JP3237590B2 - 磁場計測装置 - Google Patents
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Description
経活動、又は心臓の心筋活動により発生する磁場や、磁
性体を含んだ検査対象物体等からの磁場を、高感度な超
伝導量子干渉素子(SQUID)からなる磁束計を用い
て計測する磁場計測装置に関する。
術での微弱磁場計測では、一般的に生体の表面に対して
垂直な成分だけ(例えば、頭部の場合、極座標(r、
φ、θ)で頭部を球に近似した時、頭表に垂直なr方向
の磁場成分Br、心臓の場合、直交座標系(X、Y、
Z)で胸部をXY平面とした時、XY平面に垂直なZ方
向の磁場成分BZ)が計測されていた。
測する計測装置も少数ながら報告されている。例えば、
直交座標系(X、Y、Z)でのX方向の磁場成分BXと
Y方向の磁場成分BYとを同時に測定し、X方向の磁場
成分BXとY方向の磁場成分BYとを合成した強度、√
(BX 2+BY 2)を表示する報告がある(K.Tsuka
da et.al.、Rev.Sci.Instru
m.、66(10)、pp5085−5091(199
5))。
の磁場成分BX、BY、BZや極座標(r、φ、θ)での
3方向のBr、Bφ、Bθではないが、各々直交する磁
場の3成分を測定して、極座標(r、φ、θ)での3方
向の磁場成分Br、Bφ、Bθを求め、極座標系(r、
φ、θ)で3方向の磁場成分Br、Bφ、Bθの時間波
形を各々独立に画面上に表示する報告がある(Y.Yo
shida et.al.、10th Int’l C
onf. On Biomagnetism(199
6))。
表示だけではなく、複数の磁束計を用いて生体の複数の
点での磁場計測の結果から、任意時刻に於ける磁場強度
分布を求め等磁場線図として表示していた。任意時刻に
於ける生体中での電流源の位置、大きさ、方向等を、等
磁場線図により解析し、生体内の電気生理学的現象の時
間変化を知ることができる。従来技術では、このように
等磁場線図を用いてダイナミックな生体内の電気生理学
的現象の変化を捕え生体に於ける疾患等の診断を行なっ
ていた。
場線図を使用する方法では、測定対象である小児や成人
の心臓等は、磁束計の磁場計測面に対して常に方向や位
置が定まっている。しかし、胎児の心臓からの磁場測定
の場合では、胎児が母体中で常に動いているため、胎児
の心臓の方向や位置が一定でないために胎児の心臓から
の磁場を正確に計測できないという問題があった。即
ち、胎児の心臓内の電流源が変化しない場合でも、磁場
発生源(胎児の心臓)の磁束計の磁場計測面に対する方
向、位置が変化するため、計測される磁場成分の時間波
形や強度が一定にならないという問題があった。従来技
術では、母体内での胎児の体位変化による磁場波形の変
化のために標準的な磁場波形を得ることができず、胎児
の心臓の疾患等を正確に判定することは困難であるとい
う問題があった。また、磁束計を内蔵したデュワの位置
を検出される磁場信号が大となるように動かすとき、磁
場の1方向の成分だけを測定する場合には、磁場信号が
最大になる測定範囲が狭く、測定に最適なデュワの位置
や方向を設定することが困難で、長時間を要するという
問題があった。更に、デュワを検査対象に対して最適な
位置となるように動かす際に、検出される磁場信号に大
きなドリフトが生じ、検出される磁場信号が安定するの
に長時間を要するという問題があった。
物の高感度な非破壊的検査が困難であり、しかも高速度
に検査できないという問題があった。
胎児のように母体内で方向や位置が変化する場合でも、
胎児体位変化に影響されずに胎児の心臓内の電気生理学
的現象を正確に計測できる磁場計測方法、及び磁場計測
装置を提供すること、また、注目する検査対象が置かれ
る環境下、若しくは注目する検査対象が置かれる物質中
で、検査対象の位置が変化する場合にも、検査対象から
の磁場の時間変化の正確な検出を可能とする磁場計測方
法、及び磁場計測装置を提供することにある。
する検出コイルと、これら検出コイルに接続した超伝導
量子干渉素子(SQUID)とから構成され、3方向の
磁場成分を各々独立して計測する単数又は複数のベクト
ル磁束計を具備し、単数又は複数のベクトル磁束計によ
り計測された直交する3方向の磁場成分の2乗和により
合成した磁場強度の時間波形を表示手段(モニター)に
表示する。また、ベクトル磁束計を収納し冷却し、ベク
トル磁束計を超伝導状態に保持するデュワを保持し、デ
ュワの底面の中心位置が検査対象に対して方向を可変と
なるように制御可能なデュワ保持制御手段を具備してお
り、上記時間波形をモニターで観察しながら、時間波形
の強度が最大となるように、検査対象に対するデュワの
底面の中心位置の最適な方向、位置を決する。モニター
を見ながら最適な方向、位置にデュワの底面を移動させ
る時、測定している磁場の周波数帯域を広くすると信号
のドリフトが大きく安定するまで時間がかかるので、デ
ュワを移動させる際の出力波形のドリフトを除去するた
め、各磁束計からの信号を2つに分岐して一方の信号を
ハイパスフィルタに通し、演算処理を実行した後にモニ
タに表示する。他方の信号は、パーソナルコンピュータ
等のデータ解析及び収録装置に入力する。
座標(X、Y、Z)での3方向の磁場成分BX、BY、B
Zであるか、又は極座標(r、φ、θ)で3方向の磁場
成分Br、Bφ、Bθであり、磁場成分Br、Bφ、Bθ
は、3方向の磁場成分BX、BY、BZに変換される。絶
縁体(例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂(FR
P)、PEEK等の高分子樹脂)からなるコイルボビン
に、お互いに直交する面を持ち異なる方向の磁場成分を
独立して検出する超伝導材料からなる検出コイルを直交
する3方向に配置して、3方向の磁場成分BX、BY、B
Zを同時に計測するベクトル磁束計を構成する。3つの
各検出コイルなす面の中心は、コイルボビンの中心軸を
通り、且つ、1つの検出コイルのなす面はコイルボビン
の中心軸と垂直であり、他の2つの検出コイルのなす面
は直交し、且つコイルボビンの中心軸に平行である。
方向の磁場成分BX、BY、BZから、磁場ベクトルの強
度(大きさ)を表す√(BX 2+BY 2+BZ 2)を合成して
求め、磁場強度分布図として表示手段に表示して、磁場
ベクトルの強度の時間変化を観察する。
して詳細に説明する。
の磁場を測定する磁場計測装置の構成例を示す図であ
る。胎児からの磁場は微弱なため、環境磁気雑音から影
響を受けないように、心磁計測は磁気シールドルーム1
の中で行なった。胎児の母体2はベット3に横たわる。
母親2の腹部の上方に、検出コイルとSQUIDが一体
化され3方向の磁場成分を同時に検出するベクトル磁束
計、及びベクトル磁束計を超伝導状態を保持する冷却用
媒体(液体ヘリウム)を収納するデュワ4を配置してい
る。デュワ4を保持し、デュワ4の底面の角度や位置を
変化させる機構を具備するデュア保持制御部5は、母親
2の腹部に対してデュワ4の底面の角度を変えることが
できる。デュワ4の中心軸yは通常図1に示すZ軸に平
行になっているが、デュワ4の中心軸yは、図1に示す
2つの矢印の方向、即ちXZ面内での回転、及びZY面
内での回転が可能となっている。シールドルーム1の外
部に液体ヘリウム自動補給装置6を設置し、トランスフ
ァーチューブ12を経由してデュワ4の中から蒸発した
分だけ液体ヘリウムを補給できる。また、ベット3は上
下機構7を具備し、上下機構7によりデュワ4と母体2
の腹部との距離を変化させることができる。
ルーム1の内壁に配置し、表示手段8での時間波形変化
を観察しながら、デュア保持制御部5を制御してデュワ
4の底面の角度や位置を変えることが可能になってい
る。ベクトル磁束計は、FLL(Flux Locke
d Loop)回路9に接続され、検出された3方向の
磁場強度に比例した電圧出力が得られる。FLL回路9
の電圧出力はアンプフイルタユニット10により増幅さ
れ、更に周波数の帯域が選択されて、次いでAD変換さ
れコンピューター11に取り込まれる。コンピューター
11で、AD変換された磁場信号を以下の実施例で説明
する演算処理を行ない、演算処理結果を、コンピュータ
ー11の表示部、及び表示手段8に表示する。
ル磁束計100の構造の例を示す図である。ベクトル磁
束計100は、ベット3を直交座標系(X、Y、Z)で
のXY平面とした時、X方向磁場成分BXを検出する検
出コイル、Y方向磁場成分BYを検出する検出コイル、
及びZ方向磁場成分BZを検出する検出コイルを含み、
3方向の磁場成分BX、BY、BZを同時に計測できる構
成とする。3方向の磁場成分BX、BY、BZを検出する
各検出コイルをコイルボビン105と一体化して形成す
る。
ン105の長軸をZ方向とする。3方向の磁場成分を検
出する検出コイル106−1、106−2、106−3
が、コイルボビン105に配置されている。環境磁気雑
音をキャンセルする補償コイル107−1、107−
2、107−3は、検査対象から検出コイルより遠い位
置になるようにコイルボビン105の上部に配置される
(検査対象は、図2の下方に配置される)。検出コイル
は、X方向磁場方向成分を検出する検出コイル106−
1、Y方向磁場方向成分を検出する検出コイル106−
2、及びZ方向磁場方向成分を検出する検出コイル10
6−3から構成される。補償コイルは、環境磁気雑音の
X方向磁場成分を補償する補償コイル107−1、環境
磁気雑音のY方向磁場成分を補償する補償コイル107
−2、及び環境磁気雑音のZ方向磁場成分を補償する補
償コイル107−3から構成される。
方向の磁場成分を計測する磁束計を独立して示す。図2
は、図3、図4、図5に示す各磁束計が同一のコイルボ
ビン105と一体化して形成されたことを示している。
検出コイル106−1と補償コイル107−1は、直列
に接続され一次微分コイルの構成を取り、薄膜で作製さ
れたSQUID102−1の入力コイルの接続部104
−1に接続される。検出コイル106−2と補償コイル
107−2は、直列に接続され一次微分コイルの構成を
取り、薄膜で作製されたSQUID102−2の入力コ
イルの接続部104−2に接続される。検出コイル10
6−3と補償コイル107−3は、直列に接続され一次
微分コイルの構成を取り、薄膜で作製されたSQUID
102−3の入力コイルの接続部104−3に接続され
る。
106−3は、コイルボビン105の円周上に配置され
るコイルである。X方向磁場成分BXを検出する検出コ
イル106−1は、コイルボビン105の底面に平行な
Y方向の直径方向に開けた2つの穴を通して円周上に配
置される4角形状に形成したコイルである。Y方向磁場
成分BYを検出する検出コイル106−2は、コイルボ
ビン105の底面に平行なX方向の直径方向に開けた2
つの穴を通して円周上に配置される4角形状に形成した
コイルである。即ち、X方向磁場成分BXを検出する検
出コイル106−1のなす面と、Y方向磁場成分BYを
検出する検出コイル106−2のなす面は直交してお
り、X方向磁場成分BXとY方向磁場成分BYとが独立し
て計測できる。
向)方向の一部に、共軸に正三角柱の部分が形成されて
いる。即ち、コイルボビン105の長軸に対向して4角
形の第1、第2、及び第3の面が形成されている。第1
の面に、SQUID102−1、SQUID102−1
の入力コイルの接続部104−1、及びケーブル取り付
け用コネクター103−1が実装されたSQUID実装
基板101−1が配置され、第2の面に、SQUID1
02−2、SQUID102−2の入力コイルの接続部
104−2を、及びケーブル取り付け用コネクター10
3−2が実装されたSQUID実装基板101−2が配
置され、第3の面に、SQUID102−3(図示せ
ず)、SQUID102−3の入力コイルの接続部10
4−3(図示せず)、及びケーブル取り付け用コネクタ
ー103−3(図示せず)が実装されたSQUID実装
基板101−3が配置されている。ケーブル取り付け用
コネクター103−1、103−2、103−3は、各
SQUIDの出力をデュワの外に配置したFLL回路9
と接続するためのコネクターである。
方向の磁場成分BX、BY、BZから、磁場ベクトルの強
度(大きさ)、即ち√(BX 2+BY 2+BZ 2)を合成して
求め、磁場強度分布図として表示手段8に表示して、磁
場ベクトルの強度の時間変化を観察できる。
計の配置の例を示す図である。生体に最も近接するよう
に、デュワ4の底部に図2に示すベクトル磁束計100
が配置される。また、デュワ4の底部の面積を広くして
ベクトル磁束計100を複数個配置することにより、よ
り詳細な磁場発生源を解析することが可能である。磁束
計はガラス強化エポキシ樹脂(FRP)製のインサート
202によって支えられている。インサート202に、
ベクトル磁束計100とFLL回路9との間を電気的に
接続するセンサ用配線203−1(X方向用)、203
−2(Y方向用)、203−3(Z方向用、図示せず)
が取り付けられている。インサート202の上部には、
デュワ4の蓋となるフランジ204を設け、フランジ2
04には、液体ヘリウム供給口205−1、及びヘリウ
ムガス排気口206を設けてある。液体ヘリウムは、液
体ヘリウム供給口205−1を通り液体ヘリウム出口2
05−2からデュワ4に供給される。液体ヘリウムの残
量を検出する液体ヘリウム用液面センサ207を、デュ
ワ4の内部に挿入してある。液体ヘリウム用液面センサ
207の信号に基づいて、デュワ4の内部の液体ヘリウ
ムの液面208が一定となるように液体ヘリウムの供給
が制御され液面208が一定に保持される。フランジ2
04の上部に、デュワ4の内部から引き出されたベクト
ル磁束計100からの配線が、FLL回路9からの配線
と接続する外部接続用コネクタ209を設けた。
質液)中に形成した電流ダイポールを検査対象とした
時、第1及び第2の実施例で説明した磁場計測方法、及
び磁場計測装置により、電流ダイポールが作る磁場を測
定し、評価した結果について説明する。
に、電流ダイポールを形成する回路と、電流ダイポール
が作る磁場を測定する観測平面を示す図である。図7に
示すように、一様な導体である電解質液300(1モル
のNaCl溶液)が満たされた球体301(球体の材質
はアクリル樹脂であり、半径=5cmである)の中に、
電源305と抵抗306を含む電気配線用のツイストペ
ア線303のツイストしている配線部分を挿入してい
る。電流ダイポール302は、電気配線用のツイストペ
ア線303の先端を切り対向する切断部を形成し、両端
を両方に広げた構造からなる。ツイストペア線303に
外部から電流を流すと、ツイストしている配線部分のツ
イストペア線303では正反対の電流が流れるため電流
による磁場は相殺される。一方、先端部の両方に広げた
部分では、1方向の電流方向を形成し、且つ切断されて
いる一方の端の切断部分から電流が導体中を広がって通
り、対向している他方の端の切断部に戻ってくる。この
切断部が対向する構造により、対向する切断部の先端部
は導体中の微少な一定の電流を持つ電流源となる。図7
に示す観測平面304に、電流ダイポール302が作る
磁場分布を、電解質液300が満たされた球体301
(導体球)の外部で計測した。観測平面304は、図4
に示す点Bで球体301(導体球)に接している。
磁場の、X及びY方向磁場成分BX、BYを図2に示すベ
クトル磁束計により測定し合成して得た、接線(平行)
成分を表わす磁場強度分布図、即ち、√(BX 2+BY 2)
の分布を示す図である。図8に示す各点のデータは、デ
ュワ4を観測平面304の上で移動させて、複数の点
(X方向に10点、Y方向に10点の格子状の計測点か
らなる合計100点)で計測したデータを解析した結果
である。図8に示す点A、B、Cは、図7に示す点A、
B、Cに対応し、原点(0、0)は図7に示す点Bに対
応し、X、Y軸に示す数値は、観測面内の点の位置をm
単位で示す。得られた磁場強度分布は、接線成分の磁場
強度分布は電流源の直上にピークを持つパターンを示
し、球体(導体球)301の中心と電流ダイポール30
2とを結ぶ直線と観測平面304との交点で、最大の磁
場強度値をもつような磁場分布であることが判明した。
従って、図7に示す点A、B、Cの各点で測定すると、
各点で測定される磁場強度が異なることが分かる。
た磁場強度分布図を示す図であり、図7に示す電流ダイ
ポールが作る磁場の法線成分を表わすZ方向磁場成分B
Zの磁場強度分布図を示す図である。図9に示す各点の
データは、デュワ4を観測平面304の上で移動させ
て、複数の点(X方向に10点、Y方向に10点の格子
状の計測点からなる合計100点)で計測したデータを
解析した結果である。図9に示す点A、B、Cは、図7
に示す点A、B、Cに対応し、原点(0、0)は図7に
示す点Bに対応し、X、Y軸に示す数値は、観測面内の
点の位置をm単位で示す。上記したように、接線成分の
磁場強度分布は電流源の直上にピークを持つパターンを
示したが、図9に示すように、法線成分BZの磁場強度
分布は、電流源から離れた位置に、正負両極性の極値を
持つパターンを示した。図9に於いて、点A、B、Cの
各点で測定した磁場強度も大きく変化していることが判
明し、特に、電流源の直上の点Bでは磁場強度がゼロに
なっており、接線成分の磁場強度分布図に於ける電流源
の直上の点Bでの磁場強度とは、大きく異なっている。
磁場強度分布図との間で、計測された磁場強度の強い位
置が大きく異なり、更に磁場強度の強い位置が占める領
域も大きく異なっていることは、実用面で問題となる。
即ち、従来技術で測定していた1方向の磁場成分の測定
では、検査対象の磁場検出位置の違いにより、磁場成分
の時間波形の変化が大きいことが明らかである。
る磁場の、X、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、及び
BZを図2に示すベクトル磁束計により測定し合成して
得た、磁場強度分布図、即ち、√(BX 2+BY 2+BZ 2)
の分布(磁場ベクトルの強度(大きさ)の分布を表す)
を示す図である。図10に示す各点のデータは、デュワ
4を観測平面304の上で移動させて、複数の点(X方
向に10点、Y方向に10点の格子状の計測点からなる
合計100点)で計測したデータを解析した結果であ
る。図10に示す点A、B、Cは、図7に示す点A、
B、Cに対応し、原点(0、0)は図7に示す点Bに対
応し、X、Y軸に示す数値は、観測面内の点の位置をm
単位で示す。図10に示す磁場強度分布図を、図8、図
9に示す磁場強度分布図と比較すると、図10に示す磁
場強度分布図は、図8、図9に示す磁場強度分布図より
も明らかに広い領域で強い磁場が検出されている。
A、B、Cに於ける磁場強度は大きく異なるが、図10
に示す磁場強度分布図では、点A、B、Cに於ける磁場
強度はほぼ同程度である。図10に示す磁場強度分布
図、即ち、√(BX 2+BY 2+BZ 2)の分布を用いれば、
検査対象(ここでは、電流源)と磁束計の位置(測定位
置)が変化しても得られる磁場強度が大きく変化しない
ことが判明した。
は、一定の電流を持つ電流源が作る磁場の測定結果を例
にとり説明した、以下では、胎児の心臓からの時間変化
する磁場(心磁)の測定結果について説明する。
蔵するデュワの先端の底面位置、母体、及び胎児の位置
関係を模式的に示す図である。図11は、ベクトル磁束
計100を内蔵したデュワ4の底面位置、母体2、及び
胎児20の位置関係を模式的に示す。胎児20の心臓か
らの磁場を、母体2の腹部の点A’、B’、C’の各点
で、X、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、BZを検出
する。磁場の検出に先立って、母体2が横たわるベット
の上下機構7によるベットの上下移動制御と、デュワ4
を保持するデュア保持制御部5によるデュワ4の底面の
角度や位置の変化制御により、デュワ4の底面の中心位
置と母体2の腹部の各点(点A’、B’、C’)との距
離を近づけ、各点とデュワ4の底面の中心位置が接する
ようにする。点A’、B’、C’は、お互いに3cmづ
つ離れている。図12、図13、図14は、点A’、
B’、C’の各点に於ける数心拍分の胎児の心臓からの
磁場(心磁)の時間波形を示す図である。
(C’)は、胎児の心臓からの磁場のX及びY方向磁場
成分BX、BYを、図2に示すベクトル磁束計により図1
1に示す点A’、B’、C’に於いて測定し合成して得
た、接線(平行)成分を表わす磁場強度即ち、√(BX 2
+B2 Y)の時間波形を示す図である。即ち、図12は、
腹面に平行な磁場成分BX、BY成分の合成による、√
(BX 2+BY 2)の時間波形を示す。図12に示す結果ら
か明らかなように、図11の各点A’、B’、C’で得
られる√(BX 2+BY 2)の時間波形は、互いに大きく異
なっている。
(C’)は、本実施例の図2に示すベクトル磁束計によ
り図11に示す点A’、B’、C’に於いて測定して得
た磁場の時間波形を示す図であり、胎児の心臓からの磁
場の法線成分を表わすZ方向磁場成分BZの時間波形を
示す図である。図13に示す結果は、図11に示す結果
と同様に、図11の各点A’、B’、C’で得られるZ
方向磁場成分BZの時間波形は、互いに大きく異なって
いる。
(C’)は、本実施例の図2に示すベクトル磁束計によ
り図11に示す点A’、B’、C’に於いて、胎児の心
臓からの磁場のX、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、
及びBZを測定し合成して得た、√(BX 2+BY 2+
BZ 2)の時間波形を示す図である。図14に示すよう
に、3方向の磁場成分を合成して得た強度、√(BX 2+
BY 2+BZ 2)の時間波形は、磁場を検出した場所にほぼ
依存せず、ほぼ同じ時間変化を伴う時間波形が得られる
ことが判明した。即ち、胎児の心臓からの磁場のX、
Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、及びBZを検出し、
√(BX 2+BY 2+BZ 2)を合成することにより、即ち磁
場ベクトルの強度(大きさ)を合成して、胎児の心臓か
らの磁場のX、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、及び
BZを検出する位置に依らず、ほぼ同じ時間変化を伴う
時間波形が得られ、胎児の心臓からの磁場の時間変化
を、広い範囲で正確に、好適に検出できることが可能と
なった。
(b)は、本実施例の図2の磁束計により、胎児の心臓
からの磁場のX、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、及
びBZを測定する際にデュワを動かし、X、Y、及びZ
方向磁場成分BX、BY、及びBZを測定し合成して得
た、磁場ベクトルの強度(大きさ)、√(BX 2+BY 2+
BZ 2)の時間波形に及ぼすフィルタ10の周波数の影響
を示す図である。図15(a)、図15(b)は、胎児
の心臓からの磁場(心磁)を測定する際に最適な場所を
探し出すとき、波形表示モニター上での、√(BX 2+B
Y 2+BZ 2)の時間波形の波形変動を示す。図15(a)
は、コンピュータ11に送る信号を分岐し、分岐した信
号に帯域0.05Hz〜100Hzのフィルタを通し
て、波形表示モニターへ出力した時間波形の例である。
図15(a)に横方向の矢印で示す時間帯(約200ミ
リ秒)でデュワ4を動かすと、時間波形は大きくドリフ
トする。また、デュワを止めた後も時間波形が安定する
までに数十秒もの長時間を要し、目的とする最適な場所
を探し出すのに非常に長時間を要した。図15(b)
は、コンピュータ11に送る信号を分岐し、分岐した信
号に帯域5Hz以上を通過するハイパスフィルタをかけ
て、波形表示モニターへ出力した時間波形の例であり、
コンピュータ11には0.05Hz〜100Hzの帯域
のフィルタを通して信号を送った。図15(b)に示す
ようにデュワ4を動かしても時間波形のドリフトは少な
く、時間波形は短時間(約600ミリ秒)にすぐに安定
する。コンピュータ11に送る信号を分岐し、分岐した
信号に帯域5Hz以上を通過するハイパスフィルタをか
けることにより、胎児の心臓からの磁場(心磁)を測定
する最適な位置に、デュワ4の位置を設定できた。コン
ピュータ11に取り込む信号は、求める周波数帯域を含
む信号であり何ら問題は生じない。
説明した磁場計測方法、及び磁場計測装置を、非磁性金
属線中の磁性を持つ不純物の検査に適用する例について
以下説明する。SUS316は非磁性であるが、微量の
Fe、Ni、Crを不純物として含むと磁性を帯び、非
破壊的にこれら不純物を検出することが望まれていた。
た磁場計測装置を用いて、非磁性金属線中の帯磁した不
純物を検出する方法を示す模式図である。ベクトル磁束
計100を内蔵するデュア4の底部の近くに、非磁性金
属線401を配置する。非磁性金属線401は、回転リ
ール402−1、402−2の矢印の方向の回転によ
り、回転リール402−2から回転リール402−1へ
と巻き取られていく。ベクトル磁束計100は、巻き取
られていく途中で非磁性金属線401からの磁場の直交
する3方向の成分を検出し、3方向の磁場成分を合成し
磁場ベクトルの強度、√(BX 2+BY 2+BZ 2)を求め
る。このように非磁性金属線401を走査、移動させな
がら検査対象部位を変えて、高速度で非磁性金属線40
1の中の帯磁した不純物を非破壊的に検出できる。
に含む非磁性金属線を模式的に示す拡大図、図18は、
2箇所に帯磁した不純物を内部に含む非磁性金属線の磁
場ベクトルの強度の例を示す図である。図17に於い
て、非磁性金属線401の5cm離れた点A”及び点
B”に、不純物(Fe)403−1、403−2をそれ
ぞれ1ppm含ませ、不純物(Fe)403−1、40
3−2をそれぞれ異なる方向に磁化させる。図16に示
す非磁性金属線401が図17に示すような不純物を含
む場合、ベクトル磁束計100により検出され合成され
る磁場ベクトルの強度、√(BX 2+BY 2+BZ 2)を図1
8に示す。図18に示すように、得られる磁場ベクトル
の強度の変化は、不純物(Fe)を含む点A”及び点
B”に対応する5cmm離れて磁場ベクトルの最大強度
を含む。
手順により定量的に求めることができる。非磁性金属線
401と同じ太さを持ち、帯磁した不純物を内部に含ま
ないことをベクトル磁束計100により確認した非磁性
金属線に、各種の既知濃度の帯磁した不純物を含む検量
用の非磁性金属線を予め準備する。検量用の非磁性金属
線をベクトル磁束計100を使用して磁場ベクトルの最
大強度を求め、この磁場ベクトルの最大強度と上記既知
濃度を2軸とする検量線を作成する。図18に示す磁場
ベクトルの最大強度を与える濃度を、検量線を使用して
内挿又は外挿により求めるこができる。ベクトル磁束計
100は数pTの磁場ベクトルの強度は容易に検出可能
であるので高感度な不純物検出が可能である。また、図
18に示すように、不純物の磁化方向が異なっていても
同じ磁場ベクトルの強度が得られ、不純物の磁化方向に
よらず同じ不純物濃度であれば同じ磁場ベクトルの強度
が得られるという特徴がある。以上の説明では、非磁性
金属線の中の帯磁した不純物の検出について説明した
が、非磁性金属線に限定されず、非磁性体一般の中の帯
磁した物質を検査対象とできることは言うまでもない。
に、例えば、母体中で運動し位置が変化する胎児のよう
に、注目する検査対象が置かれる環境下、若しくは注目
する検査対象が置かれる物質中で、検査対象の位置が変
化する場合にも、更に検査対象が移動する場合にも、検
査対象からの磁場のX、Y、及びZ方向磁場成分BX、
BY、及びBZを検出し、磁場ベクトルの強度(大き
さ)、√(BX 2+BY 2+BZ 2)を合成することにより、
検査対象からの磁場の時間変化の正確な検出が可能とな
る。例えば、胎児の他、鳥類、爬虫類等の動物の卵内部
での育成過程の観察、検出が可能となる。
の磁場計測装置は、検査対象から発する磁場を測定する
磁場計測装置に於いて、磁場の直交するX、Y、Zの3
方向の磁場成分を検出する検出コイルと超伝導量子干渉
素子(SQUID)とから構成される単数又は複数のベ
クトル磁束計と、単数又は複数の各ベクトル磁束計によ
り検出された3方向の磁場成分を合成した磁場強度、又
は合成した磁場強度の時間波形を表示する表示手段と、
磁束計を内蔵するデュワを保持し検査対象とデュワとの
位置関係を制御する手段を具備する保持手段とを有する
ことに特徴があり、(1)3方向の磁場成分の2乗和を
求め合成した磁場ベクトルの強度、√(BX 2+BY 2+B
Z 2)の値、又はその時間変化を表示すること、(2)合
成した磁場強度を持つ磁場信号をハイパスフィルタを通
して低周波成分を除去して表示手段に表示すること、
(3)3方向の磁場成分の各方向の信号をハイパスフィ
ルタに通して低周波成分を除去した後に、3方向の磁場
成分を合成した磁場強度の値、又はその時間波形を表示
手段に表示すること、(4)ベクトル磁束計により検出
された3方向の各磁場成分の信号を各々2つ分岐し、分
岐した一方の信号を用いて3方向の磁場成分を合成し、
ハイパスフィルタを通して低周波成分を除去して表示手
段に表示すること、(5)磁束計により検出された3方
向の各磁場成分の信号を各々2つ分岐し、3方向の磁場
成分の各方向の分岐した一方の信号をハイパスフィルタ
に通して低周波成分を除去した後に、3方向の磁場成分
を合成した磁場強度の値、又はその時間波形を表示手段
に表示すること、(6)お互いに直交する面を持つ検出
コイルが3方向に配置され保持される絶縁体からなるコ
イルボビンを具備し、検出コイルの各々の中心がコイル
ボビンの中心軸を通り、且つ検出コイルの一つのなす面
がコイルボビンの中心軸と垂直であり、他の検出コイル
ななす面が各々直交し、且つ中心軸と平行であること、
(7)検査対象が母体内の胎児であること、(8)検査
対象が非磁性体の中の帯磁した物質であること等に特徴
がある。
る直交する3方向の磁場成分を全て同時に測定し、3方
向の磁場成分を2乗和を合成した時間波形を表示するの
で、検査対象の磁場検出位置の違いによる時間波形の差
が殆どなく、正確な磁場の時間変化を検出できるという
効果がある。この結果、磁束計を内蔵するデュワの検査
対象に対する位置や方向を広い範囲で設定でき、大きな
信号が検出できるのでS/Nの高い計測が可能となる。
検査対象の磁場検出位置の違いによる時間波形の差が殆
どなく、検査対象の広い領域で磁場のほぼ同じ時間波形
が得られるので、例えば、母体中の胎児が本来測定した
い検査対象であり、母体と胎児の位置関係が変動して
も、位置関係の変化により検出される磁場信号の変化を
少なくできる。従って、磁場検出位置による磁場信号の
変化の影響が少なく、胎児の心臓の状態を正確に把握で
きる。また、検出した3方向の各磁場成分の信号をハイ
パスフィルタに通すことにより、検出される磁場信号が
安定するまでの時間を短縮でき、磁場信号が最大になる
点を短時間で検出できるので測定の迅速化が可能とな
る。
成例を示す図。
構造の例を示す図。
構造の例を説明する図。
構造の例を説明する図。
構造の例を説明する図。
のデュワ内部での配置の例を示す図。
たされた球体の中に電流ダイポールを形成する回路と、
電流ダイポールが作る磁場を測定する観測平面を示す
図。
ルが作る磁場のX及びY方向磁場成分BX、BYを測定し
合成して得た、接線(平行)成分を表わす磁場強度(√
(BX 2+BY 2))分布図。
ールが作る磁場の法線成分を表わすZ方向磁場成分BZ
の磁場強度分布図。
ールが作る磁場のX、Y、及びZ方向磁場成分BX、
BY、及びBZを測定し合成して得た、磁場ベクトルの強
度(√(BX 2+BY 2+BZ 2))分布図。
束計を内蔵するデュワの先端の底面位置、母体、及び胎
児の位置関係を模式的に示す図。
からの磁場のX及びY方向磁場成分BX、BYを、図8に
示す点A’、B’、C’で測定し合成して得た、接線
(平行)成分を表わす磁場強度、√(BX 2+BY 2)の時
間波形の例を示す図。
点A’、B’、C’で測定して得た磁場の時間波形図を
示す図であり、胎児の心臓からの磁場の法線成分を表わ
すZ方向磁場成分BZの時間波形の例を示す図。
点A’、B’、C’で、胎児の心臓からの磁場のX、
Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、及びBZを測定し合
成して得た、磁場ベクトルの強度(√(BX 2+BY 2+B
Z 2))の時間波形の例を示す図。
トル磁束計により、胎児の心臓からの磁場のX、Y、及
びZ方向磁場成分BX、BY、及びBZを測定する際にデ
ュワを動かし、X、Y、及びZ方向磁場成分BX、BY、
及びBZを測定し合成して得た、磁場ベクトルの強度
(√(BX 2+BY 2+BZ 2))の時間波形に及ぼすフィル
タの周波数の影響の例を示す図。
中の帯磁した不純物を検出する例を示す模式図。
磁した不純物を内部に含む非磁性金属線を模式的に示す
拡大図。
磁した不純物を内部に含む非磁性金属線の磁場ベクトル
の強度の例を示す図。
デュワ、5…デュワ保持制御部、6…液体ヘリウム自動
補給装置、7…上下機構、8…表示手段、9…FLL回
路、10…アンプフィルタユニット、11…コンピュー
タ、20…胎児、100…ベクトル磁束計、105…コ
イルボビン、106−3…Z方向磁場成分BZを検出す
る検出コイル、106−1…X方向磁場成分BXを検出
する検出コイル、106−2…Y方向磁場成分BYを検
出する検出コイル、107−3…環境磁気雑音のZ方向
磁場成分を補償する補償コイル、107−1…環境磁気
雑音のX方向磁場成分を補償する補償コイル、107−
3…環境磁気雑音のY方向磁場成分を補償する補償コイ
ル、102−1、102−2、102−3…SQUI
D、101−1、101−2、101−3…SQUID
実装基板、103−1、103−2、103−3…ケー
ブル取り付け用コネクタ、104−1、104−2、1
04−3…入力コイルの接続部、202…インサート、
203…センサ用配線、204…フランジ、205−1
…液体ヘリウム供給口、205−2…液体ヘリウム出
口、206…ヘリウムガス排気口、207…液体ヘリウ
ム用液面センサ、208…液体ヘリウム液面、209…
外部接続用コネクタ、300…電解質、301…球体、
302…電流ダイポール、303…ツイストペア線、3
04…観測面、305…電源、306…抵抗、401…
非磁性金属線、402−1、402−2…回転リール、
403−1、403−2…不純物。
Claims (5)
- 【請求項1】 検査対象から発する磁場の磁場の直交する
3方向の磁場成分を検出する検出コイルと超伝導量子干
渉素子(SQUID)とを具備する磁束計と、前記磁束
計が内蔵されるデュワと、該デュワを保持し前記検査対
象とデュワとの位置関係を制御する手段とを具備する保
持手段と、前記3方向の磁場成分に対応する信号から低
周波成分を除去するハイパスフィルタと、前記磁場成分
を合成した磁場強度の時間波形が表示される表示手段と
を有することを特徴とする磁場計測装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の磁場計測装置に於いて、
前記表示手段には、前記ハイパスフィルタを通過した信
号により合成された磁場強度の時間波形が表示されるこ
とを特徴とする磁場計測装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の磁場計測装置に於いて、
前記磁束計により検出された前記3方向の各磁場成分の
信号を各々2つ分岐し、分岐した一方の信号を用いて前
記3方向の磁場成分を合成し、ハイパスフィルタを通し
て低周波成分を除去して前記表示手段に表示することを
特徴とする磁場計測装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載の磁場計測装置に於いて、
前記磁束計により検出された前記3方向の各磁場成分の
信号を各々2つ分岐し、前記3方向の磁場成分の各方向
の分岐した一方の信号をハイパスフィルタに通して低周
波成分を除去した後に、前記3方向の磁場成分を合成し
た磁場強度の時間波形を前記表示手段に表示することを
特徴とする磁場計測装置。 - 【請求項5】 請求項1記載の磁場計測装置に於いて、お
互いに直交する面を持つ前記検出コイルが3方向に配置
され保持される絶縁体からなるコイルボビンを具備し、
前記検出コイルの各々の中心が、前記コイルボビンの中
心軸を通り、且つ前記検出コイルの一つのなす面が、前
記コイルボビンの中心軸と垂直であり、他の前記検出コ
イルのなす面が各々直交し、且つ前記中心軸と平行であ
ることを特徴とする磁場計測装置。
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