この測定データは、PC500に出力される。PC500では、SA400から出力された計測データが処理される。この結果、PC500における処理結果をディスプレイに出力等することが可能となる。 In SA400, the voltage level is measured in a frequency bandwidth of a preset measurement range. This measurement data is output to the PC 500. In the PC 500, the measurement data output from the SA 400 is processed. As a result, the processing result in the PC 500 can be output to the display.
以上の各動作の結果、電気自動車の開発者らは、電磁界センサシステムによって得られる、電磁界の強度及び向きに基づいて、電磁界の発生源に対して電磁界シールド対策を講じることが可能となる。 As a result of the above operations, developers of electric vehicles can take electromagnetic field shielding measures against the electromagnetic field generation source based on the intensity and direction of the electromagnetic field obtained by the electromagnetic field sensor system. It becomes.
図6は、本発明の実施例の電磁界センサシステムの使用例を示す模式図である。図6には、開発中などの電気自動車1000から発生する電磁界を測定する場合の使用例を示している。ここでは、例えば、電気自動車1000の運転手、助手席乗車者、後部座席乗車者3名の各々が、頭部、胸部、脚部付近において、どの程度の低周波磁界の暴露があるかを調査するための使用例について説明する。 FIG. 6 is a schematic diagram showing a usage example of the electromagnetic field sensor system according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a usage example in the case of measuring an electromagnetic field generated from the electric vehicle 1000 under development or the like. Here, for example, it is investigated how much low frequency magnetic field exposure occurs in the vicinity of the head, chest, and legs of each of the driver of the electric vehicle 1000, the passenger in the passenger seat, and the three passengers in the rear seat. A usage example for doing this will be described.
図6に示すように、本実施例の電磁界センサシステムは、電気自動車1000の助手席乗車者の頭部付近の電磁界を検知するための頭部用電磁界センサ100Aと、胸部付近の電磁界を検知するための胸部用電磁界センサ100B、脚部付近の電磁界を検知するための頭部用電磁界センサ100Cを備える。 As shown in FIG. 6, the electromagnetic field sensor system of this embodiment includes a head electromagnetic field sensor 100A for detecting an electromagnetic field near the head of a passenger in a passenger seat of an electric vehicle 1000, and an electromagnetic field near the chest. A chest electromagnetic field sensor 100B for detecting the field and a head electromagnetic field sensor 100C for detecting the electromagnetic field near the legs are provided.
同様に、本実施例の電磁界センサシステムは、運転席、後部座席においても、電磁界センサ100C〜100Oを備える。もっとも、後部座席では2人分の電磁界センサを用いてもよい。また、各人3個の電磁界センサを用いる例を示しているが、これよりも、例えば各人15個というように多くてもよいし、逆に、例えば各人1個といういうように少なくてもよい。 Similarly, the electromagnetic field sensor system of the present embodiment includes the electromagnetic field sensors 100C to 100O in the driver seat and the rear seat. However, electromagnetic sensors for two people may be used in the rear seat. Further, although an example using three electromagnetic field sensors for each person is shown, the number may be larger, for example, 15 for each person, and conversely, for example, one for each person. May be.
なお、本実施例で用いる電磁界センサ100A〜100Oは、既述の実施形態で説明したものとすることは必須ではない。したがって、例えば、NARDA社製の電磁波測定器「ELT−400」、日置電機社製の磁界測定器「FT3470−52」などを用いることも可能である。ただし、これらに比して、既述の実施形態で説明したものは、小型であり、XYZ軸という3軸方向に対する電磁界強度を測定することができるので、電磁界のシールド対策を講ずる上で非常に有益である。 In addition, it is not essential that the electromagnetic field sensors 100A to 100O used in the present embodiment are the same as those described in the above-described embodiment. Therefore, for example, an electromagnetic wave measuring device “ELT-400” manufactured by NARDA, a magnetic field measuring device “FT3470-52” manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., and the like can be used. However, in comparison with these, what has been described in the above-described embodiment is small in size, and can measure the electromagnetic field strength in the three-axis directions of the XYZ axes. Very beneficial.
これらの電磁界センサ100A等は、実際に助手席乗車者等に取り付けてもよいし、助手席等自体の適切な位置などに取り付けてもよいし、等身大人形などに取り付けて助手席等に栽置してもよい。なお、本実施例の電磁界センサシステムは、運転手に限っては、電磁界センサ100D〜100Fを取り付ければ、電気自動車1000を実際に走行させ、走行時に発生する電磁界を測定することも可能となる。 These electromagnetic field sensors 100A and the like may actually be attached to a passenger in the passenger seat, may be attached to an appropriate position of the passenger seat itself, etc. It may be placed. Note that the electromagnetic field sensor system according to the present embodiment can measure the electromagnetic field generated during traveling by actually driving the electric vehicle 1000 if the electromagnetic field sensors 100D to 100F are attached to the driver. It becomes.
また、本実施例の電磁界センサシステムは、トランクスペースなどに栽置可能な、以下説明する、PC500と、DC−ACコンバータ700と、フィルターボックス800A〜800Eと、オシロスコープ900A〜900Oとを有するシールドラック2000を備える。 In addition, the electromagnetic field sensor system of this embodiment can be installed in a trunk space or the like, and includes a PC 500, a DC-AC converter 700, filter boxes 800A to 800E, and oscilloscopes 900A to 900O, which will be described below. A rack 2000 is provided.
もっとも、シールドラック2000は、トランクスペースに栽置することが必須ではない点に留意されたい。ただし、電気自動車1000を実際に走行させ、走行時に発生する電磁界を測定する場合には、シールドラック2000をトランクスペースに栽置するとよい。一方、単に、電気自動車1000のエンジンをかけた状態で、或いは、更にアクセルを踏み込んだ状態で発生する電磁界を測定するだけであれば、シールドラック2000は、電気自動車1000の車外に設けることも可能である。 However, it should be noted that the shield rack 2000 is not necessarily installed in the trunk space. However, when the electric vehicle 1000 is actually traveled and the electromagnetic field generated during travel is measured, the shield rack 2000 may be installed in the trunk space. On the other hand, the shield rack 2000 may be provided outside the electric vehicle 1000 if the electromagnetic field generated when the engine of the electric vehicle 1000 is started or when the accelerator is further depressed is only measured. Is possible.
DC−ACコンバータ700は、電気自動車1000に搭載されているDC12V電源を、AC100V電源に変換するためのコンバータ700である。DC−ACコンバータ700によって変換された電源は、PC500及びオシロスコープ900A〜900Oに用いられる。もっとも、DC−ACコンバータ700は、必須ではなく、蓄電池などをPC500等の電源として用いてもよい。 The DC-AC converter 700 is a converter 700 for converting a DC 12V power source mounted on the electric vehicle 1000 into an AC 100V power source. The power source converted by the DC-AC converter 700 is used for the PC 500 and the oscilloscopes 900A to 900O. However, the DC-AC converter 700 is not essential, and a storage battery or the like may be used as a power source for the PC 500 or the like.
フィルターボックス800A〜800Eは、電磁界センサ100A等からの出力信号に重畳する外来ノイズを除去するためのものである。フィルターボックス800A〜800Eを設けることは必須ではないが、電磁界センサ100A等として「ELT−400」、「FT3470−52」を用いる場合には、これらに設けられている表示部等がノイズ発生源となるため、この種のノイズを除去するためには設けることが望ましい。 The filter boxes 800A to 800E are for removing external noise superimposed on an output signal from the electromagnetic field sensor 100A or the like. Although it is not essential to provide the filter boxes 800A to 800E, when "ELT-400" or "FT3470-52" is used as the electromagnetic field sensor 100A or the like, the display unit provided in these is a noise generation source. Therefore, it is desirable to provide for removing this kind of noise.
オシロスコープ900A〜900Oは、SA400の代替品として例示するものである。したがって、もちろんオシロスコープ900A〜900OではなくSA400を用いてもよい。また、計測データの処理がリアルタイムでは必要ないような場合には、オシロスコープ900A〜900O及びPC500に代えて、データーロガーを用いてもよい。この場合、データロガーの種別によっては15台も設置する必要がなく1台で済むという利点もある。いずれを選択するかは、電気自動車1000のトランクスペースの容量なども考慮するとよい。 The oscilloscopes 900A to 900O are illustrated as substitutes for the SA400. Therefore, of course, the SA400 may be used instead of the oscilloscopes 900A to 900O. In the case where processing of measurement data is not necessary in real time, a data logger may be used instead of the oscilloscopes 900A to 900O and the PC 500. In this case, there is an advantage that it is not necessary to install 15 units depending on the type of data logger and only one unit is required. Which one to select is considered in consideration of the capacity of the trunk space of the electric vehicle 1000 and the like.
また、オシロスコープ900A〜900O、或いはデータロガーで取得されたノイズデータを周波数解析をする場合には、例えば、高速フーリエ変換(FFT)解析を行えるものを用いることもできる。 In addition, when performing frequency analysis on noise data acquired by the oscilloscopes 900A to 900O or a data logger, for example, one that can perform fast Fourier transform (FFT) analysis can be used.
PC500は、図1に示したものと同様である。図6に示す例ではトランクスペースの容量を考慮してノート型或いはタブレット型などといった小型のPCを用いるとよい。PC500には、オシロスコープ900A〜900Oからの出力が入力され、既述の実施形態と同様の処理がなされる。 The PC 500 is the same as that shown in FIG. In the example shown in FIG. 6, a small PC such as a notebook type or a tablet type may be used in consideration of the capacity of the trunk space. Output from the oscilloscopes 900A to 900O is input to the PC 500, and the same processing as in the above-described embodiment is performed.
本実施例の電磁界センサシステムによれば、電気自動車1000内における人体への電磁界の暴露状況を計測することができ、電磁界の遮蔽対策などを効果的に講ずることが可能となる。 According to the electromagnetic field sensor system of the present embodiment, it is possible to measure the exposure state of the electromagnetic field to the human body in the electric vehicle 1000, and it is possible to effectively take measures for shielding the electromagnetic field.
Claims (6)
前記各コイルによって誘起される電磁界に基づく電圧を増幅するアンプと、を備える電磁界センサ。 A plurality of coils arranged in XYZ directions in which the respective axes are orthogonal to each other;
An electromagnetic field sensor comprising: an amplifier that amplifies a voltage based on an electromagnetic field induced by each coil.
前記電磁界センサのアンプに接続されたスペクトラムアナライザと、を備える電磁界センサシステム。 The electromagnetic field sensor according to claim 1;
And a spectrum analyzer connected to the amplifier of the electromagnetic field sensor.
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