JP2020148760A - measuring device - Google Patents

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威信 中村
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茂樹 岡武
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Abstract

To compose a device simply at low cost that detects a weak magnetic field with good accuracy.SOLUTION: Provided is a measuring device comprising: a magnetic sensor array constituted by three-dimensionally arranging a plurality of magnetic sensor cells, each including a magnetic sensor, and capable of detecting an input magnetic field in three axis directions; a measured data acquisition unit for acquiring a plurality of measured values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array; a magnetic field calculation unit for calculating an input magnetic field on the basis of the plurality of measured values; an error calculation unit for calculating a magnetic field detection error on the basis of the plurality of measured values and the calculation result of input magnetic field calculation; and a measured data selection unit for selecting, on the basis of the detection error, a plurality of measured values, from among the plurality of measured values, that are used by the magnetic field calculation unit to calculate an input magnetic field.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring device.

従来、10pT程度の微弱な磁場を検出するセンサが知られており、心臓等の臓器の電気的な分極に起因する心磁信号を測定する心磁計等に用いられていた(例えば、特許文献1〜4参照)。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサにおいて、フィードバックコイルを用いて環境磁場の影響をキャンセルすることも知られていた(例えば、特許文献5参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2000−217798号公報
[特許文献2]特開2012−152515号公報
[特許文献3]米国特許第5642045号明細書
[特許文献4]特開2000−284032号公報
[特許文献5]米国特許出願公開第2015/0253412号明細書
Conventionally, a sensor that detects a weak magnetic field of about 10 pT has been known, and has been used in a magnetocardiograph or the like that measures a magnetocardiographic signal caused by electrical polarization of an organ such as the heart (for example, Patent Document 1). See ~ 4). It has also been known that in a current sensor using a magnetoresistive element, a feedback coil is used to cancel the influence of an environmental magnetic field (see, for example, Patent Document 5).
[Prior art literature]
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-217798 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-152515 [Patent Document 3] US Pat. No. 5,642,045 [Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-284032 [Patent Document 4] Document 5] U.S. Patent Application Publication No. 2015/0253412

例えば、ジョセフソン効果を利用したSQUIDセンサは、微弱な磁場を検出できるが、高価な液体ヘリウムと、大規模な磁気シールドルーム等が必要になってしまい、当該センサを備える装置を設置することは容易ではなかった。また、磁気抵抗効果素子を用いた電流センサは、小型で磁気感度が高いが、入出力特性の直線性が悪い。また、感度誤差やセンサ特性の変動に起因して、このような電流センサを用いて微弱な磁場を精度よく検出することが困難であった。 For example, a SQUID sensor using the Josephson effect can detect a weak magnetic field, but it requires expensive liquid helium and a large-scale magnetic shield room, so it is not possible to install a device equipped with the sensor. It wasn't easy. Further, the current sensor using the magnetoresistive element is small and has high magnetic sensitivity, but the linearity of the input / output characteristics is poor. In addition, it has been difficult to accurately detect a weak magnetic field using such a current sensor due to sensitivity errors and fluctuations in sensor characteristics.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、測定装置を提供する。測定装置は、各々が磁気センサを含む複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイを備えてよい。測定装置は、磁気センサアレイによって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する磁場算出部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部を備えてよい。測定装置は、検出誤差に基づいて、複数の計測値の中から、磁場算出部によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部を備えてよい。 In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention, a measuring device is provided. The measuring device may include a magnetic sensor array capable of detecting an input magnetic field in three axial directions, each of which is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells including a magnetic sensor in three dimensions. The measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires a plurality of measured values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array. The measuring device may include a magnetic field calculation unit that calculates an input magnetic field based on a plurality of measured values. The measuring device may include an error calculation unit that calculates a magnetic field detection error based on a plurality of measured values and calculation results for calculating an input magnetic field. The measuring device may include a measurement data selection unit that selects a plurality of measurement values used for calculating an input magnetic field by the magnetic field calculation unit from a plurality of measurement values based on a detection error.

誤差算出部は、複数の計測値毎に検出誤差を算出し、計測データ選択部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、複数の計測値を選択してよい。 The error calculation unit calculates the detection error for each of a plurality of measured values, and the measurement data selection unit may select a plurality of measured values by excluding the measured values whose detection error exceeds a predetermined range. ..

磁場算出部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、入力磁場を再算出してよい。 The magnetic field calculation unit may recalculate the input magnetic field after excluding the measured values whose detection error exceeds a predetermined range.

磁場算出部は、計測データ選択部によって選択された複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場を再算出し、誤差算出部は、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場の検出結果に基づいて、検出誤差を算出してよい。 The magnetic field calculation unit recalculates the input magnetic field at the location where the plurality of measurement values are measured based on the plurality of measurement values selected by the measurement data selection unit, and the error calculation unit uses the plurality of measurement values. The detection error may be calculated based on the detection result of the input magnetic field at the measured location.

磁場算出部は、計測データ選択部によって選択された複数の計測値から算出された入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、除外された計測値が計測された箇所における入力磁場を算出してよい。 The magnetic field calculation unit calculates the input magnetic field at the point where the excluded measurement value is measured, based on the coefficient related to the calculation result of the input magnetic field calculated from the plurality of measurement values selected by the measurement data selection unit. Good.

複数の磁気センサセルのそれぞれは、磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサに与える磁場生成部と、磁場生成部がフィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、をさらに含んでよい。 Each of the plurality of magnetic sensor cells outputs a magnetic field generator that gives the magnetic sensor a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor, and an output signal that corresponds to the current that the magnetic field generator flows to generate the feedback magnetic field. It may further include an output unit to be used.

本発明の第2の態様においては、測定装置を提供する。測定装置は、複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイを備えてよい。測定装置は、磁気センサアレイによって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する磁場算出部を備えてよい。測定装置は、複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部を備えてよい。測定装置は、検出誤差に基づいて、複数の磁気センサセルのうちの少なくとも1つをリセットするか否かを決定する決定部を備えてよい。複数の磁気センサセルのそれぞれは、磁気センサと、磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を磁気センサに与える磁場生成部と、磁場生成部がフィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、当該磁気センサセルをリセットする場合に、磁気センサを磁気飽和させるリセット磁場を磁気センサに与える磁気リセット部と、を含んでよい。 In the second aspect of the present invention, a measuring device is provided. The measuring device may be configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells in three dimensions, and may include a magnetic sensor array capable of detecting an input magnetic field in three axial directions. The measuring device may include a measurement data acquisition unit that acquires a plurality of measured values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array. The measuring device may include a magnetic field calculation unit that calculates an input magnetic field based on a plurality of measured values. The measuring device may include an error calculation unit that calculates a magnetic field detection error based on a plurality of measured values and calculation results for calculating an input magnetic field. The measuring device may include a determination unit that determines whether to reset at least one of the plurality of magnetic sensor cells based on the detection error. Each of the plurality of magnetic sensor cells corresponds to a magnetic sensor, a magnetic field generator that gives the magnetic sensor a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor, and a current that the magnetic field generator flows to generate the feedback magnetic field. It may include an output unit that outputs an output signal and a magnetic reset unit that applies a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic sensor to the magnetic sensor when the magnetic sensor cell is reset.

誤差算出部は、複数の計測値毎に検出誤差を算出し、決定部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサを含む磁気センサセルをリセットすると決定してよい。 The error calculation unit calculates the detection error for each of a plurality of measured values, and the determination unit determines to reset the magnetic sensor cell including the magnetic sensor used to acquire the measured value whose detection error exceeds a predetermined range. You can do it.

磁場算出部は、検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサが磁気リセットされた後に、入力磁場を再算出してよい。 The magnetic field calculation unit may recalculate the input magnetic field after the magnetic sensor used for acquiring the measured value whose detection error exceeds a predetermined range is magnetically reset.

磁気リセット部は、フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場生成部に供給するか否かを切り替える切替部を含み、フィードバック電流を磁場生成部に供給していない状態において、磁場生成部にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場生成部に発生させてよい。 The magnetic reset unit includes a switching unit that switches whether or not to supply a feedback current that generates a feedback magnetic field to the magnetic field generation unit, and supplies a reset current to the magnetic field generation unit in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit. It may be supplied to generate a reset magnetic field in the magnetic field generator.

磁場算出部は、検出誤差の2乗が最小となるように入力磁場を算出してよい。 The magnetic field calculation unit may calculate the input magnetic field so that the square of the detection error is minimized.

磁場算出部は、複数の計測値によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイで検出したときに磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離し、誤差算出部は、磁場算出部が信号分離した結果に基づいて、検出誤差を算出してよい。 The magnetic field calculation unit is a signal whose component is a signal output by each of the magnetic sensors when the spatial distribution of the input magnetic field indicated by a plurality of measured values is detected by the magnetic sensor array when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected. The signal may be separated using the vector as the base vector, and the error calculation unit may calculate the detection error based on the result of the signal separation by the magnetic field calculation unit.

検出誤差に基づいて基底ベクトルを更新する基底ベクトル更新部を更に備えてよい。 A basis vector update unit that updates the basis vector based on the detection error may be further provided.

磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有してよい。 The magnetic sensor may have a magnetoresistive element.

磁気センサのそれぞれは、磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、磁気抵抗効果素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置されてよい。 Each of the magnetic sensors further has two magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element may be arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates.

フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、磁気抵抗効果素子および二つの磁気収束板を取り囲むように巻かれていてよい。 A coil for generating a feedback magnetic field may be wound around a magnetoresistive element and two magnetic focusing plates.

複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して複数の計測値を出力する複数のAD変換器を更に備え、複数のAD変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてAD変換を行ってよい。 A plurality of AD converters that convert the outputs of a plurality of magnetic sensor cells from analog to digital and output a plurality of measured values may be further provided, and the plurality of AD converters may perform AD conversion according to a common sampling clock. ..

動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とし、磁場算出部の算出結果に基づいて、心磁を測定してよい。 The magnetocardiography generated by the electrical activity of the heart of an animal may be measured, and the magnetocardiography may be measured based on the calculation result of the magnetic field calculation unit.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Subcombinations of these feature groups can also be inventions.

本実施形態に係る測定装置10の構成を示す。The configuration of the measuring device 10 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。The configuration of the magnetic sensor unit 110 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサアレイ210中の磁気センサセル220の構成および配置を示す。The configuration and arrangement of the magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment are shown. 本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。An example of the input / output characteristics of the magnetic sensor having the magnetoresistive element according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。A configuration example of the sensor unit 300 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係るセンサ部300の入出力特性の一例を示す。An example of the input / output characteristics of the sensor unit 300 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。A configuration example of the magnetic sensor 520 according to this embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサ520にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。The magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the magnetic sensor 520 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る磁気センサアレイ210、センサデータ収集部230、およびセンサデータ処理部900の構成を示す。The configuration of the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 900 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る測定装置10が測定対象磁場を検出する前処理として不良センサによる計測値を除外するフローの一例を示す。An example of a flow in which the measurement device 10 according to the present embodiment excludes the measurement value by the defective sensor as the preprocessing for detecting the magnetic field to be measured is shown. 本実施形態の変形例に係るセンサ部300の構成を示す。The configuration of the sensor unit 300 according to the modified example of this embodiment is shown. 本変形例に係るセンサ部300による、リセットフェーズにおける磁気リセットのフローの一例を示す。An example of the magnetic reset flow in the reset phase by the sensor unit 300 according to this modification is shown. 一般的な磁性体の磁化曲線を示す。The magnetization curve of a general magnetic material is shown. 本変形例に係るセンサ部300における、磁気センサ520への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。The characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the magnetic sensor 520 in the sensor unit 300 according to this modification are shown. 複数の磁気センサセル220のそれぞれが本変形例に係るセンサ部300を有する場合における、磁気センサアレイ210、センサデータ収集部230、およびセンサデータ処理部900の構成を示す。The configuration of the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 900 when each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has the sensor unit 300 according to this modification is shown. 複数の磁気センサセル220のそれぞれが本変形例に係るセンサ部300を有する測定装置10が測定対象磁場を検出する前処理として不良センサをリセットするフローの一例を示す。An example of a flow in which a measuring device 10 having a sensor unit 300 according to this modification in each of the plurality of magnetic sensor cells 220 resets a defective sensor as a preprocessing for detecting a magnetic field to be measured is shown. 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。An example of a computer 2200 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions claimed in the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図1は、本実施形態に係る測定装置10の構成を示す。測定装置10は、磁気抵抗効果素子を用いて磁場を計測する。測定装置10は、心磁計測装置の一例であり、人間の心臓の電気活動により生成される磁場(「心磁」と示す。)を計測する。これに代えて、測定装置10は、人間以外の生体の心磁を計測するために用いられてもよいし、脳磁場等の心磁以外の生体磁場を計測するために用いられてもよい。また、測定装置10は、鉄鋼材料や溶接部の表面および表面下の傷等を検出するための磁気探傷検査のために用いられてもよい。 FIG. 1 shows the configuration of the measuring device 10 according to the present embodiment. The measuring device 10 measures the magnetic field using the magnetoresistive element. The measuring device 10 is an example of a magnetocardiographic measuring device, and measures a magnetic field (referred to as “magnetocardiography”) generated by the electrical activity of the human heart. Instead, the measuring device 10 may be used to measure the magnetocardiography of a living body other than a human being, or may be used to measure a biomagnetic field other than the magnetocardiography such as a brain magnetic field. Further, the measuring device 10 may be used for a magnetic particle inspection for detecting scratches on the surface and under the surface of a steel material or a welded portion.

測定装置10は、本体部100と、情報処理部150とを備える。本体部100は、被験者の心磁をセンシングするためのコンポーネントであり、磁気センサユニット110と、ヘッド120と、駆動部125と、ベース部130と、ポール部140とを有する。 The measuring device 10 includes a main body unit 100 and an information processing unit 150. The main body 100 is a component for sensing the magnetocardiography of the subject, and has a magnetic sensor unit 110, a head 120, a drive unit 125, a base unit 130, and a pole unit 140.

磁気センサユニット110は、心磁計測時に被験者の胸部における心臓に向かう位置に配置され、被験者の心磁をセンシングする。ヘッド120は、磁気センサユニット110を支持し、磁気センサユニット110を被験者に対向させる。駆動部125は、磁気センサユニット110およびヘッド120の間に設けられ、キャリブレーションを行う場合にヘッド120に対する磁気センサユニット110の向きを変更する。本実施形態に係る駆動部125は、図中のZ軸を中心に磁気センサユニット110を360度回転させることができる第1アクチュエータと、Z軸と垂直な軸(図中の状態においてはX軸)を中心に磁気センサユニット110を回転させる第2アクチュエータとを含み、これらを用いて磁気センサユニット110の方位角および天頂角を変更する。図中の駆動部125として示したように、駆動部125は図中のY軸方向から見るとY字形状を有し、第2アクチュエータは、磁気センサユニット110を図中X軸中心に360度回転させることができる。 The magnetic sensor unit 110 is arranged at a position toward the heart in the chest of the subject at the time of magnetocardiography measurement, and senses the magnetocardiography of the subject. The head 120 supports the magnetic sensor unit 110 and makes the magnetic sensor unit 110 face the subject. The drive unit 125 is provided between the magnetic sensor unit 110 and the head 120, and changes the orientation of the magnetic sensor unit 110 with respect to the head 120 when performing calibration. The drive unit 125 according to the present embodiment has a first actuator capable of rotating the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the Z axis in the drawing, and an axis perpendicular to the Z axis (X axis in the state in the drawing). ) Is included, and the second actuator that rotates the magnetic sensor unit 110 is included, and the azimuth angle and the zenith angle of the magnetic sensor unit 110 are changed by using these. As shown as the drive unit 125 in the figure, the drive unit 125 has a Y-shape when viewed from the Y-axis direction in the figure, and the second actuator has the magnetic sensor unit 110 360 degrees around the X-axis center in the figure. Can be rotated.

ベース部130は、他の部品を支える基台であり、本実施形態においては心磁計測時に被験者が乗る台となっている。ポール部140は、ヘッド120を被験者の胸部の高さに支持する。ポール部140は、磁気センサユニット110の高さを被験者の胸部の高さに調整するべく上下方向に伸縮可能であってよい。 The base portion 130 is a base that supports other parts, and in the present embodiment, is a base on which the subject rides during magnetocardiography measurement. The pole portion 140 supports the head 120 at the height of the subject's chest. The pole portion 140 may be stretchable in the vertical direction so as to adjust the height of the magnetic sensor unit 110 to the height of the chest of the subject.

情報処理部150は、本体部100による計測データを処理して表示・印刷等により出力するためのコンポーネントである。情報処理部150は、PC(パーソナルコンピュータ)、タブレット型コンピュータ、スマートフォン、ワークステーション、サーバコンピュータ、または汎用コンピュータ等のコンピュータであってよく、複数のコンピュータが接続されたコンピュータシステムであってもよい。これに代えて、情報処理部150は、心磁計測の情報処理用に設計された専用コンピュータであってもよく、専用回路によって実現された専用ハードウェアであってもよい。 The information processing unit 150 is a component for processing the measurement data by the main body 100 and outputting it by display, printing, or the like. The information processing unit 150 may be a computer such as a PC (personal computer), a tablet computer, a smartphone, a workstation, a server computer, or a general-purpose computer, or may be a computer system in which a plurality of computers are connected. Instead of this, the information processing unit 150 may be a dedicated computer designed for information processing of magnetocardiographic measurement, or may be dedicated hardware realized by a dedicated circuit.

図2は、本実施形態に係る磁気センサユニット110の構成を示す。磁気センサユニット110は、磁気センサアレイ210およびセンサデータ収集部230を有する。磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能である。本図において、磁気センサアレイ210は、X方向、Y方向およびZ方向のそれぞれに複数の磁気センサセル220(例えば、X方向に8個、Y方向に8個、およびZ方向に2個の計128個の磁気センサセル220)が平面状に配置されている。 FIG. 2 shows the configuration of the magnetic sensor unit 110 according to the present embodiment. The magnetic sensor unit 110 has a magnetic sensor array 210 and a sensor data collection unit 230. The magnetic sensor array 210 is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 in three dimensions, and can detect an input magnetic field in three axial directions. In this figure, the magnetic sensor array 210 has a plurality of magnetic sensor cells 220 in each of the X direction, the Y direction, and the Z direction (for example, eight in the X direction, eight in the Y direction, and two in the Z direction, for a total of 128). The magnetic sensor cells 220) are arranged in a plane.

センサデータ収集部230は、磁気センサアレイ210に含まれる複数の磁気センサセル220に電気的に接続され(図示せず。)、複数の磁気センサセル220からのセンサデータ(検出信号)を収集して情報処理部150へと供給する。 The sensor data collection unit 230 is electrically connected to a plurality of magnetic sensor cells 220 included in the magnetic sensor array 210 (not shown), and collects sensor data (detection signals) from the plurality of magnetic sensor cells 220 to provide information. It is supplied to the processing unit 150.

図3は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210中の磁気センサセル220の構成および配置を示す。複数の磁気センサセル220のそれぞれは、各々が磁気抵抗効果素子を有する少なくとも1つのセンサ部300を有する。本図においては、複数の磁気センサセル220のそれぞれが、3つのセンサ部300x〜z(「センサ部300」と総称する。)を有し、入力磁場を3軸方向で検出可能である場合を一例として示す。しかしながら、複数の磁気センサセル220のいずれもが、3つのセンサ部300x〜zを有することには限定されず、磁気センサアレイ210の少なくとも一部で、3軸方向の入力磁場を検出可能であればよい。センサ部300xはX軸方向に沿って配置されX軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300yはY軸方向に沿って配置されY軸方向の磁場を検出可能である。また、センサ部300zはZ軸方向に沿って配置されZ軸方向の磁場を検出可能である。本図において一点鎖線で示される拡大図によって示されるように、本実施形態において、各センサ部300は、それぞれ、磁気抵抗効果素子の両端に磁気収束板が配置されている。したがって、各センサ部300は、磁気収束板に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗効果素子を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、各軸方向において、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。各センサ部300の構成の詳細については後述する。 FIG. 3 shows the configuration and arrangement of the magnetic sensor cells 220 in the magnetic sensor array 210 according to the present embodiment. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has at least one sensor unit 300, each having a magnetoresistive element. In this figure, an example is a case where each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has three sensor units 300x to z (collectively referred to as “sensor unit 300”) and the input magnetic field can be detected in the three axial directions. Shown as. However, none of the plurality of magnetic sensor cells 220 is limited to having three sensor units 300x to z, and if at least a part of the magnetic sensor array 210 can detect an input magnetic field in three axial directions. Good. The sensor unit 300x is arranged along the X-axis direction and can detect the magnetic field in the X-axis direction. Further, the sensor unit 300y is arranged along the Y-axis direction and can detect the magnetic field in the Y-axis direction. Further, the sensor unit 300z is arranged along the Z-axis direction and can detect the magnetic field in the Z-axis direction. As shown by the enlarged view shown by the alternate long and short dash line in this figure, in the present embodiment, each sensor unit 300 has magnetic convergence plates arranged at both ends of the magnetoresistive effect element. Therefore, each sensor unit 300 clearly determines the sampling points in space in each axial direction by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetoresistive effect element arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates. can do. Details of the configuration of each sensor unit 300 will be described later.

本図において、センサ部300x、300y、および300zにより検出する磁場の3軸方向と、磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが同一方向である。これにより、測定磁場の分布の各成分の把握が容易となる。また、3つのセンサ部300x、300y、および300zは、各磁気センサセル220内において、磁気センサセル220を配列する三次元方向それぞれから見て互いに重ならず、かつ、3つのセンサ部300の間に設けるギャップ側に一端が設けられ、他端が当該ギャップから離れるように3軸方向の各軸方向に延伸して配置されていることが好ましい。しかしながら、検出する磁場の3軸方向と磁気センサセル220を配列する三次元の方向とは異なっていてもよい。例えば、検出する磁場の3軸方向としてX軸、Y軸、およびZ軸に代えて、極座標系のr軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。また、磁気センサセル220を配列する三次元の方向として、X軸、Y軸およびZ軸に代えて、極座標系のr軸、θ軸、およびφ軸を用いてもよい。検出する磁場の3軸方向と磁気センサセル220を配列する三次元の方向とが異なる場合、磁気センサセル220内におけるセンサ部300の配置や、磁気センサセル220の配列方向に制約を受けることがなく、磁気センサアレイ210の設計の自由度を増すことができる。 In this figure, the three-axis directions of the magnetic fields detected by the sensor units 300x, 300y, and 300z and the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are the same directions. This makes it easy to grasp each component of the distribution of the measured magnetic field. Further, the three sensor units 300x, 300y, and 300z do not overlap each other when viewed from each of the three-dimensional directions in which the magnetic sensor cells 220 are arranged in each magnetic sensor cell 220, and are provided between the three sensor units 300. It is preferable that one end is provided on the gap side and the other end is extended in each axial direction in the three axial directions so as to be separated from the gap. However, the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged may be different. For example, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis as the three-axis directions of the magnetic field to be detected. Further, as the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged, the r-axis, θ-axis, and φ-axis of the polar coordinate system may be used instead of the X-axis, Y-axis, and Z-axis. When the three-axis direction of the magnetic field to be detected and the three-dimensional direction in which the magnetic sensor cells 220 are arranged are different, the magnetism is not restricted by the arrangement of the sensor unit 300 in the magnetic sensor cell 220 or the arrangement direction of the magnetic sensor cells 220. The degree of freedom in designing the sensor array 210 can be increased.

図4は、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子を有する磁気センサの入出力特性の一例を示す。本図は、横軸が磁気センサに入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸が磁気センサの検出信号の大きさV_xMR0を示す。磁気センサは、例えば、巨大磁気抵抗(GMR:Giant Magneto−Resistance)効果素子またはトンネル磁気抵抗(TMR:Tunnel Magneto−Resistance)効果素子等を有し、予め定められた一軸方向の磁場の大きさを検出する。 FIG. 4 shows an example of the input / output characteristics of the magnetic sensor having the magnetoresistive element according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis shows the magnitude B of the input magnetic field input to the magnetic sensor, and the vertical axis shows the magnitude V_xMR0 of the detection signal of the magnetic sensor. The magnetic sensor has, for example, a giant magneto-resistance (GMR) effect element or a tunnel magneto-resistance (TMR) effect element, and has a predetermined magnitude of a magnetic field in a uniaxial direction. To detect.

このような磁気センサは、入力磁場Bに対する検出信号V_xMR0の傾きである磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。その一方で、磁気センサは、例えば、入力磁場Bの絶対値が1μT程度で検出信号V_xMR0が飽和してしまい、入出力特性の直線性が良好な範囲が狭い。そこで、このような磁気センサにフィードバック磁場を発生させる閉ループを加えると、磁気センサの直線性を改善することができる。このような磁気センサについて次に説明する。 Such a magnetic sensor has a high magnetic sensitivity, which is the slope of the detection signal V_xMR0 with respect to the input magnetic field B, and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. On the other hand, in the magnetic sensor, for example, when the absolute value of the input magnetic field B is about 1 μT, the detection signal V_xMR0 is saturated, and the range in which the linearity of the input / output characteristics is good is narrow. Therefore, by adding a closed loop that generates a feedback magnetic field to such a magnetic sensor, the linearity of the magnetic sensor can be improved. Such a magnetic sensor will be described below.

図5は、本実施形態に係るセンサ部300の構成例を示す。センサ部300は、複数の磁気センサセル220のそれぞれの内部に設けられ、磁気センサ520と、磁場生成部530と、出力部540と、を含む。なお、センサ部300の一部、例えば第1の増幅回路532および出力部540は、磁気センサセル220側ではなくセンサデータ収集部230側に設けられてもよい。 FIG. 5 shows a configuration example of the sensor unit 300 according to the present embodiment. The sensor unit 300 is provided inside each of the plurality of magnetic sensor cells 220, and includes a magnetic sensor 520, a magnetic field generation unit 530, and an output unit 540. A part of the sensor unit 300, for example, the first amplifier circuit 532 and the output unit 540 may be provided on the sensor data collection unit 230 side instead of the magnetic sensor cell 220 side.

磁気センサ520は、図4で説明した磁気センサと同様に、GMR素子またはTMR素子等の磁気抵抗効果素子を有する。また、磁気センサ520のそれぞれは、磁気抵抗効果素子と磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板とを含み、磁気抵抗効果素子は、二つの磁気収束板に挟まれた位置に配置される。磁気センサ520が有する磁気抵抗効果素子は、感磁軸の正の方向を+X方向とした場合に、+X方向の磁場が入力すると抵抗値が増加し、−X方向の磁場が入力すると抵抗値が減少するように形成されてよい。即ち、磁気センサ520が有する磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を観測することにより、当該磁気センサ520に入力する磁場Bの大きさを検出することができる。例えば、磁気センサ520の磁気感度をSとすると、磁気センサ520の入力磁場Bに対する検出結果は、S×Bと算出できる。なお、磁気センサ520は、一例として、電源等が接続され、抵抗値の変化に応じた電圧降下を、入力磁場の検出結果として出力する。磁気センサ520の構成の詳細については後述する。 The magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element such as a GMR element or a TMR element, similar to the magnetic sensor described with reference to FIG. Further, each of the magnetic sensor 520 includes a magnetoresistive element and two magnetic focusing plates arranged at both ends of the magnetic resistance effect element, and the magnetoresistive element is located at a position sandwiched between the two magnetic focusing plates. Be placed. The magnetoresistive sensor of the magnetic sensor 520 has a resistance value that increases when a magnetic field in the + X direction is input, and a resistance value when a magnetic field in the -X direction is input, when the positive direction of the magnetic sensing axis is the + X direction. It may be formed to decrease. That is, the magnitude of the magnetic field B input to the magnetic sensor 520 can be detected by observing the change in the resistance value of the magnetoresistive element of the magnetic sensor 520. For example, assuming that the magnetic sensitivity of the magnetic sensor 520 is S, the detection result of the magnetic sensor 520 with respect to the input magnetic field B can be calculated as S × B. As an example, the magnetic sensor 520 is connected to a power source or the like, and outputs a voltage drop according to a change in resistance value as a detection result of an input magnetic field. Details of the configuration of the magnetic sensor 520 will be described later.

磁場生成部530は、出力部540が出力する出力信号に応じた大きさで、磁気センサ520が検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を発生させ、磁気センサ520に与える。磁場生成部530は、例えば、磁気センサ520に入力する磁場Bとは逆向きで、絶対値が当該入力磁場と略同一のフィードバック磁場B_FBを発生させ、入力磁場を打ち消すように動作する。磁場生成部530は、増幅回路532と、コイル534とを含む。 The magnetic field generation unit 530 generates a feedback magnetic field having a size corresponding to the output signal output by the output unit 540 and reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor 520, and gives it to the magnetic sensor 520. The magnetic field generation unit 530, for example, generates a feedback magnetic field B_FB whose absolute value is substantially the same as that of the input magnetic field in the direction opposite to the magnetic field B input to the magnetic sensor 520, and operates so as to cancel the input magnetic field. The magnetic field generation unit 530 includes an amplifier circuit 532 and a coil 534.

増幅回路532は、磁気センサ520の入力磁場の検出結果に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。磁気センサ520が有する磁気抵抗効果素子が、少なくとも1つの磁気抵抗効果素子を含むブリッジ回路により構成される場合、増幅回路532の入力端子対には、ブリッジ回路の出力がそれぞれ接続される。そして、増幅回路532は、ブリッジ回路の出力に応じた電流をフィードバック電流I_FBとして出力する。増幅回路532は、例えば、トランスコンダクタンスアンプを含み、磁気センサ520の出力電圧に応じたフィードバック電流I_FBを出力する。例えば、増幅回路532の電圧・電流変換係数をGとすると、フィードバック電流I_FBは、G×S×Bと算出できる。 The amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the detection result of the input magnetic field of the magnetic sensor 520 as the feedback current I_FB. When the magnetoresistive sensor included in the magnetic sensor 520 is composed of a bridge circuit including at least one magnetoresistive element, the output of the bridge circuit is connected to each input terminal pair of the amplifier circuit 532. Then, the amplifier circuit 532 outputs a current corresponding to the output of the bridge circuit as a feedback current I_FB. The amplifier circuit 532 includes, for example, a transconductance amplifier, and outputs a feedback current I_FB corresponding to the output voltage of the magnetic sensor 520. For example, assuming that the voltage / current conversion coefficient of the amplifier circuit 532 is G, the feedback current I_FB can be calculated as G × S × B.

コイル534は、フィードバック電流I_FBに応じたフィードバック磁場B_FBを発生させる。コイル534は、磁気センサ520が有する磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。コイル534は、磁気センサ520の全体にわたって均一のフィードバック磁場B_FBを発生させることが望ましい。例えば、コイル534のコイル係数をβとすると、フィードバック磁場B_FBは、β×I_FBと算出できる。ここで、フィードバック磁場B_FBは、入力磁場Bを打ち消す向きに発生するので、磁気センサ520に入力する磁場は、B−B_FBに低減されることになる。したがって、フィードバック電流I_FBは、次式のように示される。

Figure 2020148760
The coil 534 generates a feedback magnetic field B_FB corresponding to the feedback current I_FB. The coil 534 is wound along the axial direction of the magnetic field to be detected by the magnetic sensor 520 so as to surround the magnetoresistive element and the two magnetic focusing plates arranged at both ends of the magnetoresistive element. It has been done. It is desirable that the coil 534 generate a uniform feedback magnetic field B_FB throughout the magnetic sensor 520. For example, assuming that the coil coefficient of the coil 534 is β, the feedback magnetic field B_FB can be calculated as β × I_FB. Here, since the feedback magnetic field B_FB is generated in a direction that cancels the input magnetic field B, the magnetic field input to the magnetic sensor 520 is reduced to BB_FB. Therefore, the feedback current I_FB is expressed by the following equation.
Figure 2020148760

(数1)式をフィードバック電流I_FBについて解くと、センサ部300の定常状態におけるフィードバック電流I_FBの値を算出することができる。磁気センサ520の磁気感度Sおよび第1の増幅回路532の電圧・電流変換係数Gが十分に大きいとすると、(数1)式から次式が算出される。

Figure 2020148760
When the equation (Equation 1) is solved for the feedback current I_FB, the value of the feedback current I_FB in the steady state of the sensor unit 300 can be calculated. Assuming that the magnetic sensitivity S of the magnetic sensor 520 and the voltage / current conversion coefficient G of the first amplifier circuit 532 are sufficiently large, the following equation is calculated from the equation (Equation 1).
Figure 2020148760

出力部540は、磁場生成部530がフィードバック磁場B_FBを発生するために流すフィードバック電流I_FBに応じた出力信号V_xMRを出力する。出力部540は、例えば、抵抗値Rの抵抗性素子を有し、当該抵抗性素子にフィードバック電流I_FBが流れることによって生じる電圧降下を出力信号V_xMRとして出力する。この場合、出力信号V_xMRは、(数2)式より次式のように算出される。

Figure 2020148760
The output unit 540 outputs an output signal V_xMR corresponding to the feedback current I_FB that the magnetic field generation unit 530 flows to generate the feedback magnetic field B_FB. The output unit 540 has, for example, a resistance element having a resistance value R, and outputs a voltage drop caused by a feedback current I_FB flowing through the resistance element as an output signal V_xMR. In this case, the output signal V_xMR is calculated from the equation (Equation 2) as follows.
Figure 2020148760

以上のように、センサ部300は、外部から入力する磁場を低減させるフィードバック磁場を発生するので、磁気センサ520に実質的に入力する磁場を低減させる。これにより、センサ部300は、例えば、磁気センサ520として図4に示した非線形性であり、動作磁場範囲が狭い特性を有する磁気抵抗効果素子を用い、入力磁場Bの絶対値が1μTを超えても、検出信号V_xMRが飽和することを防止できる。このようなセンサ部300の入出力特性を次に説明する。 As described above, since the sensor unit 300 generates a feedback magnetic field that reduces the magnetic field input from the outside, the magnetic field that is substantially input to the magnetic sensor 520 is reduced. As a result, the sensor unit 300 uses, for example, a magnetoresistive sensor having the non-linearity shown in FIG. 4 as the magnetic sensor 520 and having a narrow operating magnetic field range, and the absolute value of the input magnetic field B exceeds 1 μT. Also, it is possible to prevent the detection signal V_xMR from being saturated. The input / output characteristics of such a sensor unit 300 will be described below.

図6は、本実施形態に係るセンサ部300の入出力特性の一例を示す。本図は、横軸がセンサ部300に入力する入力磁場の大きさBを示し、縦軸がセンサ部300の検出信号の大きさV_xMRを示す。センサ部300は、磁気感度が高く、10pT程度の微小な磁場を検出することができる。また、センサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が100μTを超えても、検出信号V_xMRの良好な線形性を保つことができる。 FIG. 6 shows an example of the input / output characteristics of the sensor unit 300 according to the present embodiment. In this figure, the horizontal axis shows the magnitude B of the input magnetic field input to the sensor unit 300, and the vertical axis shows the magnitude V_xMR of the detection signal of the sensor unit 300. The sensor unit 300 has high magnetic sensitivity and can detect a minute magnetic field of about 10 pT. Further, the sensor unit 300 can maintain good linearity of the detection signal V_xMR even if the absolute value of the input magnetic field B exceeds 100 μT, for example.

即ち、本実施形態に係るセンサ部300は、例えば、入力磁場Bの絶対値が数百μT以下といった、予め定められた入力磁場Bの範囲において、当該入力磁場Bに対する検出結果が線形性を有するように構成される。このようなセンサ部300を用いることにより、心磁信号のように微弱な磁気的信号を簡便に検出することができる。 That is, in the sensor unit 300 according to the present embodiment, the detection result for the input magnetic field B has linearity in a predetermined range of the input magnetic field B, for example, the absolute value of the input magnetic field B is several hundred μT or less. It is configured as follows. By using such a sensor unit 300, a weak magnetic signal such as a core magnetic signal can be easily detected.

図7は、本実施形態に係る磁気センサ520の構成例を示す。本図において、磁気センサ520は、磁気抵抗効果素子710と、磁気抵抗効果素子710の両端に配置された磁気収束板720および730とを有する。磁気収束板720および730は、磁気抵抗効果素子710を間に挟むように、磁気抵抗効果素子710の両端に配置されている。本図において、磁気収束板720は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子710の負側に設けられ、磁気収束板730は、感磁軸に沿って磁気抵抗効果素子710の正側に設けられている。なお、ここで、感磁軸は、磁気抵抗効果素子710を形成する磁化固定層において固定された磁化の方向に沿っていてよい。また、感磁軸の負側から正側に向かって磁場が入力されると、磁気抵抗効果素子710の抵抗は増加または減少してよい。磁気収束板720および730は、例えばパーマロイ等の透磁率の高い材料により形成される。そして、磁気センサ520が本図に示すように構成される場合、コイル534は、磁気抵抗効果素子710と、磁気抵抗効果素子710の両端に配置された磁気収束板720および730との断面を取り囲むように、磁気センサ520が検出対象とする磁場の軸方向に沿って巻かれている。また、磁気センサ520は、1つの磁気センサ520内に複数の磁気抵抗効果素子710を有する場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を複数有してもよい。その場合、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を1つのコイルで取り囲むようにコイル534が巻かれてもよい。 FIG. 7 shows a configuration example of the magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In this figure, the magnetic sensor 520 has a magnetoresistive element 710 and magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. The magnetoresistive plates 720 and 730 are arranged at both ends of the magnetoresistive element 710 so as to sandwich the magnetoresistive element 710. In this figure, the magnetic convergence plate 720 is provided on the negative side of the magnetoresistive element 710 along the magnetic sensing axis, and the magnetic convergence plate 730 is provided on the positive side of the magnetoresistive element 710 along the magnetoresistive axis. Has been done. Here, the magnetically sensitive axis may be along the direction of magnetization fixed in the magnetization fixing layer forming the magnetoresistive element 710. Further, when a magnetic field is input from the negative side of the magnetically sensitive shaft toward the positive side, the resistance of the magnetoresistive element 710 may increase or decrease. The magnetic focusing plates 720 and 730 are formed of a material having a high magnetic permeability such as permalloy. When the magnetic sensor 520 is configured as shown in this figure, the coil 534 surrounds the cross section of the magnetoresistive element 710 and the magnetic focusing plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetoresistive element 710. As described above, the magnetic sensor 520 is wound along the axial direction of the magnetic field to be detected. Further, when the magnetic sensor 520 has a plurality of magnetoresistive elements 710 in one magnetic sensor 520, the magnetic sensor 520 may have a plurality of sets including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof. In that case, the coil 534 may be wound so as to surround the set including the magnetoresistive element and the magnetic focusing plates arranged at both ends thereof with one coil.

このような磁気センサ520において、感磁軸の負側から正側に磁場が入力されると、透磁率の高い材料で形成された磁気収束板720および730が磁化されることにより、本図において破線で示すような磁束の分布が発生する。すると、磁気収束板720および730が磁化されることにより発生する磁束は、二つの磁気収束板720および730の間に挟まれた磁気抵抗効果素子710の位置を通過することとなる。このため、磁気抵抗効果素子710の位置における磁束密度は、磁気収束板720および730を配置することによって大幅に増加させることができる。また、本図のように、磁気収束板720および730に挟まれた狭い位置に配置された磁気抵抗効果素子710を用いて磁場の空間分布をサンプリングすることにより、空間におけるサンプリング点を明確にすることができる。 In such a magnetic sensor 520, when a magnetic field is input from the negative side to the positive side of the magnetic field axis, the magnetic focusing plates 720 and 730 made of a material having high magnetic permeability are magnetized, so that in this figure, A magnetic flux distribution as shown by the broken line occurs. Then, the magnetic flux generated by magnetizing the magnetic focusing plates 720 and 730 passes through the position of the magnetoresistive element 710 sandwiched between the two magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, the magnetic flux density at the position of the magnetoresistive element 710 can be significantly increased by arranging the magnetic focusing plates 720 and 730. Further, as shown in this figure, the sampling point in the space is clarified by sampling the spatial distribution of the magnetic field using the magnetic resistance effect element 710 arranged at a narrow position sandwiched between the magnetic focusing plates 720 and 730. be able to.

図8は、本実施形態に係る磁気センサ520にフィードバック磁場を発生させた時の磁束分布を示す。図8においては、図7と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本実施形態に係る磁気センサ520において、コイル534にフィードバック電流が供給されると、コイル534がフィードバック磁場を発生させることにより、本図において一点鎖線で示すような磁束の分布が発生する。このフィードバック磁場により発生する磁束は、磁気抵抗効果素子710に入力され磁気収束板720および730によって磁気増幅された磁場の空間分布をキャンセルするように空間分布する。このため、磁気センサ520は、本図に示すように磁気抵抗効果素子710の両端に磁気収束板720および730が配置されており、磁気抵抗効果素子およびその両端に配置された磁気収束板を含む組を1つのコイルで取り囲むようにコイル534が巻かれている場合には、磁気抵抗効果素子710の位置における磁場分布をフィードバック磁場によって正確にキャンセルすることができるため、入力磁場と出力電圧との間の線形性が高いセンサを実現することができる。 FIG. 8 shows the magnetic flux distribution when a feedback magnetic field is generated in the magnetic sensor 520 according to the present embodiment. In FIG. 8, the members having the same functions and configurations as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In the magnetic sensor 520 according to the present embodiment, when a feedback current is supplied to the coil 534, the coil 534 generates a feedback magnetic field, so that a magnetic flux distribution as shown by a single point chain line in this figure is generated. The magnetic flux generated by this feedback magnetic field is spatially distributed so as to cancel the spatial distribution of the magnetic field that is input to the magnetic resistance effect element 710 and magnetically amplified by the magnetic focusing plates 720 and 730. Therefore, as shown in this figure, the magnetic sensor 520 has magnetic convergence plates 720 and 730 arranged at both ends of the magnetic resistance effect element 710, and includes the magnetic resistance effect element and the magnetic convergence plates arranged at both ends thereof. When the coil 534 is wound so as to surround the set with one coil, the magnetic field distribution at the position of the magnetic resistance effect element 710 can be accurately canceled by the feedback magnetic field, so that the input magnetic field and the output voltage It is possible to realize a sensor with high linearity between them.

図9は、本実施形態に係る磁気センサアレイ210、センサデータ収集部230、およびセンサデータ処理部900の構成を示す。 FIG. 9 shows the configurations of the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 900 according to the present embodiment.

磁気センサアレイ210は、複数の磁気センサセル220を有する。複数の磁気センサセル220のそれぞれは、上述のとおり複数のセンサ部300x〜zを有してよい。本図においては、磁気センサアレイ210が各次元方向に有する複数の磁気センサセル220のうち、位置[i,j,k]、[i+1,j,k]、[i,j+1,k]、および、[i,j,k+1]に関する部分を示す。 The magnetic sensor array 210 has a plurality of magnetic sensor cells 220. Each of the plurality of magnetic sensor cells 220 may have a plurality of sensor units 300x to z as described above. In this figure, among the plurality of magnetic sensor cells 220 that the magnetic sensor array 210 has in each dimensional direction, the positions [i, j, k], [i + 1, j, k], [i, j + 1, k], and The part related to [i, j, k + 1] is shown.

センサデータ収集部230は、複数のAD変換器232およびクロック発生器234を有する。複数のAD変換器232は、磁気センサセル220の複数のセンサ部300x〜zのそれぞれに対応して設けられており、対応するセンサ部300が出力するアナログの検出信号(図6のセンサ出力信号V_xMR)をデジタルの計測値V(Vx,Vy,Vz)に変換して複数の計測値を出力する。ここで、Vx、Vy、およびVzは、それぞれ、センサ部300x、300y、および300zからの検出信号をデジタルに変換した計測値(例えばデジタルの電圧値)である。 The sensor data collection unit 230 has a plurality of AD converters 232 and a clock generator 234. The plurality of AD converters 232 are provided corresponding to each of the plurality of sensor units 300x to z of the magnetic sensor cell 220, and an analog detection signal (sensor output signal V_xMR in FIG. 6) output by the corresponding sensor unit 300 is provided. ) Is converted into digital measured values V (Vx, Vy, Vz) and a plurality of measured values are output. Here, Vx, Vy, and Vz are measured values (for example, digital voltage values) obtained by converting the detection signals from the sensor units 300x, 300y, and 300z into digital, respectively.

クロック発生器234は、サンプリングクロックを発生させ、共通のサンプリングクロックを複数のAD変換器232のそれぞれへ供給する。そして、複数のAD変換器232のそれぞれは、クロック発生器234から供給された共通のサンプリングクロックに応じてAD変換を行う。したがって、異なる位置に設けられた複数のセンサ部300x〜zの出力をそれぞれAD変換する複数のAD変換器232の全てが同期動作をする。これにより、複数のAD変換器232は、異なる空間に設けられた複数のセンサ部300x〜zの検出結果を同時にサンプリングすることができる。 The clock generator 234 generates a sampling clock and supplies a common sampling clock to each of the plurality of AD converters 232. Then, each of the plurality of AD converters 232 performs AD conversion according to the common sampling clock supplied from the clock generator 234. Therefore, all of the plurality of AD converters 232 for AD-converting the outputs of the plurality of sensor units 300x to z provided at different positions all perform the synchronous operation. As a result, the plurality of AD converters 232 can simultaneously sample the detection results of the plurality of sensor units 300x to z provided in different spaces.

センサデータ処理部900は、計測データ取得部910、計測データ選択部920、磁場算出部930、基底ベクトル記憶部940、および、誤差算出部950を有する。 The sensor data processing unit 900 includes a measurement data acquisition unit 910, a measurement data selection unit 920, a magnetic field calculation unit 930, a basis vector storage unit 940, and an error calculation unit 950.

計測データ取得部910は、磁気センサアレイ210によって検出された入力磁場に基づく複数の計測値を取得する。計測データ取得部910は、複数のAD変換器232に接続され、磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220内のセンサ部300x〜zによって計測された複数の計測値を取得する。具体的に、計測データ取得部910は、複数のAD変換器232によってデジタルに変換された計測値V(Vx,Vy,Vz)を所定のタイミングTでラッチするフリップフロップ等を用いて構成されてよい。計測データ取得部910は、取得した複数の計測値を、計測データΦAllとして計測データ選択部920へ供給する。 The measurement data acquisition unit 910 acquires a plurality of measured values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array 210. The measurement data acquisition unit 910 is connected to a plurality of AD converters 232 and acquires a plurality of measured values measured by the sensor units 300x to z in the plurality of magnetic sensor cells 220 constituting the magnetic sensor array 210. Specifically, the measurement data acquisition unit 910 is configured by using a flip-flop or the like that latches the measured values V (Vx, Vy, Vz) digitally converted by the plurality of AD converters 232 at a predetermined timing T. Good. The measurement data acquisition unit 910 supplies the acquired plurality of measurement values to the measurement data selection unit 920 as measurement data Φ All .

計測データ選択部920は、後述する磁場の検出誤差に基づいて、計測データ取得部910から供給された複数の計測値の中から、磁場算出部930によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する。そして、計測データ選択部920は、選択した複数の計測値を、計測データΦSelectとして磁場算出部930へ供給する。 The measurement data selection unit 920 uses a plurality of measurements used by the magnetic field calculation unit 930 to calculate an input magnetic field from a plurality of measurement values supplied from the measurement data acquisition unit 910 based on a magnetic field detection error described later. Select a value. Then, the measurement data selection unit 920 supplies the selected plurality of measurement values to the magnetic field calculation unit 930 as measurement data Φ Select .

磁場算出部930は、計測データ選択部920によって計測データΦSelectとして選択された複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する。動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とする場合、磁場算出部930の算出結果に基づいて、心磁を測定してよい。この際、磁場算出部930は、磁場の検出誤差の2乗が最小となるように入力磁場を算出してよい。また、磁場算出部930は、複数の計測値によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出したときに磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離してよい。これについては後述する。磁場算出部930は、入力磁場を算出した算出結果を、複数の計測値とともに誤差算出部950へ供給する。 The magnetic field calculation unit 930 calculates the input magnetic field based on a plurality of measured values selected as the measurement data Φ Select by the measurement data selection unit 920. When the magnetocardiography generated by the electrical activity of the heart of an animal is to be measured, the magnetocardiography may be measured based on the calculation result of the magnetic field calculation unit 930. At this time, the magnetic field calculation unit 930 may calculate the input magnetic field so that the square of the detection error of the magnetic field is minimized. Further, the magnetic field calculation unit 930 outputs a signal output by each of the magnetic sensors 520 when the magnetic field sensor array 210 detects a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function with respect to the spatial distribution of the input magnetic field indicated by a plurality of measured values. The signal vector having the above as a component may be used as the base vector for signal separation. This will be described later. The magnetic field calculation unit 930 supplies the calculation result of calculating the input magnetic field to the error calculation unit 950 together with a plurality of measured values.

基底ベクトル記憶部940は、磁場算出部930が入力磁場の空間分布を信号分離する際に用いる基底ベクトルを記憶し、記憶した基底ベクトルを磁場算出部930へ供給する。磁場算出部930は、入力磁場の空間分布を信号分離する際に、当該基底ベクトル記憶部940から供給された基底ベクトルを用いてよい。 The basis vector storage unit 940 stores the basis vector used by the magnetic field calculation unit 930 for signal separation of the spatial distribution of the input magnetic field, and supplies the stored basis vector to the magnetic field calculation unit 930. The magnetic field calculation unit 930 may use the basis vector supplied from the basis vector storage unit 940 when signal-separating the spatial distribution of the input magnetic field.

誤差算出部950は、磁場算出部930から供給された複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差εを算出する。これについても後述する。誤差算出部950は、算出した磁場の検出誤差εを、計測データ選択部920へ供給する。そして、上述のとおり、計測データ選択部920は、誤差算出部950から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、計測データ取得部910から供給された複数の計測値の中から、磁場算出部930によって入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する。 The error calculation unit 950 calculates the magnetic field detection error ε based on the calculation results obtained by calculating the plurality of measured values and the input magnetic fields supplied from the magnetic field calculation unit 930. This will also be described later. The error calculation unit 950 supplies the calculated magnetic field detection error ε to the measurement data selection unit 920. Then, as described above, the measurement data selection unit 920 uses the magnetic field calculation unit 920 to select the magnetic field from the plurality of measurement values supplied from the measurement data acquisition unit 910 based on the detection error ε of the magnetic field supplied from the error calculation unit 950. A plurality of measured values used to calculate the input magnetic field by 930 are selected.

図10は、本実施形態に係る測定装置10が測定対象磁場を算出する前処理として不良センサによる計測値を除外するフローの一例を示す。 FIG. 10 shows an example of a flow in which the measuring device 10 according to the present embodiment excludes the measured value by the defective sensor as a preprocessing for calculating the magnetic field to be measured.

ステップ1010において、測定装置10は、初期設定を行う。例えば、Nを磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220内の複数のセンサ部300x〜zの総数、すなわち、計測データΦAllに含まれる複数の計測値の総数とし、Mを計測データΦSelectに含まれる複数の計測値の総数とすると、測定装置10は、M=Nに設定する。すなわち、測定装置10は、複数の計測値の全てが計測データΦSelectとなるように初期設定する。 In step 1010, the measuring device 10 makes initial settings. For example, N is the total number of the plurality of sensor units 300x to z in the plurality of magnetic sensor cells 220 constituting the magnetic sensor array 210, that is, the total number of the plurality of measurement values included in the measurement data Φ All , and M is the measurement data Φ. Assuming that the total number of the plurality of measured values included in Select is the total number, the measuring device 10 sets M = N. That is, the measuring device 10 is initially set so that all of the plurality of measured values are the measured data Φ Select .

次に、ステップ1020において、測定装置10は、入力磁場を算出する。例えば、計測データ取得部910は、磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220内のセンサ部300x〜zによって計測された入力磁場に基づく複数の計測値(計測データΦAll)を取得する。そして、計測データ選択部920は、ステップ1010の次に続くステップ1020においては、複数の計測値の全てを計測データΦSelectとして選択する。(ΦSelect=ΦAll)。そして、磁場算出部930は、計測データΦSelectとして選択された複数の計測値に基づいて、入力磁場を算出する。 Next, in step 1020, the measuring device 10 calculates the input magnetic field. For example, the measurement data acquisition unit 910 acquires a plurality of measurement values (measurement data Φ All ) based on the input magnetic field measured by the sensor units 300x to z in the plurality of magnetic sensor cells 220 constituting the magnetic sensor array 210. Then, the measurement data selection unit 920 selects all of the plurality of measured values as the measurement data Φ Select in the step 1020 following the step 1010. (Φ Select = Φ All ). Then, the magnetic field calculation unit 930 calculates the input magnetic field based on a plurality of measured values selected as the measurement data Φ Select .

磁場算出部930は、入力磁場を算出するにあたって、例えば、複数の計測値によって示される入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を磁気センサアレイ210で検出したときに磁気センサ520のそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離する。なお、正規直交関数は、例えば、球面調和関数であってよい。一例として、基底ベクトル記憶部940は、測定対象磁場の計測前に、空間内の予め定められた点を座標原点に指定した時に球面調和関数を空間サンプリングして得られる磁場信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶する。ここで、球面調和関数とは、n次元ラプラス方程式の解となる斉次多項式を単位球面に制限することで得られる関数であり、球面上での正規直交性を有する。なお、基底ベクトル記憶部940は、シミュレーション結果等により予め決められている信号ベクトルを基底ベクトルとして記憶してもよい。 In calculating the input magnetic field, the magnetic field calculation unit 930 detects, for example, the spatial distribution of the input magnetic field indicated by a plurality of measured values by the magnetic sensor array 210 when the magnetic field having the spatial distribution of the normal orthogonal function is detected. Signal separation is performed using a signal vector whose component is a signal output by each of the 520s as a base vector. The orthonormal function may be, for example, a spherical harmonics. As an example, the base vector storage unit 940 uses a magnetic field signal vector obtained by spatially sampling a spherical harmonic when a predetermined point in space is specified as a coordinate origin before measuring the magnetic field to be measured as a base vector. Remember. Here, the spherical harmonics are functions obtained by limiting the homogeneous polynomial that is the solution of the n-dimensional Laplace equation to the unit sphere, and have normal orthogonality on the sphere. The basis vector storage unit 940 may store a signal vector predetermined based on a simulation result or the like as a basis vector.

磁場算出部930は、基底ベクトル記憶部940が基底ベクトルとして記憶した当該信号ベクトルを基底ベクトル記憶部940から取得する。そして、磁場算出部930は、複数の計測値によって示される入力磁場の空間分布を、当該信号ベクトルを基底ベクトルとして利用して級数展開する。そして、磁場算出部930は、級数展開によって得られたベクトルから、磁場の空間分布を測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離する。 The magnetic field calculation unit 930 acquires the signal vector stored as the basis vector by the basis vector storage unit 940 from the basis vector storage unit 940. Then, the magnetic field calculation unit 930 series-expands the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the plurality of measured values by using the signal vector as the basis vector. Then, the magnetic field calculation unit 930 signals the spatial distribution of the magnetic field into the measurement target magnetic field and the disturbance magnetic field from the vector obtained by the series expansion.

そして、磁場算出部930は、信号分離した結果として、外乱磁場を抑制して測定対象磁場だけを算出して出力する。以下、これについて数式を用いて詳細に説明する。 Then, the magnetic field calculation unit 930 suppresses the disturbance magnetic field and calculates and outputs only the measurement target magnetic field as a result of signal separation. Hereinafter, this will be described in detail using mathematical formulas.

磁気センサアレイ210を構成する各センサが配置される位置に関して、座標原点からの位置を表す位置ベクトルrの位置において、電流i(r)=0であるとき、静磁場B(r)は、ラプラス方程式Δ・V(r)=0を満たすポテンシャルV(r)を用いて、次式のように、ポテンシャルV(r)の空間勾配(gradient)として求められる。ここで、Δはラプラシアンであり、μは透磁率であり、∇はベクトル微分演算を表す演算子である。

Figure 2020148760
With respect to the position where each sensor constituting the magnetic sensor array 210 is arranged, the static magnetic field B (r) is Laplace when the current i (r) = 0 at the position of the position vector r representing the position from the coordinate origin. Using the potential V (r) satisfying the equation Δ · V (r) = 0, it is obtained as the gradient of the potential V (r) as shown in the following equation. Here, Δ is the Laplacian, μ is the magnetic permeability, and ∇ is the operator representing the vector differential operation.
Figure 2020148760

そして、ラプラス方程式の解は、一般に、正規直交関数系である球面調和関数Yl,m(θ,φ)を使った級数展開の形での解を持つため、ポテンシャルV(r)は次式で表すことができる。ここで、|r|は位置ベクトルrの絶対値(座標原点からの距離)であり、θおよびφは球座標における2つの偏角であり、lは方位量子数であり、mは磁気量子数であり、αおよびβは多極モーメントであり、LinおよびLoutはそれぞれ座標原点および測定対象から見て磁気センサアレイ210の手前の空間と奥の空間のそれぞれについての級数の数である。方位量子数lは正の整数をとり、磁気量子数mは−1から+1までの整数をとる。すなわち、例えばlが1のとき、mは−1、0、および1であり、例えばlが2のとき、mは−2、−1、0、1、および2である。なお、磁場においては単磁極が存在しないことから、(数5)において方位量子数lは、0からではなく1から始まっている。(数5)における第1項は、座標原点からの距離に反比例する項であり、座標原点および測定対象から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在するポテンシャルを示している。また、(数5)における第2項は、座標原点からの距離に比例する項であり、座標原点および測定対象から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在するポテンシャルを示している。

Figure 2020148760
Since the solution of Laplace's equation generally has a solution in the form of series expansion using spherical harmonics Yl, m (θ, φ), which is an orthonormal function system, the potential V (r) is given by the following equation. Can be represented. Here, | r | is the absolute value of the position vector r (distance from the coordinate origin), θ and φ are two deviation angles in spherical coordinates, l is the azimuth quantum number, and m is the magnetic quantum number. Α and β are multipolar moments, and Lin and Lout are the quantum numbers for the space in front of the magnetic sensor array 210 and the space behind the magnetic sensor array 210 as viewed from the coordinate origin and the measurement target, respectively. The azimuth quantum number l takes a positive integer, and the magnetic quantum number m takes an integer from -1 to +1. That is, for example, when l is 1, m is -1, 0, and 1, and when l is 2, for example, m is -2, -1, 0, 1, and 2. Since there is no single magnetic pole in the magnetic field, the azimuth quantum number l starts from 1 instead of 0 in (Equation 5). The first term in (Equation 5) is a term that is inversely proportional to the distance from the coordinate origin, and indicates the potential existing in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the coordinate origin and the measurement target. The second term in (Equation 5) is a term proportional to the distance from the coordinate origin, and indicates the potential existing in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the coordinate origin and the measurement target.
Figure 2020148760

したがって、(数4)および(数5)によれば、静磁場B(r)は、次式で表すことができる。ここで、(数6)における第1項は、座標原点および測定対象から見て磁気センサアレイ210の手前の空間に存在する磁場源、例えば、心臓の電気活動が作る心磁(測定対象磁場)を示している。また、(数6)における第2項は、座標原点および測定対象から見て磁気センサアレイ210の奥の空間に存在する磁場源が作る外乱磁場を示している。

Figure 2020148760
Therefore, according to (Equation 4) and (Equation 5), the static magnetic field B (r) can be expressed by the following equation. Here, the first term in (Equation 6) is a magnetic field source existing in the space in front of the magnetic sensor array 210 when viewed from the coordinate origin and the measurement target, for example, a magnetic field created by the electrical activity of the heart (measurement target magnetic field). Is shown. Further, the second term in (Equation 6) indicates a disturbance magnetic field created by a magnetic field source existing in the space behind the magnetic sensor array 210 when viewed from the coordinate origin and the measurement target.
Figure 2020148760

球面調和関数を使った級数展開の形でラプラス方程式の解を表した場合、その一般解は無限級数となるが、例えば、生体磁場を計測するのに十分なSNR(信号ノイズ比、すなわち、外乱磁場及びセンサノイズに対する測定対象磁場信号の比)が得られればよく、実際には10項程度の級数で表せば十分であると言われている。また、脳磁計における信号空間分離の級数については、Lin=8、Lout=3程度でよいと言われている。したがって、例えば心磁計として用いてもよい本実施形態の測定装置10においても、Lin=8、Lout=3の場合を一例として説明する。しかしながら、LinおよびLoutの値は、これに限定されるものではなく、外乱磁場を十分抑制し測定対象磁場だけを算出するのに十分な、いかなる数値であってもよい。 When the solution of the Laplace equation is expressed in the form of a series expansion using spherical harmonics, the general solution is an infinite series, but for example, SNR (signal-to-noise ratio, that is, disturbance) sufficient to measure the biomagnetic field. It suffices if the ratio of the magnetic field signal to be measured to the magnetic field and the sensor noise) can be obtained, and it is said that it is actually sufficient to express it in a series of about 10 terms. Further, it is said that the series of signal space separation in the magnetoencephalograph may be about Lin = 8 and Lout = 3. Therefore, in the measuring device 10 of the present embodiment, which may be used as a magnetocardiogram, for example, the case of Lin = 8 and Lout = 3 will be described as an example. However, the values of Lin and Lout are not limited to this, and may be any numerical value sufficient to sufficiently suppress the disturbance magnetic field and calculate only the magnetic field to be measured.

ここで、Kを磁気センサアレイ210に含まれる各センサの誤差を表す較正係数行列として、al,mおよびbl,mを次式のように定義する。すなわち、al,mおよびbl,mを、球面調和関数Yl,m(θ,φ)の勾配から得られる磁気センサアレイ210に含まれるセンサ数に等しいM個の成分を持つM次元ベクトルに対して、磁気センサアレイ210に含まれる磁気センサ520の磁気感度誤差を補正する較正係数行列Kを乗じることによって、磁気センサアレイ210の磁気感度誤差を補正した基底ベクトルとする。

Figure 2020148760
Here, al, m and bl, m are defined as the following equations, where K is a calibration coefficient matrix representing the error of each sensor included in the magnetic sensor array 210. That is, for an M-dimensional vector having M components equal to the number of sensors included in the magnetic sensor array 210 obtained from the gradient of the spherical harmonic function Yl, m (θ, φ) with al, m and bl, m. , The calibration coefficient matrix K for correcting the magnetic sensitivity error of the magnetic sensor 520 included in the magnetic sensor array 210 is multiplied to obtain a base vector for which the magnetic sensitivity error of the magnetic sensor array 210 is corrected.
Figure 2020148760

そうすると、ある時刻における計測データΦSelectは、次式で表すことができる。

Figure 2020148760
Then, the measurement data Φ Select at a certain time can be expressed by the following equation.
Figure 2020148760

さらに、Sin、Sout、Xin、およびXoutをそれぞれ次のように定義する。すなわち、Sinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルaを順に列に並べた、計Lin・(Lin+2)列のベクトルと定義する。また、Soutを、l=1からL=Loutまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各ベクトルbを順に列に並べた、計Lout・(Lout+2)列のベクトルと定義する。また、Xinを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−lからlまでの整数をとった時の各多極モーメントαを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lin・(Lin+2)行のベクトルと定義する。また、Xoutを、l=1からl=Linまで、各lにおいてm=−1からlまでの整数をとった時の各多極モーメントβを順に列に並べたベクトルを転置した、計Lout・(Lout+2)行のベクトルと定義する。

Figure 2020148760
Further, Sin, Sout, Xin, and Xout are defined as follows. That is, the vectors of the total Lin · (Lin + 2) columns in which the vectors a when Sin is taken as an integer from l = 1 to l = Lin and m = −l to l in each l are arranged in order. Is defined as. Further, the vectors of the total Lout · (Lout + 2) columns in which the vectors b when Sout is taken as an integer from m = −l to l in each l from l = 1 to L = Lout are arranged in order. Is defined as. Further, Xin is transposed from a vector in which each multipolar moment α when an integer from m = −l to l is taken in each l from l = 1 to l = Lin is transposed. It is defined as a vector of (Lin + 2) rows. Further, Xout is transposed from a vector in which each multipolar moment β when an integer from m = -1 to l is taken in order from l = 1 to l = Lin, and each l is transposed. It is defined as a vector of (Lout + 2) rows.
Figure 2020148760

そうすると、有効な計測データΦSelectは、次式に示すように、行列Sと縦ベクトルXの内積の形で表すことができる。ここで、行列Sは、合計Lin・(Lin+2)+Lout・(Lout+2)個の基底ベクトルを横方向に並べることによって得られる行列を示し、例えば、磁場算出部930が基底ベクトル記憶部940から取得したものである。また、(Lin・(Lin+2)+Lout・(Lout+2))次元の縦ベクトルXは、基底ベクトルに係る線形結合の係数を示す。

Figure 2020148760
Then, the valid measurement data Φ Select can be expressed in the form of the inner product of the matrix S and the vertical vector X as shown in the following equation. Here, the matrix S shows a matrix obtained by arranging a total of Lin · (Lin + 2) + Lout · (Lout + 2) basis vectors in the horizontal direction. For example, the magnetic field calculation unit 930 acquired the basis vector storage unit 940. It is a thing. Further, the (Lin · (Lin + 2) + Lout · (Lout + 2)) dimensional vertical vector X indicates the coefficient of the linear combination related to the basis vector.
Figure 2020148760

磁場算出部930は、この(数10)で得られた計測データΦSelectのモデル式に基づいて、次式を用いて縦ベクトル^X(ここで、「^X」は(数11)における左辺を示し、Xのハット(推定値)を意味するものとする。)を決定する。

Figure 2020148760
Based on the model formula of the measurement data Φ Select obtained in this (Equation 10), the magnetic field calculation unit 930 uses the following equation to use the vertical vector ^ X (where “^ X” is the left side in (Equation 11). , Which means the hat (estimated value) of X.).
Figure 2020148760

この際、磁場算出部930は、最小2乗法を用いて、次式に示すコスト関数Fを最小にするように縦ベクトル^Xを決定する。これにより、磁場算出部930は、磁場の空間分布を解くことができる。

Figure 2020148760
At this time, the magnetic field calculation unit 930 uses the least squares method to determine the vertical vector ^ X so as to minimize the cost function F shown in the following equation. As a result, the magnetic field calculation unit 930 can solve the spatial distribution of the magnetic field.
Figure 2020148760

ここで、磁場算出部930が(数11)および(数12)を用いて決定した縦ベクトル^Xに関して、^Xin・Sinは測定対象磁場成分(心磁)を表し、^Xout・Soutは外乱磁場成分を表す。そこで、外乱磁場成分を排除して、測定対象磁場成分だけを取り出すためには、磁場検出結果^X・Sのうち^Xin・Sinだけを取り出せばよい。 Here, with respect to the vertical vector ^ X determined by the magnetic field calculation unit 930 using (Equation 11) and (Equation 12), ^ Xin / Sin represents the magnetic field component (magnetocardiography) to be measured, and ^ Xout / Sout is disturbance. Represents the magnetic field component. Therefore, in order to eliminate the disturbance magnetic field component and extract only the magnetic field component to be measured, only ^ Xin / Sin of the magnetic field detection results ^ X / S may be extracted.

これにより、磁場算出部930は、複数の磁気センサセル220を三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイ210を用いて計測された計測データΦSelectによって示される磁場の空間分布を、測定対象磁場と外乱磁場とに信号分離することができる。このように、測定装置10は、外乱磁場成分を抑制して測定対象磁場成分だけを取り出すことができるので、測定対象磁場をより高精度に計測することができる。また、複数のセンサ部300がそれぞれ磁気収束板を有するので、センサ部300の磁気感度を高めるとともに、空間サンプリング点を明確化することができ、信号空間分離技術との親和性をより高めることができる。磁場算出部930は、入力磁場を算出した算出結果を、複数の計測値とともに誤差算出部950へ供給する。 As a result, the magnetic field calculation unit 930 is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells 220 in three dimensions, and is indicated by measurement data Φ Select measured using a magnetic sensor array 210 capable of detecting an input magnetic field in three axial directions. The spatial distribution of the magnetic field to be measured can be signal-separated into the magnetic field to be measured and the disturbance magnetic field. In this way, the measuring device 10 can suppress the disturbance magnetic field component and extract only the measurement target magnetic field component, so that the measurement target magnetic field can be measured with higher accuracy. Further, since each of the plurality of sensor units 300 has a magnetic focusing plate, the magnetic sensitivity of the sensor unit 300 can be enhanced, the spatial sampling point can be clarified, and the affinity with the signal space separation technology can be further enhanced. it can. The magnetic field calculation unit 930 supplies the calculation result of calculating the input magnetic field to the error calculation unit 950 together with a plurality of measured values.

ステップ1030において、誤差算出部950は、磁場算出部930から供給された複数の計測値および入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差εを算出する。誤差算出部950は、例えば、次式に示すように、計測データΦSelectから、行列Sと縦ベクトル^Xとの内積を減算して検出誤差εを算出してよい。これにより、誤差算出部950は、ある時刻における計測データΦSelectを、最小2乗法を用いて基底ベクトルS=[Sin,Sout]によって張られる部分空間へマッピングした際の誤差を、ベクトルの成分ごとに算出し、これを検出誤差εとする。したがって、誤差算出部950は、複数の計測値毎に検出誤差εを算出する。そして、誤差算出部950は、算出した磁場の検出誤差εを、計測データ選択部920へ供給する。なお、計測値の数がMであるため、検出誤差εはM行の縦ベクトルとなる。

Figure 2020148760
In step 1030, the error calculation unit 950 calculates the magnetic field detection error ε based on the calculation results obtained by calculating the plurality of measured values and the input magnetic fields supplied from the magnetic field calculation unit 930. The error calculation unit 950 may calculate the detection error ε by subtracting the inner product of the matrix S and the vertical vector ^ X from the measurement data Φ Select , for example, as shown in the following equation. As a result, the error calculation unit 950 maps the error when the measurement data Φ Select at a certain time is mapped to the subspace stretched by the basis vector S = [Sin, Sout] using the least squares method, for each component of the vector. And let this be the detection error ε. Therefore, the error calculation unit 950 calculates the detection error ε for each of the plurality of measured values. Then, the error calculation unit 950 supplies the calculated magnetic field detection error ε to the measurement data selection unit 920. Since the number of measured values is M, the detection error ε is a vertical vector of M rows.
Figure 2020148760

ステップ1040において、計測データ選択部920は、磁気センサアレイ210全体における検出誤差εの平均値、すなわち、複数の計測値毎の検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。計測データ選択部920は、例えば、次式により、検出誤差εの平均値avg(ε)を算出し、検出誤差εの平均値avg(ε)が予め定められた閾値Avg_E_Th以下であるか否かを判定してよい。

Figure 2020148760
In step 1040, the measurement data selection unit 920 determines whether or not the average value of the detection error ε in the entire magnetic sensor array 210, that is, the average value of the detection error ε for each of the plurality of measurement values is equal to or less than a predetermined threshold value. To judge. For example, the measurement data selection unit 920 calculates the average value avg (ε) of the detection error ε by the following equation, and whether or not the average value avg (ε) of the detection error ε is equal to or less than a predetermined threshold value Avg_E_Th. May be determined.
Figure 2020148760

ステップ1040において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であると判定した場合、測定装置10は不良センサによる計測値を除外するフローの処理を終了する。 When it is determined in step 1040 that the average value of the detection error ε is equal to or less than a predetermined threshold value, the measuring device 10 ends the process of the flow excluding the measured value by the defective sensor.

一方、ステップ1040において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値を超えると判定した場合、ステップ1050において、計測データ選択部920は、複数の計測値の中から検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値を除外する計測値として選択する。一例として、計測データ選択部920は、磁気センサアレイ210の中で、検出誤差εの絶対値が最大となる計測値iを除外する計測値として選択してよい。 On the other hand, when it is determined in step 1040 that the average value of the detection error ε exceeds a predetermined threshold value, in step 1050, the measurement data selection unit 920 determines the detection error ε from a plurality of measured values in advance. Select as a measurement value that excludes measurement values that exceed the above range. As an example, the measurement data selection unit 920 may select the measurement value i excluding the measurement value i that maximizes the absolute value of the detection error ε in the magnetic sensor array 210.

次に、ステップ1060において、計測データ選択部920は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値iを除外して、複数の計測値を選択する。すなわち、計測データ選択部920は、計測値iを除外した複数の計測値を計測データΦSelectとして再構成する。 Next, in step 1060, the measurement data selection unit 920 selects a plurality of measured values by excluding the measured values i whose detection error ε exceeds a predetermined range. That is, the measurement data selection unit 920 reconstructs a plurality of measurement values excluding the measurement value i as measurement data Φ Select .

そして、ステップ1070において、計測データ選択部920は、計測値iを除外した結果として、Mの次元を1つデクリメントして処理をステップ1020に戻す。そして、磁場算出部930は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値iを除外した後に、ステップ1020において、入力磁場を再算出する。この際、磁場算出部930は、磁気センサアレイ210を用いて新たに計測値を取得し直してもよいし、既に取得済みの計測値を再利用してもよい。測定装置10は、ステップ1040において、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値以下であると判定されるまで、当該処理を繰り返す。 Then, in step 1070, the measurement data selection unit 920 decrements one dimension of M as a result of excluding the measurement value i, and returns the process to step 1020. Then, the magnetic field calculation unit 930 recalculates the input magnetic field in step 1020 after excluding the measured value i whose detection error ε exceeds a predetermined range. At this time, the magnetic field calculation unit 930 may newly acquire the measured value by using the magnetic sensor array 210, or may reuse the already acquired measured value. The measuring device 10 repeats the process until it is determined in step 1040 that the average value of the detection error ε is equal to or less than a predetermined threshold value.

なお、上述の説明では、測定装置10が、検出誤差εの平均値が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、検出誤差εの絶対値が相対的に最も大きい1つの計測値iを除外してフローを繰り返す場合を一例として説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。測定装置10は、検出誤差εの絶対値が相対的に最も大きい1つの計測値iを先に選択し、当該計測値iにおける検出誤差ε、すなわち、検出誤差εの絶対値の最大値が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、当該計測値iを除外してフローを繰り返してもよい。また、測定装置10は、検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を超える1又は複数の計測値iを除外して、複数の有効な計測値を選択してもよい。 In the above description, when the measuring device 10 determines that the average value of the detection error ε exceeds a predetermined threshold value, one measured value i having a relatively largest absolute value of the detection error ε is used. The case of excluding and repeating the flow has been described as an example. However, it is not limited to this. The measuring device 10 first selects one measured value i having a relatively largest absolute value of the detection error ε, and the detection error ε in the measured value i, that is, the maximum value of the absolute value of the detection error ε is set in advance. When it is determined that the predetermined threshold is exceeded, the measured value i may be excluded and the flow may be repeated. Further, the measuring device 10 may select a plurality of valid measured values by excluding one or a plurality of measured values i whose absolute value of the detection error ε exceeds a predetermined threshold value.

このように、測定装置10は、測定対象磁場を算出する前に、検出誤差εの絶対値が大きい計測値iを除外して、磁場算出部930によって入力磁場を算出するために用いる計測データΦSelectを更新する。検出誤差εの絶対値が大きい測定値iは、大きなノイズが発生したセンサに対応するものである。本実施形態の測定装置10によれば、このようなノイズの大きい不良センサを測定対象磁場の検出前に除外するので、測定対象磁場の検出精度を高めることができる。 In this way, before calculating the magnetic field to be measured, the measuring device 10 excludes the measured value i having a large absolute value of the detection error ε, and the magnetic field calculation unit 930 uses the measurement data Φ to calculate the input magnetic field. Update Select . The measured value i having a large absolute value of the detection error ε corresponds to the sensor in which a large noise is generated. According to the measuring device 10 of the present embodiment, since such a defective sensor having a large noise is excluded before the detection of the magnetic field to be measured, the detection accuracy of the magnetic field to be measured can be improved.

図11は、本実施形態の変形例に係るセンサ部300の構成を示す。本図においては、図5と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。 FIG. 11 shows the configuration of the sensor unit 300 according to the modified example of the present embodiment. In this figure, members having the same functions and configurations as those in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences.

本変形例において、磁気センサ520は、少なくとも1つの磁気抵抗効果素子を有する。本図においては、一例として、磁気センサ520は、電源電圧VccとグランドGNDとの間に直列に接続された第1磁気抵抗効果素子710aと第2磁気抵抗効果素子710b、および、電源電圧VccとグランドGNDとの間に直列に接続された第3磁気抵抗効果素子710cと第4磁気抵抗効果素子710dを有する。なお、本図においては、図示を省略するが、第1〜第4磁気抵抗効果素子710a〜710d(「磁気抵抗効果素子710」と総称する。)は、それぞれ、図7に示すように、磁気抵抗効果素子710の両端に配置された磁気収束板720および730を有していてよい。これら磁気抵抗効果素子710および磁気収束板は、コイル534に内包されるように位置してよい。磁気センサ520は、第1磁気抵抗効果素子710aと第2磁気抵抗効果素子710bの間の電圧、および、第3磁気抵抗効果素子710cと第4磁気抵抗効果素子710dの間の電圧をそれぞれ出力する。なお、本図において、第1磁気抵抗効果素子710a、第2磁気抵抗効果素子710b、第3磁気抵抗効果素子710c、および第4磁気抵抗効果素子710dとでブリッジ回路を構成している。しかしながら、これに代えて、磁気センサ520は、例えば、第1磁気抵抗効果素子710a、第2磁気抵抗効果素子710b、第3磁気抵抗効果素子710c、および第4磁気抵抗効果素子710dの少なくともいずれかが固定抵抗で構成されたもの、または、第1磁気抵抗効果素子710aと第2磁気抵抗効果素子710b、および、第3磁気抵抗効果素子710cと第4磁気抵抗効果素子710dのいずれか一方が定電圧源で構成されたもの等であってもよく、少なくとも1つの磁気抵抗効果素子に入力された磁場に応じた電圧を出力する様々な態様を含む。 In this modification, the magnetic sensor 520 has at least one magnetoresistive element. In this figure, as an example, the magnetic sensor 520 includes a first magnetoresistive element 710a and a second magnetoresistive element 710b, and a power supply voltage Vcc, which are connected in series between the power supply voltage Vcc and the ground GND. It has a third magnetoresistive element 710c and a fourth magnetoresistive element 710d connected in series with the ground GND. Although not shown in this figure, the first to fourth magnetoresistive elements 710a to 710d (collectively referred to as “magnetoresistive element 710”) are each magnetic as shown in FIG. It may have magnetoresistive plates 720 and 730 arranged at both ends of the resistance effect element 710. The magnetoresistive element 710 and the magnetic focusing plate may be positioned so as to be included in the coil 534. The magnetic sensor 520 outputs a voltage between the first magnetoresistive element 710a and the second magnetoresistive element 710b and a voltage between the third magnetoresistive element 710c and the fourth magnetoresistive element 710d, respectively. .. In this figure, a bridge circuit is composed of a first magnetoresistive element 710a, a second magnetoresistive element 710b, a third magnetoresistive element 710c, and a fourth magnetoresistive element 710d. However, instead of this, the magnetic sensor 520 is, for example, at least one of the first magnetoresistive element 710a, the second magnetoresistive element 710b, the third magnetoresistive element 710c, and the fourth magnetoresistive element 710d. Is composed of fixed resistors, or one of the first magnetoresistive element 710a and the second magnetoresistive element 710b, and the third magnetoresistive element 710c and the fourth magnetoresistive element 710d is fixed. It may be composed of a voltage source or the like, and includes various aspects of outputting a voltage corresponding to a magnetic field input to at least one magnetoresistive sensor.

磁気センサ520は、少なくとも直列に接続された互いに逆極性の第1磁気抵抗効果素子710aおよび第2磁気抵抗効果素子710bを有し、第1磁気抵抗効果素子710aと第2磁気抵抗効果素子710bの間の電圧を出力する構成とすると、温度によるオフセットや感度などの特性変動の低減効果が得られる。ここで、逆極性とは、同一方向の入力磁場に対して、磁気抵抗効果素子の抵抗の増減方向が逆であることをいう。本図においては、さらに、第3磁気抵抗効果素子710cを第1磁気抵抗効果素子710aと逆極性、および、第4磁気抵抗効果素子710dを第2磁気抵抗効果素子710bと逆極性とし、第1磁気抵抗効果素子710aおよび第2磁気抵抗効果素子710bに加えて、第3磁気抵抗効果素子710cおよび第4磁気抵抗効果素子710dについても互いに逆極性とした例を示す。 The magnetic sensor 520 has at least a first magnetoresistive sensor 710a and a second magnetoresistive element 710b connected in series and having opposite polarities, and the first magnetoresistive element 710a and the second magnetoresistive element 710b. If the configuration is such that the voltage between them is output, the effect of reducing characteristic fluctuations such as offset and sensitivity due to temperature can be obtained. Here, the opposite polarity means that the increasing / decreasing direction of the resistance of the magnetoresistive element is opposite to the input magnetic field in the same direction. In this figure, the third magnetoresistive element 710c has the opposite polarity to the first magnetoresistive element 710a, and the fourth magnetoresistive element 710d has the opposite polarity to the second magnetoresistive element 710b. In addition to the magnetoresistive sensor 710a and the second magnetoresistive element 710b, the third magnetoresistive element 710c and the fourth magnetoresistive element 710d are also shown as having opposite polarities.

本変形例において、増幅回路532は、2つの差動入力端子に、磁気センサ520の出力端子をそれぞれ接続する。そして、増幅回路532は、磁気センサ520のそれぞれの出力電圧の差に応じたフィードバック電流を発生させ、これをコイル534に供給する。ここで、磁気センサ520のそれぞれの出力電圧の差をVopenと定義する。 In this modification, the amplifier circuit 532 connects the output terminals of the magnetic sensor 520 to the two differential input terminals, respectively. Then, the amplifier circuit 532 generates a feedback current corresponding to the difference in the output voltage of the magnetic sensor 520, and supplies this to the coil 534. Here, the difference between the output voltages of the magnetic sensors 520 is defined as Vopen.

本変形例において、出力部540は、電流電圧変換抵抗542と、演算増幅器544とを有する。 In this modification, the output unit 540 has a current-voltage conversion resistor 542 and an operational amplifier 544.

電流電圧変換抵抗542は、一端がコイル534に接続され、他端が固定電圧に接続されており、フィードバック電流を電圧に変換し、その両端にフィードバック電流に基づく電圧(フィードバック電流×電流電圧変換抵抗542の抵抗値)を発生させる。ここで、電流電圧変換抵抗542によって発生させた当該フィードバック電流に基づく電圧をVclosedと定義する。 The current-voltage conversion resistor 542 has one end connected to the coil 534 and the other end connected to a fixed voltage, converts a feedback current into a voltage, and has a voltage based on the feedback current (feedback current × current-voltage conversion resistance) at both ends. 542 resistance value) is generated. Here, the voltage based on the feedback current generated by the current-voltage conversion resistor 542 is defined as Vclosed.

演算増幅器544は、差動入力端子に電流電圧変換抵抗542の両端をそれぞれ接続し、電流電圧変換抵抗542の両端の電圧、すなわち、電圧Vclosedに応じた電圧を出力する。 The operational amplifier 544 connects both ends of the current-voltage conversion resistor 542 to the differential input terminal, and outputs the voltage across the current-voltage conversion resistor 542, that is, the voltage corresponding to the voltage Vclosed.

また、本変形例において、センサ部300は、磁気リセット部1110を更に含む。磁気リセット部1110は、リセットフェーズにおいて、磁気センサ520を磁気飽和させるリセット磁場を磁気センサ520に与える。磁気リセット部1110は、リセット電流供給部1120と、切替部1130と、を含む。 Further, in this modification, the sensor unit 300 further includes a magnetic reset unit 1110. The magnetic reset unit 1110 gives the magnetic sensor 520 a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic sensor 520 in the reset phase. The magnetic reset unit 1110 includes a reset current supply unit 1120 and a switching unit 1130.

リセット電流供給部1120は、リセットフェーズにおいて、コイル534にリセット電流を供給して、磁気センサ520が有する各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させるリセット磁場をコイル534に発生させる。なお、磁気飽和とは、磁気抵抗効果素子に一定量の磁場が入力して磁気抵抗効果素子の出力が磁場に対して変動しなくなることを示している。このように磁気抵抗効果素子が磁気飽和する程度の磁場をリセット磁場、またリセット磁場を発生させる電流をリセット電流と定義して用いる。 In the reset phase, the reset current supply unit 1120 supplies a reset current to the coil 534 to generate a reset magnetic field in the coil 534 that magnetically saturates each magnetoresistive element of the magnetic sensor 520. Note that magnetic saturation means that a certain amount of magnetic field is input to the magnetoresistive sensor and the output of the magnetoresistive sensor does not fluctuate with respect to the magnetic field. A magnetic field to which the magnetic resistance effect element is magnetically saturated is defined as a reset magnetic field, and a current that generates a reset magnetic field is defined as a reset current.

切替部1130は、フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を磁場生成部530に供給するか否かを切り替える。そして、リセット電流供給部1120は、フィードバック電流を磁場生成部530に供給していない状態において、磁場生成部530にリセット電流を供給してリセット磁場を磁場生成部530に発生させる。例えば、切替部1130は、増幅回路532とコイル534との間に設けられ、増幅回路532が発生したフィードバック電流をコイル534に供給しない場合に、コイル534をリセット電流供給部1120に接続させる。そして、リセット電流供給部1120は、フィードバック電流をコイル534に供給していない状態において、コイル534にリセット電流を供給してリセット磁場をコイル534に発生させてよい。 The switching unit 1130 switches whether or not to supply the feedback current for generating the feedback magnetic field to the magnetic field generation unit 530. Then, the reset current supply unit 1120 supplies the reset current to the magnetic field generation unit 530 to generate the reset magnetic field in the magnetic field generation unit 530 in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit 530. For example, the switching unit 1130 is provided between the amplifier circuit 532 and the coil 534, and connects the coil 534 to the reset current supply unit 1120 when the feedback current generated by the amplifier circuit 532 is not supplied to the coil 534. Then, the reset current supply unit 1120 may supply the reset current to the coil 534 to generate the reset magnetic field in the coil 534 in a state where the feedback current is not supplied to the coil 534.

このように、本変形例において、センサ部300は、磁気センサ520にセンサ部300への入力磁場が入力されると、増幅回路532は、入力磁場に応じた磁気センサ520のそれぞれの出力電圧の差(すなわち、電圧Vopen)に応じたフィードバック電流を発生させ、これをコイル534に供給する。そして、コイル534は、供給されたフィードバック電流に応じて、磁気センサ520に入力された入力磁場を相殺させるフィードバック磁場を発生させる。そして、出力部540は、測定フェーズにおいて、入力磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値、具体的には、電圧Vclosedに応じた電圧値を出力する。ここで、この一連の制御をクローズドループ制御と定義する。なお、クローズドループ制御下においては、電圧Vopenの値は0となるように、すなわち、入力磁場を相殺するフィードバック磁場が発生するように制御される。 As described above, in the present modification, when the input magnetic field to the sensor unit 300 is input to the magnetic sensor 520, the amplification circuit 532 receives the output voltage of each of the magnetic sensor 520 according to the input magnetic field. A feedback current corresponding to the difference (that is, voltage field) is generated and supplied to the coil 534. Then, the coil 534 generates a feedback magnetic field that cancels the input magnetic field input to the magnetic sensor 520 according to the supplied feedback current. Then, in the measurement phase, the output unit 540 outputs a measured value corresponding to the feedback current generated with respect to the input magnetic field, specifically, a voltage value corresponding to the voltage Vclosed. Here, this series of controls is defined as closed loop control. Under closed-loop control, the value of the voltage Vopen is controlled to be 0, that is, a feedback magnetic field that cancels the input magnetic field is generated.

なお、上述の説明においては、コイル534がフィードバック磁場およびリセット磁場を発生させるためのコイルとして共用される場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。センサ部300は、リセット磁場を発生させるためのコイルとして、フィードバック磁場を発生させるためのコイル534とは別のコイルを含んでもよい。また、上述の説明においては、センサ部300が磁気リセット部1110の全てを含む場合を一例として示したが、これに限定されるものではない。磁気リセット部1110の一部、例えば、リセット電流供給部1120は、センサ部300に設けられていなくてもよく、例えば、センサデータ収集部230に設けられていてもよい。 In the above description, the case where the coil 534 is shared as a coil for generating a feedback magnetic field and a reset magnetic field is shown as an example, but the present invention is not limited to this. The sensor unit 300 may include a coil different from the coil 534 for generating the feedback magnetic field as the coil for generating the reset magnetic field. Further, in the above description, the case where the sensor unit 300 includes all of the magnetic reset units 1110 is shown as an example, but the present invention is not limited to this. A part of the magnetic reset unit 1110, for example, the reset current supply unit 1120 may not be provided in the sensor unit 300, or may be provided in the sensor data collection unit 230, for example.

図12は、本変形例に係るセンサ部300による、リセットフェーズにおける磁気リセットのフローの一例を示す。ここで、クローズドループ制御を行わない状態をオープンループと定義する。ステップ1210において、切替部1130は、クローズドループ制御から、フィードバック電流をコイル534に供給しない状態、すなわち、オープンループに切り替える。また、切替部1130は、コイル534をリセット電流供給部1120に接続させる。 FIG. 12 shows an example of the flow of magnetic reset in the reset phase by the sensor unit 300 according to this modified example. Here, the state in which closed loop control is not performed is defined as an open loop. In step 1210, the switching unit 1130 switches from the closed loop control to a state in which the feedback current is not supplied to the coil 534, that is, to an open loop. Further, the switching unit 1130 connects the coil 534 to the reset current supply unit 1120.

次に、ステップ1220において、リセット電流供給部1120は、コイル534にリセット電流を供給して、コイル534にリセット磁場を発生させる。ここで、リセット電流供給部1120は、磁気センサ520が有する各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させるために予め定めた十分な大きさの電流を供給して、コイル534にリセット磁場を発生させてもよい。これに代えて、リセット電流供給部1120は、磁気センサ520の出力電圧をモニタしながら磁気センサ520の出力電圧が各磁気抵抗効果素子が磁気飽和したことを示す値となるまで供給するリセット電流の強度を徐々に大きくして、コイル534にリセット磁場を発生させてもよい。リセット磁場は、センサ部300がどのような向きに配置されていても、すなわち、どのような向きに地磁気がかかっていても磁気抵抗効果素子を磁気飽和できるよう、例えば、磁場が0の状態で磁気抵抗効果素子を磁気飽和させる磁場の大きさに、地磁気分を加えた大きさ以上としてもよい。 Next, in step 1220, the reset current supply unit 1120 supplies a reset current to the coil 534 to generate a reset magnetic field in the coil 534. Here, even if the reset current supply unit 1120 supplies a current of a sufficiently large size predetermined for magnetic saturation of each magnetoresistive sensor included in the magnetic sensor 520 to generate a reset magnetic field in the coil 534. Good. Instead, the reset current supply unit 1120 monitors the output voltage of the magnetic sensor 520 and supplies the reset current until the output voltage of the magnetic sensor 520 reaches a value indicating that each magnetic resistance effect element is magnetically saturated. The strength may be gradually increased to generate a reset magnetic field in the coil 534. The reset magnetic field is, for example, in a state where the magnetic field is 0 so that the magnetic resistance effect element can be magnetically saturated regardless of the orientation in which the sensor unit 300 is arranged, that is, regardless of the orientation in which the geomagnetism is applied. The magnitude of the magnetic field that magnetically saturates the magnetic resistance effect element may be greater than or equal to the magnitude obtained by adding the geomagnetic component.

次に、ステップ1230において、リセット電流供給部1120は、コイル534へのリセット電流の供給を停止する。ここで、リセット電流供給部1120は、リセット磁場をコイル534に発生させて各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させた後に、コイル534へ供給するリセット電流の大きさを徐々に小さくして、コイル534に発生させるリセット磁場の強度を徐々に小さくさせてもよい。一般的に、磁気抵抗効果素子は、磁界を加えていくと、磁壁(磁区と磁区の境界)が移動していき、次に、磁区の中で磁化の回転が起き、やがて全体が一つの磁区で覆われた単一磁区状態となる。これが磁気飽和に対応する。そして、磁気抵抗効果素子は、磁気飽和の状態から磁界を減少していくと、磁気抵抗効果素子のエネルギーを最小化するようにさまざまな磁化方向をもつ磁壁が発生し、磁界の減少とともに磁壁が移動していく。本変形例に係るセンサ部300のリセット電流供給部1120によれば、各磁気抵抗効果素子を磁気飽和させた後のステップ1230において、コイル534へ供給するリセット磁場を徐々に小さくさせることで、磁気抵抗効果素子を常に同じ磁化状態に近づけることができる。これにより、磁気抵抗効果素子は、磁気リセット毎に同じような状態となるため、各磁気リセット後の磁気抵抗効果素子の磁化状態のばらつきを比較的小さくすることができる。 Next, in step 1230, the reset current supply unit 1120 stops supplying the reset current to the coil 534. Here, the reset current supply unit 1120 generates a reset magnetic field in the coil 534 to magnetically saturate each magnetoresistive effect element, and then gradually reduces the magnitude of the reset current supplied to the coil 534 to reduce the magnitude of the reset current to the coil 534. The strength of the reset magnetic field generated in may be gradually reduced. In general, when a magnetic field is applied to a magnetoresistive sensor, the domain wall (the boundary between the magnetic domain and the magnetic domain) moves, and then the magnetization rotates in the magnetic domain, and eventually the whole magnetic domain becomes one. It becomes a single magnetic domain covered with. This corresponds to magnetic saturation. Then, when the magnetic field of the magnetoresistive sensor is reduced from the state of magnetic saturation, a domain wall having various magnetization directions is generated so as to minimize the energy of the magnetoresistive sensor, and the domain wall is generated as the magnetic field is reduced. I will move. According to the reset current supply unit 1120 of the sensor unit 300 according to this modification, in step 1230 after magnetically saturating each magnetoresistive sensor, the reset magnetic field supplied to the coil 534 is gradually reduced to cause magnetism. The resistance effect element can always be brought close to the same magnetization state. As a result, the magnetoresistive sensor is in the same state for each magnetic reset, so that the variation in the magnetization state of the magnetoresistive element after each magnetic reset can be relatively small.

そして、ステップ1240において、切替部1130は、コイル534を増幅回路532に接続させ、オープンループからフィードバック制御に切り替えて磁気リセット処理を終了する。その後、出力部540は、測定フェーズにおいて、クローズドループ制御下で、入力磁場に対して発生されたフィードバック電流に応じた測定値を出力する。 Then, in step 1240, the switching unit 1130 connects the coil 534 to the amplifier circuit 532, switches from the open loop to the feedback control, and ends the magnetic reset process. After that, in the measurement phase, the output unit 540 outputs a measured value according to the feedback current generated with respect to the input magnetic field under closed loop control.

図13は、一般的な磁性体の磁化曲線を示す。磁性体は、初磁化状態では、点1310に示すように、磁界が0のとき磁化は0である。この状態から磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線1350を辿って増加し、点1312に到達する。この曲線1350を初磁化曲線という。点1312に到達すると、磁化は、これ以上磁界を正側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は磁気飽和した状態となる。その後、磁界を減少させていくと、磁化は、曲線1350ではなく、曲線1360を辿って減少し、点1314に到達する。点1314において、磁界が0であっても磁化は残っており、これを残留磁化という。さらに、磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線1360を辿って減少し、点1316に到達する。点1316に到達すると、磁化は、これ以上磁界を負側に増加しても変化しなくなる。この時、磁性体は再び磁気飽和した状態となる。その後、再び磁界を正側に増加していくと、磁化は、曲線1360ではなく、曲線1370を辿って増加し、点1318を経由して点1312に到達する。磁性体は、一般的に、このような磁気ヒステリシス特性を有する。ここで、磁性体が磁気飽和した状態となる点1312および点1316を通る曲線1360および曲線1370からなる最大のループをメジャーループという。 FIG. 13 shows a magnetization curve of a general magnetic material. In the initial magnetization state, the magnetic material has a magnetization of 0 when the magnetic field is 0, as shown at point 1310. When the magnetic field is increased to the positive side from this state, the magnetization increases following the curve 1350 and reaches the point 1312. This curve 1350 is called the initial magnetization curve. When the point 1312 is reached, the magnetization does not change even if the magnetic field is further increased to the positive side. At this time, the magnetic material is in a magnetically saturated state. After that, when the magnetic field is reduced, the magnetization is reduced by following the curve 1360 instead of the curve 1350, and reaches the point 1314. At point 1314, the magnetization remains even if the magnetic field is 0, and this is called residual magnetization. Further, as the magnetic field is increased to the negative side, the magnetization decreases following the curve 1360 and reaches the point 1316. When the point 1316 is reached, the magnetization does not change even if the magnetic field is further increased to the negative side. At this time, the magnetic material becomes magnetically saturated again. After that, when the magnetic field is increased to the positive side again, the magnetization increases by following the curve 1370 instead of the curve 1360, and reaches the point 1312 via the point 1318. The magnetic material generally has such a magnetic hysteresis characteristic. Here, the maximum loop including the curve 1360 and the curve 1370 passing through the points 1312 and 1316 in which the magnetic material is magnetically saturated is referred to as a major loop.

一方、例えば、点1318の状態から、磁界を負側に増加させていくと、磁化は、曲線1380を辿って減少する。この状態から、磁性体が磁気飽和する前の点1320において再び磁界を正側に増加させていくと、磁化は、曲線1380ではなく、曲線1390を辿って増加し、点1318に到達する。このように、磁性体が磁気飽和した状態となる点1312および1316を通らない、例えば、曲線1380および曲線1390からなるループをマイナーループという。 On the other hand, for example, when the magnetic field is increased to the negative side from the state of point 1318, the magnetization decreases following the curve 1380. From this state, when the magnetic field is increased to the positive side again at the point 1320 before the magnetic material is magnetically saturated, the magnetization increases by following the curve 1390 instead of the curve 1380, and reaches the point 1318. A loop composed of, for example, a curve 1380 and a curve 1390, which does not pass through the points 1312 and 1316 in which the magnetic material is magnetically saturated is referred to as a minor loop.

図14は、本変形例に係るセンサ部300における、磁気センサ520への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性を示す。本変形例において、磁気センサ520への入力磁場Binに対する電圧Vopenの特性は、磁気センサ520が有する第1磁気抵抗効果素子710a、第2磁気抵抗効果素子710b、第3磁気抵抗効果素子710c、および第4磁気抵抗効果素子710dの磁気ヒステリシス特性に準じて、本図に示すような特性を有する。符号1410は、マイナーループを示し、符号1420はメジャーループを示す。 FIG. 14 shows the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the magnetic sensor 520 in the sensor unit 300 according to this modification. In this modification, the characteristics of the voltage Vopen with respect to the input magnetic field Bin to the magnetic sensor 520 are the first magnetoresistive sensor 710a, the second magnetoresistive element 710b, the third magnetoresistive element 710c, and the magnetic sensor 520. It has the characteristics shown in this figure according to the magnetic hysteresis characteristics of the No. 4 magnetoresistive element 710d. Reference numeral 1410 indicates a minor loop, and reference numeral 1420 indicates a major loop.

本変形例に係るセンサ部300は、磁気リセットを行う前の状態において、クローズドループ制御下で磁場の測定を行うと、磁気センサ520が有する各磁気抵抗効果素子の磁気動作点がマイナーループ1410上の点1430にある状態で磁場を測定することとなる。しかしながら、磁気センサ520が有する各磁気抵抗効果素子は、磁性体の一般的な現象として、マイナーループ上で動作させた場合には、メジャーループ上で動作させた場合に比べて高い磁気感度(Binに対する電圧Vopenの変化率)を得ることができず、微弱な測定対象磁場を検出できなくなる。そこで、本変形例に係るセンサ部300を複数の磁気センサセル220のそれぞれが有する測定装置10において、測定対象磁場の検出前に、ノイズが大きく不良センサとして検出された磁気センサ520を磁気リセットする。 When the magnetic field is measured under closed loop control in the state before the magnetic reset is performed, the magnetic operating point of each magnetoresistive element of the magnetic sensor 520 is on the minor loop 1410. The magnetic field will be measured at the point 1430. However, as a general phenomenon of a magnetic material, each magnetoresistive sensor possessed by the magnetic sensor 520 has a higher magnetic sensitivity (Bin) when operated on a minor loop than when operated on a major loop. The rate of change of the voltage Vopen with respect to the voltage) cannot be obtained, and the weak magnetic field to be measured cannot be detected. Therefore, in the measuring device 10 each of the plurality of magnetic sensor cells 220 having the sensor unit 300 according to the present modification, the magnetic sensor 520 detected as a defective sensor due to a large noise is magnetically reset before detecting the magnetic field to be measured.

図15は、複数の磁気センサセル220のそれぞれが本変形例に係るセンサ部300を有する場合における、磁気センサアレイ210、センサデータ収集部230、およびセンサデータ処理部900の構成を示す。本図においては、図9と同じ機能および構成を有する部材に対して同じ符号を付すとともに、以下相違点を除き説明を省略する。本変形例において、磁気センサアレイ210が有する複数の磁気センサセル220は、例えば、図11に示すセンサ部300を有する。すなわち、複数の磁気センサセル220が有するセンサ部300は、それぞれ、リセットフェーズにおいて、磁気センサ520を磁気リセット可能に構成される。また、本変形例において、センサデータ処理部900は、決定部1510および基底ベクトル更新部1520を更に備える。 FIG. 15 shows the configurations of the magnetic sensor array 210, the sensor data collection unit 230, and the sensor data processing unit 900 when each of the plurality of magnetic sensor cells 220 has the sensor unit 300 according to the present modification. In this figure, members having the same functions and configurations as those in FIG. 9 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted except for the following differences. In this modification, the plurality of magnetic sensor cells 220 included in the magnetic sensor array 210 include, for example, the sensor unit 300 shown in FIG. That is, each of the sensor units 300 included in the plurality of magnetic sensor cells 220 is configured to be able to magnetically reset the magnetic sensor 520 in the reset phase. Further, in this modification, the sensor data processing unit 900 further includes a determination unit 1510 and a basis vector update unit 1520.

決定部1510は、誤差算出部950から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、複数の磁気センサセル220のうちの少なくとも1つをリセットするか否かを決定する。より詳細には、決定部1510は、磁場の検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520を含む磁気センサセル220をリセットすると決定する。この場合、決定部1510は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520のみをリセットすると決定してもよいし、当該磁気センサ520を含む磁気センサセル220の全ての磁気センサ520をリセットすると決定してもよい。 The determination unit 1510 determines whether to reset at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 based on the detection error ε of the magnetic field supplied from the error calculation unit 950. More specifically, the determination unit 1510 determines to reset the magnetic sensor cell 220 including the magnetic sensor 520 used to acquire the measured value where the magnetic field detection error ε exceeds a predetermined range. In this case, the determination unit 1510 may decide to reset only the magnetic sensor 520 used for acquiring the measured value whose detection error ε exceeds a predetermined range, or the magnetic sensor cell including the magnetic sensor 520. It may be decided to reset all the magnetic sensors 520 of 220.

基底ベクトル更新部1520は、検出誤差εに基づいて基底ベクトルを更新する。そして、磁場算出部930は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520が磁気リセットされた後に、入力磁場を再算出する。この際、磁場算出部930は、基底ベクトル更新部1520によって更新された基底ベクトルを用いる。これについて、詳細に説明する。 The basis vector update unit 1520 updates the basis vector based on the detection error ε. Then, the magnetic field calculation unit 930 recalculates the input magnetic field after the magnetic sensor 520 used for acquiring the measured value whose detection error ε exceeds a predetermined range is magnetically reset. At this time, the magnetic field calculation unit 930 uses the basis vector updated by the basis vector update unit 1520. This will be described in detail.

図16は、複数の磁気センサセル220のそれぞれが本変形例に係るセンサ部300を有する測定装置10が測定対象磁場を算出する前処理として不良センサをリセットするフローの一例を示す。ステップ1610において、測定装置10は、計測データを取得する。例えば、計測データ取得部910は、磁気センサアレイ210を構成する複数の磁気センサセル220内のセンサ部300x〜zによって計測された入力磁場に基づく複数の計測値(計測データΦAll)を取得する。 FIG. 16 shows an example of a flow in which the measuring device 10 having the sensor unit 300 according to the present modification of each of the plurality of magnetic sensor cells 220 resets the defective sensor as a preprocessing for calculating the measurement target magnetic field. In step 1610, the measuring device 10 acquires measurement data. For example, the measurement data acquisition unit 910 acquires a plurality of measurement values (measurement data Φ All ) based on the input magnetic field measured by the sensor units 300x to z in the plurality of magnetic sensor cells 220 constituting the magnetic sensor array 210.

ステップ1620において、測定装置10は、入力磁場を算出する。本フローにおいては、計測データ選択部920は、複数の計測値の全てを計測データΦSelectとして選択する。(ΦSelect=ΦAll)。そして、磁場算出部930は、計測データΦAllに基づいて、ステップ1020と同様の手法により、入力磁場を算出する。 In step 1620, the measuring device 10 calculates the input magnetic field. In this flow, the measurement data selection unit 920 selects all of the plurality of measured values as the measurement data Φ Select . (Φ Select = Φ All ). Then, the magnetic field calculation unit 930 calculates the input magnetic field based on the measurement data Φ All by the same method as in step 1020.

ステップ1630において、測定装置10は、検出誤差εを算出する。例えば、誤差算出部950は、ステップ1030と同様の手法により、検出誤差εを算出する。 In step 1630, the measuring device 10 calculates the detection error ε. For example, the error calculation unit 950 calculates the detection error ε by the same method as in step 1030.

そして、ステップ1640において、測定装置10は、基底ベクトルを更新する。例えば、基底ベクトル更新部1520は、ステップ1630において算出された検出誤差εを最小にするように、最小2乗法を用いて、基底ベクトルを更新する。具体的には、例えば、最適化理論に基づいて(数13)により定義されるεを最小にするアルゴリズムなどを実行して、(数7)における較正係数行列Kを更新することによって基底ベクトルを更新する。なお、当該較正係数行列Kは、複数の磁気センサセル220のセンサ部300x、y、およびzにおける感磁軸方向と磁気感度を表すベクトルを含むものである。したがって、基底ベクトル更新部1520は、当該較正係数行列Kを更新することによって、各磁気センサセル220の磁気感度(主軸感度および他軸感度)の補正を行うことができる。 Then, in step 1640, the measuring device 10 updates the basis vector. For example, the basis vector update unit 1520 updates the basis vector using the least squares method so as to minimize the detection error ε calculated in step 1630. Specifically, for example, the basis vector is obtained by updating the calibration coefficient matrix K in (Equation 7) by executing an algorithm that minimizes ε defined by (Equation 13) based on the optimization theory. Update. The calibration coefficient matrix K includes vectors representing the magnetic sensitivity axis direction and the magnetic sensitivity in the sensor units 300x, y, and z of the plurality of magnetic sensor cells 220. Therefore, the basis vector updating unit 1520 can correct the magnetic sensitivity (spindle sensitivity and other axis sensitivity) of each magnetic sensor cell 220 by updating the calibration coefficient matrix K.

ステップ1650において、測定装置10は、ステップ1640において更新された更新後の基底ベクトルを用いて入力磁場を算出する。例えば、磁場算出部930は、更新後の基底ベクトルを用いて、ステップ1020と同様の手法により、入力磁場を算出する。 In step 1650, the measuring device 10 calculates the input magnetic field using the updated basis vector updated in step 1640. For example, the magnetic field calculation unit 930 calculates the input magnetic field by the same method as in step 1020 using the updated basis vector.

ステップ1660において、測定装置10は、検出誤差εを算出する。例えば、誤差算出部950は、ステップ1030と同様の手法により、検出誤差εを算出する。 In step 1660, the measuring device 10 calculates the detection error ε. For example, the error calculation unit 950 calculates the detection error ε by the same method as in step 1030.

ステップ1670において、測定装置10は、検出誤差εの絶対値が最大(最大誤差)となる最大誤差センサを選択する。例えば、決定部1510は、誤差算出部950から供給された計測値毎の検出誤差εに基づいて、検出誤差εの絶対値が最大となる計測値を特定し、当該計測値の取得に用いられた磁気センサ520を最大誤差センサとして選択する。 In step 1670, the measuring device 10 selects the maximum error sensor in which the absolute value of the detection error ε is the maximum (maximum error). For example, the determination unit 1510 identifies the measurement value that maximizes the absolute value of the detection error ε based on the detection error ε for each measurement value supplied from the error calculation unit 950, and is used to acquire the measurement value. The magnetic sensor 520 is selected as the maximum error sensor.

ステップ1680において、測定装置は、最大誤差が予め定められた閾値以下であるか否かを判定する。例えば、決定部1510は、ステップ1670において選択された最大誤差センサにおける検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値Max_E_Th以下であるか否かを判定してよい。 In step 1680, the measuring device determines whether the maximum error is less than or equal to a predetermined threshold. For example, the determination unit 1510 may determine whether or not the absolute value of the detection error ε in the maximum error sensor selected in step 1670 is equal to or less than a predetermined threshold value Max_E_Th.

ステップ1680において、最大誤差が予め定められた閾値以下であると判定した場合、測定装置10は不良センサをリセットするフローの処理を終了する。 If it is determined in step 1680 that the maximum error is equal to or less than a predetermined threshold value, the measuring device 10 ends the process of the flow for resetting the defective sensor.

一方、ステップ1680において、最大誤差が予め定められた閾値を超えると判定した場合、ステップ1690において、決定部1510は、ステップ1670において最大誤差センサとして選択された磁気センサ520をリセットすると決定する。この場合、決定部1510は、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520のみをリセットすると決定してもよいし、当該磁気センサ520を含む磁気センサセル220の全ての磁気センサ520をリセットすると決定してもよい。そして、決定部1510は、リセットすると決定した磁気センサ520を含む磁気センサセル220にリセットを指示する。リセットを指示された磁気センサセル220は、リセット対象の磁気センサ520を、図12のフローに従って、クローズドループ制御からオープンループに切り替えて、リセットフェーズに遷移させて磁気リセットする。 On the other hand, if it is determined in step 1680 that the maximum error exceeds a predetermined threshold value, in step 1690, the determination unit 1510 determines to reset the magnetic sensor 520 selected as the maximum error sensor in step 1670. In this case, the determination unit 1510 may decide to reset only the magnetic sensor 520 used for acquiring the measured value whose detection error ε exceeds a predetermined range, or the magnetic sensor cell including the magnetic sensor 520. It may be decided to reset all the magnetic sensors 520 of 220. Then, the determination unit 1510 instructs the magnetic sensor cell 220 including the magnetic sensor 520 determined to be reset to reset. The magnetic sensor cell 220 instructed to reset switches the magnetic sensor 520 to be reset from closed loop control to open loop according to the flow of FIG. 12, transitions to the reset phase, and magnetically resets.

ステップ1690において、検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520が磁気リセットされた後、処理をステップ1610に戻し、磁場算出部930は、新たに取得された計測データを用いて入力磁場を再算出する。測定装置10は、ステップ1680において、最大誤差が予め定められた閾値以下であると判定されるまで、当該処理を繰り返す。なお、この際、測定装置10は、磁気リセットを実行する磁気センサ以外の磁気センサについては、フィードバック電流を切らずに(クローズドループ制御下で)当該処理を繰り返す。 In step 1690, after the magnetic sensor 520 used for acquiring the measured value in which the detection error ε exceeds a predetermined range is magnetically reset, the process is returned to step 1610, and the magnetic field calculation unit 930 newly acquires. The input magnetic field is recalculated using the measured measurement data. The measuring device 10 repeats the process until it is determined in step 1680 that the maximum error is equal to or less than a predetermined threshold value. At this time, the measuring device 10 repeats the process (under closed loop control) without cutting the feedback current for the magnetic sensor other than the magnetic sensor that executes the magnetic reset.

このように、決定部1510は、誤差算出部950から供給された磁場の検出誤差εに基づいて、複数の磁気センサセル220のうちの少なくとも1つをリセットするか否かを決定する。より詳細には、決定部1510は、磁場の検出誤差εが予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサ520を含む磁気センサセル220をリセットすると決定する。 In this way, the determination unit 1510 determines whether to reset at least one of the plurality of magnetic sensor cells 220 based on the detection error ε of the magnetic field supplied from the error calculation unit 950. More specifically, the determination unit 1510 determines to reset the magnetic sensor cell 220 including the magnetic sensor 520 used to acquire the measured value where the magnetic field detection error ε exceeds a predetermined range.

なお、上述の説明では、測定装置10が、検出誤差εが相対的に最も大きい1つの最大誤差センサを先に選択し、最大誤差が予め定められた閾値を超えると判定した場合に、当該最大誤差センサを磁気リセットすると場合を一例として説明した。しかしながら、これに限定されるものではない。測定装置10は、検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を超える1又は複数の磁気センサ520を磁気リセットしてもよい。 In the above description, when the measuring device 10 first selects one maximum error sensor having the relatively largest detection error ε and determines that the maximum error exceeds a predetermined threshold value, the maximum is the maximum. The case where the error sensor is magnetically reset has been described as an example. However, it is not limited to this. The measuring device 10 may magnetically reset one or more magnetic sensors 520 in which the absolute value of the detection error ε exceeds a predetermined threshold value.

また、予め定められた回数以上磁気リセットしても検出誤差εの絶対値が予め定められた閾値を下回らない場合には、当該計測値の取得に用いられた磁気センサ520を、測定対象磁場の検出に使用しないと決定して、処理を終了させてもよい。 If the absolute value of the detection error ε does not fall below the predetermined threshold value even after magnetic resetting more than a predetermined number of times, the magnetic sensor 520 used to acquire the measured value is used for the magnetic field to be measured. The process may be terminated by deciding not to use it for detection.

このように、測定装置10は、検出誤差εの絶対値が大きい計測値の取得に用いられた磁気センサ520を磁気リセットして、入力磁場を再検出する。検出誤差εの絶対値が大きい測定値の取得に用いられた磁気センサ520は、磁気履歴に起因して磁気感度が低下したり、ノイズが増大した不良センサであり得る。本変形例の測定装置10によれば、このような磁気感度が低下したり、ノイズが増大した不良センサを測定対象磁場の検出前に磁気リセットして磁気感度を高めるので、測定対象磁場の算出精度を高めることができる。 In this way, the measuring device 10 magnetically resets the magnetic sensor 520 used for acquiring the measured value having a large absolute value of the detection error ε, and re-detects the input magnetic field. The magnetic sensor 520 used to acquire the measured value having a large absolute value of the detection error ε may be a defective sensor in which the magnetic sensitivity is lowered or the noise is increased due to the magnetic history. According to the measuring device 10 of this modified example, the defective sensor whose magnetic sensitivity is lowered or whose noise is increased is magnetically reset before the detection of the magnetic field to be measured to increase the magnetic sensitivity, so that the magnetic field to be measured is calculated. The accuracy can be improved.

なお、上述した本実施形態と、別の実施形態とは、それぞれ独立に機能させてもよいし、両実施形態を組み合わせて機能させてもよい。すなわち、例えば、測定対象磁場の検出前の前処理として、図16に係る不良センサをリセットするフローを実行した後に、図10に係る不良センサを除外するフローを実行してもよい。両実施形態を組み合わせることにより、測定対象磁場の検出精度をより高めることができる。 The above-described embodiment and another embodiment may function independently, or both embodiments may be combined to function. That is, for example, as a pretreatment before the detection of the magnetic field to be measured, a flow for resetting the defective sensor according to FIG. 16 may be executed, and then a flow for excluding the defective sensor according to FIG. 10 may be executed. By combining both embodiments, the detection accuracy of the magnetic field to be measured can be further improved.

また、上述した本実施形態においては、測定装置10が、検出誤差εの絶対値が大きい測定値iを除外したまま、入力磁場を算出する場合を一例として示した。しかしながら、これに限定されるものではない。 Further, in the above-described embodiment, a case where the measuring device 10 calculates the input magnetic field while excluding the measured value i having a large absolute value of the detection error ε is shown as an example. However, it is not limited to this.

例えば、磁場算出部930は、(数11)により磁場の空間分布を解くことにより、計測データ選択部920によって選択された複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場を再算出することができる。その場合、誤差算出部950は、再算出された当該複数の計測値が計測された箇所における入力磁場の検出結果に基づいて、検出誤差を算出してもよい。 For example, the magnetic field calculation unit 930 solves the spatial distribution of the magnetic field by (Equation 11), and based on the plurality of measurement values selected by the measurement data selection unit 920, the location where the plurality of measurement values are measured. The input magnetic field can be recalculated. In that case, the error calculation unit 950 may calculate the detection error based on the detection result of the input magnetic field at the place where the recalculated plurality of measured values are measured.

一例として、磁場算出部930は、(数11)により磁場の空間分布を解くことによって、入力磁場の算出結果に関わる係数、すなわち、(数11)における^Xinおよび^Xoutを用いて、信号空間分離演算から除外された計測値iを計測したセンサの座標(位置ベクトル=r、極座標で表示した座標=(r,θ,φ))における磁場ベクトルB(r)を、次式により表すことができる。

Figure 2020148760
As an example, the magnetic field calculation unit 930 uses the coefficients related to the calculation result of the input magnetic field, that is, ^ Xin and ^ Xout in (Equation 11) by solving the spatial distribution of the magnetic field by (Equation 11), and uses the signal space. The magnetic field vector B (r) at the coordinates of the sensor that measured the measured value i excluded from the separation calculation (position vector = r, coordinates displayed in polar coordinates = (r, θ, φ)) can be expressed by the following equation. it can.
Figure 2020148760

すなわち、磁場算出部930は、計測データ選択部920によって選択された複数の計測値から算出された入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、除外された計測値iが計測された箇所における入力磁場を算出することができる。これにより、測定装置10は、不良センサにおける磁場を(数15)により再構成するので、不良センサの位置における計測値が欠落することによる磁場計測精度の低下を抑えることができる。したがって、測定装置10は、高精度な磁場検出を行うことができる。 That is, the magnetic field calculation unit 930 inputs the excluded measured value i at the measured location based on the coefficient related to the calculation result of the input magnetic field calculated from the plurality of measured values selected by the measurement data selection unit 920. The magnetic field can be calculated. As a result, since the measuring device 10 reconstructs the magnetic field in the defective sensor by (Equation 15), it is possible to suppress a decrease in magnetic field measurement accuracy due to the lack of the measured value at the position of the defective sensor. Therefore, the measuring device 10 can perform highly accurate magnetic field detection.

本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および/またはコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよび/またはアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)および/またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 Various embodiments of the present invention may be described with reference to flowcharts and block diagrams, wherein the block is (1) a stage of the process in which the operation is performed or (2) a device responsible for performing the operation. May represent a section of. Specific stages and sections are implemented by dedicated circuits, programmable circuits supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium, and / or processors supplied with computer-readable instructions stored on a computer-readable medium. You can. Dedicated circuits may include digital and / or analog hardware circuits, and may include integrated circuits (ICs) and / or discrete circuits. Programmable circuits are memory elements such as logical AND, logical OR, logical XOR, logical NAND, logical NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, field programmable gate arrays (FPGA), programmable logic arrays (PLA), etc. May include reconfigurable hardware circuits, including.

コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 The computer-readable medium may include any tangible device capable of storing instructions executed by the appropriate device, so that the computer-readable medium having the instructions stored therein is specified in a flowchart or block diagram. It will be equipped with a product that contains instructions that can be executed to create means for performing the operation. Examples of computer-readable media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable media include floppy (registered trademark) disks, diskettes, hard disks, random access memory (RAM), read-only memory (ROM), erasable programmable read-only memory (EPROM or flash memory), Electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), static random access memory (SRAM), compact disk read-only memory (CD-ROM), digital versatile disc (DVD), Blu-ray (RTM) disc, memory stick, integrated A circuit card or the like may be included.

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 Computer-readable instructions are assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state-setting data, or object-oriented programming such as Smalltalk, JAVA®, C ++, etc. Contains either source code or object code written in any combination of one or more programming languages, including languages and traditional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages. Good.

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 Computer-readable instructions are applied locally or to a processor or programmable circuit of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing device, or to a wide area network (WAN) such as the local area network (LAN), the Internet, etc. ) May be executed to create a means for performing the operation specified in the flowchart or block diagram. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers and the like.

図17は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、および/またはコンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。 FIG. 17 shows an example of a computer 2200 in which a plurality of aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. The program installed on the computer 2200 can cause the computer 2200 to function as an operation or one or more sections of the device according to an embodiment of the invention, or the operation or the one or more. Sections can be run and / or the computer 2200 can be run a process according to an embodiment of the invention or a stage of such process. Such a program may be run by the CPU 2212 to cause the computer 2200 to perform certain operations associated with some or all of the blocks of the flowcharts and block diagrams described herein.

本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インターフェイス2222、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入/出力ユニットを含み、それらは入/出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入/出力ユニットを含み、それらは入/出力チップ2240を介して入/出力コントローラ2220に接続されている。 The computer 2200 according to this embodiment includes a CPU 2212, a RAM 2214, a graphic controller 2216, and a display device 2218, which are interconnected by a host controller 2210. Computer 2200 also includes input / output units such as communication interface 2222, hard disk drive 2224, DVD-ROM drive 2226, and IC card drive, which are connected to host controller 2210 via input / output controller 2220. There is. The computer also includes legacy input / output units such as ROM 2230 and keyboard 2242, which are connected to the input / output controller 2220 via an input / output chip 2240.

CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。 The CPU 2212 operates according to the programs stored in the ROM 2230 and the RAM 2214, thereby controlling each unit. The graphic controller 2216 acquires the image data generated by the CPU 2212 in a frame buffer or the like provided in the RAM 2214 or itself so that the image data is displayed on the display device 2218.

通信インターフェイス2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD−ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD−ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、および/またはプログラムおよびデータをICカードに書き込む。 The communication interface 2222 communicates with other electronic devices via the network. The hard disk drive 2224 stores programs and data used by the CPU 2212 in the computer 2200. The DVD-ROM drive 2226 reads the program or data from the DVD-ROM 2201 and provides the program or data to the hard disk drive 2224 via the RAM 2214. The IC card drive reads programs and data from the IC card and / or writes programs and data to the IC card.

ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、および/またはコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入/出力チップ2240はまた、様々な入/出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入/出力コントローラ2220に接続してよい。 The ROM 2230 contains a boot program or the like executed by the computer 2200 at the time of activation and / or a program depending on the hardware of the computer 2200. The input / output chip 2240 may also connect various input / output units to the input / output controller 2220 via a parallel port, serial port, keyboard port, mouse port, and the like.

プログラムが、DVD−ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。 The program is provided by a computer-readable medium such as a DVD-ROM 2201 or an IC card. The program is read from a computer-readable medium, installed on a hard disk drive 2224, RAM 2214, or ROM 2230, which is also an example of a computer-readable medium, and executed by the CPU 2212. The information processing described in these programs is read by the computer 2200 and provides a link between the program and the various types of hardware resources described above. The device or method may be configured to perform manipulation or processing of information in accordance with the use of computer 2200.

例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。 For example, when communication is executed between the computer 2200 and an external device, the CPU 2212 executes a communication program loaded in the RAM 2214, and performs communication processing on the communication interface 2222 based on the processing described in the communication program. You may order. Under the control of the CPU 2212, the communication interface 2222 reads and reads the transmission data stored in the transmission buffer processing area provided in the recording medium such as the RAM 2214, the hard disk drive 2224, the DVD-ROM 2201, or the IC card. The data is transmitted to the network, or the received data received from the network is written to the reception buffer processing area or the like provided on the recording medium.

また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226(DVD−ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。 Further, the CPU 2212 causes the RAM 2214 to read all or necessary parts of a file or database stored in an external recording medium such as a hard disk drive 2224, a DVD-ROM drive 2226 (DVD-ROM2201), or an IC card. Various types of processing may be performed on the data on the RAM 2214. The CPU 2212 then writes back the processed data to an external recording medium.

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on recording media and processed. The CPU 2212 describes various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, and information retrieval described in various parts of the present disclosure with respect to the data read from the RAM 2214, and is specified by the instruction sequence of the program. Various types of processing may be performed, including / replacement, etc., and the results are written back to RAM 2214. Further, the CPU 2212 may search for information in a file, a database, or the like in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of the first attribute associated with the attribute value of the second attribute are stored in the recording medium, the CPU 2212 specifies the attribute value of the first attribute. Search for an entry that matches the condition from the plurality of entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and associate it with the first attribute that satisfies the predetermined condition. The attribute value of the second attribute obtained may be acquired.

上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。 The program or software module described above may be stored on a computer 2200 or on a computer readable medium near the computer 2200. Also, a recording medium such as a hard disk or RAM provided within a dedicated communication network or a server system connected to the Internet can be used as a computer-readable medium, thereby providing the program to the computer 2200 over the network. To do.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such modifications or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the device, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first," "next," etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

10 測定装置
100 本体部
110 磁気センサユニット
120 ヘッド
130 ベース部
140 ポール部
150 情報処理部
210 磁気センサアレイ
220 磁気センサセル
230 センサデータ収集部
232 AD変換器
234 クロック発生器
300 センサ部
520 磁気センサ
530 磁場生成部
532 増幅回路
534 コイル
540 出力部
542 電流電圧変換抵抗
544 演算増幅器
710 磁気抵抗効果素子
720、730 磁気収束板
900 センサデータ処理部
910 計測データ取得部
920 計測データ選択部
930 磁場算出部
940 基底ベクトル記憶部
950 誤差算出部
1110 磁気リセット部
1120 リセット電流供給部
1130 切替部
1510 決定部
1520 基底ベクトル更新部
2200 コンピュータ
2201 DVD−ROM
2210 ホストコントローラ
2212 CPU
2214 RAM
2216 グラフィックコントローラ
2218 ディスプレイデバイス
2220 入/出力コントローラ
2222 通信インターフェイス
2224 ハードディスクドライブ
2226 DVD−ROMドライブ
2230 ROM
2240 入/出力チップ
2242 キーボード
10 Measuring device 100 Main body 110 Magnetic sensor unit 120 Head 130 Base 140 Pole 150 Information processing unit 210 Magnetic sensor array 220 Magnetic sensor cell 230 Sensor data collection unit 232 AD converter 234 Clock generator 300 Sensor unit 520 Magnetic sensor 530 Magnetic field Generator 532 Amplification circuit 534 Coil 540 Output 542 Current-voltage conversion resistance 544 Magneto-resistive sensor 720, 730 Magneto-convergent plate 900 Sensor data processing unit 910 Measurement data acquisition unit 920 Measurement data selection unit 930 Magnetic field calculation unit 940 Vector storage unit 950 Error calculation unit 1110 Magnetic reset unit 1120 Reset current supply unit 1130 Switching unit 1510 Determination unit 1520 Base vector update unit 2200 Computer 2201 DVD-ROM
2210 Host controller 2212 CPU
2214 RAM
2216 Graphic controller 2218 Display device 2220 Input / output controller 2222 Communication interface 2224 Hard disk drive 2226 DVD-ROM drive 2230 ROM
2240 Input / Output Chip 2242 Keyboard

Claims (18)

各々が磁気センサを含む複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイと、
前記磁気センサアレイによって検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の計測値の中から、前記磁場算出部によって前記入力磁場を算出するために用いる複数の計測値を選択する計測データ選択部と、
を備える、測定装置。
A magnetic sensor array, each of which is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells including a magnetic sensor in three dimensions and capable of detecting an input magnetic field in three axial directions.
A measurement data acquisition unit that acquires a plurality of measurement values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array, and a measurement data acquisition unit.
A magnetic field calculation unit that calculates the input magnetic field based on the plurality of measured values,
An error calculation unit that calculates the detection error of the magnetic field based on the plurality of measured values and the calculation result of calculating the input magnetic field.
A measurement data selection unit that selects a plurality of measurement values to be used for calculating the input magnetic field by the magnetic field calculation unit from the plurality of measurement values based on the detection error.
A measuring device.
前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記計測データ選択部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外して、前記複数の計測値を選択する、請求項1に記載の測定装置。
The error calculation unit calculates the detection error for each of the plurality of measured values.
The measuring device according to claim 1, wherein the measurement data selection unit selects the plurality of measured values by excluding the measured values whose detection error exceeds a predetermined range.
前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値を除外した後に、前記入力磁場を再算出する、請求項2に記載の測定装置。 The measuring device according to claim 2, wherein the magnetic field calculation unit recalculates the input magnetic field after excluding a measured value in which the detection error exceeds a predetermined range. 前記磁場算出部は、前記計測データ選択部によって選択された前記複数の計測値に基づいて、当該複数の計測値が計測された箇所における前記入力磁場を再算出し、
前記誤差算出部は、当該複数の計測値が計測された箇所における前記入力磁場の検出結果に基づいて、前記検出誤差を算出する、請求項3に記載の測定装置。
The magnetic field calculation unit recalculates the input magnetic field at the location where the plurality of measured values are measured, based on the plurality of measured values selected by the measurement data selection unit.
The measuring device according to claim 3, wherein the error calculating unit calculates the detection error based on the detection result of the input magnetic field at the place where the plurality of measured values are measured.
前記磁場算出部は、前記計測データ選択部によって選択された前記複数の計測値から算出された前記入力磁場の算出結果に関わる係数に基づいて、前記除外された計測値が計測された箇所における前記入力磁場を算出する、請求項3または4に記載の測定装置。 The magnetic field calculation unit is the location where the excluded measurement value is measured based on the coefficient related to the calculation result of the input magnetic field calculated from the plurality of measurement values selected by the measurement data selection unit. The measuring device according to claim 3 or 4, which calculates an input magnetic field. 前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を前記磁気センサに与える磁場生成部と、前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の測定装置。 Each of the plurality of magnetic sensor cells responds to a magnetic field generator that applies a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor to the magnetic sensor, and a current that the magnetic field generator flows to generate the feedback magnetic field. The measuring device according to any one of claims 1 to 5, further comprising an output unit for outputting the output signal. 複数の磁気センサセルを三次元に配列して構成され、3軸方向の入力磁場を検出可能な磁気センサアレイと、
前記磁気センサアレイによって検出された前記入力磁場に基づく複数の計測値を取得する計測データ取得部と、
前記複数の計測値に基づいて、前記入力磁場を算出する磁場算出部と、
前記複数の計測値および前記入力磁場を算出した算出結果に基づいて、磁場の検出誤差を算出する誤差算出部と、
前記検出誤差に基づいて、前記複数の磁気センサセルのうちの少なくとも1つをリセットするか否かを決定する決定部と、
を備え、
前記複数の磁気センサセルのそれぞれは、
磁気センサと、
前記磁気センサが検出した入力磁場を低減させるフィードバック磁場を前記磁気センサに与える磁場生成部と、
前記磁場生成部が前記フィードバック磁場を発生するために流す電流に応じた出力信号を出力する出力部と、
当該磁気センサセルをリセットする場合に、前記磁気センサを磁気飽和させるリセット磁場を前記磁気センサに与える磁気リセット部と、
を含む、測定装置。
A magnetic sensor array that is configured by arranging a plurality of magnetic sensor cells in three dimensions and can detect an input magnetic field in three axial directions.
A measurement data acquisition unit that acquires a plurality of measurement values based on the input magnetic field detected by the magnetic sensor array, and a measurement data acquisition unit.
A magnetic field calculation unit that calculates the input magnetic field based on the plurality of measured values,
An error calculation unit that calculates the detection error of the magnetic field based on the plurality of measured values and the calculation result of calculating the input magnetic field.
A determination unit that determines whether to reset at least one of the plurality of magnetic sensor cells based on the detection error.
With
Each of the plurality of magnetic sensor cells
With a magnetic sensor
A magnetic field generator that applies a feedback magnetic field that reduces the input magnetic field detected by the magnetic sensor to the magnetic sensor,
An output unit that outputs an output signal according to the current that the magnetic field generation unit flows to generate the feedback magnetic field, and an output unit.
When resetting the magnetic sensor cell, a magnetic reset unit that applies a reset magnetic field that magnetically saturates the magnetic sensor to the magnetic sensor, and
Including measuring equipment.
前記誤差算出部は、前記複数の計測値毎に前記検出誤差を算出し、
前記決定部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた磁気センサを含む磁気センサセルをリセットすると決定する、請求項7に記載の測定装置。
The error calculation unit calculates the detection error for each of the plurality of measured values.
The measuring device according to claim 7, wherein the determination unit determines to reset the magnetic sensor cell including the magnetic sensor used for acquiring the measured value whose detection error exceeds a predetermined range.
前記磁場算出部は、前記検出誤差が予め定められた範囲を超えた計測値の取得に用いられた前記磁気センサが磁気リセットされた後に、前記入力磁場を再算出する、請求項8に記載の測定装置。 The magnetic field calculation unit according to claim 8, wherein the magnetic field calculation unit recalculates the input magnetic field after the magnetic sensor used for acquiring the measured value whose detection error exceeds a predetermined range is magnetically reset. measuring device. 前記磁気リセット部は、前記フィードバック磁場を発生させるフィードバック電流を前記磁場生成部に供給するか否かを切り替える切替部を含み、前記フィードバック電流を前記磁場生成部に供給していない状態において、前記磁場生成部にリセット電流を供給して前記リセット磁場を前記磁場生成部に発生させる、請求項7から9のいずれか一項に記載の測定装置。 The magnetic reset unit includes a switching unit for switching whether or not to supply a feedback current for generating the feedback magnetic field to the magnetic field generation unit, and the magnetic field is in a state where the feedback current is not supplied to the magnetic field generation unit. The measuring device according to any one of claims 7 to 9, wherein a reset current is supplied to the generation unit to generate the reset magnetic field in the magnetic field generation unit. 前記磁場算出部は、前記検出誤差の2乗が最小となるように前記入力磁場を算出する、請求項1から10のいずれか一項に記載の測定装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetic field calculation unit calculates the input magnetic field so that the square of the detection error is minimized. 前記磁場算出部は、前記複数の計測値によって示される前記入力磁場の空間分布を、正規直交関数の空間分布を持つ磁場を前記磁気センサアレイで検出したときに前記磁気センサのそれぞれが出力する信号を成分とする信号ベクトルを基底ベクトルとして信号分離し、
前記誤差算出部は、前記磁場算出部が信号分離した結果に基づいて、前記検出誤差を算出する、請求項1から11のいずれか一項に記載の測定装置。
The magnetic field calculation unit outputs a signal output by each of the magnetic sensors when the magnetic sensor array detects a magnetic field having a spatial distribution of a normal orthogonal function with respect to the spatial distribution of the input magnetic field indicated by the plurality of measured values. Signals are separated using the signal vector whose component is
The measuring device according to any one of claims 1 to 11, wherein the error calculation unit calculates the detection error based on the result of signal separation by the magnetic field calculation unit.
前記検出誤差に基づいて前記基底ベクトルを更新する基底ベクトル更新部を更に備える、請求項12に記載の測定装置。 The measuring device according to claim 12, further comprising a basis vector updating unit that updates the basis vector based on the detection error. 前記磁気センサは、磁気抵抗効果素子を有する、請求項6から10のいずれか一項に記載の測定装置。 The measuring device according to any one of claims 6 to 10, wherein the magnetic sensor has a magnetoresistive element. 前記磁気センサのそれぞれは、前記磁気抵抗効果素子の両端に配置された二つの磁気収束板をさらに有し、前記磁気抵抗効果素子は、二つの前記磁気収束板に挟まれた位置に配置される、請求項14に記載の測定装置。 Each of the magnetic sensors further has two magnetoresistive plates arranged at both ends of the magnetoresistive element, and the magnetoresistive element is arranged at a position sandwiched between the two magnetoresistive plates. The measuring device according to claim 14. 前記フィードバック磁場を発生させるためのコイルが、前記磁気抵抗効果素子および二つの前記磁気収束板を取り囲むように巻かれている、請求項15に記載の測定装置。 The measuring device according to claim 15, wherein a coil for generating the feedback magnetic field is wound so as to surround the magnetoresistive sensor and the two magnetic focusing plates. 前記複数の磁気センサセルの出力をアナログからデジタルに変換して前記複数の計測値を出力する複数のAD変換器を更に備え、
前記複数のAD変換器は、共通のサンプリングクロックに応じてAD変換を行う、請求項1から16のいずれか一項に記載の測定装置。
A plurality of AD converters that convert the outputs of the plurality of magnetic sensor cells from analog to digital and output the plurality of measured values are further provided.
The measuring device according to any one of claims 1 to 16, wherein the plurality of AD converters perform AD conversion according to a common sampling clock.
動物の心臓の電気活動により発生する心磁を測定対象とし、
前記磁場算出部の算出結果に基づいて、前記心磁を測定する、請求項1から17のいずれか一項に記載の測定装置。
The magnetocardiography generated by the electrical activity of the animal's heart is measured.
The measuring device according to any one of claims 1 to 17, which measures the magnetocardiography based on the calculation result of the magnetic field calculation unit.
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