JP4576285B2 - 曝露量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁界の人体への曝露量を測定する曝露量測定装置に関するものである。

この種の曝露量測定装置として、特開２００１−２３５４９６号公報に開示されている曝露量測定装置が知られている。この曝露量測定装置は、検出手段、信号選別回路、評価フィルタ、第２の信号選別回路、アナログ／ディジタル変換器、ディジタル信号処理回路、および表示装置を備え、「時間変化する電界、磁界及び電磁界による曝露を制限するためのガイドライン（作成：国際非電離放射線防護委員会）」において規定されている磁界についての周波数毎の曝露基準（周波数依存性の基準値）に基づいて、検出した磁界の曝露量を測定し得るように構成されている。このガイドラインでは、人体に及ぼす磁界の影響が周波数依存性を有しているため、周波数毎に曝露基準が規定されている。一例として周波数がｆ１（＝１０Ｈｚ）以上ｆ２（＝４００ｋＨｚ）以下の帯域（以下、「所定の周波数帯域」ともいう）の曝露基準は、図５に示すように、低周波域では周波数に反比例し、中周波域では周波数に拘わらず曝露量が一定となり、高周波域では周波数に反比例するように規定されている。なお、図５を含め、後述する各図では、横軸および縦軸を共に対数軸としている。

この場合、検出手段は、磁界（磁界強度）の直角方向３成分（Ｘ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分）を検出する。つまり、検出手段は、ゲインが周波数に拘わらず一定となる伝達特性（フラットな伝達特性）を有して、検出した磁界の強度に比例した振幅の検出信号を出力する。信号選別回路は、検出手段によって検出された各成分についての検出信号を減衰または増幅させると共に、検出手段の周波数過程を調整する。評価フィルタは、その伝達関数の特性（伝達特性）が、上記したガイドラインにおいて各成分に対して規定されている曝露基準の逆数の値に一致するように選定されている。具体的には、上記の所定の周波数帯域では、評価フィルタの伝達特性は、図６に示すように選定されている。この構成により、検出手段および評価フィルタ全体としての伝達特性も、評価フィルタ単体の伝達特性と同様にして、ガイドラインにおいて規定された曝露基準の逆数の値に一致する特性となるため、曝露基準と同じ強度の磁界（例えば上記した所定の周波数帯域内の任意の周波数の磁界）が検出手段に入力されたときに、磁界の周波数に拘わらず、ほぼ一定の振幅の出力信号が評価フィルタから出力される。第２の信号選別回路は、各評価フィルタから出力される各成分の出力信号を増幅または減衰させると共に波形異常を矯正する低域フィルタとして作動する。アナログ／ディジタル変換器は、各第２の信号選別回路から出力される各成分の信号をディジタルデータに変換して出力する。ディジタル信号処理回路は、各アナログ／ディジタル変換器から出力される各成分のディジタルデータに基づいて、曝露量を算出する。上記のように、所定の周波数帯域内のいずれの周波数の磁界についても、曝露基準と同じ強度の磁界を検出手段が検出したときに、評価フィルタから同一の振幅（基準振幅）の出力信号が出力される。このため、ディジタル信号処理回路は、検出手段に未知の強度の磁界が入力されたときに評価フィルタから出力される出力信号の振幅を基準振幅と比較することにより、検出手段に入力された磁界の強度を算出し、算出した磁界強度に基づいて曝露量を算出する。
特開２００１−２３５４９６号公報（第４−７頁、第２図）

ところで、上記の曝露量測定装置において、例えば、検出コイルを磁界検出センサとして使用して検出手段を構成することがある。この場合、検出コイルは、磁界強度の時間的変化を検出すると共に検出した磁界強度の時間的変化に比例した振幅の電圧信号を出力する。したがって、入力した磁界の強度に比例した振幅の検出信号を出力するように検出手段を構成するためには、さらに積分器を設け、検出コイルから出力された電圧信号を積分器で積分して出力するように検出手段を構成する必要がある。これにより、図７に示すように、磁界強度の時間的変化（磁界強度の微分値）に比例した振幅の電圧信号を出力する検出コイルの伝達特性と、低域通過型フィルタと等価に作動する積分器の伝達特性（検出コイルの伝達特性とは逆の伝達特性）との合成伝達特性、つまり検出コイルおよび積分器全体としての伝達特性が、上記公報での検出手段の伝達特性（周波数に拘わらず一定のゲインとなる伝達特性）と同じになる。このため、上記の曝露量測定装置において、この検出コイルを備えた検出手段を使用して、曝露量を測定することができる。

しかしながら、曝露量測定装置では、上記したように、所定の周波数帯域において、図６に示すように低周波域よりも高周波域のゲインが高くなるように、検出手段から評価フィルタまでの伝達特性を最終的に規定する必要があるのに対して、独立した検出コイルおよび積分器で検出手段を構成したときには、高周波域に含まれている磁界についての電圧信号が検出コイルで一旦利得を持って出力された後に積分器で減衰されるため、Ｓ／Ｎが低下する。したがって、所定の周波数帯域における高周波域の磁界についての曝露量を正確に測定することが困難となるという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる解決すべき課題に鑑みてなされたものであり、所定の周波数帯域全域の磁界についての曝露量を正確に測定し得る曝露量測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の曝露量測定装置は、磁界強度の時間的変化を検出すると共に当該磁界強度の時間的変化に比例した振幅の第１の電圧信号を出力する磁界検出部と、１つの演算増幅器と当該演算増幅器のフィードバックループ内に配設された複数の電気素子とで構成されて、前記第１の電圧信号を積分すると共に磁界についての周波数毎に予め決められている基準値の逆数の値に一致する伝達特性で規定された利得で増幅して第２の電圧信号を出力する増幅部と、前記基準値と同じ磁界強度の磁界が前記磁界検出部に入力されたときに前記第２電圧信号の値と同一となる値を基準曝露値として予め記憶すると共に、当該記憶している基準曝露値で前記第２の電圧信号の値を除算することにより、当該基準曝露値に対する前記磁界検出部に入力された前記磁界の磁界強度の割合である曝露量を算出する処理部とを備えている。

また、請求項２記載の曝露量測定装置は、請求項１記載の曝露量測定装置において、前記第１の電圧信号を積分して前記磁界強度を示す第３の電圧信号を生成する積分器を備えている。

請求項１記載の曝露量測定装置によれば、第１の電圧信号を積分すると共に磁界についての周波数毎に予め決められている基準値の逆数の値に一致する伝達特性で規定された利得で増幅して第２の電圧信号を出力する１つの演算増幅器を有して増幅部を構成したことにより、単独の積分器を使用しないため、積分器を単独で使用したときに生じる所定の周波数帯域内の高周波域に含まれている信号の減衰を回避することができる。したがって、この曝露量測定装置によれば、この高周波域に含まれている磁界に基づく第２の電圧信号のＳ／Ｎ比を良好に維持することができるため、曝露量を正確に算出することができる。

また、請求項２記載の曝露量測定装置によれば、第１の電圧信号を積分して磁界強度を示す第３の電圧信号を生成する積分器を備えたことにより、測定位置における曝露量と共に、磁界強度についても同時に測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る曝露量測定装置の最良の形態について説明する。

最初に、曝露量測定装置１の構成について説明する。

曝露量測定装置１は、図１に示すように、３つの検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃ（特に区別しないときには「検出コイル２」ともいう）、３つの増幅部３ａ，３ｂ，３ｃ（特に区別しないときには「増幅部３」ともいう）、３つの積分器４ａ，４ｂ，４ｃ（特に区別しないときには「積分器４」ともいう）、６つのＡ／Ｄ変換部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ（特に区別しないときには「Ａ／Ｄ変換部５」ともいう）、処理部６および出力部７を備え、上記した所定の周波数帯域に含まれている磁界の強度（合成磁界強度Ｄ８）および磁界の合成曝露量Ｄ７をそれぞれ測定する。

各検出コイル２は、各々が本発明における磁界検出部に相当し、互いに直交するように一体的に組み合わされて、磁界（磁界強度）の直角方向の３成分（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各時間的変化成分）をそれぞれ検出する。本例では、検出コイル２ａがＸ軸方向の成分を検出し、検出コイル２ｂがＹ軸方向の成分を検出し、検出コイル２ｃがＺ軸方向の成分を検出する。また、各検出コイル２ａ〜２ｃは、検出した成分に比例した振幅の電圧信号（本発明における第１の電圧信号）Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ出力する。

各増幅部３ａ，３ｂ，３ｃは、図２に示すように、１つの演算増幅器１１、抵抗１２，１３，１５およびコンデンサ１４，１６をそれぞれ備えて構成されている。この場合、演算増幅器１１は、その反転入力端子に抵抗１２（抵抗値Ｒｓ）の一端側が接続され、その非反転入力端子が基準電位（本例では一例としてグランド電位）に設定されている。また、演算増幅器１１の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗１３（抵抗値Ｒ１）が接続されている。また、抵抗１３には、コンデンサ１６（静電容量値Ｃ１）が並列に接続されている。さらに、抵抗１３には、コンデンサ１４（静電容量値Ｃ２）と抵抗１５（抵抗値Ｒ２）との直列回路が並列に接続されている。

以上のように、フィードバックループ内に各抵抗１３，１５および各コンデンサ１４，１６（本発明における複数の電気素子）を配設したことにより、演算増幅器１１、すなわち増幅部３は、上記した所定の周波数帯域において、図３に示す伝達特性を有している。この場合、増幅部３（演算増幅器１１）は、図４に示すように、各検出コイル２の伝達特性との合成伝達特性（各検出コイル２および対応する増幅部３全体としての伝達特性）が図６に示す従来の曝露量測定装置における検出手段から評価フィルタまでの伝達特性と一致するように、抵抗１３，１５の各抵抗値Ｒ１，Ｒ２およびコンデンサ１４，１６の各静電容量値Ｃ１，Ｃ２が規定されている。なお、図３中の符号Ａで示される部位の第１のカットオフ周波数ｆｃ１、符号Ｂで示される部位の第２のカットオフ周波数ｆｃ２、および符号Ｃで示される部位の第３のカットオフ周波数ｆｃ３は、下記式（１），（２），（３）で示される。
ｆｃ１＝１／（２×π×Ｒ１×（Ｃ１＋Ｃ２）） ・・・・・・（１）
ｆｃ２＝１／（２×π×Ｒ２×Ｃ２） ・・・・・・（２）
ｆｃ３＝１／（２×π×Ｒ２×Ｃ１） ・・・・・・（３）

このように構成された各増幅部３ａ，３ｂ，３ｃは、入力した電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に含まれている各周波数成分（所定の周波数帯域に含まれている周波数成分）を伝達特性で規定されたゲインでそれぞれ増幅して、曝露量に比例した振幅の電圧信号（本発明における第２の電圧信号）Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を出力する。この場合、各増幅部３は、上記のように伝達特性が規定されているため、曝露基準と同じ強度の磁界（所定の周波数帯域に含まれている周波数の磁界）が各検出コイル２に入力されたときに、磁界の周波数に拘わらず振幅が一定の各電圧信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をそれぞれ出力する。

各積分器４は、その伝達特性が、図７に示す検出コイルを使用した曝露量測定装置における積分器と同一に設定されている。この構成により、各検出コイル２と各積分器４との合成伝達特性は、図７に示す検出コイルおよび積分器全体としての伝達特性、すなわち周波数に拘わらず一定のゲインとなる伝達特性に設定される。このため、各積分器４ａ，４ｂ，４ｃは、対応する各検出コイル検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃから入力した電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を積分して、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の磁界強度に比例した振幅の電圧信号（本発明における第３の電圧信号）Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９を生成する。

各Ａ／Ｄ変換部５のうちのＡ／Ｄ変換部５ａ，５ｃ，５ｅは、各増幅部３ａ，３ｂ，３ｃから出力される電圧信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３にそれぞれ変換して処理部６に出力する。他方、各Ａ／Ｄ変換部５のうちのＡ／Ｄ変換部５ｂ，５ｄ，５ｆは、各積分器４ａ，４ｂ，４ｃから出力される電圧信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９をディジタルデータＤ４，Ｄ５，Ｄ６にそれぞれ変換して処理部６に出力する。

処理部６は、ＣＰＵおよびメモリを備えて構成されている。この場合、メモリには、曝露基準と同じ強度の磁界が各検出コイル２ａ〜２ｃに入力されたときに各Ａ／Ｄ変換部５ａ，５ｃ，５ｅから出力される各ディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３の値と同一となる値が基準曝露値として予め記憶されている。また、処理部６は、入力した各ディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３と基準曝露値とに基づいて合成曝露量Ｄ７を算出する曝露量算出処理と、入力した各ディジタルデータＤ４，Ｄ５，Ｄ６に基づいて合成磁界強度Ｄ８を算出する磁界強度算出処理とを実行する。また、処理部６は、算出した合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８を出力部７に出力する。出力部７は、本例では一例として表示装置で構成されて、処理部６から入力した合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８を表示画面に表示する。なお、出力部７は、表示装置以外に、印字装置、通信装置などで構成することもできる。

次に、曝露量測定装置１による合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８の測定動作について説明する。

まず、測定位置に各検出コイル２を配設する。これにより、曝露量測定装置１では、各検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃが、この測定位置における磁界についてのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各成分をそれぞれ検出して、電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をそれぞれ出力する。次いで、各増幅部３ａ，３ｂ，３ｃは、入力した電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に含まれている各周波数成分（所定の周波数帯域に含まれている周波数成分）を、伝達特性で規定されたゲインでそれぞれ増幅して、電圧信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６を出力する。この場合、曝露量測定装置１では、曝露量の測定に際して単独の積分器を使用していないため、積分器を単独で使用したときに生じる所定の周波数帯域内の高周波域に含まれている信号の減衰が回避される。他方、各積分器４ａ，４ｂ，４ｃは、入力した電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を積分して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁界強度に比例した振幅の電圧信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９をそれぞれ出力する。次いで、各Ａ／Ｄ変換部５ａ，５ｃ，５ｅは、各増幅部３ａ，３ｂ，３ｃから出力される電圧信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６をディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３にそれぞれ変換して処理部６に出力する。他方、各Ａ／Ｄ変換部５ｂ，５ｄ，５ｆは、各積分器４ａ，４ｂ，４ｃから出力される電圧信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９をディジタルデータＤ４，Ｄ５，Ｄ６にそれぞれ変換して処理部６に出力する。

次いで、処理部６は、入力したディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３に基づいて曝露量算出処理を実行すると共に、入力したディジタルデータＤ４，Ｄ５，Ｄ６に基づいて磁界強度算出処理を実行する。この曝露量算出処理では、処理部６は、まず、メモリに記憶されている基準曝露値で各ディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３を除算することにより、各ディジタルデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３で示される曝露値（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各曝露値、本発明における曝露量に相当する）をそれぞれ算出する。次いで、処理部６は、算出したＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各曝露値をそれぞれ二乗して合算（加算）し、続いて、この合算値の平方根を算出することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各曝露値の合成値（合成曝露量Ｄ７、これも本発明における曝露量に相当する）を算出する。また、磁界強度算出処理では、処理部６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各磁界強度を示す各ディジタルデータＤ４，Ｄ５，Ｄ６をそれぞれ二乗して合算（加算）し、続いて、この合算値の平方根を算出することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各磁界強度の合成値（合成磁界強度Ｄ８）を算出する。最後に、処理部６は、算出した合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８を出力部７に出力する。本例では、出力部７は表示装置で構成されているため、合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８が表示装置の表示画面上に表示される。これにより、曝露量測定装置１による測定位置の合成曝露量Ｄ７および合成磁界強度Ｄ８の測定が完了する。

このように、この曝露量測定装置１では、曝露量の測定に際して検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃを使用しつつも、単独の積分器を使用することなく、積分器の機能と評価フィルタの機能とを併せ持つ伝達特性の各増幅部３を使用しているため、積分器を単独で使用したときに生じる所定の周波数帯域内の高周波域に含まれている信号の減衰が回避されている。したがって、この曝露量測定装置１によれば、この高周波域に含まれている磁界に基づく電圧信号Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６のＳ／Ｎ比を良好に維持することができるため、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各曝露値、ひいては、合成曝露量Ｄ７を正確に算出することができる。

また、この曝露量測定装置１では、電圧信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を積分して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁界強度に比例した振幅の電圧信号Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９をそれぞれ出力する各積分器４ａ，４ｂ，４ｃを備えている。したがって、この曝露量測定装置１によれば、測定位置における合成曝露量Ｄ７と共に、合成磁界強度Ｄ８についても同時に測定することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、各検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃのうちのいずれか１つの検出コイル、この検出コイルに接続される増幅部３および積分器４、並びにこの増幅部３および積分器４に接続される各Ａ／Ｄ変換部５のみを用いた構成を採用することにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のいずれかの方向についての曝露量および磁界強度のみを測定する測定装置を構成することができる。また、各積分器４ａ，４ｂ，４ｃおよび各Ａ／Ｄ変換部５ｂ，５ｄ，５ｆを省略することにより、合成曝露量Ｄ７のみを測定する構成を採用することもできる。

曝露量測定装置１の構成を示す構成図である。 各増幅部３の回路図である。 各増幅部３の伝達特性図である。 各検出コイル２の伝達特性、各増幅部３の伝達特性、並びに各検出コイル２および各増幅部３全体としての伝達特性の関係図である。 ガイドラインで規定されている磁界の曝露基準のうちの周波数がｆ１（＝１０Ｈｚ）以上ｆ２（＝４００ｋＨｚ）以下の所定の周波数帯域における曝露量を示す曝露基準図である。 磁界強度を検出する検出手段、およびガイドラインで規定された曝露基準の逆数の値に一致する特性（伝達特性）の評価フィルタを使用した従来の曝露量測定装置において、曝露基準と同じ強度の磁界が検出手段に入力されたときにおける磁界の周波数と評価フィルタから出力された出力信号の振幅との関係を示す関係図である。 検出手段として検出コイルと積分器とを使用したときにおける検出コイルの伝達特性、積分器の伝達特性、並びに検出コイルおよび積分器全体としての伝達特性の関係図である。

符号の説明

１ 回路基板検査装置
２ａ，２ｂ，２ｃ 検出コイル
３ａ，３ｂ，３ｃ 増幅部
６ 処理部
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 電圧信号（第１の電圧信号）
Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６ 電圧信号（第２の電圧信号）
Ｄ７ 合成曝露量
Ｄ８ 合成磁界強度

Claims (2)

1. 磁界強度の時間的変化を検出すると共に当該磁界強度の時間的変化に比例した振幅の第１の電圧信号を出力する磁界検出部と、
   １つの演算増幅器と当該演算増幅器のフィードバックループ内に配設された複数の電気素子とで構成されて、前記第１の電圧信号を積分すると共に磁界についての周波数毎に予め決められている基準値の逆数の値に一致する伝達特性で規定された利得で増幅して第２の電圧信号を出力する増幅部と、
   前記基準値と同じ磁界強度の磁界が前記磁界検出部に入力されたときに前記第２電圧信号の値と同一となる値を基準曝露値として予め記憶すると共に、当該記憶している基準曝露値で前記第２の電圧信号の値を除算することにより、当該基準曝露値に対する前記磁界検出部に入力された前記磁界の磁界強度の割合である曝露量を算出する処理部とを備えている曝露量測定装置。
2. 前記第１の電圧信号を積分して前記磁界強度を示す第３の電圧信号を生成する積分器を備えている請求項１記載の曝露量測定装置。

Images