JP2022076602A - Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module - Google Patents

Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module Download PDF

Info

Publication number
JP2022076602A
JP2022076602A JP2020187051A JP2020187051A JP2022076602A JP 2022076602 A JP2022076602 A JP 2022076602A JP 2020187051 A JP2020187051 A JP 2020187051A JP 2020187051 A JP2020187051 A JP 2020187051A JP 2022076602 A JP2022076602 A JP 2022076602A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
flux transformer
design support
transmission efficiency
transformer design
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020187051A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
真吾 浜田
Shingo Hamada
努 大塚
Tsutomu Otsuka
義治 芳井
Yoshiharu Yoshii
憲和 水落
Norikazu Mizuochi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University
Sumida Corp
Original Assignee
Kyoto University
Sumida Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto University, Sumida Corp filed Critical Kyoto University
Priority to JP2020187051A priority Critical patent/JP2022076602A/en
Priority to PCT/JP2021/022060 priority patent/WO2022102155A1/en
Publication of JP2022076602A publication Critical patent/JP2022076602A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

To enable an efficient design of a flux transformer for a sensing component using a color center.SOLUTION: A parameter adjustment unit 21 specifies a value for a design parameter of a flux transformer. A transmission efficiency evaluation unit 22 calculates a transmission efficiency BR corresponding to the value of the design parameter according to a predetermined formula. In particular, the transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR on the basis of (a) the electromotive force of a primary coil individually considering a coil diameter for each winding of a primary coil of the flux transformer and (b) the induced magnetic field of a secondary coil individually considering a coil diameter for each winding layer of a secondary coil of the flux transformer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールに関するものである。 The present invention relates to a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, a flux transformer design support program, and a sensor module.

ある磁気センサー製造方法では、超伝導量子干渉計 (ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device）用の磁束トランス（フラックストランスフォーマー）のインプットコイル（２次側コイル）の巻数を、有効磁束捕獲面積が８５％以上になるように選択している（例えば特許文献１参照）。 In one magnetic sensor manufacturing method, the number of turns of the input coil (secondary coil) of the magnetic flux transformer (flux transformer) for the superconducting quantum interference device (SQUID) is increased to 85% or more in the effective magnetic flux capture area. (See, for example, Patent Document 1).

他方、ある磁場測定装置は、窒素と格子欠陥（ＮＶＣ：Nitrogen Vacancy Center）を有するダイヤモンド構造などといったセンシング部材の電子スピン共鳴を利用した光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ：Optically Detected Magnetic Resonance）で磁気計測を行っている（例えば特許文献２参照）。 On the other hand, a magnetic field measuring device performs magnetic measurement by optical detected magnetic resonance (ODMR) using electron spin resonance of sensing members such as a diamond structure having nitrogen and lattice defects (NVC: Nitrogen Vacancy Center). This is done (see, for example, Patent Document 2).

特開平８－７５８３４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-75834 特開２０２０－８２９８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-8298

一般的に、測定対象の磁場の周波数が低い場合、フラックストランスフォーマーの磁場伝送効率は低くなる。そのため、ＮＶＣなどといったカラーセンターを利用したセンシング部材を使用した低周波数磁場測定に使用するフラックストランスフォーマーを簡単に設計することは困難である。例えば、実験などで、コイル巻数などを変化させて実測することで、良好な伝送効率となるフラックストランスフォーマーの構成を探すことになり、多くの手間と長い時間がかかってしまう。 Generally, when the frequency of the magnetic field to be measured is low, the magnetic field transmission efficiency of the flux transformer is low. Therefore, it is difficult to easily design a flux transformer used for low-frequency magnetic field measurement using a sensing member using a color center such as NVC. For example, by actually measuring the number of coil turns by changing the number of coil turns in an experiment or the like, it is necessary to search for a configuration of a flux transformer having good transmission efficiency, which takes a lot of time and effort.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計を実行可能にするフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, and a flux that enable efficient design of a flux transformer for a sensing member using a color center. The purpose is to obtain a transformer design support program and a sensor module.

本発明に係るフラックストランスフォーマー設計支援方法は、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援するフラックストランスフォーマー設計支援方法であって、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定するパラメーター値指定ステップと、所定の計算式に従って、その設計パラメーターの値に対応する伝送効率を計算する伝送効率計算ステップとを備える。そして、その伝送効率計算ステップにおいて、（ａ）フラックストランスフォーマーの１次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した１次側コイルの起電力、および（ｂ）フラックストランスフォーマーの２次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した２次側コイルの誘起磁場に基づいて、伝送効率を計算する。 The flux transformer design support method according to the present invention is a flux transformer design support method that supports the design of a flux transformer for a sensing member using a color center, and is a parameter value specification step for designating a value of a design parameter of the flux transformer. And a transmission efficiency calculation step for calculating the transmission efficiency corresponding to the value of the design parameter according to a predetermined calculation formula. Then, in the transmission efficiency calculation step, (a) the electromotive force of the primary coil in consideration of the coil diameter for each winding of the primary coil of the flux transformer, and (b) the secondary side of the flux transformer. The transmission efficiency is calculated based on the induced magnetic field of the secondary coil, which individually considers the coil diameter for each coil winding layer.

本発明に係るフラックストランスフォーマー設計支援装置は、上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行する。 The flux transformer design support device according to the present invention executes the above-mentioned flux transformer design support method.

本発明に係るフラックストランスフォーマープログラムは、コンピューターに、上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行させる。 The flux transformer program according to the present invention causes a computer to execute the above-mentioned flux transformer design support method.

本発明に係るセンサーモジュールは、センシング部材と、所定の測定位置で被測定磁場を感受し、その測定位置で感受した被測定磁場に対応する印加磁場をセンシング部材に印加する、上記フラックストランスフォーマー設計支援方法、上記フラックストランスフォーマー設計支援装置、および上記フラックストランスフォーマープログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーと、そのセンシング部材から、印加磁場に対応する物理的事象を検出する検出装置と、検出装置により検出された物理的事象の検出値を特定する測定制御部と、その検出値に基づいて測定位置での被測定磁場を演算する演算部とを備える。 The sensor module according to the present invention senses a sensing member and a magnetic field to be measured at a predetermined measurement position, and applies an applied magnetic field corresponding to the magnetic field to be measured at the measurement position to the sensing member to support the design of the flux transformer. A detection device and a detection device that detect a physical event corresponding to an applied magnetic field from a flux transformer obtained by using any of the method, the above-mentioned flux transformer design support device, and the above-mentioned flux transformer program, and a sensing member thereof. It is provided with a measurement control unit that specifies the detected value of the physical event detected by the above, and a calculation unit that calculates the measured magnetic field at the measurement position based on the detected value.

本発明によれば、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計を実行可能にするフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム、およびセンサーモジュールが得られる。 According to the present invention, a flux transformer design support method, a flux transformer design support device, a flux transformer design support program, and a sensor module that enable efficient design of a flux transformer for a sensing member using a color center can be obtained. Be done.

図１は、本発明の実施の形態１にフラックストランスフォーマー設計支援装置の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a flux transformer design support device according to the first embodiment of the present invention. 図２は、図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置における設計対象としてのフラックストランスフォーマーについて説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a flux transformer as a design target in the flux transformer design support device shown in FIG. 図３は、図２における１次側コイル１１１または２次側コイル１１２の構成について説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the primary side coil 111 or the secondary side coil 112 in FIG. 図４は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である（１／５）。FIG. 4 is a diagram illustrating a calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1 (1/5). 図５は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である（２／５）。FIG. 5 is a diagram illustrating a calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1 (2/5). 図６は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である（３／５）。FIG. 6 is a diagram illustrating a calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1 (3/5). 図７は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である（４／５）。FIG. 7 is a diagram illustrating a calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1 (4/5). 図８は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である（５／５）。FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1 (5/5). 図９は、図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置の動作について説明するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the flux transformer design support device shown in FIG. 図１０は、伝送効率ＢＲの計算結果の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the calculation result of the transmission efficiency BR. 図１１は、図１０に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図１２は、伝送効率ＢＲの計算結果の別の例を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing another example of the calculation result of the transmission efficiency BR. 図１３は、図１２に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図１４は、伝送効率ＢＲの周波数特性を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the transmission efficiency BR. 図１５は、図１４に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing parameter values used in the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. 図１６は、本発明の実施の形態２に係るセンサーモジュールの構成を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the sensor module according to the second embodiment of the present invention.

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１． Embodiment 1.

図１は、本発明の実施の形態１にフラックストランスフォーマー設計支援装置の構成を示すブロック図である。図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置は、ＮＶＣなどのカラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援する装置である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a flux transformer design support device according to the first embodiment of the present invention. The flux transformer design support device shown in FIG. 1 is a device that supports the design of a flux transformer for a sensing member using a color center such as NVC.

図２は、図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置における設計対象としてのフラックストランスフォーマーについて説明するブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a flux transformer as a design target in the flux transformer design support device shown in FIG.

図２に示すように、フラックストランスフォーマー１０１は、測定対象１０２の交流磁場をセンシング装置１０３に伝送 （伝達）するものであって、１次側コイル１１１、２次側コイル１１２、および導電部１１３を備える。また、設計対象のフラックストランスフォーマー１０１は、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーであり、常温で使用されるものである。 As shown in FIG. 2, the flux transformer 101 transmits (transmits) the AC magnetic field of the measurement target 102 to the sensing device 103, and includes the primary side coil 111, the secondary side coil 112, and the conductive portion 113. Be prepared. Further, the flux transformer 101 to be designed is a flux transformer for a sensing member using a color center, and is used at room temperature.

１次側コイル１１１は、測定対象１０２の交流磁場を検出し、検出した交流磁場に対応する電圧を誘起するコイルである。この実施の形態では、１次側コイル１１１は、棒状（例えば円柱状）の磁性体コアを備える円筒状の有限長ソレノイドコイルである。 The primary side coil 111 is a coil that detects the AC magnetic field of the measurement target 102 and induces a voltage corresponding to the detected AC magnetic field. In this embodiment, the primary side coil 111 is a cylindrical finite length solenoid coil including a rod-shaped (for example, cylindrical) magnetic core.

２次側コイル１１２は、１次側コイル１１１に誘起した電圧で導電部１１３を介して流れる電流に応じた磁場を発生し、センシング装置１０３のセンシング部材に印加するコイルである。この実施の形態では、２次側コイル１１２は、磁性体コアを備えない円筒状の有限長ソレノイドコイルである。なお、センシング装置１０３のセンシング部材は、２次側コイル１１２の中空部に配置されていてもよい。 The secondary side coil 112 is a coil that generates a magnetic field corresponding to the current flowing through the conductive portion 113 with the voltage induced in the primary side coil 111 and applies it to the sensing member of the sensing device 103. In this embodiment, the secondary coil 112 is a cylindrical finite length solenoid coil without a magnetic core. The sensing member of the sensing device 103 may be arranged in the hollow portion of the secondary coil 112.

図３は、図２における１次側コイル１１１または２次側コイル１１２の構成について説明する断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the primary side coil 111 or the secondary side coil 112 in FIG.

この実施の形態では、１次側コイル１１１または２次側コイル１１２は円筒状の有限長ソレノイドコイルであり、例えば図３に示すように、コイルの径方向に沿った複数層（層数Ｍ１，Ｍ２）となるように導線が単一方向に巻回されている。 In this embodiment, the primary side coil 111 or the secondary side coil 112 is a cylindrical finite length solenoid coil, and as shown in FIG. 3, for example, a plurality of layers (number of layers M 1 ) along the radial direction of the coil. , M 2 ) The conductor is wound in one direction.

導電部１１３は、リッツ線や同軸ケーブルなどの一対の電線（ここでは銅線）で、１次側コイル１１１と２次側コイル１１２とで閉回路を形成するように、１次側コイル１１１と２次側コイル１１２とを互いに電気的に接続する。なお、導電部１１３は、電線の他、カップリングコンデンサーなどの受動素子を備えていてもよい。 The conductive portion 113 is a pair of electric wires (copper wire in this case) such as a litz wire or a coaxial cable, and is formed with the primary side coil 111 so as to form a closed circuit with the primary side coil 111 and the secondary side coil 112. The secondary coil 112 is electrically connected to each other. The conductive portion 113 may include a passive element such as a coupling capacitor in addition to the electric wire.

このように、フラックストランスフォーマー１０１により測定対象１０２の交流磁場がセンシング装置１０３に伝送されるため、センシング装置１０３は、測定対象１０２から離間して配置されるようにしてもよい。また、センシング装置１０３および２次側コイル１１２は固定しておき、１次側コイル１１１が所定の領域において走査されるようにしてもよい。 In this way, since the AC magnetic field of the measurement target 102 is transmitted to the sensing device 103 by the flux transformer 101, the sensing device 103 may be arranged apart from the measurement target 102. Further, the sensing device 103 and the secondary coil 112 may be fixed so that the primary coil 111 is scanned in a predetermined region.

そして、図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置は、記憶装置１、通信装置２、演算処理装置３、表示装置４および入力装置５を備える。 The flux transformer design support device shown in FIG. 1 includes a storage device 1, a communication device 2, an arithmetic processing device 3, a display device 4, and an input device 5.

記憶装置１は、フラッシュメモリー、ハードディスクなどの不揮発性の記憶装置であって、各種データやプログラムを格納する。記憶装置１には、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム１１が記憶されている。フラックストランスフォーマー設計支援プログラム１１は、可搬性のある非一時的な記録媒体に記録されていてもよく、そのような記録媒体から読み出され記憶装置１にインストールされるようにしてもよい。 The storage device 1 is a non-volatile storage device such as a flash memory or a hard disk, and stores various data and programs. The flux transformer design support program 11 is stored in the storage device 1. The flux transformer design support program 11 may be recorded on a portable non-temporary recording medium, or may be read from such a recording medium and installed in the storage device 1.

通信装置２は、ネットワークインターフェイス、周辺機器インターフェイス、モデムなどのデータ通信可能な装置であって、必要に応じて、他の装置とデータ通信を行う。 The communication device 2 is a device capable of data communication such as a network interface, a peripheral device interface, and a modem, and performs data communication with other devices as needed.

演算処理装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるコンピューターであって、プログラムを、ＲＯＭ、記憶装置１などからＲＡＭにロードしＣＰＵで実行することで、各種処理部として動作する。ここでは、演算処理装置３は、フラックストランスフォーマー設計支援プログラム１１を実行することで、パラメーター調整部２１および伝送効率評価部２２として動作する。 The arithmetic processing unit 3 is a computer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), etc., and the program is loaded into the RAM from the ROM, the storage device 1 and the like, and the CPU is used. By executing it, it operates as various processing units. Here, the arithmetic processing apparatus 3 operates as the parameter adjusting unit 21 and the transmission efficiency evaluation unit 22 by executing the flux transformer design support program 11.

パラメーター調整部２１は、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定する。 The parameter adjustment unit 21 specifies the value of the design parameter of the flux transformer.

設計パラメーターは、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２の、平均コイル径（ここでは半径）ｒ１ａｖ，ｒ２ａｖ、非巻線部導線長さｌｅｘ，１，ｌｅｘ，２、巻数Ｎ１，Ｎ２、導線線径φ１，φ２、および導線電気抵抗率ρを含む。 The design parameters are the average coil diameter (here, radius) r 1av , r 2av , non-winding conductor length lex, 1 , lex , 2 , number of turns N of the primary side coil 111 and the secondary side coil 112. Includes 1 , N 2 , conductor diameter φ 1 , φ 2 , and conductor electrical resistivity ρ.

また、設計パラメーターは、１次側コイル１１１の磁性体コアについての、磁心断面積Ｓｍ、磁心比透磁率μｒ、磁心長さ（コイル軸方向の長さ）ｌｍ、実質磁心半径ｒｍなどを含む。なお、コイル長ｌ１は、１次側コイル１１１の巻線部分の軸方向長さよりｌｍのほうが長い場合には、ｌｍと同値とされる。 The design parameters are the magnetic core cross-sectional area S m , the magnetic core relative permeability μr , the magnetic core length (length in the coil axial direction ) l m , and the real magnetic core radius rm for the magnetic core of the primary coil 111. And so on. The coil length l 1 is set to the same value as lm when lm is longer than the axial length of the winding portion of the primary coil 111.

また、設計パラメーターは、１次側コイル１１１の磁性体コアについての、各巻きｉ（１≦ｉ≦Ｎ１）についてのコイル径ｒ１（ｉ）を含む。 Further, the design parameters include the coil diameter r 1 (i) for each winding i (1 ≦ i ≦ N 1 ) for the magnetic core of the primary coil 111.

さらに、設計パラメーターは、２次側コイル１１２の磁性体コアについて、各層ｊ（１≦ｊ≦Ｍ２）における、巻数ｎ２（ｊ）、コイル長さ（コイル軸方向の長さ）ｌ２（ｊ）、およびコイル径ｒ２（ｊ）、並びに、層数Ｍ２（ここではＭ２＞１）を含む。 Further, the design parameters are the number of turns n 2 (j) and the coil length (length in the coil axial direction) l 2 (in each layer j (1 ≦ j ≦ M 2 )) for the magnetic core of the secondary coil 112. j), the coil diameter r 2 (j), and the number of layers M 2 (here, M 2 > 1).

さらに、設計パラメーターは、測定対象の交流磁場の周波数ｆを含む。 Further, the design parameter includes the frequency f of the AC magnetic field to be measured.

設計パラメーターの値は、入力装置５に対するユーザー操作、通信装置２を介した外部からのデータ通信などで指定されてもよいし、所定のアルゴリズムで自動的に指定されてもよい。例えばパラメーター調整部２１は、指定された一部の設計パラメーターの値を固定とし、残りの設計パラメーターの値を、伝送効率の計算回ごとに所定範囲内で自動的に変動させるようにしてもよい。 The value of the design parameter may be specified by a user operation on the input device 5, data communication from the outside via the communication device 2, or the like, or may be automatically specified by a predetermined algorithm. For example, the parameter adjustment unit 21 may fix the values of some of the designated design parameters and automatically change the values of the remaining design parameters within a predetermined range for each calculation of transmission efficiency. ..

伝送効率評価部２２は、所定の計算式に従って、上述の設計パラメーターの値に対応する伝送効率ＢＲを計算する。 The transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR corresponding to the value of the above-mentioned design parameter according to a predetermined calculation formula.

図４～図８は、図１における伝送効率評価部２２で使用される計算式を説明する図である。 4 to 8 are diagrams for explaining the calculation formula used by the transmission efficiency evaluation unit 22 in FIG. 1.

具体的には、上述の所定の計算式に従って、伝送効率評価部２２は、（ａ）フラックストランスフォーマー１０１の１次側コイル１１１の巻回ｉごとのコイル径ｒ１（ｉ）を個別的に考慮した１次側コイル１１１の起電力Ｖ、および（ｂ）フラックストランスフォーマー１０１の２次側コイル１１２の巻回層ｊごとのコイル径ｒ２（ｊ）を個別的に考慮した２次側コイル１１２の誘起磁場Ｂ２に基づいて、伝送効率ＢＲを計算する。 Specifically, according to the above-mentioned predetermined calculation formula, the transmission efficiency evaluation unit 22 individually considers (a) the coil diameter r 1 (i) for each winding i of the primary coil 111 of the flux transformer 101. The electromotive force V of the primary coil 111 and (b) the coil diameter r 2 (j) for each winding layer j of the secondary coil 112 of the flux transformer 101 are individually considered for the secondary coil 112. The transmission efficiency BR is calculated based on the induced magnetic field B 2 .

具体的には、伝送効率ＢＲは、図４の式（１）に示すように、誘起磁場（磁束密度）Ｂ２と１次側コイル１１１への印加磁場（磁束密度）Ｂ０との比として定義される。なお、印加磁場Ｂ０は、磁性体コアを含む１次側コイル１１１に一様に印加されるものとする。また、誘起磁場Ｂ２は、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２に導通する電流Ｉに対して、図４の式（２）に示すように導出される。そして、電流Ｉは、図４の式（３）に示すように、１次側コイル１１１の起電力Ｖに基づき導通し、１次側コイル１１１の起電力Ｖは、図４の式（４）に示すように導出される。 Specifically, the transmission efficiency BR is defined as the ratio of the induced magnetic field (magnetic flux density) B 2 to the applied magnetic field (magnetic flux density) B 0 to the primary coil 111, as shown in the equation (1) of FIG. Defined. It is assumed that the applied magnetic field B 0 is uniformly applied to the primary coil 111 including the magnetic core. Further, the induced magnetic field B 2 is derived as shown in the equation (2) of FIG. 4 with respect to the current I conducted through the primary side coil 111 and the secondary side coil 112. Then, as shown in the equation (3) of FIG. 4, the current I conducts based on the electromotive force V of the primary coil 111, and the electromotive force V of the primary coil 111 is the electromotive force V of the primary coil 111. It is derived as shown in.

なお、式（１）～（４）において、μ０は真空の透磁率であり、Ｚ１，Ｚ２は、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２のインピーダンスである。 In the equations (1) to (4), μ 0 is the magnetic permeability of the vacuum, and Z 1 and Z 2 are the impedances of the primary coil 111 and the secondary coil 112.

具体的には、式（１）～（３）に示すように、伝送効率ＢＲの計算に使用される１次側コイル１１１および２次側コイル１１２のインピーダンスＺ１，Ｚ２が、図５の式（５），（６）に示すように導出される。 Specifically, as shown in the equations (1) to (3), the impedances Z 1 and Z 2 of the primary coil 111 and the secondary coil 112 used in the calculation of the transmission efficiency BR are shown in FIG. It is derived as shown in equations (5) and (6).

そして、インピーダンスＺ１，Ｚ２は、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２の抵抗Ｒ１，Ｒ２およびインダクタンスＬ１，Ｌ２から導出され、抵抗Ｒ１，Ｒ２およびインダクタンスＬ１は、以下の事項を考慮して導出される。 The impedances Z 1 and Z 2 are derived from the resistors R 1 and R 2 and the inductances L 1 and L 2 of the primary coil 111 and the secondary coil 112, and the resistors R 1 and R 2 and the inductance L 1 are derived from the resistors R 1 and R 2 and the inductances L 1 and L 2 . , Derived in consideration of the following items.

上述の所定の計算式では、図５の式（７），（８）に示すように、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２について非巻線部（導電部１１３を構成する引出線部分など、巻回されていない電線部分）の長さｌｅｘ，１，ｌｅｘ，２を考慮した抵抗Ｒ１，Ｒ２の値に基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。 In the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (7) and (8) of FIG. 5, the non-winding portion (leader wire portion constituting the conductive portion 113) is provided for the primary side coil 111 and the secondary side coil 112. The transmission efficiency BR is calculated based on the values of the resistors R1 and R2 in consideration of the lengths lex, 1 , and lex, 2 of the unwound wire portion.

さらに、上述の所定の計算式では、図５の式（７），（８）に示すように、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２について巻線の表皮効果（つまり、表皮深さδ）を考慮した抵抗Ｒ１，Ｒ２の値に基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。ここで、表皮深さδは、図６の式（１１）に示すように導出される。 Further, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (7) and (8) of FIG. 5, the skin effect of the winding (that is, the skin depth δ) is applied to the primary coil 111 and the secondary coil 112. ) Is taken into consideration, and the transmission efficiency BR is calculated based on the values of the resistors R1 and R2 . Here, the skin depth δ is derived as shown in the equation (11) of FIG.

さらに、上述の所定の計算式では、図５の式（９），（１０）に示すように、１次側コイル１１１および２次側コイル１１２について、長岡係数Ａ１，Ａ２を考慮したインダクタンスＬ１，Ｌ２の値に基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。ここで、長岡係数Ａ１，Ａ２は、図６の式（１２）～（１５）に示すように導出される。なお、式（１２），（１３）におけるＥ１（ｋ１），Ｅ１（ｋ２），Ｅ２（ｋ１），Ｅ２（ｋ２）は、ｋ１，ｋ２の第一種完全楕円積分および第二種完全楕円積分である。 Further, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (9) and (10) of FIG. 5, the inductance of the primary side coil 111 and the secondary side coil 112 in consideration of the Nagaoka coefficients A1 and A2 . The transmission efficiency BR is calculated based on the values of L 1 and L 2 . Here, the Nagaoka coefficients A 1 and A 2 are derived as shown in the equations (12) to (15) of FIG. In addition, E 1 (k 1 ), E 1 (k 2 ), E 2 (k 1 ), E 2 (k 2 ) in the equations (12) and (13) are the first kind complete of k 1 , k 2 . Elliptic integrals and second-class perfect elliptic integrals.

さらに、上述の所定の計算式では、図５の式（９），（１０）に示すように、１次側コイル１１１について、磁性体コアの実効比透磁率μａを考慮したインダクタンスＬ１の値に基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。ここで、実効比透磁率μａは、図７の式（１６）～（１９）に示すように導出される。なお、式（１６）におけるＮ０は、磁性体コアの中心の反磁界係数であり、Ｎａｖは、磁性体コアの平均反磁界係数である。 Further, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (9) and (10) of FIG. 5, for the primary side coil 111, the inductance L 1 in consideration of the effective relative magnetic permeability μ a of the magnetic core is The transmission efficiency BR is calculated based on the value. Here, the effective relative magnetic permeability μa is derived as shown in the equations (16) to (19) of FIG. In the equation (16), N 0 is the demagnetizing field coefficient at the center of the magnetic material core, and Nav is the average demagnetic field coefficient of the magnetic material core.

また、上述の所定の計算式では、図１の式（１），（４）に示すように、１次側コイル１１１について、磁性体コアの実効比透磁率μａを考慮した起電力Ｖに基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。 Further, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (1) and (4) of FIG. 1, the electromotive force V of the primary coil 111 in consideration of the effective relative magnetic permeability μa of the magnetic core is set. Based on this, the transmission efficiency BR is calculated.

さらに、上述の所定の計算式では、図１の式（１），（４）に示すように、１次側コイル１１１について、磁性体コアの実効磁心断面積Ｓａを考慮した起電力Ｖに基づいて、伝送効率ＢＲが計算される。ここで、実効磁心断面積Ｓａは、図８の式（２０）～（２２）に示すように、磁性体コアの表皮効果（磁心の表皮深さｓ）を考慮して導出される。また、磁性体コアが棒コアなので、その比透磁率はある程度の大きさ（例えば１０００）以上になると、反磁界係数の影響で実効透磁率はほぼ同等となる。なお、式（２１），（２２）におけるε０は真空の誘電率であり、κｍは、磁性体コアの比誘電率であり、ρｍは、磁性体コアの電気抵抗率である。 Further, in the above-mentioned predetermined calculation formula, as shown in the formulas (1) and (4) of FIG. 1, the electromotive force V of the primary coil 111 in consideration of the effective magnetic core cross-sectional area Sa of the magnetic core is set. Based on this, the transmission efficiency BR is calculated. Here, the effective magnetic core cross-sectional area Sa is derived in consideration of the skin effect of the magnetic core (skin depth s of the magnetic core) as shown in the equations (20) to (22) of FIG. Further, since the magnetic core is a rod core, when the relative magnetic permeability becomes a certain size (for example, 1000) or more, the effective magnetic permeability becomes almost the same due to the influence of the demagnetizing field coefficient. In the equations (21) and (22), ε 0 is the permittivity of the vacuum, κ m is the relative permittivity of the magnetic core, and ρ m is the electrical resistivity of the magnetic core.

次に、上記フラックストランスフォーマー設計支援装置の動作（つまり、フラックストランスフォーマー設計支援方法の一例）について説明する。図９は、図１に示すフラックストランスフォーマー設計支援装置の動作について説明するフローチャートである。 Next, the operation of the flux transformer design support device (that is, an example of the flux transformer design support method) will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the flux transformer design support device shown in FIG.

まず、パラメーター調整部２１は、ユーザー操作などで指定された上述の設計パラメーターの値（具体的には、所定の複数の設計パラメーターの値セット）を特定する（ステップＳ１）。 First, the parameter adjustment unit 21 specifies the value of the above-mentioned design parameter (specifically, a value set of a plurality of predetermined design parameters) specified by user operation or the like (step S1).

次に、伝送効率評価部２２は、特定された設計パラメーターの値を使用して、上述の計算式に従って伝送効率ＢＲを計算する（ステップＳ２）。 Next, the transmission efficiency evaluation unit 22 calculates the transmission efficiency BR according to the above-mentioned formula using the values of the specified design parameters (step S2).

伝送効率評価部２２は、パラメーター調整の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３）。この終了条件は、予め設定され、例えば、（ａ）伝送効率ＢＲが所定閾値を超えていること、（ｂ）予め指定された設計パラメーターの複数の値セットについての伝送効率ＢＲの計算がすべて終わっていること、（ｃ）伝送効率ＢＲの計算結果をユーザーに通知した後の、終了のためのユーザー操作が検出されたこと、などとされる。 The transmission efficiency evaluation unit 22 determines whether or not the parameter adjustment end condition is satisfied (step S3). This end condition is set in advance, and for example, (a) the transmission efficiency BR exceeds a predetermined threshold, and (b) the calculation of the transmission efficiency BR for a plurality of value sets of predetermined design parameters is completed. It is said that (c) the user operation for termination is detected after notifying the user of the calculation result of the transmission efficiency BR.

パラメーター調整の終了条件が成立した場合、伝送効率評価部２２は、伝送効率ＢＲの計算結果（つまり、互いに関連付けられた、伝送効率ＢＲの値および対応する設計パラメーターの値セット）を、表示装置４に表示したり、データファイルとして記憶装置１に記憶したり、通信装置２で外部へ送信したりして出力する（ステップＳ４）。 When the parameter adjustment end condition is satisfied, the transmission efficiency evaluation unit 22 displays the calculation result of the transmission efficiency BR (that is, the value of the transmission efficiency BR and the value set of the corresponding design parameters associated with each other) in the display device 4. It is displayed in, stored in the storage device 1 as a data file, or transmitted to the outside by the communication device 2 and output (step S4).

このようにして、設計パラメーターの値セットを調整して繰り返し伝送効率ＢＲの値を計算することで、伝送効率ＢＲの値が良好となる設計パラメーターの値セットが得られる。 In this way, by adjusting the value set of the design parameter and calculating the value of the iterative transmission efficiency BR, the value set of the design parameter having a good value of the transmission efficiency BR can be obtained.

以上のように、上記実施の形態１によれば、パラメーター調整部２１は、フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定し、伝送効率評価部２２は、所定の計算式に従って、その設計パラメーターの値に対応する伝送効率ＢＲを計算する。特に、伝送効率評価部２２は、（ａ）フラックストランスフォーマーの１次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した１次側コイルの起電力、および（ｂ）フラックストランスフォーマーの２次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した２次側コイルの誘起磁場に基づいて、伝送効率ＢＲを計算する。 As described above, according to the first embodiment, the parameter adjusting unit 21 specifies the value of the design parameter of the flux transformer, and the transmission efficiency evaluation unit 22 sets the value of the design parameter according to a predetermined calculation formula. Calculate the corresponding transmission efficiency BR. In particular, the transmission efficiency evaluation unit 22 includes (a) the electromotive force of the primary coil in consideration of the coil diameter for each winding of the primary coil of the flux transformer, and (b) the secondary side of the flux transformer. The transmission efficiency BR is calculated based on the induced magnetic field of the secondary coil, which individually considers the coil diameter for each coil winding layer.

これにより、実験による実測を行うことなく計算によって、カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの効率的な設計（つまり、設計パラメーターの好適な値セットの導出）が実行可能となる。 This makes it possible to efficiently design a flux transformer for a sensing member using a color center (that is, to derive a suitable value set of design parameters) by calculation without actual measurement by experiment.

図１０は、伝送効率ＢＲの計算結果の例を示す図であり、図１１は、図１０に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。図１２は、伝送効率ＢＲの計算結果の別の例を示す図であり、図１３は、図１２に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。図１０は、周波数ｆが２００Ｈｚであり、１次側コイルのコイル径が１０ｍｍであり、２次側コイルのコイル径が５ｍｍである場合の、各巻数Ｎ１，Ｎ２についての計算結果を示している。図１０に示す計算においては、図１１に示すパラメーター値が使用されている。図１２は、周波数ｆが２００Ｈｚであり、１次側コイルのコイル径が５ｍｍであり、２次側コイルのコイル径が２．５ｍｍである場合の、各巻数Ｎ１，Ｎ２についての計算結果を示している。図１２に示す計算においては、図１３に示すパラメーター値が使用されている。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the calculation result of the transmission efficiency BR, and FIG. 11 is a diagram showing the parameter values used for the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. FIG. 12 is a diagram showing another example of the calculation result of the transmission efficiency BR, and FIG. 13 is a diagram showing the parameter values used for the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. FIG. 10 shows the calculation results for the turns N 1 and N 2 when the frequency f is 200 Hz, the coil diameter of the primary coil is 10 mm, and the coil diameter of the secondary coil is 5 mm. ing. In the calculation shown in FIG. 10, the parameter values shown in FIG. 11 are used. FIG. 12 shows the calculation results for the turns N 1 and N 2 when the frequency f is 200 Hz, the coil diameter of the primary coil is 5 mm, and the coil diameter of the secondary coil is 2.5 mm. Is shown. In the calculation shown in FIG. 12, the parameter values shown in FIG. 13 are used.

図１４は、伝送効率ＢＲの周波数特性を説明する図であり、図１５は、図１４に示す伝送効率ＢＲの計算に使用したパラメーター値を示す図である。例えば図１５に示す条件においては図１４に示すように、１次側コイルが有芯コイルである場合、無芯コイルより伝送効率ＢＲが高くなるが、有芯コイルの場合でも、低周波磁場については、伝送効率ＢＲが低くなるため、フラックストランスフォーマーの設計において、高い伝送効率ＢＲでＯＤＭＲなどのカラーセンターを有するセンシング部材への磁場の伝送について有効に使用可能な１次側および２次側コイルの構成（寸法などの設計パラメーターの値セット）を得ることが重要である。上述のフラックストランスフォーマー設計支援方法を使用すれば、ユーザーは、各設計パラメーターの値セットについて、実験などで伝送効率ＢＲを測定する必要がなく、フラックストランスフォーマーの設計の手間および期間を軽減することができる。 FIG. 14 is a diagram for explaining the frequency characteristics of the transmission efficiency BR, and FIG. 15 is a diagram showing the parameter values used for the calculation of the transmission efficiency BR shown in FIG. For example, under the conditions shown in FIG. 15, as shown in FIG. 14, when the primary coil is a cored coil, the transmission efficiency BR is higher than that of the uncore coil, but even in the case of the cored coil, the low frequency magnetic field is obtained. Is a primary and secondary coil that can be effectively used for magnetic field transmission to sensing members with color centers such as ODMR with high transmission efficiency BR in the design of flux transformers because the transmission efficiency BR is low. It is important to obtain the configuration (set of values for design parameters such as dimensions). By using the above-mentioned flux transformer design support method, the user does not need to measure the transmission efficiency BR for each design parameter value set in an experiment or the like, and can reduce the labor and time required for designing the flux transformer. ..

実施の形態２． Embodiment 2.

図１６は、本発明の実施の形態２に係るセンサーモジュールの構成を示すブロック図である。図１６に示すセンサーモジュールは、磁気センサ部２１０と、演算処理装置２１１と、高周波電源２１２とを備える。 FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the sensor module according to the second embodiment of the present invention. The sensor module shown in FIG. 16 includes a magnetic sensor unit 210, an arithmetic processing device 211, and a high frequency power supply 212.

磁気センサ部２１０は、所定の位置（例えば、検査対象物体の表面上または表面上方）において、被測定磁場（例えば強度、向きなど）を検出する。なお、被測定磁場は、単一周波数の交流磁場でもよいし、複数の周波数成分を有する所定周期の交流磁場でもよい。 The magnetic sensor unit 210 detects a magnetic field to be measured (for example, strength, orientation, etc.) at a predetermined position (for example, on or above the surface of an object to be inspected). The magnetic field to be measured may be an AC magnetic field having a single frequency or an AC magnetic field having a plurality of frequency components and having a predetermined period.

この実施の形態では、磁気センサ部２１０は、磁気共鳴部材２０１、高周波磁場発生器２０２、静磁場発生部２１３、およびフラックストランスフォーマー２１４を備える。 In this embodiment, the magnetic sensor unit 210 includes a magnetic resonance member 201, a high frequency magnetic field generator 202, a static magnetic field generator 213, and a flux transformer 214.

磁気共鳴部材２０１は、上述のセンシング部材であって、ここでは、結晶構造を有し、結晶格子における欠陥および不純物の配列方向に応じて異なる周波数のマイクロ波で（ラビ振動に基づく）電子スピン量子操作の可能な部材である。この実施の形態では、磁気共鳴部材２０１は、複数（つまり、アンサンブル）の特定カラーセンターを有する光検出磁気共鳴部材である。この特定カラーセンターは、ゼーマン分裂可能なエネルギー準位を有し、かつ、ゼーマン分裂時のエネルギー準位のシフト幅が互いに異なる複数の向き（つまり、上述の配列方向）を取り得る。ここでは、磁気共鳴部材２０１は、単一種別の特定カラーセンターとして複数のＮＶ（Nitrogen Vacancy）センターを含むダイヤモンドなどの板材であって、支持部材２０１ａに固定されている。 The magnetic resonance member 201 is the sensing member described above, wherein it has a crystal structure and electron spin quantum (based on Rabi vibration) at different frequencies depending on the arrangement direction of defects and impurities in the crystal lattice. It is an operable member. In this embodiment, the magnetic resonance member 201 is an optical detected magnetic resonance member having a plurality of (that is, an ensemble) specific color centers. This specific color center may have a plurality of orientations (that is, the above-mentioned arrangement directions) in which the Zeeman splitting energy levels have Zeeman splittable energy levels and the shift widths of the energy levels during Zeeman splitting differ from each other. Here, the magnetic resonance member 201 is a plate material such as diamond containing a plurality of NV (Nitrogen Vacancy) centers as a specific color center of a single type, and is fixed to the support member 201a.

高周波磁場発生器２０２は、後述のマイクロ波を磁気共鳴部材２０１に印加する。ここでは、高周波電源２１２は、そのマイクロ波の電流を生成して高周波磁場発生器２０２に導通させる。高周波磁場発生器２は例えばコイルや、ＬＣ共振装置や、スリットアンテナや、棒状アンテナなどの一種であるか、それらの複数の装置を組み合わせたものである。 The high-frequency magnetic field generator 202 applies a microwave described later to the magnetic resonance member 201. Here, the high frequency power supply 212 generates the microwave current and conducts it to the high frequency magnetic field generator 202. The high-frequency magnetic field generator 2 is, for example, a kind such as a coil, an LC resonance device, a slit antenna, a rod-shaped antenna, or a combination of a plurality of these devices.

また、静磁場発生部２１３は、磁気共鳴部材１内の複数の特定カラーセンター（ここでは、複数のＮＶセンタ）のエネルギー準位をゼーマン分裂させる静磁場（直流磁場）を印加する。 Further, the static magnetic field generation unit 213 applies a static magnetic field (DC magnetic field) that Zeeman splits the energy levels of a plurality of specific color centers (here, a plurality of NV centers) in the magnetic resonance member 1.

フラックストランスフォーマー２１４は、実施の形態１におけるフラックストランスフォーマー設計支援方法、フラックストランスフォーマー設計支援装置、およびフラックストランスフォーマープログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーものであり、測定位置で被測定磁場を感受し、その測定位置で感受した被測定磁場に対応する印加磁場を磁気共鳴部材２０１に印加する。 The flux transformer 214 is a flux transformer obtained by using any of the flux transformer design support method, the flux transformer design support device, and the flux transformer program according to the first embodiment, and senses the magnetic field to be measured at the measurement position. Then, an applied magnetic field corresponding to the measured magnetic field sensed at the measurement position is applied to the magnetic resonance member 201.

この実施の形態では、磁気センサ部２１０は、磁気共鳴部材２０１から、上述の印加磁場に対応する物理的事象（ここでは蛍光）を検出する検出装置として、照射装置２０５および受光装置２０６を備える。照射装置２０５は、光検出磁気共鳴部材としての磁気共鳴部材２０１に光（所定波長の励起光と所定波長の測定光）を照射する。受光装置２０６は、測定光の照射時において磁気共鳴部材１から発せられる蛍光を検出する。なお、この物理的事象は、ここでは光学的に検出されるが、電気特性の変化（磁気共鳴部材１の抵抗値の変化など）であってもよく、電気的に検出されてもよい。 In this embodiment, the magnetic sensor unit 210 includes an irradiation device 205 and a light receiving device 206 as detection devices for detecting a physical event (here, fluorescence) corresponding to the above-mentioned applied magnetic field from the magnetic resonance member 201. The irradiation device 205 irradiates the magnetic resonance member 201 as the light detection magnetic resonance member with light (excitation light having a predetermined wavelength and measurement light having a predetermined wavelength). The light receiving device 206 detects the fluorescence emitted from the magnetic resonance member 1 when the measurement light is irradiated. Although this physical event is optically detected here, it may be a change in electrical characteristics (such as a change in the resistance value of the magnetic resonance member 1) or may be electrically detected.

演算処理装置２１１は、例えばコンピューターを備え、プログラムをコンピューターで実行して、各種処理部として動作する。この実施の形態では、演算処理装置２１１は、検出された光学的あるいは電気的な信号データを図示せぬ記憶装置（メモリーなど）に保存し、測定制御部２２１および演算部２２２として制御および演算動作を行う。 The arithmetic processing apparatus 211 includes, for example, a computer, executes a program on the computer, and operates as various processing units. In this embodiment, the arithmetic processing apparatus 211 stores the detected optical or electrical signal data in a storage device (memory or the like) which is not shown, and controls and performs arithmetic operations as the measurement control unit 221 and the arithmetic unit 222. I do.

測定制御部２２１は、高周波電源２１２を制御し、上述の検出装置（ここでは、照射装置２０５および受光装置２０６）により検出された、上述の複数の測定位置に対応する物理的事象（ここでは蛍光の強度）の検出値を特定する。この実施の形態では、測定制御部２２１は、ＯＤＭＲに基づき、所定の測定シーケンスに従って高周波電源２１２および照射装置２０５を制御し、受光装置２０６により検出された蛍光の検出光量を特定する。 The measurement control unit 221 controls the high-frequency power supply 212, and a physical event (here, fluorescence) corresponding to the above-mentioned plurality of measurement positions detected by the above-mentioned detection devices (here, the irradiation device 205 and the light receiving device 206). (Intensity of) to identify the detected value. In this embodiment, the measurement control unit 221 controls the high frequency power supply 212 and the irradiation device 205 according to a predetermined measurement sequence based on ODMR, and specifies the detected amount of fluorescence detected by the light receiving device 206.

演算部２２２は、測定制御部２２１によって得られ、記憶装置に保存されていた検出値に基づいて上述の複数の測定位置での被測定磁場を演算する。 The calculation unit 222 calculates the magnetic field to be measured at the above-mentioned plurality of measurement positions based on the detected values obtained by the measurement control unit 221 and stored in the storage device.

以上のように、上記実施の形態２に係るセンサーモジュールでは、実施の形態１のようにして設計されたフラックストランスフォーマー２１４が使用される。 As described above, in the sensor module according to the second embodiment, the flux transformer 214 designed as in the first embodiment is used.

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。 It should be noted that various changes and modifications to the above-described embodiments will be apparent to those skilled in the art. Such changes and modifications may be made without departing from the intent and scope of the subject and without diminishing the intended benefits. That is, it is intended that such changes and amendments are included in the claims.

例えば、上記実施の形態では、上述の計算式は、センシング部材が２次側コイル１０３の中空部の中心に配置されている場合の計算式であり、センシング部材が別の位置（２次側コイル１０３の外側など）に配置される場合には、センシング部材の位置に応じた計算式（具体的にはＢ２の導出式）を使用すればよい。これにより、上述した場合と同様に、伝送効率の計算および評価を行うことができる。 For example, in the above embodiment, the above calculation formula is a calculation formula when the sensing member is arranged at the center of the hollow portion of the secondary side coil 103, and the sensing member is located at another position (secondary side coil). When it is arranged on the outside of 103, etc.), a calculation formula (specifically, a derivation formula of B 2 ) according to the position of the sensing member may be used. Thereby, the transmission efficiency can be calculated and evaluated in the same manner as described above.

また、上記実施の形態１において、抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を、温度ｔを考慮した抵抗率ρ（ｔ）を使用して計算するようにしてもよい。その場合、フラックストランスフォーマー１０１（あるいはその環境）の温度ｔも上述の設計パラメーターとされる。 Further, in the first embodiment, the values of the resistors R 1 and R 2 may be calculated by using the resistivity ρ (t) in consideration of the temperature t. In that case, the temperature t of the flux transformer 101 (or its environment) is also used as the above-mentioned design parameter.

また、上記実施の形態１において、フラックストランスフォーマー１０１の１次側コイル１１１は、差分コイルとしてもよい。 Further, in the first embodiment, the primary side coil 111 of the flux transformer 101 may be a difference coil.

本発明は、例えば、低周波磁場の測定に適用可能である。 The present invention is applicable, for example, to the measurement of low frequency magnetic fields.

３ 演算処理装置（コンピューターの一例）
１１ フラックストランスフォーマー設計支援プログラム
２０１ 磁気共鳴部材（センシング部材の一例）
２１４ フラックストランスフォーマー
２０５ 照射装置（検出装置の一例の一部）
２０６ 受光装置（検出装置の一例の一部）
２２１ 測定制御部
２２２ 演算部 3 Arithmetic processing device (example of computer)
11 Flux Transformer Design Support Program 201 Magnetic Resonance Member (Example of Sensing Member)
214 Flux Transformer 205 Irradiation device (part of an example of detection device)
206 Light receiving device (part of an example of a detection device)
221 Measurement control unit 222 Calculation unit

Claims (9)

カラーセンターを利用したセンシング部材用のフラックストランスフォーマーの設計を支援するフラックストランスフォーマー設計支援方法であって、
前記フラックストランスフォーマーの設計パラメーターの値を指定するパラメーター値指定ステップと、
所定の計算式に従って、前記設計パラメーターの値に対応する伝送効率を計算する伝送効率計算ステップとを備え、
前記伝送効率計算ステップにおいて、（ａ）前記フラックストランスフォーマーの１次側コイルの巻回ごとのコイル径を個別的に考慮した前記１次側コイルの起電力、および（ｂ）前記フラックストランスフォーマーの２次側コイルの巻回層ごとのコイル径を個別的に考慮した前記２次側コイルの誘起磁場に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援方法。 It is a flux transformer design support method that supports the design of flux transformers for sensing members using a color center.
A parameter value specification step that specifies the value of the design parameter of the flux transformer, and
A transmission efficiency calculation step for calculating the transmission efficiency corresponding to the value of the design parameter according to a predetermined formula is provided.
In the transmission efficiency calculation step, (a) the electromotive force of the primary coil in consideration of the coil diameter for each winding of the primary coil of the flux transformer, and (b) the secondary of the flux transformer. To calculate the transmission efficiency based on the induced magnetic field of the secondary side coil, which individually considers the coil diameter for each winding layer of the side coil.
Flux transformer design support method featuring. 前記伝送効率計算ステップにおいて、前記１次側コイルおよび前記２次側コイルについて非巻線部の長さを考慮した抵抗値に基づいて、前記伝送効率を計算することを特徴とする請求項１記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 The first aspect of claim 1, wherein in the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency is calculated based on the resistance values of the primary coil and the secondary coil in consideration of the length of the non-winding portion. Flux transformer design support method. 前記伝送効率計算ステップにおいて、前記１次側コイルおよび前記２次側コイルについて巻線の表皮効果を考慮した抵抗値に基づいて、前記伝送効率を計算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 1. 2. The flux transformer design support method described. 前記１次側コイルおよび前記２次側コイルは、円筒ソレノイドコイルであり、
前記伝送効率計算ステップにおいて、前記１次側コイルおよび前記２次側コイルについて、長岡係数を考慮したインダクタンス値に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 The primary side coil and the secondary side coil are cylindrical solenoid coils, and are
In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency of the primary coil and the secondary coil is calculated based on the inductance value in consideration of the Nagaoka coefficient.
The flux transformer design support method according to any one of claims 1 to 3, wherein the flux transformer design is supported. 前記１次側コイルは、有芯コイルであり、
前記伝送効率計算ステップにおいて、前記１次側コイルについて、実効比透磁率を考慮したインダクタンス値に基づいて、前記伝送効率を計算すること、
を特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。 The primary coil is a cored coil and is a cored coil.
In the transmission efficiency calculation step, the transmission efficiency of the primary coil is calculated based on the inductance value in consideration of the effective relative magnetic permeability.
The flux transformer design support method according to any one of claims 1 to 4, wherein the flux transformer design is supported. 前記計算式は、前記伝送効率をＢＲ、前記２次側コイルの前記誘起磁場をＢ２、前記１次側コイルの印加磁場をＢ０、前記印加磁場の周波数をｆ、真空の透磁率をμ０、前記１次側コイルの巻数をＮ１、前記１次側コイルにおける第ｉ巻きのコイル径をｒ１（ｉ）、前記１次側コイルの磁性体コアの実効磁心断面積をＳａ、前記１次側コイルの前記磁性体コアの実効比透磁率をμａ、前記２次側コイルの層数をＭ２、前記２次側コイルにおける第ｊ層の巻数をｎ２（ｊ）、前記２次側コイルにおける第ｊ層のコイル長さをｌ２（ｊ）、前記２次側コイルにおける第ｊ層のコイル径をｒ２（ｊ）、前記１次側コイルのインピーダンスをＺ１、前記２次側コイルのインピーダンスをＺ２とした次式で示されることを特徴とする請求項１記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法。
Figure 2022076602000002
 In the calculation formula, the transmission efficiency is BR, the induced magnetic field of the secondary coil is B 2 , the applied magnetic field of the primary coil is B 0 , the frequency of the applied magnetic field is f, and the magnetic permeability of the vacuum is μ. 0 , the number of turns of the primary coil is N 1 , the coil diameter of the i-th winding in the primary coil is r 1 (i), and the effective magnetic core cross-sectional area of the magnetic core of the primary coil is S a . The effective specific magnetic permeability of the magnetic core of the primary coil is μ a , the number of layers of the secondary coil is M 2 , the number of turns of the j layer in the secondary coil is n 2 (j), and the above. The coil length of the j-layer in the secondary coil is l 2 (j), the coil diameter of the j-layer in the secondary coil is r 2 (j), the impedance of the primary coil is Z 1 , and the above. The flux transformer design support method according to claim 1, wherein the impedance of the secondary coil is expressed by the following equation with Z 2 .
Figure 2022076602000002
 請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行することを特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援装置。 A flux transformer design support apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the flux transformer design support method is executed. コンピューターに、請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法を実行させることを特徴とするフラックストランスフォーマー設計支援プログラム。 A flux transformer design support program comprising causing a computer to execute the flux transformer design support method according to any one of claims 1 to 6. センシング部材と、
所定の測定位置で被測定磁場を感受し、前記測定位置で感受した前記被測定磁場に対応する印加磁場を前記センシング部材に印加する、請求項１記載のフラックストランスフォーマー設計支援方法、請求項７記載のフラックストランスフォーマー設計支援装置、および請求項８記載のフラックストランスフォーマー設計支援プログラムのいずれかを使用して得られたフラックストランスフォーマーと、
前記センシング部材から、前記印加磁場に対応する物理的事象を検出する検出装置と、
前記検出装置により検出された前記物理的事象の検出値を特定する測定制御部と、
前記検出値に基づいて前記測定位置での前記被測定磁場を演算する演算部と、
を備えることを特徴とするセンサーモジュール。 Sensing member and
The flux transformer design support method according to claim 1, wherein the measured magnetic field is sensed at a predetermined measurement position, and an applied magnetic field corresponding to the measured magnetic field sensed at the measurement position is applied to the sensing member. The flux transformer obtained by using any of the flux transformer design support device according to claim 8 and the flux transformer design support program according to claim 8, and the flux transformer.
A detection device that detects a physical event corresponding to the applied magnetic field from the sensing member, and
A measurement control unit that identifies the detected value of the physical event detected by the detection device, and
An arithmetic unit that calculates the measured magnetic field at the measurement position based on the detected value, and
A sensor module characterized by being equipped with.
JP2020187051A 2020-11-10 2020-11-10 Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module Pending JP2022076602A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020187051A JP2022076602A (en) 2020-11-10 2020-11-10 Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module
PCT/JP2021/022060 WO2022102155A1 (en) 2020-11-10 2021-06-10 Flux transformer design assistance method, flux transformer design assistance device, flux transformer design assistance program, and sensor module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020187051A JP2022076602A (en) 2020-11-10 2020-11-10 Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022076602A true JP2022076602A (en) 2022-05-20

Family

ID=81600899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020187051A Pending JP2022076602A (en) 2020-11-10 2020-11-10 Flux transformer design support method, flux transformer design support device, flux transformer design support program, and sensor module

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2022076602A (en)
WO (1) WO2022102155A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3351122B2 (en) * 1994-09-05 2002-11-25 住友電気工業株式会社 Manufacturing method of magnetic sensor
JP2013533607A (en) * 2010-05-28 2013-08-22 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Improved receiver coil
US9613743B2 (en) * 2014-10-10 2017-04-04 Cooper Technologies Company Optimized electromagnetic transformer component design and methods including improved conductivity composite conductor material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022102155A1 (en) 2022-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080174397A1 (en) High quality factor, low volume, air-core inductor
JP5156432B2 (en) Eddy current sample measurement method and eddy current sensor
US7196514B2 (en) Multi-conductive ferromagnetic core, variable permeability field sensor and method
Vyroubal Impedance of the eddy-current displacement probe: The transformer model
Ripka et al. Sensitivity and noise of wire-core transverse fluxgate
WO2022102155A1 (en) Flux transformer design assistance method, flux transformer design assistance device, flux transformer design assistance program, and sensor module
WO2011149413A1 (en) Coil comprising a winding comprising a multi-axial cable
JP2002202328A (en) Magnetic field type current sensor
Butta et al. Dependence of the noise of an orthogonal fluxgate on the composition of its amorphous wire-core
Yu et al. Intrinsic noise in magnetic film/planar coil sensors
Stadler The optimization of high frequency inductors with litz-wire windings
Ripka et al. Multiwire parallel fluxgate sensors
KR20170004561A (en) Coiled jig for measuring leakage inductance of single coil component and method of measuring leakage inductance for the component
Salk et al. A versatile simulation-assisted layered mesh analysis for generalized litz wire performance
Stadler et al. Copper losses of litz-wire windings due to an air gap
US20030151405A1 (en) Variable permeability magnetic field sensor and method
Fejérvári et al. Electromagnetic modeling of coils made of twisted litz wire by combining finite element simulation and circuit laws
Rossmanith et al. Prediction of the leakage inductance in high frequency transformers
Safran et al. AC loss characterization of single pancake BSCCO coils by measured different methods
JP3996830B2 (en) Method and apparatus for measuring critical current characteristics of superconducting wire
JPH08278358A (en) Method and device for measuring magnetic property
JP4835038B2 (en) MRI signal detector
JP6595356B2 (en) Magnetic core member deterioration diagnosis device, magnetic core member deterioration diagnosis method, electrical equipment
WO2012018018A1 (en) High sensitivity magnetism detector device
US11650180B2 (en) Electromagnet for a thermography system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230620